離子色譜法測(cè)定水中草甘膦的方法研究

楊金龍 王靜媛 李蘇杭

摘要：文章建立了一種水中草甘膦的離子色譜測(cè)定方法。應(yīng)用DionexIonpac AS19 （4 mm × 250 mm）色譜分離柱，以KOH為淋洗液，抑制型電導(dǎo)檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，并優(yōu)化了離子色譜測(cè)定條件。對(duì)3種濃度的草甘膦標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測(cè)定6次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.98%～4.22%，加標(biāo)回收率在92%～110%之間，線性范圍在0.025～2.000 mg/L，相關(guān)系數(shù)R2=0.9996，檢出限為0.00386 mg/L，并且測(cè)定不受Br-、S2O32-、I-、F-、C1-、NO2-、NO3-、PO43-、SO42-干擾。本方法具有操作簡(jiǎn)便、快捷、靈敏度高、結(jié)果準(zhǔn)確可靠、所用試劑對(duì)環(huán)境污染較少等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：離子色譜;草甘膦;水

中圖分類號(hào)：X830.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）11-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.057

Determination of glyphosate in water by ion chromatography

Yang Jinlong，Wang jingyuan，Li Suhang

（Fuyang City Environmental Monitoring Station，F(xiàn)uyang Anhui 236025，China）

Abstract：A method for the determination of glyphosate in water was established by ion chromatography. Dionex Ionpac AS19 （4 mm × 250 mm） of chromatographic column，KOH eluent and inhibitory conductivity detector were used for the determination of glyphosate， and the determination conditions were optimized. The relative standard deviations are 0.98%～4.22% for three different concentration of glyphosate （n=6）， and the recoveries are between 92% and 110%. The linear range is 0.025 ～2.000 mg/L with the correlation coefficient of R2=0.9996， and the detection limit is 0.00386 mg/L. The method was not interfered by Br-、S2O32-、I-、F-、C1-、NO2-、NO3-、PO43-、SO42-.The proposed method processes the advantages of simplicity， quickness， sensitivity， accurateness and reliability， and less environmental pollution.

Key words：Ion chromatography;Glyphosate;Water

草甘膦（分子式C3H8NO5P）是美國(guó)Monsanto公司于1971年開(kāi)發(fā)的一種廣譜除草劑[1]，純品為非揮發(fā)性白色固體，溶于水，不溶于一般有機(jī)溶劑，高效低毒，對(duì)多年生根雜草非常有效，廣泛應(yīng)用于橡膠、桑、茶、果園及甘蔗地，是世界用量最大的農(nóng)藥品種之一[2，3]。長(zhǎng)期使用會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生一定的環(huán)境效應(yīng)，而且食物草甘膦殘留嚴(yán)重危害人類健康[4]。雖然草甘膦毒性低，但對(duì)人體仍有危害，特別是對(duì)孕婦胎兒有影響，長(zhǎng)期大量使用則對(duì)環(huán)境造成一定影響。近年來(lái)，隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)和食品安全的日益重視，草甘膦對(duì)人類和環(huán)境危害受到廣泛關(guān)注，在《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）， 草甘膦是其中的檢測(cè)指標(biāo)，限值為0.7 mg/L[13]。《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-2017），將草甘膦列入地下水檢驗(yàn)指標(biāo)，并明確其檢測(cè)方法，并規(guī)定地下水草甘膦濃度限量值為0.7 mg/L [5]。

目前，草甘膦的檢測(cè)方法有分光光度法[6，7]、高壓液相色譜法[8]、氣相色譜法[9，10]、液相色譜-質(zhì)譜法[11]等。分光光度法容易受其他離子干擾，需要離子交換樹(shù)脂和離子吸附樹(shù)脂，方法繁瑣;由于草甘膦本身是離子，且易溶于水，基本不溶于有機(jī)溶劑，因此，采用氣相色譜分析時(shí)必須進(jìn)行柱前衍生，前處理繁瑣;液相色譜法目前是生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法中的指定方法，由于草甘膦沒(méi)有紫外吸收峰且不易揮發(fā)，需要進(jìn)行離子交換再進(jìn)行柱后衍生熒光檢測(cè)，測(cè)定步驟復(fù)雜，且受水中余氯干擾嚴(yán)重，因此使用性受限。以上方法所用試劑種類較多、有機(jī)試劑用量大、容易產(chǎn)生二次污染，而且很多衍生試劑對(duì)人體有害，不利于環(huán)保。離子色譜法分析則可直接進(jìn)樣分離，前處理簡(jiǎn)單，有相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了研究，但文獻(xiàn)多采用碳酸鹽體系等度淋洗對(duì)草甘膦進(jìn)行分析，由于碳酸鹽背景高，噪聲大，因此檢測(cè)受限制。本文采用離子色譜法，通過(guò)KOH淋洗溶液在線發(fā)生離子色譜電導(dǎo)池檢測(cè)法對(duì)水中草甘膦進(jìn)行測(cè)定，能夠快速，準(zhǔn)確進(jìn)行測(cè)定，且省去了復(fù)雜的前處理方法，而且能夠同時(shí)測(cè)量水中的其他陰離子，檢測(cè)限低，能滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-2017）草甘膦限量要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

ICS-AQUION型離子色譜儀（美國(guó)Dionex），電導(dǎo)檢測(cè)器，自動(dòng)進(jìn)樣器，Chromeleon工作站，DionexIonpac AS19 （4 mm × 250 mm）色譜分離柱，AG19 （50 mm × 4 mm）色譜保護(hù)柱;EGC-KOH淋洗液控制器，AERS 500-4 mm抑制器（裝有0.45μm微孔濾膜的微孔濾膜過(guò)濾器），1020a型摩爾實(shí)驗(yàn)室超純水機(jī)（上海摩勒生物科技有限公司）。

草甘膦標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液1000 μg/L（o2si smart solutions，Lot NO：334196，Certified By：Amanda Frazier ），硫代硫酸鈉（分析純，批號(hào)：2011-05-22-29，生產(chǎn)廠家：上海天蓮精細(xì)化工有限），高純氮?dú)猓?9.999%），51mg/L余氯標(biāo)準(zhǔn)溶液[GBW（E）082217，批號(hào)180604，認(rèn)定機(jī)構(gòu)（或生產(chǎn)單位）：上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院]，所用溶液均用電阻率大于18.25 MΩ/cm的超純水配制;100mg/L七種陰離子混標(biāo)（GNM-M07117-2013，唯一標(biāo)識(shí)：17DB489，生產(chǎn)廠家：國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心），碘化鉀[Lot#? B1724145，GR≥99.5%（AT）），生產(chǎn)廠家：阿拉丁]。

1.2 樣品采集

樣品采集于1L聚乙烯瓶中并加入5mL（1 000mg/L硫代硫酸鈉）溶液，樣品儲(chǔ)存在0～4℃的避光環(huán)境中。

1.3 樣品處理

玻璃容器表面對(duì)草甘膦有吸附性，因此用聚乙烯容器采集和儲(chǔ)存水樣。由于草甘膦可在氯消毒過(guò)的水中降解[12]，含余氯自來(lái)水樣品加硫代硫酸鈉去除余氯，根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）出水余氯標(biāo)準(zhǔn)的上限值4mg/L，所以采集自來(lái)水水樣時(shí)每升水中加入1 000mg/L硫代硫酸鈉溶液5mL除去殘留的余氯，確保余氯完全除去。水樣在0～4℃冷藏避光保存，經(jīng)裝有0.45μm微孔濾膜的過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)行測(cè)定，草甘膦可在10 min內(nèi)出峰，根據(jù)保留時(shí)間定性。

1.4 試驗(yàn)方法

淋洗液KOH濃度為40 mmol/L，流速為1.0 mL/min，進(jìn)樣體積為25 μL等度洗脫或梯度洗脫條件下，測(cè)定草甘膦色譜峰面積，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出水樣中草甘膦含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 淋洗液濃度

在草甘膦濃度為1.0 mg/L，淋洗液流速為1.0 mL/min，進(jìn)樣體積為25 μL時(shí)，以不同淋洗液濃度進(jìn)行試驗(yàn)，得數(shù)據(jù)如表1所示。由表1可知，隨著淋洗液濃度從25 mmol/L增加到45 mmol/L，抑制器電流不斷增大，保留時(shí)間縮短，峰面積基本不變，但峰高增大，峰寬減小，峰高與峰寬的比值不斷增加;在淋洗液濃度為45 mmol/L時(shí)，峰高最大，峰寬最窄，但此時(shí)的抑制器電流較高，長(zhǎng)時(shí)間使用較大的抑制器電流對(duì)抑制器損傷較大，且對(duì)色譜柱及管路等部件有一定的腐蝕性。綜合考慮，選擇淋洗液KOH濃度為40 mmol/L。

2.2 淋洗液流速

淋洗液的流速對(duì)草甘膦的保留時(shí)間、分離度和靈敏度均有一定的影響。當(dāng)淋洗液濃度為40 mmol/L，草甘膦濃度為0.8 mg/L，進(jìn)樣體積為25 μL時(shí)，以不同淋洗液流速進(jìn)行檢測(cè)的數(shù)據(jù)如表2所示。由表2可知，隨著淋洗液流速的增加，保留時(shí)間逐漸縮短，系統(tǒng)壓力逐漸增加，峰面積變化不大，但峰高與峰寬比逐漸增加。流速?gòu)?.7 mL/min增加到1.0 mL/min時(shí)，峰高與峰寬比及保留時(shí)間變化較大;而從1.0 mL/min到1.2 mL/min時(shí)，峰高與峰寬比及保留時(shí)間變化不大。流速超過(guò)1.0 mL/min后，系統(tǒng)壓力過(guò)大，因此從既要峰型好，保留時(shí)間短，又要求系統(tǒng)壓力不宜過(guò)大考慮，選擇流速為1.0 mL/min。

2.3 進(jìn)樣體積

以不同的進(jìn)樣體積進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得數(shù)據(jù)如表3所示。由表3可知，草甘膦濃度為0.025 mg/L時(shí)，隨著進(jìn)樣體積的逐漸增大，峰高峰面積均明顯增加;進(jìn)樣體積為15 μL時(shí)，峰高和峰面積均較小，不能準(zhǔn)確進(jìn)行定量分析;當(dāng)進(jìn)樣體積選擇25 μL和100 μL時(shí)，草甘膦濃度增加到1.000 mg/L，進(jìn)樣體積為100 μL，峰高達(dá)1.082 μS;如草甘膦含量繼續(xù)增加，當(dāng)進(jìn)樣體積為100 μL時(shí)，則出現(xiàn)拖尾嚴(yán)重和肩峰，污染色譜柱，色譜難以平衡，影響平行測(cè)定。綜合考慮，選擇進(jìn)樣體積為25 μL。

2.4 常見(jiàn)陰離子的干擾

在選定的條件下測(cè)定草甘膦時(shí)，容易受到水樣中的其他陰離子干擾，因此，考察水質(zhì)中的9種常見(jiàn)的陰離子對(duì)草甘膦的干擾，色譜圖如圖1所示。

由圖1可知，在選定的條件下，F(xiàn)-、C1-、NO2-、SO42-、Br-、NO3-、I-、S2O32-和草甘膦的保留時(shí)間分別為4.527 min、7.464 min、 9.294 min、11.661 min、13.331 min、20.594 min、23.771 min、27.664 min、30.371 min和34.024 min，這9種常見(jiàn)的陰離子對(duì)草甘膦的測(cè)定無(wú)干擾，但色譜峰不能完全分開(kāi)。如其他條件保持不變，采用梯度洗脫，洗脫條件為10 mmol/L KOH溶液保持10 min，30 min將淋洗液濃度從10 mmol/L升高到40 mmol/L，以40 mmol/L的淋洗液再洗脫10 min，則10種物質(zhì)的色譜峰能完全分離，并可以同時(shí)測(cè)定其他離子。

2.5 水中余氯對(duì)測(cè)定的影響及脫氯劑的選擇

按照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006），出廠水中余氯含量不得高于4 mg/L，不得低于0.3 mg/L，管網(wǎng)末梢水中余氯含量不得低于0.05 mg/L[13]。配制1.0 mg/L草甘膦自來(lái)水溶液，分別加入不同濃度的余氯標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，然后進(jìn)行測(cè)定，測(cè)得草甘膦含量如圖2所示。隨著水中余氯濃度的升高，檢測(cè)到的草甘膦濃度逐漸降低，可見(jiàn)水中余氯對(duì)草甘膦檢測(cè)存在負(fù)干擾，因此在采樣時(shí)需加除氯劑除去余氯。常用的除氯劑有硫代硫酸鈉和抗壞血酸，當(dāng)采用抗壞血酸去除余氯時(shí)，會(huì)有氯化氫和脫氫抗壞血酸產(chǎn)生，多余的抗壞血酸和脫氫抗壞血酸也會(huì)出峰，可能干擾測(cè)定;而采用硫代硫酸鈉除去余氯時(shí)，雖然會(huì)產(chǎn)生氯化氫和硫酸根，氯離子、硫酸根和硫代硫酸根也會(huì)出峰，但由圖2可知，氯離子、硫酸根和硫代硫酸根均不干擾草甘膦的測(cè)定，因此本方法采用硫代硫酸鈉去除余氯。

2.6 方法檢出線及測(cè)定下限的測(cè)定

配置系列濃度的草甘膦標(biāo)準(zhǔn)溶液，用所確定的條件進(jìn)行測(cè)定，做標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定結(jié)果如表4所示。草甘膦濃度在0.05～1.00 mg/L范圍內(nèi)與峰面積呈良好的線性關(guān)系，回歸方程為Y=0.0886X-0.0004 ，相關(guān)系數(shù)R2=0.9996。以0.100 mg/L草甘膦作為標(biāo)準(zhǔn)，按照樣品分析的全部步驟，連續(xù)分析7個(gè)低濃度樣品，計(jì)算測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差S=0.00123 mg/L，檢出限D(zhuǎn)L=S·t（n-1， 0.99），式中t（n-1， 0.99）為置信度99%、自由度為n-1時(shí)的t值（t（6， 0.99）=3.143），S表示n次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果表明：該方法草甘膦的檢出限為0.00386 mg/L。測(cè)定下限為四倍檢出限，即為0.01544 mg/L。對(duì)于0.0500 mg/L、0.2000 mg/L、0.7000 mg/L3種濃度的草甘膦標(biāo)準(zhǔn)溶液分別平行測(cè)定6次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為3.86%，1.19%，0.72%，說(shuō)明該方法的精密度較好。

2.7 加標(biāo)回收試驗(yàn)

由于地下水較為干凈、地表水中懸浮物較多、自來(lái)水中余氯含量較高，故對(duì)不同采樣點(diǎn)的3個(gè)自來(lái)水樣，3個(gè)地表水樣和3個(gè)地下水樣進(jìn)行低、中、高3種濃度的加標(biāo)回收試驗(yàn)。不同濃度和樣品的加標(biāo)回收率見(jiàn)圖3，每種加標(biāo)濃度平行測(cè)定6次，結(jié)果如表5所示。由表5可知，加標(biāo)回收率都在92%～110%之間，說(shuō)明準(zhǔn)確度較好;精密度在0.98%～4.22%之間，精密度也較好。（縱坐標(biāo)為加標(biāo)回收率，單位：%;橫坐標(biāo)為加標(biāo)次數(shù)）

2.8 模擬樣品測(cè)定

由于自來(lái)水，地表水和地下水中均未檢出草甘膦，故配制一模擬水樣，取1 000mg/L草甘膦溶液60μL于50mL的容量瓶中用地表水定容至刻度線，配制成含草甘膦的水樣，在進(jìn)行樣品含量、加標(biāo)回收和每種加標(biāo)平行濃度的6次測(cè)定。模擬樣品兩種不同加標(biāo)量所得到的加標(biāo)回收率見(jiàn)圖4，數(shù)據(jù)記錄于表6。由表6中結(jié)果可知，加標(biāo)回收率均在98%～110%之間，說(shuō)明模擬樣品的準(zhǔn)確度較好。

3 結(jié)論

在KOH淋洗液濃度為40 mmol/L，流速為1.0 mL/min，進(jìn)樣體積為25 ?L時(shí)，草甘膦離子能被離子色譜分離檢測(cè)出來(lái)，且不受F-、C1-、NO2-、SO42-、Br-、NO3-、I-、S2O32-干擾。并且可以同時(shí)檢測(cè)水中的這九種陰離子。該方法檢出限低（0.00386 mg/L），對(duì)于濃度為0.0500 mg/L、0.2000 mg/L、0.7000 mg/L的水樣標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.86%，1.19%，0.72%，準(zhǔn)確度高，加標(biāo)回收率在92%～110%之間，能滿足GB/T14848-2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》草甘膦限量要求。

該方法測(cè)定水中的草甘膦，省去了水樣的前處理和衍生麻煩，可直接進(jìn)行測(cè)定，操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、快捷、靈敏度高、準(zhǔn)確度好、檢測(cè)成本低。該方法和其他方法相比實(shí)驗(yàn)試劑用量少，且所用試劑和其他方法相比大大降低了對(duì)環(huán)境的污染。

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收稿日期：2020-09-14

作者簡(jiǎn)介：楊金龍（1984-），男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)。