離子色譜法分析土壤中的矮壯素和縮節胺*

張強 張錦梅，王敬花，王珊珊，田海峰

(青島市計量測試所，山東青島 266101) (青島盛瀚色譜技術有限公司，山東青島 266101)

矮壯素 (chlorocholine chloride，CQ，2-氯乙基三甲銨氯化物)和縮節胺(mepiquat chloride，MQ，1，1-二甲基哌啶氯化物)是我國廣泛使用的兩種植物生長調節劑，它們可經由葉片、幼枝、芽、根系吸收進入植株體內，抑制赤霉素的合成，從而有效地控制植物徒長，提高農產品的產量和品質。矮壯素和縮節胺是高效、低毒、無藥害內吸性藥劑，廣泛地用于土壤、水稻、棉花、煙草、玉米及各種塊根作物上[1]。這兩種植物生長調節劑雖然低毒，但仍然會給人體帶來危害。研究表明，即使在低于日允許攝人量(ADI)濃度水平下，矮壯素對動物的繁殖能力仍有不良影響[2]。美國國家職業安全和健康研究所(NIOSH)發布的化學物質毒性數據庫(RTECS)已將矮壯素列為疑似內分泌干擾物質。矮壯素和縮節胺均為季銨鹽類化合物，極性和水溶性強，在土壤中具有吸附性，容易污染地下水，會給環境造成一定的污染。2006年M. Srensen等[3]研究了縮節胺在哺乳類動物體內的殘留量，但沒對縮節胺對人體是否安全做出結論。

目前我國檢測矮壯素殘留的化工標準有化學法(水劑HG2-818-75)、電位滴定法(CIPAC手冊，1988，D，39)。化學法 (水劑 HG2-818-75)采用化學滴定進行定量分析，通過硝酸銀滴定測定游離氯和總氯，由此計算矮壯素的含量，但該方法靈敏度不高，誤差較大，不適合矮壯素的痕量分析。電位滴定法其實質仍為化學滴定法，但以電位滴定來確定滴定終點，靈敏度較化學法有所提高，但同樣存在樣品消耗量大的問題[4]。封順等[5]對矮壯素和縮節胺的分析方法進展也做了論述。早期分析矮壯素和縮節胺的方法還包括 TLC[6]、離子色譜法[7]、氣相色譜法[8-9]和 HPLC 法[10]。氣相色譜法的測定需要對樣品進行衍生，但衍生化過程會造成回收率低、干擾物質增加、檢測結果易產生假陽性等問題[9]。矮壯素和縮節胺的弱揮發性和強極性決定了其適合采用液相色譜法進行檢測，但因其分子結構簡單，不含有發色基團，也需要衍生化后才能進行紫外檢測[11]。采用質譜檢測則可以解決這一問題，因此目前常采用液相色譜-質譜聯用法進行分析[12]，但質譜儀高昂的成本提高了矮壯素和縮節胺常規檢測的成本。傅里葉變換拉曼光譜法[13]雖然相對降低了檢測成本，但由于儀器不夠普及，不適合常規檢測。采用離子色譜法測定矮壯素和縮節胺，雖然靈敏度沒有氣相色譜-質譜或液相色譜-質譜高，但該方法具有操作簡單、快速、實用等特點，能滿足矮壯素和縮節胺的常規檢測，且離子色譜儀及其操作的成本較質譜低，實際推廣性更強。

已有文獻報道采用流動相離子色譜測定矮壯素和縮節胺[14]。矮壯素和縮節胺是季銨鹽類化合物，在離子交換樹脂上保留較強，Peeters[15]等用陽離子交換抑制電導檢測法測定梨中的矮壯素，其在色譜分離過程中用很高濃度的硫酸作為淋洗液時，仍存在峰形較寬等問題。隨著離子色譜柱合成工藝的改進，可直接用離子色譜法同時測定矮壯素和縮節胺。目前國外對蔬菜[16]、水果[17]和谷物[18]中矮壯素的殘留檢測多采用液相色譜-質譜聯用法。液-質聯用雖然具有高靈敏度和高選擇性的優勢，增加了定性、定量的可靠性，但是液-質聯用成本相對較高。郭幸麗[19]曾采用高效液相色譜-電噴霧質譜法測定土壤中的矮壯素殘留，矮壯素檢出限較高。筆者采用離子交換電導法同時檢測土壤中的矮壯素和縮節胺，可以滿足一般常規要求。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

離子色譜儀：CIC-300型，配有恒溫電導檢測池、色譜柱恒溫、光學檢測器、SH-A自動進樣器，青島盛瀚色譜技術有限公司；

色譜工作站：HW-2000型，上海千譜公司；

過濾膜：0.22 μm，天津Automatic Science公司；

超純水系統：UPT-Ⅱ-20L型，成都超純科技有限公司；

超聲波：HS-102600型，天津恒奧科技有限公司；

離心機：Anke TDL80-2B型，上海安亭科學儀器廠；

甲烷磺酸：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

乙腈：HPLC，美國Tedia公司；

縮節胺、矮壯素標準品：純度大于99%，德國Dr. Ehrenstorfer公司；

縮節胺和矮壯素標準儲備溶液：準確稱取適量的縮節胺和矮壯素標準品，用超純水配制成濃度均為1000 mg／kg的標準儲備溶液，在-4℃冰箱中保存；

縮節胺和矮壯素混合標準液：分別準確吸取2.0 mL縮節胺和矮壯素標準品于100 mL容量瓶中，用超純水定容，得到濃度均為20.0 mg／kg的縮節胺和矮壯素混合標準溶液；

實驗用水為超純水(電阻率為18.2 MΩ·cm)。

1.2 色譜條件

色譜柱：SH-CC-3陽離子交換柱(150 mm×4.6 mm，5 μm)，填料表面為羧酸基的聚丙烯酸樹脂；檢測器：電導檢測器；淋洗液用3 mmol／L甲烷磺酸等度淋洗，流速1.0 mL／min；檢測溫度：40℃；進樣量：100 μL；定量方法為外標法，以保留時間定性，峰面積定量。

1.3 樣品處理

在農田中采用對角線布點法或者梅花形布點法，隨機采用深度0～10 cm的土壤樣品1 kg，將其樣品攤平，挑出其中的石塊、草根及其它植物殘體等雜物，自然陰干，人工碾碎，過840 μm(20目)尼龍篩。用四分法保留100 g土樣，用研缽磨細，全部過150 μm(100目)尼龍篩備用。

稱取10.0 g(準確至0.01 g)土壤樣本于250 mL具塞三角瓶中，加入50 mL淋洗液，浸泡12 h。振蕩超聲提取20 min，轉移至100 mL離心管，在4000 r／min下離心5 min。取10 mL上清液過0.22 μm濾膜過濾，然后用離子色譜分析。

2 結果與討論

2.1 色譜柱和淋洗液的選擇

土壤中鈉、鉀、鎂、鈣常見陽離子含量較高且電導響應較靈敏，縮節胺和矮壯素的強極性決定了其在色譜柱中保留性較強，要選用容量高的色譜柱來分離，梯度洗脫成本較高，考慮等度洗脫。SH-CC-1型色譜柱是羧酸型陽離子交換柱，常規的3.0 mmol／L甲烷磺酸可以將鈉、鉀、鎂、鈣洗脫出來，但是縮節胺和矮壯素在該條件下30 min洗脫不出來，流動相濃度加倍后，調整有機溶劑乙腈的配比，乙腈體積分數分別選用10%，8%，6%時可以洗脫出來，但是由于有機溶劑的加入，導致響應變低，而且峰形嚴重拖尾，達不到實際需要的檢出限；SH-CC-2型色譜柱常用的流動相是10 mmol／L甲烷磺酸，鈉、鉀、鎂、鈣出峰在15 min 左右，縮節胺、矮壯素在40 min之內淋洗不出來，加入體積比為10%的乙腈，20 min左右出峰，由于用的是直接電導檢測，導致電導響應值低，使目標離子檢出限較低(大約1 mg／kg)，難以滿足待測離子實際樣品的檢出限；SH-CC-3型色譜柱是羧酸型陽離子交換柱，是一款快速分離柱，適合于強保留離子分離，用3 mmol／L甲烷磺酸就可以直接將鈉、鉀、鎂、鈣洗脫出來，矮壯素、縮節胺在10 min之內就可以出峰。SH-CC-3型色譜柱不需要添加有機溶劑，節約實驗成本，對分析人員的健康危害小，而且檢出限可以達到要求，因此實驗選用3 mmol／L甲烷磺酸等度淋洗，SH-CC-3陽離子色譜柱作為分離柱。

2.2 色譜柱分離溫度的選擇

固定淋洗液濃度，改變柱溫和檢測溫度，進樣測定混合標準溶液中各物質的保留時間，以3.0 mmol／L甲烷磺酸為淋洗液，流速為1.0 mL／min，考察溫度對SH-CC-3柱的分離中各離子的影響，其中溫度對鉀離子的保留時間變化較大，溫度從25℃至40℃，隨溫度的升高，保留時間逐漸變短，其它離子保留時間變化不大，在40℃時，鉀離子出峰在鎂、鈣之前，不會干擾到其它陽離子以及縮節胺和矮壯素的檢測，因此試驗溫度選用40℃。

2.3 色譜圖

在確定的最佳實驗條件下，5種陽離子標準溶液的色譜圖見圖1。除去鈉、銨離子，各組分基本達到基線分離，此條件下，鉀離子、鎂離子、鈣離子對矮壯素、縮節胺離子的測定沒有干擾，鈉離子和銨離子分離度不能達到基線分離，但是在本實驗中，并不對鈉離子、銨離子、鎂離子、鈣離子定性。而且在標準品中加大鈣離子至30 mg／kg，也不會干擾縮節胺和矮壯素的測定。

2.4 方法的定量分析參數

在1.2色譜條件下，對縮節胺和矮壯素的系列標準溶液進行測定，以峰面積(y)對離子的質量濃度(x，mg／kg)行線性回歸，得到線性方程。以3倍的信噪比(S／N=3)計算檢出限。保留時間的相對標準偏差(RSDt)和峰面積的相對標準偏差(RSDs)由連續5次重復測試的縮節胺和矮壯素混合標準溶液得到，結果見表1。

表1 線性回歸方程、檢出限以及保留時間和峰面積的相對標準偏差

2.5 加標回收試驗與精密度試驗

對空白土壤樣品進行矮壯素和縮節胺加標回收試驗，試驗結果見表2。

表2 回收試驗和精密度試驗結果(n=5)

由表2可知，測定結果的相對標準偏差為1.76%～4.1%，回收率為84.9%～93.8%，說明方法的準確度和精密度較高，能滿足土壤中矮壯素和縮節胺的定量分析要求。

3 結語

建立了離子色譜直接電導法檢測土壤中的矮壯素和縮節胺的方法。該法前處理方法簡單，與氣相衍生化方法相比，成本較低，減少了實驗過程一些試劑對環境的污染和對實驗室人員的危害。離子色譜電導法為土壤中檢測矮壯素和縮節胺的檢測提供了一種有效的手段，該方法也可以用來檢測不同土壤剖面的農藥情況，對合理使用農藥、控制農藥殘留、保護環境具有深遠的意義。

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