水中苯氧羧酸類除草劑的液相色譜－串聯質譜測定方法研究

張蓓蓓，章 勇，趙永剛，胡冠九，陳素蘭

(江蘇省環境監測中心 國家環境保護地表水環境有機污染物監測分析重點實驗室，江蘇 南京 210036)

苯氧羧酸類除草劑是第一類投入商業生產的選擇性除草劑。苯氧基醇類除草劑主要用作莖葉處理劑，施用于禾谷類作物田、針葉樹林、非耕地、牧草場、草坪等，防除一年生和多年生的闊葉雜草，大多數闊葉作物，特別是棉花和葡萄等對這類除草劑很敏感。苯氧羧酸類除草劑易溶于水中，因此會在農田生態系統中遷移，引起土壤、地下水、大氣等污染。這類除草劑本身有中等毒性，其代謝產物(特別是一些鹵化物)也會對人類和生物體造成危害，研究表明其可以引起人類軟組織惡性腫瘤，對動物體表現出胎盤毒性。經其處理過的植物調亡前會在體內蓄積很高濃度的硝酸鹽或氰化物。同時因被殺死的有毒雜草和有害植物固有的毒性未改變，因而容易引起動物中毒。苯氧羧酸類除草劑對環境的危害已引起世界各國環境管理組織的重視。中國《生活飲用水水質標準》中規定2，4-D的濃度限值為0.03 mg/L;世界衛生組織(WHO)飲用水標準規定7種苯氧羧酸類農藥的濃度限值在0.002～0.9 mg/L之間;美國聯邦飲用水標準規定2，4-D、MCPP的濃度限值分別為0.07 mg/L和0.01 mg/L。

目前，對苯氧羧酸類除草劑多殘留的分析多采用氣相色譜法或氣相色譜質譜聯用法［1－7］，由于此類化合物極性較強、穩定性較差、不易氣化，需衍生后才能測定，整個操作過程步驟繁瑣，費時費力，且衍生化反應容易帶來較多的副產物，干擾目標化合物的測定。也有文獻報道采用毛細管電泳法［8－9］進行苯氧羧酸類的分離測定，由于毛細管電泳法具有很高的分離度，可實現對這類農藥的手性分離，但靈敏度不高。而采用液相色譜或液相色譜－串聯質譜法［10－16］測定苯氧羧酸類除草劑多殘留時，前處理方法相對簡單，無需衍生化，可直接萃取。目前國內相關報道均是對食品和農產品的檢測。本實驗針對環境水質樣品，通過優化實驗條件，將水樣經固相萃取技術提取濃縮后，采用UPLC－MS/MS法進行分離和定量，可在6 min內完成8種組分的定性定量分析，實現樣品的快速檢測。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

超高效液相色譜－串聯質譜(Waters Aquity/TQD);Masslynx 4.0工作站;自動固相萃取儀(Zymark公司)，HLB固相萃取柱(1 g，Waters公司);氮吹濃縮儀(美國Labconco公司)，0.22 μm混合纖維素酯微孔濾膜、0.22 μm針頭過濾器。

2-甲-4-氯丙酸(MCPP)、2-甲基-4-氯苯氧乙酸(MCPA)、2-甲-4-氯丁酸(MCPB)、2，4-滴丙酸(2，4-DP)、2，4-二氯苯氧乙酸(2，4-D)、4-(2，4-二氯苯氧)-丁酸(2，4-DB)、2，4，5-三氯苯氧乙酸(2，4，5-T)、2，4，5-涕丙酸(2，4，5-TP)、2，4-二氯苯氧乙酸 －13C6(2，4-D －13C6)，純度在98.5%～99.5%之間，質量濃度均為100 mg/L，購于Dr.Ehrenstorfer公司，甲醇、乙腈(色譜純，Merck公司)，乙酸銨(色譜純)，純化水(Millipore)。

1.2 色譜分析條件

BEH C18色譜柱 (100 mm×2.1 mm×1.7 μm);流動相為2 mmol/L乙酸銨水溶液(A)和甲醇(B)，采用梯度洗脫模式:0 min，80%A，并保持1 min;3 min時，60%A;5 min時，20%A;6 min時，80%A。流速0.3 mL/min，進樣量10 μL，色譜柱溫為40℃。內標法定量。

1.3 質譜分析條件

電噴霧離子源(ESI)，負離子掃描方式，多反應監測。毛細管電壓2.8 kV，離子源溫度120℃，霧化溫度350℃，霧化氣流速800 L/h，反吹氣流速10 L/h，碰撞氣流速0.10 mL/min，監測駐留時間0.02 s。多反應監測條件見表1。

表1 目標化合物的多離子反應監測條件Table 1 MS parameters for target pesticides

1.4 樣品制備

活化:用10 mL甲醇活化固相萃取柱，保證小柱柱頭浸潤;再用10 mL去離子水活化小柱，保證小柱柱頭浸潤。上樣:量取500 mL水樣，調節水樣pH值至中性，以約10 mL/min的流速將水樣通過小柱，以富集水樣中的苯氧羧酸類化合物。廢水樣品體積可根據實際情況適當減少。淋洗:用10 mL甲醇－水(1∶4)溶液淋洗小柱，將在小柱上保留較弱的雜質淋洗下來。吹干:用氮氣吹掃小柱10 min，將小柱中的殘留水分完全去除。洗脫:用10 mL甲醇洗脫富集后的小柱，并用接收管接收。濃縮:將上述提取溶液濃縮至近干，用去離子水定容至1.0 mL，加入5.0 μL內標使用液，混勻后過0.22 μm濾膜，置于進樣瓶中，等待進樣。

2 結果與討論

2.1 固相萃取條件的選擇

2.1.1 不同固相萃取柱與水樣pH值的比較 比較了C18柱與HLB柱對苯氧羧酸類除草劑的萃取效果，結果表明HLB柱對8種苯氧羧酸類除草劑均有較好的萃取效果 (74%～90%)，而采用C18柱進行萃取時MCPA和2，4-D的回收率均低于50%。由于苯氧羧酸類化合物具有較強的親水性，而HLB柱填料為親水親脂型聚合物，適合保留親水性物質，這與實驗結果相吻合。

考慮到苯氧羧酸類除草劑屬于弱酸性、極性化合物，采用C18柱進行萃取時，萃取原理為疏溶劑效應，為了達到最佳的萃取效果，需使苯氧羧酸類物質在水樣中以分子狀態存在，故將水樣pH值調至2.0后上樣分析。結果表明，該條件下，MCPA和2，4-D的回收率顯著提高，均達到80%以上，但MCPB和2，4-DB的回收率明顯下降，低于60%。因此采用C18柱萃取時，無法使得8種苯氧羧酸類除草劑均獲得較高的回收率。

采用HLB柱萃取，水樣調節為酸性后上樣與中性上樣相比，部分組分回收率下降明顯。根據上述實驗結果，最終選擇HLB柱中性上樣方式。

2.1.2 淋洗液的選擇 考察了不同比例的甲醇－水溶液作為淋洗液對目標化合物損失水平的影響。結果表明，當淋洗液中洗脫能力較強的甲醇比例達到25%時，MCPA、2，4-D和2，4-DP已有少量損失。最終選擇20%甲醇－水溶液作為淋洗液。

圖1 8種苯氧羧酸類在不同流動相下的色譜圖Fig.1 TIC chromatograms of eight phenoxy acid herbicides at different mobile phases mobile phase:A.acetonitrile－water，B.acetonitrile－2 mmol/L ammonium acetate

2.2 色譜條件的選擇

考察了乙腈－水(圖1A)、乙腈－不同濃度乙酸銨水溶液(1、2、5 mmol/L)等流動相對目標化合物保留行為的影響，結果表明當采用乙腈－水作為流動相時，目標化合物的峰形較寬并帶有拖尾現象，分離度較差;當水相中添加乙酸銨后，目標化合物的色譜峰峰形得到極大改善，峰形尖銳而對稱，分離度有所改善。但隨著乙酸銨濃度的提高，對樣品的質譜響應抑制也相應增大，故最終使用2 mmol/L乙酸銨水溶液作為流動相(圖1B)。

同時還對流動相梯度洗脫程序進行了優化，由于8種組分極性十分接近，未能使其色譜峰達到完全分離，考慮到本實驗使用的是質譜檢測器，采用多離子反應監測模式，故對未達到基本分離的目標化合物也能進行準確的定性定量分析，不影響分析結果。

2.3 質譜條件的選擇

采用流動注射泵連續進樣，對8種苯氧羧酸類除草劑的質譜條件進行了優化。由于苯氧羧酸類除草劑的極性較大，選擇電噴霧離子源，比較正離子和負離子模式下的掃描結果，8種目標物在負離子模式下有更好的響應，基峰均為［M－H］－，同時由于苯氧羧酸類物質在苯環上均含有氯原子，故［M+2－H］－峰響應較高。

選定［M－H］－為母離子，進行二級質譜掃描，尋找子離子碎片。8種化合物的［M－H］－經碰撞后產生的碎片很少，大多數都只有一個高響應碎片(［M－RCOOH］－)，其它碎片的相對豐度均較小，因此本實驗采用同位素離子(即［M+2－H］－)和其產生的二級碎片作為定性離子對。

2.4 標準曲線

分別配制質量濃度為 0.8、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100 μg/L的系列苯氧羧酸類除草劑標準工作液，以苯氧羧酸類化合物的質量濃度(X，μg/L)對其峰面積(Y)進行線性回歸，得到的標準曲線見表2。結果表明，在該濃度范圍內8種組分的相關系數均大于0.995。色譜圖如圖2所示。

圖2 8種苯氧羧酸類除草劑和內標物的總離子流色譜圖(50 μg/L)Fig.2 TIC chromatogram of eight phenoxy acid herbicides standard(50 μg/L)

2.5 精密度與回收率

對兩個濃度水平分別為0.02、0.20 μg/L的地表水和廢水加標樣品進行回收率測定，每個加標水平平行配制6份樣品，其加標回收率及精密度結果見表2。結果表明:8種農藥的回收率為74%～90%，測定結果的相對標準偏差為1.0%～12.0%。方法的準確度和精密度均符合痕量分析的要求。

表2 8種苯氧羧酸類農藥的線性關系、回收率及相對標準偏差Table 2 Linear relationships，recoveries and RSDs of eight phenoxy acid herbicides

2.6 檢出限

根據HJ/T 168－2010空白實驗中未檢出目標物質的檢出限測定方法，本實驗以4.0 ng/L的水樣濃度作為檢出限測定的濃度，配制7份平行水樣，水樣體積為500 mL。經全過程分析，計算其濃度的標準偏差SD。以3S為檢出限(LOD)，4倍檢出限為定量下限(LOQ)，結果見表3。8種農藥的檢出限為1.0～1.8 ng/L，方法具有較高的靈敏度，完全滿足水體中農殘分析的要求。

表3 方法檢出限計算結果(n=7)Table 3 Method detection limits of eight phenoxy acid herbicides(n=7) ρ/(ng·L－1)

2.7 實際樣品分析

應用建立的分析方法，測定了南京地區長江水中8種苯氧羧酸類農藥的含量，結果均為未檢出，表明該監測水域目前未受到苯氧羧酸類農藥的污染。

各國對飲用水中苯氧羧酸類的含量限值規定為0.003～0.9 mg/L，而本方法中水樣經過固相萃取富集濃縮后檢出限為1.0～1.8 ng/L，靈敏度非常高，遠低于限值要求。因此在樣品分析量較大、不追求極高靈敏度時，可省略富集濃縮過程，水樣經pH值調節和過濾后直接進樣，檢出限亦可達0.39～0.65 μg/L(根據HJ/T 168－2010要求測定計算)，完全滿足監測需求，同時也可提高樣品分析的高通量性。

3 結論

建立了SPE/UPLC－ESI/MS/MS分析水中苯氧羧酸類除草劑的方法，該法具有操作簡便、靈敏度高、準確、重現性好的特點，且雜質干擾少，定性定量準確可靠，適合于大批量復雜水樣中苯基羧酸類除草劑的分析。

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