同位素稀釋-氣相色譜-串聯質譜法測定土壤中的指示性毒殺芬

張 兵, 吳嘉嘉, 劉國瑞, 高麗榮, 鄭明輝

(中國科學院生態環境研究中心,北京100085)

同位素稀釋-氣相色譜-串聯質譜法測定土壤中的指示性毒殺芬

張 兵, 吳嘉嘉, 劉國瑞, 高麗榮, 鄭明輝＊

(中國科學院生態環境研究中心,北京100085)

建立了土壤樣品中指示性毒殺芬Parlar N o.26(P26)、Parlar No.50(P50)和Parlar N o.62(P62)的同位素稀釋-氣相色譜-串聯質譜(ID-GC-MS/MS)的分析方法。土壤樣品使用壓力溶劑萃取裝置(PLE)提取,以丙酮-正己烷(1∶1,v/v)混合溶液為提取溶劑;提取液依次經由多層酸性硅膠柱和活化硅膠柱凈化;洗脫液經氮吹濃縮至20μL后,利用GC-MS/MS的多反應監測(MRM)模式進行定性和定量。結果表明本方法可對樣品中的P26、P50和P62進行分析,相對標準偏差(RSD)小于11%,回收率可以達到55%～110%;P26、P50和P62的儀器檢出限分別為3.0、3.0和6.0pg。將該方法用于某地區農田表層土壤中3種指示性毒殺芬的檢測,其中P26的含量為0.17

ng/g、P50為0.08ng/g、P62為0.09ng/g。此方法適用于土壤樣品中指示性毒殺芬的分析。

同位素稀釋法;氣相色譜;串聯質譜;指示性毒殺芬;土壤

Abstract:Although toxaphene is now banned in use,the analysis of toxaphene has attracted increasing interest due to its persistence and widespread atmospheric transport in the environment.A new method based on isotope dilution-gas Chromatography-tandem mass spectrometry(ID-GC-MS/MS)has been developed for the determination of three toxaphene specific congeners comprised of Parlar No.26(P26),Parlar N o.50(P50)and Parlar N o.62(P62)in soil.13C10-labeled indicator toxaphene solution was added to the sample prior to pretreatment.Then the sample was extracted using p ressurized liquid extraction(PLE)follow ed by purification on multilayer acidic silica column and neutral silica column.The eluent was concentrated under gentle nitrogen gas flow and spiked with the injection of internal standard of13C10-chlordane.I-dentification and quantification of the analytes were carried out in the multip le reaction m onitoring(MRM)m ode after the GC separation.The linear range was20-800μg/L for three congeners,limits of detection(LOD)ranged from3.0to6.0pg.The five point calibration curves show ed a good linearity for all the congeners(R2>0.99).The relative standard deviations(RSD s)were below11%for and the spiked recoveries were in the range of55%-110%.The developed analytical method is suitable for the determination of toxaphene specific congeners in soil.

Key words:isotope dilution;gas Chromatography(GC);tandem mass spectrometry(MS/MS);indicator toxaphene;soil

毒殺芬是一種廣譜性殺蟲劑,由5～10個氯取代的莰烯或莰烷組成,根據其結構式理論推斷,它的同類物的數量多達32 768種[1]。在20世紀70年代,毒殺芬被用作滴滴涕(DD T)的替代品,為了保護農作物、家禽和家畜免受害蟲和病毒侵害,曾經在世界范圍內被廣泛使用[2]。由于它具有較高的毒性、持久性和生物富集性,所以可在大氣中進行遠距離傳輸[3],在遠離使用地點的海洋哺乳動物體內、魚類甚至是人乳中都檢測到了不同濃度的毒殺芬[4-6];毒殺芬已被列為《斯德哥爾摩公約》中首批控制的12種持久性有機污染物(persistent organic pollutants,PO Ps)之一。雖然毒殺芬同類物數量眾多,但有研究[7]證明只有七氯～九氯的同系物會在脂肪中高富集,據文獻報道,動物脂肪中的Parlar N o.26(P26)、Parlar N o.50(P50)和Parlar N o.62(P62)3種毒殺芬[8]的含量大約占總量的8%～50%,因此通常將這3種毒殺芬同類物作為指示性毒殺芬加以研究。毒殺芬與其他PO Ps性質相似,它的log Koc為2.5～6,會被土壤顆粒物吸附,土壤中的毒殺芬還可能污染地下水[9],所以毒殺芬被認為是最受關注的有機氯農藥[10]。

環境中的毒殺芬殘留量較低,因此需要高選擇性、高靈敏度的檢測方法。由于電子捕獲檢測器(ECD)對于含氯的有機物具有較高的靈敏度,因此安裝ECD的氣相色譜儀曾被廣泛應用于環境介質中殘留毒殺芬的定性和定量分析[11,12]。但由于ECD對目標化合物選擇性不強,近年來在環境樣品中毒殺芬的檢測多采用氣相色譜-質譜聯用(GCMS)方法。de B oer等[13]利用負化學電離源GCMS技術在魚和海洋哺乳動物等生物樣品中檢測到了不同濃度水平的毒殺芬。由于毒殺芬同類物數量眾多,并且基質或其他相似物質可能會對目標化合物的測定產生嚴重干擾,易產生假陽性結果,因此需要更準確的分析方法。同位素稀釋法(ID)被認為是環境介質中PO Ps定性和定量最準確的方法[14],目前在二惡英類和多氯聯苯的分析方法中已得到廣泛應用。2009年8月美國CIL公司推出13C10標記P26、P50和P62指示性毒殺芬標準品,為采用ID法進行毒殺芬檢測提供了可能?；贕C-MS/MS技術檢測毒殺芬的最新進展[8],我們建立了ID-GCMS/MS法檢測土壤中指示性毒殺芬的分析方法。采用壓力溶劑萃取(PLE)技術[15]對樣品中的毒殺芬進行提取,利用多層酸性硅膠柱對樣品進行凈化,用活化硅膠柱消除樣品中多氯聯苯和其他有機氯農藥的干擾,并對3種指示性毒殺芬同類物分析過程中的各項指標,如回收率、空白、基質加標和平行樣等質量保證和質量控制的措施進行研究。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

7000A型三重四極桿串聯質譜儀(美國Agilent公司);壓力溶劑提取儀(美國FMS公司);氮吹濃縮儀(美國O rganomation Associates Inc.);旋轉蒸發儀(瑞士BüCH I公司);冷凍干燥機(北京松源華興科技公司)。

13C10-氯丹、13C10標記和非標記的P26、P50和P62標準物質(純度99%,美國CIL公司);實驗所用溶劑甲醇、丙酮、二氯甲烷、正己烷及甲苯均為農殘級(美國J.T.Baker公司);硫酸(優級純,北京北化精細化學品公司)。硅膠(100～200目,山東青島海洋化工廠分廠)經甲醇和二氯甲烷柱淋洗后氮氣吹干。硅膠使用前12h于180℃活化6h后,置于干燥器中待用;22%酸性硅膠:取活化后的硅膠78g逐滴加入濃硫酸22g,邊加邊振蕩,使其分散均勻。將制備好的酸性硅膠放入試劑瓶中密封,保存在干燥器中;44%酸性硅膠:取活化后的硅膠78g,逐滴加入濃硫酸44g,邊加邊振蕩,使其分散均勻。將制備好的酸性硅膠放入試劑瓶中密封,保存在干燥器中;無水硫酸鈉:優級純,使用前于馬弗爐中660℃灼燒8h。

1.2 樣品前處理

1.2.1 壓力溶劑提取

將土壤樣品冷凍干燥后,研磨,取20.0g加入10.0μg/L的13C10標記P26、P50和P62標準品的丙酮溶液,并與適量硅藻土混勻后轉移至100mL提取筒中,將提取筒靜置30m in后放入PLE提取筒的加熱套內,以丙酮-正己烷(1∶1,v/v)混合溶液為提取溶劑。提取溫度:100℃;系統壓力:15M Pa;加熱時間:15m in;氮吹時間:30s。循環2次。

1.2.2 多層酸性硅膠柱凈化

將PLE提取液在旋轉蒸發儀上濃縮至約2 mL,并轉移至多層酸性硅膠柱上(200mm×10mm,干法裝柱,從上到下依次為5.0g無水硫酸鈉、2.5g活化硅膠、10.0g22%酸性硅膠和12.5g44%酸性硅膠),用100mL正己烷淋洗多層酸性柱,收集洗脫液,濃縮至2mL,準備過活化硅膠柱。

1.2.3 活化硅膠柱凈化

將多層酸性硅膠柱淋洗濃縮液轉移至活化硅膠柱上(200mm×10mm,干法裝柱,從上到下依次為5.0g無水N a2SO4和8.0g活化硅膠),用45mL正己烷淋洗,去除多氯聯苯及其他有機氯農藥的干擾,再用50mL甲苯-正己烷(35∶65,v/v)溶液淋洗,收集洗脫液,氮吹濃縮至約20μL,然后加入10 ng的13C10-氯丹作為進樣內標。

1.3 色譜條件

采用DB-5MS色譜柱(30m×0.25mm×0.25μm);載氣:氦氣,恒流模式,流速1mL/m in;脈沖不分流進樣1μL。進樣口溫度:230℃;傳輸線溫度:290℃;程序升溫:80℃保持2m in,以20℃/m in速率升至200℃,5℃/m in升至250℃保持7m in,再以10℃/m in的速率升至300℃。

1.4 質譜條件

電子轟擊源(EI),電子能量:50eV,源溫度:230℃,雙四極桿溫度:150℃,碰撞氣:He2.25mL/m in、N21.5mL/m in。采用多反應監測(MRM)方式進行數據采集,毒殺芬同類物的監測離子(m/z)及碰撞電壓(CE)如表1所示。

表1 M RM模式下指示性毒殺芬的監測離子及碰撞電壓(CE)Table1 Compounds monitored mass and collision energy(CE),using electronicionization

1.5 質量保證與質量控制

PLE提取筒和玻璃器皿使用之前分別用丙酮、甲醇和二氯甲烷超聲清洗干凈,去除背景有機雜質,每個樣品中均加入13C10同位素標記的P26、P50、P62和氯丹,以評價分析方法的回收率。

2 結果與討論

2.1 校正曲線

根據文獻報道的環境背景值樣品中毒殺芬的含量范圍,本實驗確定并配制了3種指示性毒殺芬的標準溶液,其中同位素標記內標物13C10-P26、13C10-P50及13C10-P62的質量濃度為200μg/L,進樣內標13C10標記的氯丹的質量濃度為200μg/L,工作曲線中P26、P50及P62的質量濃度范圍為20～800 μg/L。經計算,各標記化合物和非標記化合物之間的相對響應值(RR)的相對標準偏差(RSD)在4%～15%之間,5點校正曲線具有良好的線性。

2.2 精密度和回收率

稱取3份20.0g石英砂與適量的硅藻土均勻混合,分別加入質量濃度為400μg/L的P26、P50及P62的標準溶液和質量濃度為200μg/L的13C10-P26、13C10-P50及13C10-P62內標物,按1.2節所述的前處理方法,對加標的基質樣品進行提取凈化。分析結果表明,P26、P50和P62的質量濃度依次為(400±6.2)、(400±10.3)和(400±20.4)μg/L;同位素標記物的回收率為55%～110%;RSD為3.2%～10.1%。

2.3 空白試驗

空白試驗結果表明,樣品提取時加入13C10-P26、13C10-P50和13C10-P62的同位素稀釋劑溶液,回收率為65%～115%,空白樣品中P26、P50及P62的含量低于方法檢出限,不影響實際樣品的定量。

2.4 方法檢出限

將標準溶液稀釋,進樣1μL測試,以毒殺芬同類物的信噪比(S/N)約為3平行測定6次,計算P26、P50和P62的絕對檢出限分別為3.0、3.0和6.0pg。

2.5 實際土壤樣品的測定

采用ID法對某地區農田表層土壤中的指示性毒殺芬進行了分析,實驗結果(見圖1)表明,同位素內標13C10-P26、13C10-P50及13C10-P62的回收率為50%～110%。該土壤樣品中指示性毒殺芬P26、P50和P60的含量分別為0.17、0.08和0.09ng/g。

圖1 (a)實際土壤樣品和(b)標準溶液中指示性毒殺芬的色譜圖Fig.1 Chrom a togram s of P26,P50and P62in(a)a so il sam p le and(b)standa rd solu tion

3 結語

本研究建立了ID-GC-MS/MS檢測指示性毒殺芬的分析方法。該方法靈敏,精密度高。對土壤樣品的分析驗證表明,該方法適用于環境土壤樣品中的指示性毒殺芬P26、P50和P62的分析。

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Determination of indictor toxaphene in soil by isotope dilution-gaschromatography-tandem mass spectrometry

ZHANG Bing,WU Jiajia,LIU Guorui,GAO Lirong,ZHENG Minghui＊
(Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chinese Academ y of Sciences,Beijing 100085,China)

O658

A

1000-8713(2010)05-0456-04

＊通訊聯系人:鄭明輝,博士,研究員.Tel:(010)62849172,E-m ail:zhengm h@rcees.ac.cn.

中國科學院知識創新工程重要方向項目(No.KZCX2-Y W-JS406)和環保公益性行業科研專項項目(No.200909096).

2010-01-14

DO I:10.3724/SP.J.1123.2010.00456