土壤中有機氯農藥殘留分析用標準樣品的制備

曹丹丹, 田 文, 封躍鵬, 劉海萍, 邱赫男, 吳忠祥

(環境保護部標準樣品研究所,北京100029)

土壤中有機氯農藥殘留分析用標準樣品的制備

曹丹丹, 田 文＊, 封躍鵬, 劉海萍, 邱赫男, 吳忠祥

(環境保護部標準樣品研究所,北京100029)

介紹了土壤中有機氯農藥殘留分析用標準樣品的制備方法。土壤樣品經風干、研磨、篩分、混勻后裝瓶。樣品經索氏提取、弗羅里硅土小柱凈化后,采用氣相色譜-質譜法對殘留的有機氯農藥進行測定。結果表明,采自沈陽地區的土壤中的有機氯農藥含量分布較為均勻,是一種理想的環境標準樣品候選物樣品。該研究為土壤中有機氯農藥殘留分析用標準樣品的研制奠定了基礎。

氣相色譜-質譜法;有機氯農藥;標準樣品;土壤

Abstract:The p reparation method of new soil candidate certified reference materials(CRM)for the analysis of organochlorine pesticides in soils has been developed.The soil sample was dried,ground,homogenized and packed.After Soxhlet extraction and Florisil purification,the organochlorine pesticides in soil candidate were further determined using gas Chromatography mass spectrometry.The results show ed that the soil collected from Shenyang was an ideal soil candidate material for organochlorine pesticide analysis.This method established a foundation for the development of soil reference materials for the analysis of organochlorine pesticides.

Key words:gas Chromatography-mass spectrometry(GC-MS);organochlorine pesticides;reference m aterial;soil

有機氯農藥是一類用于防治病蟲害的含氯有機化合物的統稱,主要分為以環戊二烯為原料的氯丹、七氯、艾氏劑,以苯為原料的滴滴涕(DD T)和六六六,以及以松節油為原料的毒殺芬等三大類。有機氯農藥的毒性較大,化學性質比有機磷農藥穩定、難以降解,且易在生物體內聚集和進行長距離遷移,造成全球性影響,因而是一類重要的持久性有機污染物[1]。在2001年《關于持久性有機污染物斯德哥爾摩公約》中首批控制的12種持久性有機污染物中就有9種為有機氯農藥。因此,近些年來國內外均大規模地開展了有關有機氯農藥殘留的監測和研究。

研究表明,各類有機氯農藥在我國的污染非常普遍[2-5]。有機氯農藥在多種環境介質,如大氣[6]、水體[7]、土壤[8]、沉積物[9]和生物體[10]中均有廣泛的分布[11]。其中土壤是有機氯農藥殘留的重要介質之一[12]。

環境基質有機氯農藥標準樣品的研制對于建立并完善有機氯農藥環境標準樣品體系具有重要的意義,為環境中有機氯農藥殘留的調查、研究和監測等提供了技術支撐和質量保證。近年來,許多國家對各種基質的有機氯農藥標準樣品展開了研究,主要包括魚油[13]、脂肪[14,15]、飼料[16]、魚肉[17]、貽貝[17]、沉積物[18]以及土壤[19]等。目前,我國尚無完善的環境基質有機氯農藥分析用標準樣品,此類產品主要依賴于國外進口。

本文建立了土壤中有機氯農藥殘留分析用標準樣品的制備與測定方法。對采自中國典型污染地區的土壤樣品進行了制備,并對土壤中有機氯農藥殘留含量進行了測定,為土壤中有機氯農藥殘留分析用標準樣品的研制奠定了基礎。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)(Agilent6890/5973N,美國安捷倫公司),配有電子轟擊(EI)離子源;索氏提取恒溫水浴(日本柴田科學器械工業株式會社);旋轉蒸發儀(德國Heidolph公司);氮吹濃縮儀(N-EVAP111,美國O rganom ation Associates公司);微型渦輪裝置(QL-901,海門市其林貝爾儀器)。

所用玻璃器皿經正己烷、丙酮、甲醇依次清洗后,再用自來水、蒸餾水沖洗,然后自然風干,待用。

農殘級丙酮與正己烷均購自美國J.T.B aker公司;色譜純甲醇購自美國Fisher公司;分析純銅片,臨用前先用6mol/L的鹽酸去除其氧化層,用去離子水洗至中性,然后依次用甲醇、丙酮、正己烷各洗滌3次;分析純無水硫酸鈉購自北京化學試劑有限公司,于400℃下烘4h,冷卻后儲于密閉容器中;高純硅膠購自M erk公司,依次用甲醇、二氯甲烷洗滌,在110℃下烘干過夜;使用前在250℃下烘24 h,冷卻后儲于密閉容器中;1 000m g Florisil小柱(6mL)購自美國Supelco公司。

20種有機氯農藥混合標準溶液(溶劑為正己烷/甲苯(體積比為1∶1)):含有α-六六六(α-hexachlorocyclohexane,α-HCH)、β-六六六(β-hexachlorocyclohexane,β-HCH)、γ-六六六(γ-hexachlorocyclohexane,γ-HCH)、δ-六六六(δ-hexachlorocyclohexane,δ-HCH)、硫丹Ⅱ(endosulfanⅡ)、硫丹Ⅰ(endosulfan I)、順式氯丹(cis-chlordane)、反式氯丹(trans-chlordane)、七氯(hep tachlor)、環氧七氯(hep tachlor epoxide)、狄氏劑(dieldrin)、艾氏劑(aldrin)、異狄氏劑(endrin)、硫丹硫酸鹽(endosulfan sulfate)、異狄氏劑醛(endrin aldehyde)、異狄氏劑酮(endrin ketone)、甲氧滴滴涕(m ethoxychlor)、p,p′-DD T、p,p′-DDD、p,p′-DD E標準品(美國AccuStandard公司);o,p′-DD T和滅蟻靈(m irex)標準溶液(溶劑為正己烷,環境保護部標準樣品研究所);以α-六六六-d6,γ-六六六-d6,硫丹Ⅰ-d4與p,p′-DD E-d84種有機氯農藥標準溶液為回收率指示物,以六氯苯-13C6為進樣內標(美國AccuStandard公司)。

1.2 樣品的制備

1.2.1 土壤原料樣品的采集

在天津、沈陽、南京等有機氯農藥污染嚴重的區域共采集土壤樣品300kg。

1.2.2 土壤原料樣品的粉碎干燥

采用自然通風干燥,結合高鋁瓷球磨處理方法對土壤原料樣品進行干燥和粉碎研磨處理。經測定,干燥后土壤原料樣品的含水率均小于3.2%。

1.2.3 土壤原料樣品的篩分和混勻

利用80目篩對土壤原料樣品進行篩分處理,對顆粒較大的原料樣品進行再次球磨篩分,最終確保全部土壤原料樣品的粒徑小于80目。然后對篩分的土壤原料樣品進行混勻處理。

1.2.4 土壤原料樣品的分裝

對完成混勻處理的原料樣品,以每瓶45g的裝樣量分裝于潔凈的玻璃樣品瓶中,其中沈陽的土壤樣品分裝1 650瓶,南京的土壤樣品分裝1 750瓶,天津的土壤樣品分裝1 650瓶。

1.2.5 樣品的滅菌處理

分裝完成的瓶裝土壤樣品,采用Co60γ-射線照射進行樣品的滅菌處理。輻照后經過對土壤樣品抽樣檢驗,表明樣品滅菌均勻徹底,效果良好,滿足研制標準樣品的技術要求。

1.3 土壤樣品中有機氯農藥的提取與分析

1.3.1 樣品前處理

取活化過的硅膠適量(2～3g)和150mL正己烷/丙酮(體積比為1∶1)于索氏提取器中,連續提取7～8h。提取水浴溫度保持在60℃,冷卻循環水溫度調節為10℃,預淋洗完成后棄去提取液。

稱取土壤樣品10g和活化的無水N a2SO410 g,置于燒杯中充分混勻,轉移至索氏抽濾筒中,準確加入4.4m g/L的氘代回收率指示物100μL,加入約2cm高的無水N a2SO4,以150mL正己烷/丙酮(體積比為1∶1)連續索氏提取24h。提取溫度保持在60℃,冷卻循環水溫度調節為10℃。

提取完成后,待提取液冷卻至室溫后,在提取液中加入適量(4片,每片長約4cm,寬約0.5cm)已活化的銅片,靜置約40m in脫硫,然后用旋轉蒸發儀將提取液濃縮至1～2mL,再向燒瓶中加入20 mL正己烷,用旋轉蒸發儀濃縮至1～2mL。該步驟連續重復兩次以完成溶劑置換。

1.3.2 弗羅里硅土小柱凈化

弗羅里硅土(Florisil)小柱先用10mL丙酮洗滌,再用20mL正己烷活化;將待凈化的濃縮液轉移至已活化的Florisil小柱上,加入12mL丙酮/正己烷(體積比為2∶98)混合溶劑洗脫,用K-D管接收全部洗脫液;洗脫液用氮吹儀濃縮,然后加入適量的六氯苯-13C6內標溶液混勻,用正己烷定容至1 mL,轉移至進樣瓶中供GC-MS分析。

1.3.3 氣相色譜-質譜分析條件

色譜柱:HP-5MS柱(30m×0.25mm×0.25 μm),進樣口溫度:220℃;柱溫升溫程序:初始溫度90℃,保持1m in,然后以40℃/m in速率升溫到170℃,再以2℃/m in速率升溫到235℃,保持3 m in;離子源溫度:230℃;電離模式:EI;測量方法:選擇離子監測(S IM);進樣量:1μL。

2 結果與討論

2.1 采樣地點的選擇

為了滿足不同土壤類型、不同有機氯污染物程度等要求,分別采集了松遼平原、長江三角洲、珠江三角洲以及天津等地域的包含了水稻田、苗圃、菜地、工廠用地等12個土壤樣品,并對采集樣品進行了分析。根據測定結果,確定在天津、沈陽和南京等3個地點進行土壤標準樣品制備的原料樣品的采集。這些土壤樣品符合《一級標準樣品技術規范(JJG1006-1994)》要求,適合用作有機氯農藥分析質量控制的環境標準樣品候選物。

2.2 分析過程的質量控制

在實驗測定過程中,每批測定均進行空白樣品測定,結果表明空白樣品中有機氯農藥濃度均低于檢出限。同時對美國APG公司研制的土壤有機氯農藥標準樣品進行了測定(結果見表1),測定結果與標準值符合良好,說明本方法準確可靠。

表1 A PG公司的土壤樣品中有機氯農藥標準樣品的測定結果Table1 Results of organochlorine pesticides in soil reference materials from A PGμg/kg

在實驗中發現硫丹硫酸鹽和硫丹Ⅱ測定值偏低,這是因為本研究采用的弗羅里硅土屬正相吸附劑,硫丹Ⅱ和硫丹硫酸鹽的極性較強,在弗羅里硅土凈化柱上保留很強,而洗脫液丙酮/正己烷(體積比為2∶98)混合液的極性較弱,導致硫丹硫酸鹽和硫丹Ⅱ未能完全洗脫,導致測定值偏低。

2.3 回收率

向土壤樣品中加入了4種同位素回收率指示物用來指示樣品前處理,包括提取、凈化、氮吹濃縮等過程中可能引起的有機氯農藥的損失。每種同位素回收率指示物用來指示與其性質和保留時間相近的幾種有機氯農藥組分。測定結果見表2。

表2 不同土壤候選物中回收率指示物的測定結果(n=3)Table2 Recoveries and RSD s of the recovery indicators in different soil candidate reference materials%

天津土壤樣品中4種同位素指示物的回收率為59.7%～70.2%,平行測定3次的相對標準偏差(RSD)小于8.6%;南京土壤樣品的回收率為78.0%～85.4%,平行測定10次的RSD小于5.1%;沈陽土壤樣品的回收率為80.0%～82.4%,平行測定10次的RSD小于4.8%。雖然回收率略低,但基本滿足土壤樣品中有機氯農藥殘留的分析測定要求。

2.4 土壤樣品中有機氯農藥的測定結果

對天津、南京、沈陽三地所采集的土壤標準樣品候選物進行了10次重復測定,結果見表3。其中13種有機氯農藥測定的RSD均小于20%,而對于濃度較高的o,p′-DD T和p,p′-DD T以及硫丹Ⅱ測定的RSD分別為24%、37%和40%,其原因可能是因為硫丹Ⅱ洗脫不完全影響了重復測定的平行性。

表3 土壤候選物中有機氯農藥的測定結果(n=10)Table3 Results of organochlorine pesticides in soil candidate reference materials(n=10)

在天津、南京和沈陽土壤中分別檢出了13、16和13種有機氯農藥組分。沈陽土壤中雖檢出了七氯,但是因其濃度太低,故未能準確定量。天津土壤中13種有機氯農藥組分的含量水平差別較大,p,p′-DD E、p,p′-DDD、o,p′-DD T、p,p′-DD T4種組分的含量比其他組分的含量高出數十倍到數百倍。南京土壤中滅蟻靈的含量較高,為34 919μg/kg,其他有機氯農藥組分的含量在數十至一千多μg/kg。沈陽土壤中有機氯農藥含量均為數十至數百μg/kg,含量分布相對較為均勻,是一種理想的環境標準樣品候選物樣品。

3 結論

本文介紹了土壤中有機氯農藥殘留分析用標準樣品的制備與測定方法。3個土壤樣品分別采自天津、沈陽和南京等有機氯農藥污染地區。結果表明,沈陽土壤中的有機氯農藥含量分布較為均勻,是一種理想的環境標準樣品候選物樣品。該研究為土壤中殘留有機氯農藥分析用標準樣品的研制奠定了基礎。

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Preparation of soil candidate reference materials for the analysis of organochlorine pesticides in soils

CAO Dandan,TIAN W en＊,FENG Yuepeng,LIU Haiping,QIU Henan,WU Zhongxiang
(Institu te for Environmental Reference Materials of Ministry of Environmental Protection,Beijing 100029,China)

O658

A

1000-8713(2010)05-0483-04

＊通訊聯系人:田 文,研究員,主要從事環境標準樣品研究.E-m ail:tian.w en@ierm.com.cn.

環境保護部環境保護公益項目(No.200709042).

2010-01-14

DO I:10.3724/SP.J.1123.2010.00483