加速溶劑萃取-在線衍生-氣相色譜-質譜法同時分析土壤中有機氯農藥和酸性除草劑

摘 要 [HTSS]建立了土壤中13種極性除草劑與20種非極性有機氯農藥的同時萃取檢測的方法。利用加速溶劑萃取過程中的溫度環境與溶劑環境，使強極性氯代酸性除草劑與五氟芐基溴在萃取池內反應，酯化產物的極性顯著降低。利用丙酮溶劑使之與非極性的有機氯農藥同時萃取；利用衍生產物與有機氯農藥的高電負性使除草劑與有機氯農藥在氣相色譜負化學源質譜上同時檢測；開發了絡合劑Na4 EDTA，并通過溫度條件實驗使整個萃取和衍生時間縮短。10.0 g土壤樣品、1.5 mL蒸餾水、0.50 g Na4EDTA充分混合，加入過量衍生試劑，采用加速溶劑萃取儀，樣品在100 ℃，10.3 MPa壓力下，10 min完成衍生及萃取過程， 萃取液脫水并凈化后進行負化學質譜檢測。本方法靈敏度高，所有組分檢出限均在10.0

SymbolmA@ g/kg以下，回收率為68%～120%，精密度為2.8%～7.9%。

關鍵詞 [HTSS]在線衍生；土壤；除草劑；有機氯；氣相色譜；負化學源質譜

1 引 言

有機氯農藥和氯代除草劑是兩類不同極性的化合物。迄今為止，多數研究者采取這兩類有機物各自獨立的萃取方法和檢測方式。以往報道中，由于極性差別較大，在萃取兩類有機物時要采取不同的溶劑及不同的酸堿度才能達到好的萃取效果[1]；在檢測方法方面，兩類目標物的氣相色譜質譜檢測方法則以電子轟擊電離源（EI）為主[2，3]，而負化學源質譜法（NCI）報道較少。對于極性較強的除草劑由于沸點很高，難以氣化，還需要通過衍生手段降低沸點[3]。

1992年， Hawthorne提出在線萃取衍生的概念[4]，但直到2000年后才有少數在線衍生萃取實例[5～8]。由于在線衍生的難度較大，使得整個方法很少運用到實際樣品分析中。本方法以Na4EDTA為絡合劑、五氟芐基溴為衍生試劑，將絡合萃取在線衍生手段融為一體，通過絡合劑、衍生試劑的高選擇性對氯代除草劑采用衍生反應后對衍生產物同時萃取，利用相似相容原理，采用同一溶劑對有機氯農藥同時萃取，兩類有機物共萃取得以實現。酸性除草劑經衍生后由于五氟官能團的引入，其電負性增強[9]，有機氯由于含有氯取代本身電負性較強，兩類有機物的高電負性得到統一。本研究通過實驗流程和實驗條件的改進使兩類不同極性有機物的同時分析得以實現。本方法速度快、靈敏度高、適用性強，適宜推廣。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

ASE200型加速溶劑萃取儀（美國戴安公司）； GCMS QP2010氣相色譜質譜聯用儀（日本島津公司）；MTN2800W氮吹儀、HA20固相萃取儀（恒奧公司）。

丙酮、正己烷、甲苯（農殘級）；五氟芐基溴（99.5%）、乙二胺四乙酸二鈉鹽（Na2EDTA）、乙二胺四乙酸四鈉鹽（Na4EDTA）、無水硫酸鈉、K2CO3（優級純）。茅草枯、3，5二氯苯甲酸、 2（4氯苯氧基2甲基）丙酸、麥草畏、2甲4氯、2，4滴丙酸、2，4滴、2，4，5滴丙酸、五氯酚、苯達松、2，4，5涕、草滅平、2，4滴丁酸、2，4二氯苯乙酸（均購自于Dr.Ehrenstorfer公司）。αBHC、βBHC、γBHC、δBHC、p，p′DDE、 p，p′DDD、o，pDDT 、p，p′DDT、艾氏劑、七氯、環氧七氯、狄氏劑、異狄氏劑、六氯苯、α 硫丹、β硫丹、異狄氏劑醛、甲氧DDT（SUPELCO公司）。

2.2 樣品預處理

將樣品風干后，準確稱取樣品10.0 g，加入0.50 g Na4EDTA，1.5 mL蒸餾水，在干凈的研缽內充分混合均勻，靜置干燥過夜。然后將樣品與25 g石英砂充分混合后裝入33 mL萃取池中并用石英砂填滿，在萃取池頂部，加入0.4 mL K2CO3（20%）、0.5 mL五氟芐基溴（30%），萃取池加蓋后，裝入快速溶劑萃取儀。

萃取溶劑：丙酮；萃取池壓力：10.3 MPa； 萃取池溫度：100 ℃；靜態萃取時間（衍生時間）：10 min；循環次數2次。

將提取液在氮吹儀上用小氣流吹至近干，用2～3 mL正已烷定量轉移至氟羅里硅土或者硅膠柱凈化柱 （預先用4 mL正己烷進行活化） 上，采用8 mL丙酮二氯甲烷（1∶9， V/V）混合液洗脫，收集洗脫液，將收集的洗脫液氮吹至1 mL，準備上機檢測。

2.3 色譜與質譜條件

HP5MS色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25

SymbolmA@ m）；柱始溫度90 ℃；以30 ℃/min程序升溫至200 ℃; 再以10 ℃/min升至300 ℃， 保持2 min；進樣口溫度：230 ℃；不分流進樣；進樣體積： 1

SymbolmA@ L。

 分 析 化 學第39卷

第12期桂建業等： 加速溶劑萃取在線衍生氣相色譜質譜法同時分析土壤中有機氯農藥和酸性除草劑 

負化學離子源；反應氣：甲烷；電離能量：70 eV； 離子源溫度：200 ℃；連接桿溫度：220 ℃； 選擇離子掃描（Selected ion monitoring）。

3 結果與討論

3.1 絡合劑的選擇及其作用原理推測

方法所涉及的酸性除草劑均含有羧基或羥基，屬Lewis酸，按常規的相似相溶的原則進行萃取存在很大難度。依據King等[10]提出的可逆絡合萃取原理，選擇具有Lewis堿性的化合物為絡合劑方能達到有效萃取。Na2EDTA 和Na4EDTA均屬于Lewis堿，其CO鍵的氧與酸性除草劑（Lewis酸）中的氫形成氫鍵，構成絡合物，從而順利實現相轉移。在相同條件下，以Na2EDTA為絡合劑時，多數檢測物的回收率在40%～50%；以Na4EDTA為絡合劑時，檢測物的回收率均大于65%。本方法確定Na4EDTA為絡合劑。以10 g土壤樣品為例，當Na4EDTA添加量為0.5 g時，絡合萃取反應較理想。

3.2 在線衍生條件

在線衍生條件包含兩方面內容：第一是試劑的選擇和用量，五氟芐基溴在K2CO3催化作用下能夠與酸性有機物反應生成酯類化合物，從而實現氣相色譜質譜的檢測，方法確定由萃取池頂端加入0.4 mL 20% K2CO3溶液和0.5 mL 30%五氟芐基溴丙酮的條件進行衍生； 第二是快速溶劑萃取儀的條件。實驗發現，100 ℃為較為恰當的萃取溫度。長時間萃取對易揮發性組分（如茅草枯等）有較大影響，同時也會造成大量基質干擾，萃取時間為10 min時，有機氯農藥的回收率均大于70%；對于除草劑，通過加入Na4EDTA，在此時間內同時完成萃取和衍生，其回收率均大于68%以上。按照2.2與2.3節操作能夠達到較好的效果。

3.3 輔助條件

水使絡合劑Na4EDTA在土壤中均勻分布，絡合反應更加充分；但微量水分的存在會對萃取效率有一定的影響。丙酮作為與水互溶的溶劑，可以滲透到土壤顆粒的內部萃取目標物，是最佳萃取溶劑；樣品分散性直接影響方法的精密度，加入石英砂與樣品混合，其精密度可得到有效改善。

3.4 絡合劑、衍生試劑對有機氯農藥的影響

對于含有羧基和羥基的酸性有機物，其絡合反應是絡合劑的特殊官能團CO鍵的氧與羧基上的H的反應，其反應具有高選擇性。非極性的有機氯農藥不具備與Na4EDTA反應的官能團，因此不受絡合劑的影響。同樣，衍生試劑五氟芐基溴與酸性有機物的反應也是特定的酯化反應，有機氯農藥也不受衍生試劑的影響，在此體系中有機氯農藥萃取是物理萃取，實驗數據也驗證了此結果。

3.5 負化學源檢測定性參數

有機氯化農藥本身有很強的電負性。除草劑與五氟芐基溴反應后，衍生產物中由于五氟官能團的引入也使得電負性增強，這兩類有機物適合于負化學源的高靈敏度電離檢測，根據衍生產物及有機氯各單標定性情況及質譜解析，確定了各組分的負化學源檢測的定性離子和定量離子（見表1）。

3.6 檢出限、線性范圍、線性相關系數、回收率等

以石英砂為基質，將10.0～500.0

SymbolmA@ g/kg的加標樣品作為標準系列，衍生并同時萃取后其相關系數基本可控制在0.990以上（表2）；以黃土為基質，同時添加9個濃度為50.0

SymbolmA@ g/kg的樣品進行回收率實驗，相關參數見表2；以3倍信噪比計算，檢出限可達10.0

SymbolmA@ g/kg以下。

3.7 不同地區代表性土壤樣品分析結果

對不同環境條件下的不同基質的3個土壤樣品進行分析檢測，只有α六六六、2甲4氯、五氯酚、草滅平等少數幾種農藥被檢出，結果見表3，其它農藥均未檢出。

References

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10 King C J. In: Rowseau R W ed.， Handbook of separation Process Technology. New York: John WileySons， 1987: 760～774

Simultaneous Determination of Organochlorine Pesticides and

Acid Herbicides in Soil by In situ Derivatization Method with

Accelerated Solvent Ectraction

GUI JianYe*1， WEI FuXiang2， QI JiXiang1， CHEN ZongYu1， ZHANG ZhaoJi1，

ZHANG Li1， ZHANG YongTao1， LI XiaoYa1， ZUO HaiYing1， WANG HaoRan2



1（Institute of Hydrogeology and Environmental Geology，

Chinese Academy of Geological Sciences， Zhengding 050803）

2 （Heibei Univercity of Science and Technology， Shijiazhuang 050018）





Abstract A simultaneous extraction and sensitive determination method of 13 polar herbicide and 20 nonpolar organochlorine pesticides was established. Reaction of esterification between herbicides and Alphabromopentafluorotoluene（PFBBr） was carried through in the cell of accelerated solvent extraction （ASE）， the esterification products of herbicide and organochlorine pesticides were extracted with the proper temperature and extraction solvent. Take the advantage of similar electronegativity of esterification products and the organochlorine pesticides， two types of organic compounds were detected simultaneously. The total extraction and esterification time was shortened through optimizing temperature and the addition of complexing agent. For the mixture of 10.0 g soil， 1.5 mL H2O， and 0.5 g Na4EDTA， under the conditions of elevated temperature of 100 ℃， pressure of 10.3 MPa， the derivatization and extraction was completed in 10 min by accelerated solvent extractor with excessive PFBBr in the extraction cell. The extract was detected by gas chromatographynegative chemical ionizationmass spectrometry after drying and cleanup. The method is very sensitive with detection limit of all compounds below 10.0

SymbolmA@ g/kg. The recovery was 68%－120% and the RSD is between 2.8% and 7.9%.

Keywords In situ derivatization; Soil; Herbicide; Organochlorine; Gas chromatography; Negative chemical ionization mass spectrometry

（Received 9 April 2011; accepted 12 May 2011）