中空纖維膜-液相微萃取-氣相色譜/質譜法測定土壤中擬除蟲菊酯類農藥

摘 要 采用中空纖維膜-液相微萃取-氣相色譜/質譜法測定土壤中3種擬除蟲菊酯類農藥（聯苯菊酯、氯氰菊酯、溴氰菊酯）。實驗優化的樣品制備和萃取條件為：土壤與水的質量比為1∶3，pH＝4，超聲時間為5 min，萃取劑為環己烷，萃取溫度為25 ℃，攪拌速率為900 r/min，萃取時間為20 min。萃取后取1 萃取劑進行色譜分析。在此條件下，當采用SIM模式時，測得土壤中聯苯菊酯、氯氰菊酯和溴氰菊酯的線性范圍分別為0.01～25 mg/kg， 0.5～50 mg/kg和0.5～50 mg/kg; 檢出限分別為0.003， 0.020和0.040 mg/kg; 相對標準偏差分別為4.3%， 4.7%和8.6%。本方法可用于土壤中擬除蟲菊酯類物質的快速測定。

關鍵詞 中空纖維膜；氣質聯用；擬除蟲菊酯

1 引 言

擬除蟲菊酯類（Pyrethroids）農藥是一類廣泛使用的廣譜、高效的合成殺蟲劑，其化學結構、生物活性類似于天然的除蟲菊酯 [1]。該類農藥具有一定的穩定性，某些品種有致畸、致癌及致突變作用，可殘留在土壤中并具有累積作用，對環境造成危害[2]。目前多采用濁點萃取-反萃取法[3]、固相萃取[4]、超聲波輔助提取-中性氧化鋁-石墨碳柱凈化處理法[5]與GC-ECD聯用進行檢測分析。

中空纖維膜-液相微萃取技術（Hollow fiber-based liquid-phase microextraction， HF-LPME）是一種集萃取、富集、進樣于一體的樣品前處理新技術[6]。它萃取一個樣品所需的有機溶劑僅幾至幾十微升，并且很容易與GC、HPLC、CE等聯用，在痕量及超痕量有機污染物分析領域具有廣闊的應用前景[7]。HF-LPME中所采用的中空纖維膜的微孔孔徑一般約為0.2

丙酮、正己烷、環己烷、苯、甲苯、二甲苯和氯苯均為色譜純，其余試劑均為分析純。

聯苯菊酯、氯氰菊酯和溴氰菊酯購買于上海市農藥研究所。用丙酮配制成每種農藥各為1000 mg/L的混合標準儲備液，于4 ℃冰箱中儲存，臨用時用丙酮稀釋至所需濃度。

2.2 土壤樣品的制備

加標土壤樣品的制備方法參考了文獻[10]并加以改進。取不含待測物的“純凈”土壤晾干，研磨后過200目（0.098 mm孔徑）篩。過篩后的土壤樣品裝入具塞磨口玻璃瓶中保存。取適量過篩后的土樣置于蒸發瓶中，加入丙酮直到土樣被完全浸沒。移取適量3種擬除蟲菊酯類農藥混合標準溶液注入到土樣中，超聲振蕩30 s，使目標物在土壤中分布均勻；將蒸發瓶內的樣品在40 ℃下蒸發除去丙酮。取下蒸發瓶，放入通風櫥中風干平衡一晝夜。處理好的樣品放入具塞磨口玻璃瓶中，于4 ℃保存以備分析。

2.3 中空纖維膜的制備與液相微萃取

將中空纖維膜在丙酮中浸泡24 h，超聲清洗8 min后取出，風干后剪成長度為1.5～2.0 cm的小段備用。先用微量進樣器抽入3

萃取劑，再抽入等體積的水，然后將微量進樣器的針尖插入中空纖維膜的一端固定，將固定后的中空纖維膜浸入萃取劑中約10 s（使有機溶劑充滿膜壁上的微孔，此時，疏水性的中空纖維膜膜管內也會充滿有機溶劑），將微量進樣器內的水注入中空纖維膜中，置換出其中的有機溶劑。將中空纖維膜從溶劑中取出，立即浸沒于樣品中，將進樣器中的有機溶劑注入到中空纖維膜中；磁力攪拌萃取，待萃取完成后，從中空纖維膜中抽取1

2.4 色譜及質譜條件

色譜條件：載氣（He）流速1.0 mL/min；分流進樣，分流比為20∶1，進樣口溫度230 ℃，柱溫程序升溫為：120 ℃（1 min）20 ℃/min260 ℃（8 min）10 ℃/min280 ℃（3 min）。

質譜條件：采用EI離子源（電子能量69.9 eV），離子源溫度為230 ℃，四級桿溫度為150 ℃，采用全掃描方式（SCAN）進行定性分析，選擇離子方式（SIM）進行定量測定。

3 結果與討論

3.1 萃取條件的優化

3.1.1 萃取劑的選擇 與液液萃取相同，HF-LPME中萃取劑對萃取效果的影響非常顯著，其應滿足以下條件：（1）與中空纖維有較強的親和力，能進入纖維壁上的孔隙并保持穩定；[TS（] 圖1 萃取劑對萃取效率的影響

Fig．1 Effect of extraction solvent on extraction efficiency

1.苯（Benzene）; 2. 甲苯（Toluene）; 3. 二甲苯（Xylene）; 4. 環己烷（Cyclohexane）; 5. 正己烷（）; 6. 氯苯（Chlorobenzene）。[TS）]（2）在水中溶解度小，減少萃取過程中的損失；（3）對分析組分的溶解度足夠大，以提供較大的富集倍數；（4）有良好的色譜行為，以保證與目標化合物的分離[12]。本實驗選取苯、甲苯、二甲苯、氯苯、正己烷和環己烷6種有機溶劑進行萃取，結果表明，環己烷的萃取效果最好（圖1）。

3.1.2 水與土的質量比的影響 選擇合適的水與土的質量比有利于提高萃取效率。若此比例過大，樣品溶液中含土量太少，目標物含量少，不利于提高測定的靈敏度；若此比例太小，樣品溶液中含土量過多，則影響傳質流動，此時若提高攪拌速率，樣品中的固體顆粒與中空纖維膜的摩擦增大，容易造成溶劑損失。在樣品總質量為10 g的條件下，分別對水與土樣質量比為1∶1，2∶1，3∶1， 4∶1和5∶1的樣品進行萃取實驗，結果如圖2所示，表明水與土的質量比為3∶1時，萃取效率最好。

3.1.3 超聲時間的影響 在萃取前進行超聲振蕩可加速被測物從土壤顆粒中向水中遷移，提高萃取效率。但隨著超聲時間延長，土壤顆粒變小，容易堵塞中空纖維膜的微孔，阻礙萃取的進行。本研究考察了超聲時間分別為0.5， 1， 3， 5， 10， 15， 20和25 min時的萃取效率。實驗表明，超聲時間少于5 min時，隨時間延長峰面積增大；超聲時間大于5 min后，則隨時間延長峰面積逐漸減小。故超聲時間選擇為5 min。

3.1.4 萃取時間和攪拌速率的影響 由于液相微萃取過程是一個基于分析物在樣品與有機溶劑（萃取劑）之間分配平衡的過程，所以分析物在達到平衡時的萃取量最大[12]。對于分配系數較小的分析物，一般需要較長的時間才能達到平衡，但時間過久會引起溶劑損失使萃取效果變差，所以，選擇的萃取完成時間一般在平衡之前（非平衡）[13]。同時，土壤顆粒可能會吸附于中空纖維膜上形成薄膜，影響萃取效率。在這種情況下，為保證得到較好的重現性，萃取時間必須嚴格控制。實驗表明，萃取時間少于20 min時，峰面積隨著時間的延長而變大；萃取時間大于20 min時，峰面積隨著時間的延長而減小。3種擬除蟲菊酯類物質的最佳萃取時間為20 min。

在不攪拌和攪拌不足的情況下，分析物在液相擴散速度較慢。但攪拌速度太快， 溶液（泥漿）中會產生氣泡附著在中空纖維膜上，阻礙傳質過程；還可能加快萃取劑的擴散損失，甚至使固定在微量進樣器針尖的中空纖維膜脫落，導致萃取失敗。本實驗在500～1100 r/min之間改變攪拌速率，考察萃取效率。結果表明，攪拌速率在500～900 r/min之間時，峰面積隨著攪拌速度的加快而增加；攪拌速率在900～1100 r/min之間時，峰面積隨著攪拌速度的增加而減小。所以，最佳攪拌速率選擇900 r/min。[TS（] 圖3 溫度對萃取效率的影響

Fig．3 Effect of temperature on extraction efficiency[TS）]

3.1.5 溫度的影響 溫度升高，目標物向萃取劑中的擴散加快，有利于縮短萃取時間。然而，升溫會使分析物的分配系數減小，減少其在溶劑中的萃取量，同時，升溫也會導致萃取劑的溶解損失。所以要同時考慮萃取時間和萃取效果，尋求最佳萃取溫度。分別在10， 15， 20， 25， 30和35 ℃溫度下考察了萃取效果，結果如圖3所示。在25 ℃時，3種目標物的萃取效果最高。

3.1.6 鹽效應的影響 當樣品基體發生變化時，目標物在有機溶劑和樣品之間的分配系數也隨之變化。向樣品中加入一些無機鹽類（如NaCl，Na2SO4等）可增大分配系數，提高目標物在有機相中的分配比。本實驗在樣品溶液中分別添加5%， 10%， 15%， 20%， 25%， 30%和35%的NaCl，結果表明，NaCl添加量為25%時萃取效果最佳。

3.1.7 pH值的影響 控制溶液的pH值能夠改變一些分析物在溶液中的存在形式，減少它們在水中的溶解度，增加有機相中的分配。本實驗中的擬除蟲菊酯類物質在酸性條件下較為穩定，對其在pH值為1， 2， 3， 4， 5和6時進行實驗，得到最佳萃取pH＝4。

3.2 方法的檢出限、線性范圍和精密度

制備濃度分別為0.01，0.1，0.5，1.0，5.0，10，25和50 mg/kg的3種農藥的加標土壤樣品，在本實驗選定的最佳萃取條件下，以選擇離子模式（SIM）進行測定。聯苯菊酯、氯氰菊酯和溴氰菊酯的工作曲線線性范圍、檢出限見表1。同時為考察方法的重現性，連續測定濃度為10 mg/kg的加標樣品6次，相對標準偏差（RSD）在4.3%～8.6%之間。

3.3 樣品分析

對取自蘇州某生產農藥的化工廠舊址處的土壤樣品進行測定。實驗結果顯示，其中含有二苯醚類和鄰苯二甲酸脂類物質，未檢出擬除蟲菊酯類農藥。對此土樣加入標準樣品，配制含其濃度分別為1， 5和10 mg/kg的樣品，在本實驗條件下進行測定，得到如圖4所示的總離子流色譜圖。其中1和2為土壤本身所含物質二苯醚和鄰苯二甲酸正丁酯，3， 4和5為加標物質擬除蟲菊酯類農藥。用3.2節中的工作曲線進行定量分析，測定1 mg/kg的樣品的回收率分別為109.4%，113.8%和83.6%；5 mg/kg的樣品的回收率分別為112.9%， 111.1%和84.6%；10 mg/kg的樣品回收率分別為113.2%，112.7%和88.6%。可見，本方法測定土壤中的擬除蟲菊酯類農藥是可行的。

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Determination of Pyrethroids in Soil by Hollow Fiber-based Liquid-

Phase Microextraction and Chromatography-Mass Spectrometry

SHAO Yan， ZHANG Li-Jun， ZHANG Zhan-En

（Jiangsu Province Key Laboratory of Environmental Science and Engineering，

Suzhou University of Science and Technology， Suzhou 215011）



Abstract Three pyrethroids （bifenthrin， cypermethrin and deltamethrin） in soil were determined by hollow fiber liquid-phase microextraction （HF-LPME） coupled gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）. The sample preparation and extraction conditions were optimized， and the optimum conditions obtained as follows: ratio of soil to water was 1∶3， pH value was 4， ultrasonic time was 5 min， extraction solvent was cyclohexane， extraction temperature was 25 ℃， stirring speed was 900 r/min， and extraction time was 20 min. After extraction， 1