利用MALDI—TOFMS檢測農藥的新方法

為消除病蟲害對農作物的影響，人們在植物的生長過程中使用了大量農藥，但農藥的使用具有雙面性，一方面帶來了糧食增產，另一方面也帶來了環境和食品安全問題。近年來，有關食品中農藥殘留對人體造成嚴重危害的事例屢次被報道。目前，對農藥殘留的檢測主要使用色譜法，但色譜法檢測儀器復雜，樣品前處理過程繁雜，嚴重影響食品殘留的日常檢測，因此，迫切須要發展一種檢測速度快且前處理程序簡單的新方法。

由于基質離子對小分子的表征和檢測有嚴重的干擾，基質協助激光解吸離子飛行時間質譜（MALDI-TOFMS）一直不適用于對小分子物質進行分析檢測[1-2]。近年來科學家們投入了相當大的努力解決MALDI-TOFMS在小分子檢測方面的問題。各種新基質材料被開發出來應用于小分子的分析，且效果比較顯著[3-16]。石墨烯光電特性優良，是吸收能量、儲存能量和轉移能量的優異材料[17-19]，近年來筆者所在課題組嘗試把石墨烯材料作為MALDI-TOFMS的新基質使用，取得了一些成果。

本研究以溫和氧化石墨烯為基質，用MALDI-TOFMS在正離子模式下對阿克泰、高效氯氰菊酯、殘殺威、吡蟲啉、猛殺威、樂果6種常見農藥進行檢測，得到了滿意的效果，建立了一種簡便快速檢測農藥的新方法，該方法的建立也有助于啟發其他痕量有機污染物的質譜檢測。

1材料與方法

1.1材料及儀器

高效氯氰菊酯、阿克泰、殘殺威、吡蟲啉、猛殺威、樂果均為標準品，乙醇、乙腈、二氯甲烷均為阿拉丁試劑，石墨烯來自江蘇南京先鋒納米材料科技有限公司，所用藥品皆為分析純，試驗用水為二次蒸餾水。

投射電鏡和掃描電鏡分別在Tecnai G2 20 S-TWIN顯微鏡和德國LEO1530VP顯微鏡下掃描，投射電鏡電壓為 200 kV，掃描電鏡電壓為20 kV。紅外光譜掃描使用尼科利特550系列紅外光譜儀，溴化鉀壓片。飛行時間質譜在德國Bruker Autoflex Ⅱ型光譜儀上測量，測量過程中采用正離子模式。加速電壓范圍為+20 kV～-20 kV，該儀器裝配有氮激光器，可提供（93.8～121.8） μJ范圍的能量。

1.2試驗方法

準確稱取1 mg溫和氧化石墨烯于2 mL離心管中，加入 1 mL 混合溶劑（乙醇 ∶水體積比=1 ∶1）超聲10 min形成懸濁液，測量時先取1 μL溫和氧化石墨烯懸浮液于MALDI板上，溶劑自然揮發后加入1 μL被測樣品于干燥的氧化石墨烯材料上，溶劑揮發形成共晶體后在正離子模式下測定記錄其MALDI-TOFMS質譜圖。

2結果與分析

2.1溫和氧化石墨烯材料的制備及表征

溫和氧化石墨烯即石墨烯被硝酸溫和氧化，具體操作為將200 mg石墨烯分散于20 mL 2 mol/L硝酸溶液中，于 105 ℃ 在高速磁力攪拌下反應7 h，待冷卻后用二次蒸餾水洗滌5次，冷凍干燥后得到溫和氧化石墨烯。其合成示意圖見圖1。

合成過程使用硝酸對石墨烯進行溫和氧化，該過程有雙重意義：一是生成一定量的羧基基團，保證不破壞石墨烯的表面結構，不影響其吸收電子和傳輸電子的能力。這些羧基基團的生成不僅增大了石墨烯的醇溶性或水溶性，也增強了石墨烯的反應活性，有利于該材料與被測分子進行結合。

2.2溫和氧化石墨烯材料的結構特性表征

為確定合成材料準確無誤，試驗中分別采用掃描電鏡、紅外光譜、投射電鏡等方法對溫和氧化石墨烯進行結構表征，結果如圖2、圖3所示。圖2顯示，由于石墨烯本身結構單一，其紅外光譜圖是一條光滑的譜線，沒有吸收峰出現。溫和氧化石墨烯的紅外光譜圖則于1 622、3 450 cm-1 2處位置有新的吸收光譜峰出現，意味著在石墨烯表面上有羰基和羧基形

成，另外這2處吸收峰的強度都比較低，表明石墨烯表面氧化程度較小，只發生了部分氧化。

石墨烯具有單原子薄層結構，光電特性優良，是吸收能量、儲存能量和轉移能量的優異材料。本研究采用掃描電鏡和投射電鏡的方法對該溫和氧化石墨烯進行了表面特征和內部結構表征，結果如圖3所示。從這2張圖中可以明顯地觀察到，溫和氧化石墨烯具有較大的平面結構，而且褶皺特征非常明顯，該特征正是石墨烯單分子層結構的特性表現，進一步驗證了筆者合成的復合材料沒有破壞石墨烯本身的理化結構，不影響其吸收能量、儲存能量和轉移能量的特性。該石墨烯材料具有作為MALDI-TOFMS基質進行研究與應用的可行性。另外石墨烯在電場中發生電離后通常只產生很少的碎片離子，并且這些離子碎片都是12的整數倍，這一特征在對小分子的檢測過程中很容易被發現排除，因此該溫和氧化石墨烯作為基質對小分子農藥的測量不形成干擾。

2.3樣品的MALDI-TOFMS分析

本試驗以上述合成的溫和氧化石墨烯為基質，采用“12”節中所述MALDI-TOFMS分析的方法對殘殺威、猛殺威、吡蟲啉、阿克泰、樂果、高效氯氰菊酯6種農藥進行檢測分析，質譜圖如圖4所示。該過程是在正離子模式下進行的，每種農藥的特征吸收峰（[M+H]+或[M+Na]+或[M+K]+）都能清晰地被檢測出來，其特征位置峰結果見表1。這些吸收峰都是每種農藥的特征吸收峰，可以作為對該種農藥定性檢測的依據，各自的成功檢出實現了該方法對這些殺蟲劑的定性檢測。endprint

3結論與討論

本試驗通過硝酸氧化法合成了溫和氧化石墨烯，以該石墨烯材料為新基質，用MALDI-TOFMS法測得殘殺威、阿克泰、猛殺威、樂果、吡蟲啉、高效氯氰菊酯6種農藥的特征圖譜，以此實現對6種農藥的定性檢測。本試驗以石墨烯材料為新基質，成功地避免了用MALDI-TOFMS檢測農藥等小分子時的基質干擾，探索了一種快速檢測常見農藥殘留的新方法。該方法具有操作簡單、檢測速度快等優點。該方法的建立也為其他痕量有機物的檢測提供了新思路。