专利名称：茶叶固相萃取柱及检测茶叶农药残留物的样品前处理方法
技术领域：
本发明涉及食品卫生、农产品安全检测领域，特别涉及一种茶叶固相萃取柱及检测茶叶农药残留物质的样品前处理方法。
背景技术：
茶叶不仅是我国人民喜爱的一种主要消费饮料，而且也是我国一项传统的大宗出口农产品。近年来有关茶叶中农药残留问题经常被媒体曝光。出于维护本国经济利益和保护人们健康的需要，世界各国不断提高茶叶中农药最大允许残留量(MRL)要求。日本2006年实施的农药、兽药及相关化学物质“肯定列表制度”，其中涉及茶叶的共有144个品种，对144种以外的农药残留则采用“一律标准”(即基准值设定为0.0lppm)。之后，欧盟、美国、澳大利亚等国也实施了新的农药残留限量标准，致使我国多个茶叶出口大省的出口量迅速下降，形成贸易技术壁垒。为了应对不断提高的茶叶中农药残留限量要求，世界各国都在大力开展茶叶农药残留量检测技术以及相关的前处理技术的研究。国际上已出现多种代表性的多残留分析方法，如美国FDA的多残留方法(可检测360多种农药)、德国DFG的方法(可检测325种农药)、荷兰卫生部的多残留分析方法(可检测200种农药)、加拿大多残留检测方法(可检测251种农药)等。目前已有的固相萃取前处理方法往往需要至少1-2小时时间，用2-3种固相萃取柱产品，因此存在用时长，成本高的问题。且由于通常能买到分层的固相萃取产品都是在上层放置碳类材料，而上层放置碳类材料容易被水和某些基质成分污染，被污染后碳类材料的吸附色素能力会大幅下降。专利201010197943.X采用比色法测定二硫代氨基甲酸酯类农药，在对于深颜色作物，加入石墨粉和氯化钠均质，以吸附色素；在原理上同样是采用了吸附杂质排出干扰检测的方式；然而因为比色法只对色素干扰比较敏感，方法只加入了石墨粉以除去色素，并不适用于其他检测手段。专利03153725.1农药残留净化柱及其净化方法保护了一种农药残留净化柱，利用吸附剂填料的吸附作用原理去除杂质，采用了活性炭，硅藻土，助滤剂混合装填用于食品中农残分析用的净化柱；其中硅藻土和助滤剂都起到了过滤和支撑活性炭材料的作用，主要还是对蛋白质和色素等杂质进行了去除，适合于食品类样品，而不适合茶叶等绿色素丰富，富含天然茶叶酸，茶叶碱的样品。专利201010108788.X，以在标准品中添加基质模拟物的形式进行基质效应补偿，其净化步骤加入了 C18，以除去一部分脂肪性质干扰基质，避免对气相色谱检测的严重的基质干扰，但其基于基质效应补偿的原理更适于对茶叶中有机磷类多农残的测定，不适合对于其他种类农残的测定。最后，上述已有的专利方法中，任何一个都不能适用于超过600种农药残留的提取和净化。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种茶叶固相萃取柱。将本发明的茶叶固相萃取柱应用于样品预处理中，可检测红茶、绿茶、花茶、普洱茶、乌龙茶等数百种茶叶中农药及代谢产物，具有快速、经济、通用性强的特点。本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种用于检测茶叶农药残留物质的样品前处理方法。为解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种茶叶固相萃取柱，该茶叶固相萃取柱包括柱管和柱管内的填料，所述的填料由下列组份组成，碳材料2-10份、氨基官能化的吸附材料2-10份，和极性官能团修饰的高聚物材料I份，所述碳材料装填于柱管底层，所述氨基官能化的吸附材料和极性官能团修饰的高聚物材料混合装填在柱管上层，其间使用聚丙烯筛板作为分隔。优选地，所述碳材料为石墨化碳、活性炭中的一种或两种的混合物，所述碳材料粒径范围为80目 400目，比表面积为100 300m2/g。优选地，所述氨基官能化的吸附材料为氨基化硅胶NH2、多氨基化硅胶PSA、氨基化聚乙烯二乙烯苯中的一种或几种的混合物，所述氨基官能化的吸附材料的粒径范围为30微米 80微米，比表面积为300 800平方米/克，平均孔径为40 150埃。优选地，所述极性官能团修饰的高聚物材料的粒径范围为30微米 80微米，比表面积为300 800平方米/克，平均孔径为40 150埃，交联度15_80%。优选地，所述碳材料为石墨化碳，其微孔比例不高于2% ;石墨化程度不低于50%，所述氨基官能化的吸附材料为多氨基化硅胶PSA，所述极性官能团修饰的高聚物材料为酰胺化聚乙烯二乙烯苯。优选地，所述柱管为高密度聚乙烯材料或玻璃材料。为解决上述第二个技术问题，一种检测茶叶中农药残留物质的样品前处理方法，其特征在于:包括如下步骤:I)将茶叶样品打碎或碾碎；2)向步骤I)所得碎茶叶样品中加入提取溶剂和缓冲盐进行提取，离心后取上清液；重复提取过程，重复提取过程中无需再添加缓冲盐，合并上清液浓缩，得浓缩液，待上样；3)将步骤2)中得到的浓缩液加入权利要求6所述的茶叶固相萃取柱中，接收流出液，4)加入洗脱溶剂，将残留在茶叶固相萃取柱上的农药残留洗脱下来，得洗脱液，合并洗脱液和步骤3)得到的流出液；5)将合并的洗脱液和流出液浓缩后进行仪器分析，准确定性定量农药及其代谢物质。优选地,步骤2)中碎茶叶样品:提取溶剂:缓冲盐=Ig:3-8mL:0.2_lg。优选地，步骤2)中所述的提取溶剂为甲醇、乙腈、正己烷、丙酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、石油醚、甲苯、四氢呋喃、或异丙醇中的一种或两种以上以任意比例混合的混合物。优选地，步骤2)中所述的缓冲盐为氯化钠、醋酸钠、柠檬酸钠中的一种或两种以上的混合物。优选地，步骤4)中所述的洗脱溶剂为甲醇、乙腈、丙酮、正己烷、二氯甲烷或甲苯中的一种或两种以上的混合物。优选地，所述提取溶剂为乙腈。本发明的效果是研发的茶叶固相萃取柱，具有一次处理样品，提取净化茶叶中653种农药残留的突出特点，超过了欧美日等发达国家对茶叶中农药多残留分析的水平。同时本发明中的茶叶固相萃取柱，通过优化了十几种吸附材料的性能，优选出了三种材料，又通过优化三种材料的用量和配比，结合应用方法达到了对几大类茶叶的净化要求。吸附材料的选择既要考虑到不能对农药待测物有过强的吸附力，从而影响其洗脱效果；还要考虑到吸附材料的净化效果，需要能最大程度地去除样品基质干扰物。对于碳材料我们优选石墨化碳，对其进行表面积，微孔率的控制，以保证对色素等基质干扰物的吸附，同时还要保证对农药没有过度的吸附，有效地避免某些多环类农药在碳材料表面吸附过强无法洗脱的问题。采用极性官能团修饰的高聚物材料，对于非极性干扰物、茶多酚、茶碱均有很好的吸附去除作用，同时避免了键合硅胶或金属氧化物，如硅酸镁、氧化铝等造成的对于有机磷等极性农药的吸附，在加大基质干扰物吸附的同时降低对目标物的吸附。本发明中涉及的茶叶固相萃取柱通过对不同物理化学性质的材料混合使用，达到了可同时去除多种茶叶样品农药残留物质检测过程中的干扰基质的效果，较常用的固相萃取前处理方法节省了至少一半的实验操作时间，而且只使用一支固相萃取柱，降低了经济和人工操作成本。本发明在茶叶固相萃取专用柱的材料，装填，检测方法和检测仪器的选择方面都有所创新，针对茶叶等绿色素丰富，富含天然茶叶酸，茶叶碱的样品，不仅使用了混合装填的方式，还采用了分层装填，实现两种柱子在一支柱管中串接的方式。而且净化柱中采用的材料不仅含有碳类材料，还加入了带有离子交换作用的碱性官能团化的硅胶材料(即氨基官能化的吸附材料)、极性官能团修饰的高聚物材料等创新性的材料；利用了不同的吸附原理吸附杂质。本发明中的应用方法结合了茶叶固相萃取柱的特点，通过创新性的一次性净化，分组检测法，实现了在茶叶类复杂基质样品中多种农药残留及其代谢物的同时检测，是目前唯一一个可以同时提取净化茶叶中653种农药及化学污染物的检测方法，填补了国内空白。目前在水果、蔬菜类农产品的多残留分析方法中，采用的主要净化手段有固相萃取柱净化、液液分配净化和凝胶渗透色谱(GPC)净化，液液分配净化是传统的净化方法，它要求被测农药及相关化学品具有相似的溶解特性，因此它对于300种以上的多残留难以适应。凝胶渗透色谱净化更适合富含油脂的样品。固相萃取柱净化是现代残留分析中普遍采用的净化方法，因此，在GB/T19648-2006《水果和蔬菜中500种农药及相关化学品残留量的测定气相色谱-质谱法》研究工作的基础上，发明人查阅了大量的茶叶多残留检测文献，选择了十八种不同填料的SPE柱针对除色素、除杂以及精密度、准确度效果进行了对比实验。首先，选择了硅酸镁(FS)、石墨化碳(PC)、中性氧化铝(A1-N)、石墨化碳/氨基化硅胶(PC/NH2)、石墨化碳/硅酸镁(PC/FS)、石墨化碳/中性氧化铝/硅酸镁(PC/A1-N/FS)六种固相萃取柱进行了除色素对比实验，从实验结果看，石墨化碳/氨基化硅胶(PC/NH2)固相萃取柱除色素效果最佳。
根据上一步实验结果，选择使用了固相萃取柱，对石墨化碳和氨基化硅胶进行不同填料配比研究，即石墨化碳/氨基化硅胶(Ig)、石墨化碳/氨基化硅胶(1.6g)、石墨化碳/氨基化硅胶(2g)和不同装填顺序，即石墨化碳在下层，氨基化硅胶在上层，氨基化硅胶/石墨化碳(Ig)、氨基化硅胶/石墨化碳(2g)以及PSA (具有两个氨基的吸附剂)/石墨化碳(Ig)和PSA (具有两个氨基的吸附剂)/石墨化碳(2g)的固相萃取柱进行了对比实验，由于茶叶色素很重，从实验结果看，填料为2g的固相萃取柱除色素效果和回收率结果好于其它几种，而且石墨化碳在下层，氨基化硅胶在上层2g的柱子除色素效果更佳。回收率结果见表I。茶叶基质成分非常复杂，色素含量很高，还含有大量的茶叶碱和咖啡因，为了取得理想的净化和除杂效果，根据前面的实验结果，我们开发设计了专门适合茶叶中多残留检测的固相萃取柱，我们对三种填料混合的净化柱氨基化硅胶/丙磺酸(PRS) /石墨化碳(lg)、氨基化硅胶/丙磺酸(PRS)/石墨化碳(2g)，氨基化硅胶/十八烷基键合硅胶/石墨化碳(Ig)、氨基化硅胶/十八烷基键合硅胶/石墨化碳(2g)和茶叶固相萃取柱进行了对比实验。茶叶固相萃取柱填料由A、B，C三种成分按照一定的比例分层填装而成。其中A为石墨化碳，其作用是去除茶叶中的色素而同时不会吸附目标农药出是多胺基化硅胶，主要去除茶叶中的茶叶碱和咖啡因等杂质；C是一种酰胺化聚乙烯二乙烯苯材料，其主要作用是去除色素及其茶叶碱之外的杂质。这三种填料混合的SPE柱能够起到更好的净化效果，其除色素、除杂和回收率结果最佳，回收率结果见表2。实验证明，绿茶、红茶、乌龙茶和普洱茶中653种农药及相关化学品残留经优化设计的茶叶固相萃取柱净化，可获得较好的净化效果，而且可获得理想的回收率，方法简便快捷，测定的农药及相关化学品品种数达到653种。表一两种填料混合SPE柱回收率实验结果
权利要求
1.一种茶叶固相萃取柱，其特征在于，该茶叶固相萃取柱包括柱管和柱管内的填料，所述的填料由下列组份组成:碳材料2-10份、氨基官能化的吸附材料2-10份和极性官能团修饰的高聚物材料I份；所述碳材料装填于柱管底层，所述氨基官能化的吸附材料和极性官能团修饰的高聚物材料混合装填在柱管上层，其间使用聚丙烯筛板作为分隔。
2.根据权利要求1所述的茶叶固相萃取柱，其特征在于:优选地，所述碳材料为石墨化碳、活性炭中的一种或两种的混合物，所述碳材料粒径范围为80目 400目，比表面积为100 300m2/g。
3.根据权利要求1所述的茶叶固相萃取柱，其特征在于:优选地，所述氨基官能化的吸附材料为氨基化硅胶NH2、多氨基化硅胶PSA、氨基化聚乙烯二乙烯苯中的一种或几种的混合物；所述氨基官能化的吸附材料的粒径范围为30微米 80微米，比表面积为300 800平方米/克，平均孔径为40 150埃。
4.根据权利要求1所述的茶叶固相萃取柱，其特征在于:优选地，所述极性官能团修饰的高聚物材料的粒径范围为30微米 80微米，比表面积为300 800平方米/克，平均孔径为40 150埃，交联度15-80%。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的茶叶固相萃取柱，其特征在于:优选地，所述碳材料为石墨化碳，其微孔比例不高于2% ;石墨化程度不低于50%，所述氨基官能化的吸附材料为多氨基化硅胶PSA，所述极性官能团修饰的高聚物材料为酰胺化聚乙烯二乙烯苯。
6.根据权利要求5所述的茶叶固相萃取柱，其特征在于:优选地，所述柱管为高密度聚乙烯材料或玻璃材料。
7.—种检测茶叶中农药残留物质的样品前处理方法，其特征在于:包括如下步骤: 1)将茶叶样品打碎或碾碎； 2)向步骤I)所得碎茶叶样品中加入提取溶剂和缓冲盐进行提取，离心后取上清液；重复提取过程，重复提取过程中无需再添加缓冲盐，合并上清液浓缩，得浓缩液，待上样； 3)将步骤2)中得到的浓缩液加入权利要求6所述的茶叶固相萃取柱中，接收流出液； 4)加入洗脱溶剂，将残留在茶叶固相萃取柱上的农药残留洗脱下来，得洗脱液，合并洗脱液和步骤3)得到的流出液； 5)将合并的洗脱液和流出液浓缩后进行仪器分析，准确定性定量农药及其代谢物质。
8.根据权利要求7所述的一种用于茶叶中农药残留物质检测的样品前处理方法，其特征在于:步骤2)中碎茶叶样品:提取溶剂:缓冲盐=Ig:3-8mL:0.2_lg。
9.根据权利要求7或8所述的一种用于茶叶中农药残留物质检测的样品前处理方法，其特征在于: 步骤2)中所述的提取溶剂为甲醇、乙腈、正己烷、丙酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、石油醚、甲苯、四氢呋喃、或异丙醇中的一种或两种以上以任意比例混合的混合物； 步骤2)中所述的缓冲盐为氯化钠、醋酸钠、柠檬酸钠中的一种或两种以上的混合物； 步骤4)中所述的洗脱溶剂为甲醇、乙腈、丙酮、正己烷、二氯甲烷或甲苯中的一种或两种以上的混合物。
10.根据权利要求9所述的一种用于茶叶中农药残留物质检测的样品前处理方法，其特征在于:所述提取溶剂为乙腈。
全文摘要
本发明公开了一种茶叶固相萃取柱及检测茶叶中农药残留物质的样品前处理方法，该茶叶固相萃取柱包括柱管和柱管内的填料，所述的填料由下列组份组成，碳材料2-10份、氨基官能化的吸附材料2-10份和极性官能团修饰的高聚物材料1份，所述碳材料装填于柱管底层，所述氨基官能化的吸附材料和极性官能团修饰的高聚物材料混合装填在柱管上层，其间使用聚丙烯筛板作为分隔。本文还公开了使用茶叶固相萃取柱检测茶叶中农残的样品前处理方法。将该茶叶固相萃取柱应用于样品预处理中，可用于红茶、绿茶、花茶、普洱茶、等数百种茶叶中农药及代谢产物的分析检测，具有一次处理样品，提取净化茶叶中653种农药残留及快速、经济、通用性强的特点。
文档编号G01N30/06GK103111091SQ20131005687
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月22日 优先权日2012年3月31日
发明者庞国芳, 汪群杰, 曹彦忠, 胡雪燕, 王宛, 范春林 申请人:天津博纳艾杰尔科技有限公司