專利名稱：一種用于果蔬中農(nóng)藥殘留分析的樣品預(yù)處理方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境及食品監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于果蔬中農(nóng)藥殘留分析的樣品預(yù)處理方法和裝置。本發(fā)明也適合應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測和食品安全檢測等需要對(duì)樣品進(jìn)行現(xiàn)場快速分析及科學(xué)研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
食品安全問題近年來已引起了人們的高度重視。目前我國對(duì)果蔬中農(nóng)藥殘留的分析，一般采用實(shí)驗(yàn)室色譜分析和現(xiàn)場酶抑制快速分析方法。前者需要使用大型儀器，價(jià)格昂貴，操作步驟繁瑣，時(shí)間長，需要專業(yè)的分析人員進(jìn)行操作；后者適用于測定在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最為常用的有機(jī)磷和氨基甲酸酯類兩種農(nóng)藥，該方法使用的儀器簡便、操作簡單，已廣泛應(yīng)用于市場、超市等現(xiàn)場的快速分析中。但是，由于果蔬樣品基體復(fù)雜，待測物濃度低，因此要獲得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好的分析結(jié)果，都必須對(duì)樣品進(jìn)行前處理。根據(jù)是否使用有機(jī)溶劑，現(xiàn)有檢測果蔬中農(nóng)藥殘留的樣品預(yù)處理技術(shù)主要分為溶劑提取和非溶劑提取。對(duì)于氣相色譜分析通常采用溶劑提取技術(shù)，常用技術(shù)包括索氏提取、超聲萃取、加速溶劑萃取等技術(shù)。而對(duì)于酶抑制法，由于其反應(yīng)需要在水溶液中進(jìn)行，而且有機(jī)溶劑通常對(duì)乙酰膽堿酯酶具有抑制作用，因此只能采用水溶液作為萃取劑。目前，我國衛(wèi)生部及農(nóng)業(yè)部頒布的果蔬中有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殘留農(nóng)藥的酶抑制法快速分析標(biāo)準(zhǔn)方法(GB/T5009.199-2003、NY/T448-2001)中預(yù)處理方法均采用手動(dòng)萃取，該方法操作簡單、時(shí)間短，但大量的實(shí)際應(yīng)用表明，該技術(shù)萃取率低，不能準(zhǔn)確有效地檢測果蔬中的農(nóng)藥殘留量，因此常常使農(nóng)藥殘留量超標(biāo)的果蔬流入市場，對(duì)人們健康造成危害。
亞臨界水萃取(Subcritical water extraction，SBWE)技術(shù)是近年來在環(huán)境分析領(lǐng)域中發(fā)展起來的一種新型綠色預(yù)處理技術(shù)。該技術(shù)采用水作為萃取劑，在一定壓力下，將水加熱到100℃以上臨界溫度以下，通過改變溫度和壓力來改變水的極性、表面張力和粘度等性質(zhì)，從而可以選擇性地萃取復(fù)雜樣品基體中的不同極性的有機(jī)化合物。與常溫下使用水作為萃取劑相比，亞臨界水萃取可以大大提高萃取效率，縮短萃取時(shí)間。該預(yù)處理技術(shù)近年來在國外研究較多，主要用于土壤、沉積物等固體環(huán)境樣品中的有機(jī)污染物的分析監(jiān)測，國內(nèi)的研究報(bào)道還相當(dāng)少。國外將此技術(shù)用于食品分析的文獻(xiàn)也不多，但至今國內(nèi)外都還沒有用于酶抑制法檢測果蔬中農(nóng)藥殘留的快速亞臨界水萃取技術(shù)的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于果蔬中農(nóng)藥殘留分析的樣品預(yù)處理方法。該方法具有時(shí)間短、提取率高、精密度好以及操作方便等特點(diǎn)；本發(fā)明還提供了該方法的實(shí)現(xiàn)裝置，其裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小、操作方便，適于非專業(yè)人員現(xiàn)場快速測定。
本發(fā)明提供的一種用于果蔬中農(nóng)藥殘留分析的樣品預(yù)處理方法，其步驟為①、將小顆粒或粉末狀的樣品放入可密閉耐壓耐高溫的萃取容器中，加入pH＝6～10的緩沖溶液作為萃取劑，密閉萃取容器；②、在溫度100-250℃的亞臨界水條件下進(jìn)行萃??；③、萃取結(jié)束后，冷卻，倒出萃取液用于后繼分析。
上述步驟②中萃取溫度為100-150℃時(shí)技術(shù)效果更好。
實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，包括微處理器、加熱器、樣品池、溫度傳感器、電源、輸入裝置和輸出裝置；微處理器用于控制加熱器和溫度傳感器工作，并對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行處理；加熱器用于對(duì)樣品池加熱，溫度傳感器用于測定樣品的溫度信號(hào)，并將該信號(hào)傳送給微處理器；輸入裝置用于用戶設(shè)置控制參數(shù)，輸出裝置用于顯示工作信息，電源用于整個(gè)裝置的電源供應(yīng)。
上述微處理器上可連接實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，非易失性存貯器和RS-串行接口芯片，用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間記錄、數(shù)據(jù)存貯、PC機(jī)通訊及串行打印功能。
本發(fā)明尤其適用于果蔬中有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留量的快速檢測，也同樣適用于環(huán)境與食品安全監(jiān)測等需要對(duì)樣品進(jìn)行現(xiàn)場快速預(yù)處理的場合。與現(xiàn)有的樣品預(yù)處理方法相比，具有時(shí)間短、提取率高、精密度好、操作方便等特點(diǎn)。具體而言，本發(fā)明方法具有以下特點(diǎn)(1)通過提高溫度和壓力，采用亞臨界水作為萃取劑，大大提高了果蔬中殘留農(nóng)藥的萃取效率，萃取液無需其它處理即可用于酶抑制法分析，操作步驟簡單、快速。
(2)針對(duì)不同的果蔬樣品，以及不同的殘留農(nóng)藥，通過改變萃取溫度、萃取時(shí)間和水溶液的pH等條件，可以實(shí)現(xiàn)殘留農(nóng)藥的選擇性萃取，大大提高目標(biāo)分析物的萃取效率，去除干擾，提高分析的靈敏度。
本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、使用方便、自動(dòng)化程度高，適于非專業(yè)人員現(xiàn)場快速測定，滿足現(xiàn)場快速篩選和測定的需要。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明方法的步驟為①、稱取碎成小顆?；蚍勰畹臉悠贩湃肟擅荛]耐壓耐高溫的萃取容器中，加入pH＝6～10的緩沖溶液作為萃取劑，密閉萃取容器。
②、在溫度100-250℃的亞臨界水條件下進(jìn)行萃取；③、萃取結(jié)束后，取出萃取管，冷卻后倒出萃取液，進(jìn)行后繼的分析工作。
實(shí)施例例1取含有甲胺磷殘留農(nóng)藥的大白菜葉作為樣品，清洗晾干后，剪碎成小顆粒，約3mm3。準(zhǔn)確稱取1.0g菜葉放入萃取容器中，加入5mLpH＝8的磷酸鹽緩沖溶液作為萃取劑，設(shè)定萃取溫度120℃，萃取時(shí)間為1-2min。在此條件下，按照上述方法處理和測定8個(gè)平行樣品，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，研究該預(yù)處理方法的精密度。測定和計(jì)算結(jié)果如表1。由表中數(shù)據(jù)可知8次測定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5％，滿足痕量分析的要求，重現(xiàn)性較好。
表1 亞臨界水萃取精密度測定結(jié)果(n＝8)

制備甲胺磷、敵百蟲和敵敵畏三種農(nóng)藥的白菜模擬樣品，并利用以上方法進(jìn)行樣品預(yù)處理，萃取液采用酶抑制法進(jìn)行測定，各種農(nóng)藥加入量及測定結(jié)果見表2。從表中數(shù)據(jù)可知，三種農(nóng)藥模擬樣品的相對(duì)萃取率均在74％以上，滿足痕量分析的要求。
表2亞臨界水萃取對(duì)含不同農(nóng)藥的白菜樣品的萃取結(jié)果(n＝2)

例2取含有農(nóng)殘的新鮮菜葉，清洗晾干后，剪碎成小顆粒，約3mm3。準(zhǔn)確稱取1.0g菜葉放入萃取容器中，加入2mLpH＝6的NH4Ac-HAc緩沖溶液，密閉萃取管后，在溫度100℃條件下萃取約3-4min。萃取結(jié)束后，萃取液采用酶抑制法進(jìn)行分析。
例3取含有農(nóng)殘的新鮮水果，清洗晾干后，切碎成小顆粒，約3mm3。準(zhǔn)確稱取1.0g放入萃取容器中，加入8mLpH＝8的NH3-NH4Cl緩沖溶液，密閉萃取管后，在溫度250℃條件下萃取約1-2min。萃取結(jié)束后，萃取液采用酶抑制法進(jìn)行分析。
例4取含有農(nóng)殘的新鮮水果，清洗晾干后，切碎成小顆粒，約3mm3。準(zhǔn)確稱取1.0g放入萃取容器中，加入5mLpH＝7.5的磷酸鹽緩沖溶液，密閉萃取管后，在溫度150℃條件下萃取約2-3min。萃取結(jié)束后，萃取液采用酶抑制法進(jìn)行分析。
本發(fā)明中，緩沖溶液(萃取劑)的用量可根據(jù)樣品中農(nóng)藥的濃度進(jìn)行調(diào)整。萃取劑并不局限于上面提到的三種，只需pH值為6-10的緩沖溶液即可。由于樣品中農(nóng)藥有可能在高溫下降解，造成實(shí)際萃取率降低，所以本發(fā)明在萃取溫度為100-150℃時(shí)技術(shù)效果更好。
如

圖1所示，實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置包括微處理器1、加熱器2、樣品池3、溫度傳感器4、電源5、輸入裝置6和輸出裝置7。加熱器2用于對(duì)樣品池3加熱，以提高樣品池3內(nèi)試管中樣品的溫度。溫度傳感器4用于測定樣品的溫度信號(hào)，并將該信號(hào)傳送給控制裝置。微處理器1用于控制加熱器和溫度傳感器的工作，并對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行處理。試管可以采用具塞可密閉耐壓玻璃試管。
微處理器1通過溫度傳感器4，測量樣品池3的當(dāng)前溫度，并根據(jù)當(dāng)前溫度與預(yù)設(shè)溫度的差值大小，調(diào)整加熱器2的開關(guān)時(shí)間，從而控制加熱功率，以保證溫度的穩(wěn)定。用戶通過輸入裝置6可以控制加熱器的開關(guān)，也可以設(shè)置預(yù)設(shè)溫度、加熱時(shí)間等參數(shù)。輸出裝置7直接顯示樣品池的當(dāng)前溫度及加熱時(shí)間等信息。電源5負(fù)責(zé)整個(gè)裝置的電源供應(yīng)。
上述控制裝置中還可以配備實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片(如DS1302)、非易失性存貯器(如24LC64)以及RS-232串行接口芯片(如MAX3233)，從而可實(shí)現(xiàn)時(shí)間記錄、數(shù)據(jù)存貯、PC機(jī)通訊及串行打印等功能，方便了用戶的使用。
上述各部件均可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)，下面以實(shí)例作進(jìn)一步的說明。
我們采用Atmel公司的AT89C2051單片機(jī)作為微處理器，加熱器的開關(guān)由雙向晶閘管(如BT136等)控制，接收由微處理器發(fā)出的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)，控制加熱電路的開關(guān)。通過改變PWM信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的功率調(diào)節(jié)。樣品池采用鋁合金制作，外部設(shè)置有八個(gè)樣品孔用于放置預(yù)處理樣品管，內(nèi)部含有加熱器件和溫度傳感器。加熱器件直接采用市售的加熱棒。溫度傳感器采用的是高理公司的MF54型高精度熱敏電阻。溫度傳感器所測量到的溫度信號(hào)，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送入微處理器。
電源采用變壓器加整流橋的方式，提供單片機(jī)系統(tǒng)所需+5V電源。輸入裝置可采用了撥動(dòng)開關(guān)和按鍵兩種形式，以方便用戶操作。輸出裝置由一塊4位的LED數(shù)據(jù)管組成，可以在單片機(jī)的控制下顯示加熱器溫度、處理時(shí)間等當(dāng)前狀態(tài)。
微處理器的控制軟件可采用C51編寫，其流程圖如圖2所示。
本發(fā)明裝置的使用方法如下(1)打開便攜式裝置，設(shè)定預(yù)處理溫度，當(dāng)樣品池達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，會(huì)自動(dòng)聲光提示；(2)將待測樣品稱量后放入玻璃可密閉具塞試管，加入預(yù)處理劑，蓋緊放入便攜式裝置，設(shè)定處理時(shí)間；(3)預(yù)處理結(jié)束后，裝置自動(dòng)停止加熱，根據(jù)分析要求取出試管進(jìn)行后繼的分析工作。
下面將本發(fā)明與目前常用的二種預(yù)處理方法進(jìn)行比較。
在國標(biāo)法GB/T 5009.199-2003“果蔬中殘留農(nóng)藥的酶抑制法快速分析標(biāo)準(zhǔn)方法”中采用的預(yù)處理方法為手動(dòng)振蕩萃取，具體步驟為選取樣品1.0g，剪成1cm左右見方碎片，放入燒杯或提取瓶中，加入5mL緩沖溶液，振蕩1～2min，倒出提取液，靜置3～5min，待用。
比較過程中，選用性質(zhì)較為穩(wěn)定的甲胺磷農(nóng)藥，以大白菜作為樣品，制成模擬樣品，并采用酶抑制法作為分析檢測技術(shù)，研究和建立預(yù)處理技術(shù)。首先分別對(duì)均可以采用水作為萃取劑的傳統(tǒng)手動(dòng)振蕩萃取、超聲萃取和本發(fā)明的亞臨界水萃取方法進(jìn)行了比較研究。結(jié)果如表3所示。
表3含甲胺磷農(nóng)藥的白菜模擬樣品預(yù)處理比較(n＝2)


比較結(jié)果表明，直接振蕩萃取和超聲萃取的提取率均較低，相對(duì)萃取率都低于50％，而亞臨界水萃取的提取效率相對(duì)較高，相對(duì)萃取率達(dá)到89％，優(yōu)于傳統(tǒng)手動(dòng)振蕩及超聲萃取等預(yù)處理方法。本發(fā)明提出的果蔬中殘留農(nóng)藥的亞臨界水萃取預(yù)處理技術(shù)具有萃取效率高、重現(xiàn)性好、時(shí)間短、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，與酶抑制快速檢測法結(jié)合可以廣泛有效的用于果蔬樣品中農(nóng)藥殘留的提取，實(shí)現(xiàn)果蔬樣品的現(xiàn)場快速檢測，與傳統(tǒng)方法相比，大大提高了檢測靈敏度和準(zhǔn)確度。
權(quán)利要求
1.一種用于果蔬中農(nóng)藥殘留分析的樣品預(yù)處理方法，其步驟為①、將小顆?；蚍勰畹臉悠贩湃肟擅荛]耐壓耐高溫的萃取容器中，加入pH＝6～10的緩沖溶液作為萃取劑，密閉萃取容器；②、在溫度100-250℃的亞臨界水條件下進(jìn)行萃??；③、萃取結(jié)束后，冷卻，倒出萃取液用于后繼分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟②中萃取溫度為100-150℃。
3.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于該裝置包括微處理器(1)、加熱器(2)、樣品池(3)、溫度傳感器(4)、電源(5)、輸入裝置(6)和輸出裝置(7)；微處理器(1)用于控制加熱器(2)和溫度傳感器(4)工作，并對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行處理；加熱器(2)用于對(duì)樣品池(3)加熱，溫度傳感器(4)用于測定樣品的溫度信號(hào)，并將該信號(hào)傳送給微處理器(1)；輸入裝置(6)用于用戶設(shè)置控制參數(shù)，輸出裝置(7)用于顯示工作信息，電源(5)用于整個(gè)裝置的電源供應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于上述微處理器(1)上連接有實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，非易失性存貯器和RS-232串行接口芯片，用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間記錄、數(shù)據(jù)存貯、PC機(jī)通訊及串行打印功能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于果蔬中農(nóng)藥殘留分析的樣品預(yù)處理方法和裝置。其方法為①將小顆?；蚍勰畹臉悠贩湃肟擅荛]耐壓耐高溫的萃取容器中，加入pH＝6～10的緩沖溶液作為萃取劑，密閉萃取容器；②在溫度100－250℃的亞臨界水條件下進(jìn)行萃取；③萃取結(jié)束后，冷卻，倒出萃取液用于后繼分析。其裝置包括微處理器、加熱器、樣品池、溫度傳感器、電源、輸入裝置和輸出裝置。本發(fā)明方法具有時(shí)間短、提取率高、精密度好、操作方便等特點(diǎn)。本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、使用方便、自動(dòng)化程度高，適于非專業(yè)人員現(xiàn)場快速測定，滿足現(xiàn)場快速篩選和測定的需要。
文檔編號(hào)G01N30/06GK1664548SQ20051001843
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者陸曉華, 王琳玲, 楊海, 蘇明偉, 鄭言波, 王耀, 魏松波, 吳高明 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)