分子印跡-化學(xué)發(fā)光法測(cè)定甲基對(duì)硫磷

劉婷婷1劉佳莉1蔡臘梅1曾劉藝1胡桂林1張羅一覽1向輝1鄭紅1,2*

(1.重慶師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，重慶 410331；2.青海師范大學(xué)化學(xué)系，西寧 810008)

摘要：以甲基對(duì)硫磷為模板分子，采用原位逐步聚合法制備了甲基對(duì)硫磷分子印跡聚合物，利用高錳酸鉀-甲醛-甲基對(duì)硫磷化學(xué)發(fā)光體系，建立了測(cè)定甲基對(duì)硫磷高選擇性的分子印跡-化學(xué)發(fā)光分析方法。方法的線性范圍為2.0×10-6～5.0×10-5 mol/L，檢出限為2×10-7 mol/L，對(duì)1.0×10-6 mol/L甲基對(duì)硫磷溶液進(jìn)行11次平行測(cè)定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.3 %。此法已用于谷物中甲基對(duì)硫磷的測(cè)定，結(jié)果滿意。

關(guān)鍵詞：分子印跡; 甲基對(duì)硫磷; 化學(xué)發(fā)光; 高錳酸鉀

作者簡(jiǎn)介：劉婷婷，女，1992出生，本科。

通訊作者:鄭紅，E-mail : zhenghong670@163.com。

DOI:10.3936/j.issn.1001-232x.2015.01.006

收稿日期：2014-10-11

Molecular imprinting-chemiluminescence determination of parathion.LiuTingting1，LiuJiali1，CaiLamei1，ZengLiuyi1，HuGuilin1，ZhangluoYilan1，XiangHui1，ZhengHong1,2*(1.DepartmentofChemistry,ChongqingNormalUniversity,Chongqing401331,China;2.DepartmentofChemistry,QinghaiNormalUniversity,Xining810008,China)

Abstract:Molecularly imprinted monolithic column was prepared using methyl parathion as the template molecule by in situ step-addition polymerization. A new chemiluminescence method for the determination of methyl parathion was proposed by the combination of methyl parathion-imprinted polymer and KMnO4- methyl parathion-formaldehyde-CL system. The linear range was 2.0×10-6-5.0×10-5mol/L, the detection limit was 2.0×10-7mol/L, the relative standard deviation was 3.3%(n=11).This method has been successfully applied to the determination of trace residue of parathion in vegetable and grain samples.

Key words：molecular imprinting; methyl parathion; chemiluminescence; potassium permanganate

甲基對(duì)硫磷是一種常用的廣譜有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑[1，2]，屬高毒農(nóng)藥，對(duì)蔬菜、水稻等的害蟲(chóng)有很好的防治效果，但如不正確使用會(huì)嚴(yán)重威脅人們的身體健康，為防止人、畜中毒及保護(hù)環(huán)境，對(duì)其監(jiān)測(cè)工作十分重要。目前測(cè)定方法主要有高效液相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、化學(xué)發(fā)光法等[3-5]。由于復(fù)雜樣品中的一些共存物質(zhì)對(duì)甲基對(duì)硫磷的測(cè)定會(huì)產(chǎn)生不同程度的干擾，因此檢測(cè)前需進(jìn)行富集。

本實(shí)驗(yàn)利用逐步聚合反應(yīng)，以甲基對(duì)硫磷為模板分子，聚乙二醇作為致孔劑，二乙烯三胺為固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂聚合，制備出了一種新型的甲基對(duì)硫磷分子印跡聚合物整體柱，將其連接在流動(dòng)式化學(xué)發(fā)光分析系統(tǒng)中，作為分子識(shí)別元件，利用高錳酸鉀-甲醛-甲基對(duì)硫磷化學(xué)發(fā)光體系，建立了測(cè)定甲基對(duì)硫磷的分子印跡-化學(xué)發(fā)光分析法，方法可用于谷物中痕量甲基對(duì)硫磷的直接測(cè)定。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1　儀器與試劑

IFFL-DD型流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光分析儀(西安瑞邁電子科技有限公司)；KQ-5200DB型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超生儀器有限公司)；AB2042N型電子天平(上海梅特勒-托利多儀器有限公司)。

環(huán)氧樹(shù)脂、二乙烯三胺和聚乙二醇—1500(天津市化學(xué)試劑批發(fā)公司，分析純)；甲基對(duì)硫磷(天津農(nóng)藥質(zhì)檢中心)。

高錳酸鉀儲(chǔ)備液(1.0×10-2mol/L)：稱取1.58 g 高錳酸鉀溶解于1000 mL沸水中，玻璃纖維過(guò)濾，室溫下放置一周后使用。甲醛用二次水新配制，其它試劑均為分析純，水為二次去離子水。

1.2　甲基對(duì)硫磷分子印跡聚合物(MIP)的制備

在60 ℃下，將2 g環(huán)氧樹(shù)脂和4 g聚乙二醇充分混合后，加入0.5 mmoL甲基對(duì)硫磷和0.5 g二乙烯三胺。在強(qiáng)烈攪拌下，待混合體系初期劇烈的放熱反應(yīng)結(jié)束，黏度很高的時(shí)候?qū)⑵滢D(zhuǎn)入玻璃空管柱中，密封置于60 ℃的恒溫箱中，在無(wú)攪動(dòng)模式下繼續(xù)反應(yīng)24 h。得到管內(nèi)的白色固體，取出后冷卻，用熱水反復(fù)洗滌除去致孔劑，用去離子水洗滌至中性，60 ℃干燥后，研磨過(guò)篩備用。

非印跡聚合物的制備(NIP)，除不加甲基對(duì)硫磷外，其余步驟同上。

1.3　甲基對(duì)硫磷分子印跡整體柱的準(zhǔn)備

向一根4 mm×20 mm的玻璃管內(nèi)填充10.0 mg MIP，兩端塞少許玻璃棉即成。使用前，使高錳酸鉀和甲醛溶液合并流流過(guò)MIP柱，除去MIP上的模板分子甲基對(duì)硫磷。當(dāng)試劑合并流通過(guò)MIP柱時(shí)，與柱中的甲基對(duì)硫磷發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生發(fā)光信號(hào)。隨著試劑流持續(xù)地流過(guò)，MIP中甲基對(duì)硫磷不斷被消耗，信號(hào)逐漸降低。當(dāng)信號(hào)降至與背景信號(hào)相同時(shí)，表明MIP柱中甲基對(duì)硫磷已經(jīng)完全除盡。然后用二次蒸餾水洗凈MIP柱，備用。

1.4　分析步驟

按照?qǐng)D1所示，對(duì)甲基對(duì)硫磷進(jìn)行測(cè)定，其過(guò)程分為四個(gè)步驟：

步驟1：吸附甲基對(duì)硫磷。泵1停止，切換閥處于d位置，泵2傳送甲基對(duì)硫磷溶液流過(guò)MIP柱，溶液中的甲基對(duì)硫磷被吸附在MIP柱上。

步驟2：洗滌除去其它雜質(zhì)。泵1停止，切換閥處于c位置，泵2輸送甲醛溶液流過(guò)MIP柱，洗掉MIP柱上除甲基對(duì)硫磷以外的其它物質(zhì)，并對(duì)MIP柱進(jìn)行保護(hù)。

步驟3：化學(xué)發(fā)光檢測(cè)。切換閥處在c位置，啟動(dòng)泵1，泵2，高錳酸鉀和甲醛溶液合并流流過(guò)MIP柱，與吸附在MIP上的甲基對(duì)硫磷發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光(CL)。

步驟4：清洗MIP柱。泵1停止，切換閥處在e位置，泵2輸送水流過(guò)MIP柱，洗去MIP柱上的殘留物，以備下一次檢測(cè)。

圖1　分子印跡-化學(xué)發(fā)光分析流程圖 P-蠕動(dòng)泵；D-檢測(cè)器；F-MIP柱；PC-計(jì)算機(jī)；W-廢液；S-切換閥 a-高錳酸鉀溶液；b-硫酸；c-水; d-樣品或標(biāo)準(zhǔn)溶液；e-水

2結(jié)果與討論

2.1　吸附時(shí)間

吸附時(shí)間是指標(biāo)準(zhǔn)溶液或樣品溶液通過(guò)MIP柱的時(shí)間，它決定著甲基對(duì)硫磷吸附在MIP柱上的量，影響測(cè)定的靈敏度和線性范圍。固定流速為1.5 mL/min，在10 ~ 100 s范圍內(nèi)考察了吸附時(shí)間對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響(見(jiàn)圖2)。

由圖2可見(jiàn)，對(duì)于5.0×10-6g/mL的甲基對(duì)硫磷溶液, CL強(qiáng)度隨著吸附時(shí)間的增加而增大, 40 s后, CL強(qiáng)度趨于恒定，基本達(dá)到吸附平衡。選擇50 s作為吸附時(shí)間。

圖2　吸附曲線

2.2　洗滌時(shí)間

在40 ~ 160 s范圍內(nèi)，考察了洗滌時(shí)間對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，洗滌時(shí)間為60 s時(shí)，即可洗凈柱中的甲基對(duì)硫磷。此時(shí)，測(cè)得的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與使用同濃度不含甲基對(duì)硫磷的甲基對(duì)硫磷標(biāo)準(zhǔn)溶液得到的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度相同。因此，選擇洗滌時(shí)間為60 s。

2.3　化學(xué)發(fā)光反應(yīng)時(shí)間

化學(xué)發(fā)光試劑流過(guò)MIP柱時(shí)，就與吸附在柱上的甲基對(duì)硫磷發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生CL。發(fā)光信號(hào)回到基線時(shí)，表明柱上的甲基對(duì)硫磷已完全反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，完成這一過(guò)程需要20 s。

2.4　清洗時(shí)間

考察了在10 ~ 100 s范圍內(nèi)不同清洗時(shí)間的清洗效果。結(jié)果表明，清洗70 s即可將反應(yīng)殘留物洗凈。此時(shí)再進(jìn)行化學(xué)發(fā)光測(cè)定，測(cè)定結(jié)果的重復(fù)性很好。因此，選擇清洗時(shí)間為70 s。

2.5　化學(xué)發(fā)光反應(yīng)條件的優(yōu)化

按圖1所示程序?qū)瘜W(xué)發(fā)光反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化。分別考察了高錳酸鉀濃度在5.0×10-5~8.0×10-4mol/L范圍內(nèi)，甲醛的濃度在0.5 %～5 %范圍內(nèi)，硫酸的濃度在0.1～5 mol/L范圍內(nèi)其濃度對(duì)CL強(qiáng)度的影響。以最大化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度為指標(biāo)，選擇的最佳條件為：2.0×10-4mol/L的高錳酸鉀，2 mol/L的硫酸，3%的甲醛。

2.6　校準(zhǔn)曲線、精密度和檢出限

在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與甲基對(duì)硫磷濃度在2.0×10-6~5.0×10-5mol/L范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，線性回歸方程為I= 0.0871c+ 12.262 (r=0.998)，式中，I是CL強(qiáng)度(相對(duì)單位)，c代表甲基對(duì)硫磷的濃度。對(duì)1.0×10-6mol/L的甲基對(duì)硫磷溶液進(jìn)行11次平行測(cè)定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.3 %。根據(jù)IUPAC規(guī)則，測(cè)得方法的檢出限為2.0×10-7mol/L。

2.7　干擾實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于5.0×10-6mol/L甲基對(duì)硫磷， 500倍的K+、Na+，200倍的Ca2+、Mg2+、Mn2+、Ba2+、Ni2+、H2PO4-、PO43-、I-，100倍的V5+，50倍的Fe3+，大量的Cl-和NO3-對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)干擾。說(shuō)明本方法具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

2.8　樣品分析

分別稱取20.00g大米、黑米、小米和包谷馇，研磨成粉末狀，轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶中，用蒸餾水定容，浸泡5 h。然后在超聲波清洗器中處理50 min，離心分離。取上層清液10 mL，加入8 %聚乙二醇10 mL充分混合，再放置5 h。按照?qǐng)D1所示流程進(jìn)行CL檢測(cè)，平行測(cè)定3次，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　樣品中甲基對(duì)硫磷的回收結(jié)果

3結(jié)論

利用高錳酸鉀-甲醛-甲基對(duì)硫磷化學(xué)發(fā)光體系，建立了測(cè)定甲基對(duì)硫磷的分子印跡—化學(xué)發(fā)光分析法，方法操作簡(jiǎn)便，可用于谷物中痕量甲基對(duì)硫磷的直接測(cè)定。

參考文獻(xiàn)

[1]杜曉婷，周敏，張劍，曾延波，翟云云，李蕾. 蔬菜中甲胺磷等5種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留量的分散液-液微萃取/氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)[J] 分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2010，29(7)：751-754.

[2]楊旭，湯佳峰，巢文軍. 基質(zhì)效應(yīng)對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥測(cè)定的影響及其解決方法[J] .分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2009，28(12)：1368-1372.

[3]樓國(guó)柱，徐倩，白曉榮.不同提取劑對(duì)茶葉中多種農(nóng)藥殘留檢測(cè)影響的研究[J].食品科學(xué)，2004，25(12):165-168.

[4]Xiong J, Hu B. Comparison of hollow fiber liquid phase microextraction and dispersive liquid-liquid microextraction for the determination of organosulfur pesticides in environmental and beverage samples by gas chromatography with flame photometric detection[J]. J Chromatogr: A, 2008, 1193(1/2): 7-18.

[5]李軍，朱鳳妹。杜彬. 魯米諾化學(xué)發(fā)光法測(cè)定甘藍(lán)中甲基對(duì)硫磷殘留方法研究[J].中國(guó)食品學(xué)報(bào)，2010，10(1)：186-189