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微波消解/萃取仪在农产品安全和质检中的应用

时间:2008-08-19 06:39:39  浏览:        

摘要:国产微波化学仪器以其较高的性价比,在我国各行业的分析测试和理化检验部门发挥着重要作用。本文节选了国产微波消解/萃取仪器在农产品检测领域的部分应用实例,并通过一篇水产品中抗生素检测的具体应用实例,展示了在这一领域的广阔应用空间。
关键词:微波化学,微波消解,微波萃取
近年来,随着国民对生活水平和质量的追求不断提高以及加入WTO后国外对我国农产品设置的技术壁垒不断提升,农产品安全和品质检测提高到了前所未有的高度。当前,我国农产品检测的重点包括:蔬菜,水果和茶叶中的农药残留问题;水果滥用激素问题;茶叶中重金属超标问题;畜禽饲养过程中药物(抗生素和激素)滥用问题以及同农产品相关的土壤,肥料和饲料中的重金属及药物成分超标问题等。但是这些农产品都不能直接放到仪器上检测,必须经过繁琐的样品预处理过程。消解和萃取是常用的预处理方法,测定重金属等无机成份要消解,测定农残和药物等有机物需萃取。然而,长期以来,传统的样品预处理所占的时间是整个检验时间的三分之二还多,而且处理的效果有时还不理想,严重制约了检验的速度和精确度的提高,成为阻碍检验水平进步的一大瓶颈。
微波制样是近些年来兴起的新技术,其在分析化学和有机化学等领域的应用,近年来在国内外都有飞速的发展,应用领域不断扩大,从无机分析的微波消解,延伸到有机分析的微波萃取和微波合成。一方面由于微波加热的里外一致性,消除了传统加热的温度梯度,升温速度大幅提高;另一方面由于微波的非热效应,加速了物质分子间的运动和碰撞,大功率的微波可以帮助分子快速分解(消解);而小功率的连续微波能解除分子间的作用力,使分析目标物从基质中解析并快速进入溶剂(萃取);同时微波的作用能使不同的物质快速均匀地反应并生成新的物质(合成),达到常规方法需要很长时间甚至难以获得的效果。总的来说,同传统样品预处理方法相比,微波制样具有速度快,效率高,回收完全,试剂耗用少,环保清洁的显著优点,正越来越成为替代传统方法的新技术。
我国从八十年代后期开始研制微波制样仪器,九十年代中期推出商品化产品,经过十年的不断开发,技术不断提高,功能已接近国外先进水平,在农检,商检,质检,疾控,药检,地质,冶金和各大专院校等单位的科研和理化检验部门积累了大量的用户。上海新仪微波化学科技有限公司是国内较早开发微波化学仪器的单位之一,在国内已有600多家用户单位。其开发的MK和MDS系列微波消解/萃取仪器已经运用在商检、质检、疾控、环保、农科、地质、冶金、生物和大专院校等十多个行业,其中在农产品检测方面也积累了一定的经验。
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一、 微波消解技术在农产品检测中的应用
微波消解在农产品检测中主要用于土壤、肥料、饲料和蔬菜等物质中重金属元素的测定,其中土壤、饲料和肥料因成分复杂,在传统电热板加热消解法中,属于较难处理的一类样品,不仅耗时,而且重现性差。微波消解土壤样省时,省力,速度快,效果好。青岛市农科院的赵明等[1]对土壤样品消解选用HNO3,HClO4和HF作为消解液在1.5MPa压力下加热10分钟,再在特制电加热板上加热至180℃以驱除多余HClO4和SiF4,最后加入2ml20%HNO3加热溶解残渣。
植株样品中含有大量有机物,他们选用HNO3,HF和H2O2作为消解液,将植株样品(大白菜质控样品)1.0000g置于聚四氟乙烯溶样杯中,加入浓HNO310ml浸泡过夜,使样品破碎。次日将溶样杯置于电子控温加热板上加热处理,控制温度在150℃左右,加热至大量NO2棕色气体冒尽后,取下再加入浓HNO32ml,HF2ml摇匀,装入消解罐于0.5MPa-1.0MPa压力条件下微波消解10min。消解结束后取出溶样杯,冷却后加入H2O22ml于电热板上加热除去NO2和SiF4,使样品消解完全。实验看出,预加热处理对微波消解效果的影响很大,如消解液中有机物含量过高,微波消解时溶样杯中压力上冲并持续时间较长,微波消解的作用很小,影响了样品消解效率。预处理后再加入少量HNO3和HF,可提高氧化分解效果,最终消解液应呈清亮状,无明显黑色残渣存在。后期检测准确度和精密度均符合相关规定要求,是值得推广应用的土壤和植株样品消解方法。
中山大学的李芳等[2]也对植物、土壤和沉积物样品进行处理,植物干样(西红柿叶)称取0.2500g采用4mlHNO3-HClO4(4+1)+0.2mlHF酸介质,在0.5MPa 4min, 1.0MPa 3min, 1.5MPa 2min微波条件下加热。土壤样品采用HNO3-HClO4-HF(4+1+2)混合酸,在同样的微波条件下加热,然后在消化液中加入饱和H3BO3溶液,密封后重新微波加热(0.5MPa)2min, 使沉淀生成四氟硼酸盐而溶解。试剂用量可节省10倍,而时间缩短几十倍,由于操作过程简单,大大减少了劳动强度。
二、 微波萃取技术在农产品检测中的应用
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微波萃取较之于其他萃取方法有三大优点:1。微波效应使被萃取物分子与溶剂分子高速碰撞摩擦,加速被萃取物溶剂化,提高萃取效率;2。在密闭增压状态下,各种有机溶剂的沸点会提高30℃-70℃不等,这样的话,萃取就可以在更高的温度下进行,萃取速度和效率较之常压下要高;3。微波的加热效应使被萃取物细胞内的少量水分快速升温膨胀以至于撑破细胞壁,而使萃取物质从细胞中渗出自动流向溶剂,是所有萃取方法中所独有现象。微波萃取技术在农产品检测中的应用包括蔬菜、水果、茶叶和土壤中的农药残留提取,畜禽和水产品中抗生素和激素含量的测定,以及中药、茶叶和其他天然植物中有效成分的提取等等。
中山大学的杨云等[3]用微波萃取/气质联用分析蔬菜中的有机磷农药,称取5g蔬菜样品,加入二氯甲烷溶剂25ml(经过同丙酮,甲醇,正己烷及其混合物的多种萃取溶剂体系比较后选定),微波萃取时间5min,并控制萃取温度在93℃,萃取后经气质联用(GC-MS)测定回收率为72.2%~102.0%, RSD为1.5%~11.0%。同传统的机械振荡萃取法相比,两者萃取效率相当,但微波萃取具有省时省溶剂的优点。
中科院上海有机化学研究所的朱叔韬等提取茶叶中的茶氨酸和茶多酚,用纯净水作溶剂,微波加热10min,控制温度在85℃,其结果同常规沸水浴浸提1小时相当,大大缩短时间,提高效率。
上海应用技术学院的卢立泓等运用微波萃取鳗鱼中磺胺类药物(见附文)也取得了满意的效果。
国内采用国产微波化学仪器用于农产品检测的实例远不止这些,其应用范围和处理样品的种类还在不断扩大,同时国产微波化学仪器的性能也在不断提高。上述实例中使用的都是上海新仪微波化学科技有限公司研制生产的MK、MDS和MAS系列微波消解/萃取仪器,大部分实例中使用还都是老型号的仪器,新仪器在性能和可操作性上更有提高。除了压力控制之外,温度控制和微波功率随温度、压力自动调节及非脉冲式微波连续加热等先进控制技术已集中体现在新仪微波化学公司的新一代MDS和MAS系列微波消解/萃取仪产品上。作为我国微波化学仪器的领先厂家--新仪微波化学公司积累了较为丰富的样品前处理经验,并已为国内十多个行业的600多家用户单位提供了质优价廉的国产微波化学仪器,它们正在为这些行业的用户发挥出巨大的经济和社会效益。
参考文献:
[1] 赵明,蔡葵等,《微波消解在农业环境样品分析中的应用研究》,青岛市农
科院中心实验室,2003
[2] 李芳,杨秀环等,《微波消解技术对植物、土壤和沉积物的应用研究》,中
山大学化学系,2000
[3] 杨云,张卓雯,李攻科,《微波辅助萃取/气相色谱-质谱联用分析蔬菜中
  
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