采用氣相色譜-質(zhì)譜法測定8種酰胺類農(nóng)藥方法的優(yōu)化研究

田　甜

采用氣相色譜-質(zhì)譜法測定8種酰胺類農(nóng)藥方法的優(yōu)化研究

田甜

（玉溪師范學院化學生物與環(huán)境學院云南玉溪653100）

為了使研究人員對土壤中殘留農(nóng)藥的測定更加準確，在檢測過程中避免產(chǎn)生不必要的誤差，文章以HJ 1053-2019《土壤和沉積物8種酰胺類農(nóng)藥的測定氣相色譜-質(zhì)譜法》為基準進行分析，結(jié)合具體實驗過程對一些細節(jié)進行補充說明，同時對該方法的各項影響因素進行解釋。總結(jié)了標準中并未詳細闡述的操作原因及使用材料說明，將標準中對于結(jié)果精度和準確度存在影響的操作方法及材料選取依據(jù)進行重點提示，并根據(jù)最近的研究進展給予相應的建議。可以使研究人員增加對標準的理解，以及對實驗時出現(xiàn)的可選性操作予以解釋和建議，并為研究人員的后續(xù)實驗過程進行理論支持，有效提高操作規(guī)范性。

土壤和沉積物；氣相色譜-質(zhì)譜法；標準；農(nóng)藥，方法；優(yōu)化

我國目前被農(nóng)藥污染的土壤面積可以達到一千萬頃以上，直接造成的損失達到數(shù)十億元以上[1]。酰胺類農(nóng)藥在實際中的使用量越來越多，快速準確地對農(nóng)藥殘留進行定性和定量，對控制和指導農(nóng)藥的使用至關重要[2]。當前的主要問題是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中殘留在土壤和沉積物中的量的多少的確定，但實驗人員經(jīng)常由于對操作標準的不熟悉而造成操作失誤，導致不必要的誤差，對農(nóng)藥的準確檢測造成了一定的限制，所以建立對標準的正確理解以及靈活地根據(jù)現(xiàn)場精度要求和實驗條件優(yōu)化操作極其重要。研究以HJ 1053 -2019《土壤和沉積物 8種酰胺類農(nóng)藥的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》為基準，對標準的立意進行說明，對其中的一些細節(jié)進行解釋，便于研究人員對操作進行合理優(yōu)化。

1 實驗過程和儀器優(yōu)化

1.1 實驗原理及過程

8種酰胺類農(nóng)藥指的是乙草胺、異丙草胺、甲草胺、敵稗、異丙甲草胺、殺草丹、丁草胺和丙草胺8種酰胺類農(nóng)藥，這8種農(nóng)藥的性質(zhì)如表1所示。

表1　8類酰胺類農(nóng)藥性質(zhì)

農(nóng)藥在丙酮-正己烷提取劑中的溶解度高，通過采用索氏提取法、加壓流體萃取法或者超聲萃取法，將土壤或沉積物中的酰胺類農(nóng)藥完全溶解在提取劑中，經(jīng)過濃縮、脫水后進行固相萃取柱凈化。凈化后的流出液和洗脫液進一步濃縮、定容后進行氣相色譜分離、質(zhì)譜檢測。根據(jù)所得結(jié)果的保留時間、碎片離子質(zhì)荷比及其豐度比來對檢測物進行定性，進一步采用內(nèi)標法進行定量。實驗流程見圖1。

圖1　氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）分析酰胺類農(nóng)藥流程圖

1.2 儀器和設備

根據(jù)實驗過程描述，該標準需要提取裝置、濃縮裝置、固相萃取裝置和氣相色譜裝置等主要裝置。提取裝置用于將土壤中的酰胺類殘留農(nóng)藥溶解于液相中；濃縮裝置用于將提取后的液相進行農(nóng)藥富集；固相萃取裝置用于將富集后的液相進行凈化，使得該提取液符合氣相色譜儀進樣要求；氣相色譜-質(zhì)譜儀用于進行試樣測定，應具有毛細管柱和分流/不分流進樣口，可以設定程序進行自動升溫并且質(zhì)譜帶電子轟擊電離（EI）源，并得到目標物的總離子流圖。

標準中選擇氣相色譜-質(zhì)譜法作為檢測方法是因為氣相色譜法具有快速、靈敏、簡便和分離能力高的特點[3]。據(jù)統(tǒng)計，目前有70 %的農(nóng)藥殘留量測定是使用氣相色譜法進行的[4]。但是氣相色譜法也有不足之處，主要是它需要把所有需測定的樣品都先進行汽化，然后再進行分離、檢測，而需測定的農(nóng)藥恰好都是高沸點的有機物。在測定過程中，會存在小部分熱穩(wěn)定性差的農(nóng)藥分解和轉(zhuǎn)化，需要研究人員掌握和選擇較佳的條件。

2 實驗樣品優(yōu)化

2.1 樣品的制備

樣品的制備主要指土壤和沉積物試樣的脫水過程。在這個過程中，標準提出了冷凍干燥法和干燥劑法兩種等效方法。冷凍干燥法，指的是使有機物的水溶液或混懸液在高真空的容器中，先冷凍成固體狀態(tài)，然后利用冰的蒸汽壓力較高的性質(zhì)，使水分從冰凍的體系中升華，有機物即成固體塊狀或粉末狀。對于受熱時不穩(wěn)定物質(zhì)的干燥，冷凍干燥方法特別適用[5]。冷凍干燥法的優(yōu)點是脫水比較徹底，缺點是脫水所需時間長，使用費用較高。干燥劑法是選擇合適的固體干燥劑直接接觸土壤及沉積物顆粒而吸附水分的方法，該方法要求干燥劑本身和試樣的顆粒研磨精細，顆粒粒徑較小。干燥劑法的優(yōu)點是簡單方便，制備簡單，性價比最高，但缺點是干燥劑在吸附水分的同時容易結(jié)晶導致干燥效果不理想，而且選擇不恰當?shù)母稍飫悠吩斐善茐摹?/p>

2.2 試樣制備

2.2.1 提取

對于土壤和沉積物中的農(nóng)藥采用索氏提取法、超聲波萃取法或加壓流體萃取法進行提取，標準中對于3種提取方法均有詳細描述，但3種提取方法之間存在一定的差別，研究人員應該針對樣品的特質(zhì)進行最優(yōu)選取。3種提取方法的操作流程存在差異，劉彬[6]在建立土壤中均三嗪類農(nóng)藥可靠的提取方法時，發(fā)現(xiàn)加壓流體萃取法相較于索氏提取法耗時短、有機溶劑消耗量少、自動化水平高，是更符合當下綠色發(fā)展要求的提取方法。3種提取方法的提取效果存在差異，張培培[7]發(fā)現(xiàn)索氏提取法提取阿魏酸高于萃取法，表明當歸中有效成分的提取索氏提取法優(yōu)于萃取法，董曉旭[8]發(fā)現(xiàn)苦參用索氏提取法提取優(yōu)于萃取法。殷瑞君[9]認為索氏萃取法和超聲波萃取法兩種方法都有較高的回收率，但索氏提取時間長（24～72 h），且超聲波的巨能量和強穿透力可能會破壞不穩(wěn)定化合物的結(jié)構。所以研究人員在提取酰胺類農(nóng)藥時也應根據(jù)需要選擇提取法。

微波萃取法目前被廣泛用于有機氯農(nóng)藥的測定，在很短的時間內(nèi)得到了很高的回收率，并且萃取劑用量很少。李慶霞[10]采用微波萃取配合Florisil固相萃取小柱凈化分離的方法測定土壤中痕量半揮發(fā)性有機氯農(nóng)藥，表明方法的回收率和精密度均滿足檢測要求。對于固體樣品類其他的提取方法，國內(nèi)外現(xiàn)在發(fā)展最快的是超臨界流體技術，于恩平[11 ]利用超臨界CO2處理多氯聯(lián)苯（PCBs）污染的土壤，并有效提取了土壤中的PCBs。萬新煥[12]等認為目前的提取方法已經(jīng)從傳統(tǒng)溶劑法向超臨界流體提取法等新興的提取方法轉(zhuǎn)變，并且在提取率和能耗、提取周期等各個方面具有很大優(yōu)勢，但也存在如設備價值高昂，工藝優(yōu)化標準高等缺陷。研究人員在精度需要、條件允許的情況下可以選擇此類新型提取方法。

2.2.2 凈化

注意在進行氣相色譜分析之前，必須保證土壤和沉積物樣品中無單質(zhì)硫，因為土壤和沉積物樣品基質(zhì)復雜，其中的單質(zhì)硫?qū)ιV分析技術有干擾，所以需要重點除去。在去除單質(zhì)硫的方法中，標準采用銅粒除硫法，但根據(jù)佟玲[13]對于有機氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯持久性有機污染物的氣相色譜分析方法中指出，加入銅粉并不能完全去除硫的干擾，需要進一步采用超聲波提取10 min除硫才能大大減少雜質(zhì)對目標化合物的干擾。

選擇合適的固相萃取吸附材料，如C18、石墨化炭黑GCB和-丙基乙二胺（PSA）[14]。標準推薦采用弗羅里硅土、硅膠、氨基1 000 mg/6mL等效固相萃取柱，這3種萃取吸附材料的應用效果有一定差異。弗羅里硅土（Florisil）是一種極其純凈的、硬粉末狀的硅酸鎂凝膠，采用標準中正己烷等非極性溶劑加上10 %的丙酮后可以有很好的洗脫效率，但是也會把色素和雜質(zhì)洗脫下來[15]，應更換洗脫劑為正己烷+10 %乙酸乙酯。硅膠萃取吸附柱與目標分析物之間的作用力比較單一，這在一定程度上減弱了硅膠基質(zhì)吸附劑的萃取能力和選擇性[16]。氨基（NH2）固相萃取柱是以硅膠為基質(zhì)的吸附柱，它具有極性固定相和弱陰離子交換劑，可通過弱陰離子交換（水溶液）或極性吸附（非極性有機溶液）達到保留作用，可以用來分離結(jié)構異構體和去除樣品中的磺酸根離等強陰離子。

其他研究人員還用到氧化鋁、氧化鎂和其他氧化物的無機載體吸附材料和天然高分子或合成高分子有機載體吸附材料。為了實現(xiàn)高選擇性的萃取，對萃取吸附材料進行特定的改性，將具有選擇性吸附能力的有機功能基團負載于固相載體表面。改性后的固萃劑對特定物質(zhì)的萃取選擇性主要取決于用于改性的有機功能基團的類型、表面基團的活性、功能基團之間的相互作用等[17]。研究人員可以選擇不同的萃取吸附材料進行凈化。

注意活化固相萃取柱操作的最終效果是使固相萃取柱中的吸附劑在活化后到樣品加入前能保持濕潤，所以為了保證柱頭浸潤，應在活化處理后在吸附劑上面保持有大約1 mL活化處理用的溶劑。

目前在固相萃取優(yōu)化使用方面，很多廠家除了生產(chǎn)各種規(guī)格和型號的固相萃取小柱之外，還研制開發(fā)了很多固相萃取的專用裝置，使固相萃取使用起來更加方便簡單，如利用抽真空、加壓或離心的方法使樣品進入吸附劑，還有易于多個樣品同時使用的真空多歧管裝置等。應培養(yǎng)根據(jù)樣品的基體（溶劑）、目標化合物和干擾化合物的性質(zhì)來選擇固相萃取模式的能力，通過不斷地學習來提高自己的實驗能力。

3 實驗分析步驟優(yōu)化

3.1 標準溶液配制

配制混合酰胺類農(nóng)藥標準貯備液：分別稱取精確到0.1mg的50 mg酰胺類農(nóng)藥標準物質(zhì)，用甲醇溶解后定容至100 mL，即可得到酰胺類質(zhì)量濃度均為500 mg/L的酰胺類農(nóng)藥標準貯備液。

酰胺類農(nóng)藥標準使用液的配制方法是精密吸取混合酰胺類農(nóng)藥標準貯備液20 mL，精確到0.1 mL，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶后加甲醇稀釋，然后在4 ℃以下密封避光保存，可以使用1個月。注意此處配制標準使用液時，配制的體積不應過少，避免引起較大的誤差。選用乙草胺-d11作為替代物，此標準溶液可以通過市場上購買得到。

3.2 標準曲線的制作

精密量取酰胺類農(nóng)藥標準使用液和替代物標準溶液于進樣瓶中，再加入20 μL內(nèi)標物使用液，精確至0.1 μL，用丙酮-正己烷混合溶劑定容至1 000 μL，控制各個酰胺類農(nóng)藥和乙草胺-d11的質(zhì)量濃度，設置情況如表2所示。

表2　標準曲線設置方法

但由于各個實驗室的條件和精度需求不同，研究者可以根據(jù)樣品濃度范圍，選擇能夠覆蓋此范圍的至少5個濃度作為標準曲線溶液的濃度，其中相鄰兩個濃度之間的間距應基本一致，不能存在濃度梯度過小或過大的情況。

3.3 儀器分析

圖2　氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）使用流程圖

氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）使用流程如圖2所示。在操作氣相色譜儀時，應先閱讀儀器操作規(guī)范和使用說明書。應注意在開啟色譜儀之前，先開通載氣幾分鐘。實驗結(jié)束后要先關儀器，再關閉載氣。

在判斷出峰結(jié)果時，結(jié)果圖譜中在相應的時間所出的峰越獨立越好，由于農(nóng)藥的含量本身就是微量甚至痕量，如果與雜質(zhì)峰相連，那么說明實驗的誤差很大。

4 小結(jié)

（1）優(yōu)化氣相色譜-質(zhì)譜法測定8類酰胺類農(nóng)藥方法的操作過程，明確標準中的操作基本原理和使用特點，在標準的基礎上深入測定過程的細節(jié)。

（2）在農(nóng)藥的殘留檢測方面圍繞氣相色譜-質(zhì)譜法，探討和優(yōu)化標準操作規(guī)范，為研究人員的后續(xù)實驗過程進行理論支持。

（3）分析進行農(nóng)藥測定實驗過程中的發(fā)展趨勢發(fā)現(xiàn)設備向精細化發(fā)展，溶液向無害化發(fā)展。

（4）對土壤和沉積物中的酰胺類農(nóng)藥進行準確有效的監(jiān)控，深入了解農(nóng)藥殘留情況，對土壤的保護以及農(nóng)藥的種類使用和用量控制具有重要意義。

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田甜(1999-)，女，本科，研究方向：儀器分析法和無機分析。

O657.3

A

2095-1205(2020)04-63-03

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.04.31