固相萃取-在線凝膠滲透色譜-氣相色譜-串聯質譜法測定水中31種有機氯農藥

陳海玲,林 麒,王翠玲,陳華峰,華永有,劉麗菁

(1.泉州醫學高等專科學校,泉州 362011;2.食品安全檢測福建省高校應用技術工程中心,泉州 362011;3.福建省人獸共患病研究重點實驗室(福建省疾病預防控制中心,福建醫科大學公共衛生學院教學基地),福州 350001)

有機氯農藥(OCPs)包括氯代苯及其衍生物和氯化甲撐萘制劑,具有難降解性、生物累積性、遷移性和高毒性等特性。有9種OCPs被《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》列為首批受控持久性有機污染物[1]。GB 5749－2006《生活飲用水衛生標準》[2]、GB 3838－2002《地表水環境質量標準》[3]、第二版世界衛生組織(WHO)《飲用水水質標準》和EPA 822-R-06-013《飲用水標準和健康建議》規定的OCPs的種類包括六六六、滴滴涕、七氯、六氯苯、艾氏劑、狄氏劑、異狄氏劑、環氧七氯等,限值為30～50 000 ng·L－1,具體見表1。其中“?”表示該標準僅適用于海洋漁業水域、海上自然保護區和珍稀瀕危海洋生物保護區的水樣。

表1 水質標準規定的OCPs限值Tab.1 Limits of OCPs specified by water quality standards ng·L－1

目前,水體按類型可以分為海水和陸地水;陸地水又可分成地表水和地下水,而在土壤或水體底質中的水又分為束縛水和間隙水。OCPs在水體中的污染現象比較普遍,如印度恒河水OCPs污染物主要為α-硫丹、β-硫丹[4];南非約翰內斯堡市內與周邊的表層水中OCPs 污染物主要為六六六和滴滴涕[5];西非尼日爾河水中主要OCPs污染物的總量為(1 138.0±246.7)ng·L－1[6]。河北省白洋淀春季地表水中總OCPs量為0.69～4.50 ng·L－1[7],夏季地表水中總OCPs 量為0.11～3.20 ng·L－1[8],錢塘江干流總OCPs量為1.31～6.68 ng·L－1,在這些河流中,檢出率最高的OCPs 為β-六六六和δ-六六六。單就福建省來說,這方面的研究主要集中在2006年以前,缺乏近期的研究數據:1999年11月(枯水期),閩江口水中OCPs檢出量為0.532～1.82μg·L－1,閩江口間隙水中OCPs檢出量為4.54～13.7μg·L－1,主要為β-六六六、滴滴伊、七氯、β-硫丹、甲氧滴滴涕等[9];1998年7月(豐水期),廈門港表層水中檢出的OCPs污染物主要為α-六六六、β-六六六、p,p′-滴滴涕,檢出量為6.60～32.6 ng·L－1[10];1999年6月(豐水期),九龍江口表層水中檢出的OCPs總量為51.3～2 479 ng·L－1,間隙水為266～33 355 ng·L－1[11];興化灣河水和海水檢出的OCPs總量為10.96～56.31 ng·L－1和5.78～161.64 ng·L－1[12]。以上結果表明了監測水體中OCPs的必要性和緊迫性。

水體中OCPs的常見前處理方法主要有液液萃取法(LLE)和固相萃取法(SPE)等。LLE存在有機溶劑用量大、易乳化、不易自動化操作等缺點,而SPE能克服以上缺點并且受基質影響小[13],已成為主流的前處理方法。常見的儀器測定方法有氣相色譜-電化學檢測法(GC-ECD)、氣相色譜-質譜聯用法(GC-MS)、高效液相色譜法(HPLC)和高效液相色譜-質譜聯用法(HPLC-MS)。GC-ECD 對OCPs具有高靈敏度,但是定性能力弱,容易出現假陽性結果。現行OCPs測定方法主要為GC-MS,如GB/T 5750.8－2006《生活飲用水標準檢驗方法有機物指標》[14]。雖然GC-MS具有較強的定性能力,但是仍然存在靈敏度不足的問題。

SPE 具有有機溶劑用量小、不易乳化,自動化操作等優點;在線凝膠滲透色譜(GPC)具有脂質和色素凈化效果好、自動化程度高,可大體積進樣(10～20μL)等特點;氣相色譜-串聯質譜法(GCMS/MS)靈敏度高,抗干擾能力強;三者結合可以實現高準確度、靈敏度和可靠性的分析。在線GPCGC-MS/MS檢測技術已應用于大豆油[15]、煙葉[16]中的農殘測定。據此,本工作建立了SPE-在線GPC-GC-MS/MS測定水中31 種OCPs含量的方法,以期能用于各流域豐水期、枯水期的上游、中游和下游等橫斷面不同空間水體中OCPs的監測。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

GC 2010plus/TQ 8040 型氣相色譜-串聯質譜聯用儀;AUTO SPE-06D 型全自動固相萃取儀,配Supelclean ENVI-18固相萃取柱(6 mL/500 mg);LC-20A 型在線凝膠滲透色譜儀。

30種OCPs的混合標準溶液:50.0 mg·L－1,介質為乙腈。

三氯殺螨醇標準溶液:100 mg·L－1,介質為甲醇。

31種OCPs的混合標準中間液:5.0 mg·L－1,移取1.0 mL 30種OCPs混合標準溶液和0.5 mL三氯殺螨醇標準溶液,用乙腈定容至10.0 mL。

31種OCPs的混合標準使用液:1.0 mg·L－1,移取2.0 mL 混合標準中間液,用乙腈定容至10.0 mL。

二氯甲烷、甲醇、丙酮、乙腈為色譜純;乙酸乙酯為農殘級;亞硫酸鈉為分析純;試驗用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 在線GPC條件

GLNpak EV-200 型GPC 色譜柱(150 mm×2 mm);柱溫箱溫度40 ℃;采集時間40 min;流動相為體積比為3∶7 的丙酮-環己烷混合液,流量0.1 mL·min－1;等度洗脫;進樣量10μL。

1.2.2 色譜條件

SH-Rxi-5Sil MS 型毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25μm);載氣為氦氣;恒流模式,流量1.75 mL·min－1。柱升溫程序:初始溫度82 ℃,保持5.00 min;以8 ℃·min－1速率升溫至300 ℃,保持7.75 min。不分流進樣;進樣口(PTV)升溫程序:初始溫度120 ℃,保持5.00 min;以100 ℃·min－1速率升溫至250 ℃,保持33.70 min。

1.2.3 質譜條件

電子轟擊離子(EI)源;電子能量70 eV;接口溫度300℃,離子源溫度200℃;溶劑延遲時間9.7 min;多反應監測(MRM)模式。其他質譜參數見表2。

表2 質譜參數Tab.2 MS parameters

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品的采集

為了防止器材對測定結果的干擾:SPE 管路選擇聚四氟乙烯材質,其他所用容器選擇玻璃材質;普通玻璃器皿需在350℃下烘烤6 h,計量器皿需用丙酮清洗3次,采水器具在使用之前應充分洗凈,并避免在運輸過程中被污染。

參考GB/T 5750.8－2006 附錄B,在2019 年10月－2020年1月(枯水期)分別于福建省福州市連江浦口敖江入海口處(地表水)、連江琯頭閩江入海口(地表水)、長樂閩江入海口(地表水),泉州市晉江入海口(地表水)、洛陽江入海口(地表水),廈門市海灣公園(海水)、廈大白城(海水)、閩清桂峰村(地表水),寧德市三都澳(海水),三明市將樂玉華洞(地下水)和三明紡織廠(工業廢水)等地使用1 L 樣品瓶采集水樣。

采集的水樣在送至實驗室后,應在14 d內完成固相萃取,萃取液用棕色進樣瓶密封、于4℃避光保存,在30 d內分析完畢。為了防止樣品采集和運輸過程中的污染,每批樣品均需做運輸空白(即取陰性超純水水樣,同采樣空瓶一道運輸至現場,不打開,再同采集水樣一道運回實驗室)與現場空白(即取陰性超純水水樣,同采樣空瓶一道運輸至現場,到采樣現場后打開,密封后和采集水樣、運輸空白一道運回實驗室)。在測樣前,應先分析運輸空白和現場空白,以排除樣品采集和運輸過程中的污染。

1.3.2 樣品的測定

SPE之前,需確認全自動固相萃取儀溶劑充足(大于100 mL),管路無漏液,氮氣瓶壓力表大于1 MPa,分壓表大于0.6 MPa,氣路無泄漏(保壓試驗正常)。取500.0 mL 水樣,若水樣有肉眼可見的渾濁雜質,過孔徑0.45 μm 的濾膜。先依次用15 mL二氯甲烷、10 mL 乙酸乙酯、甲醇和水以5 mL·min－1速率活化SPE柱。以10 mL·min－1速率上樣,吹氮10 min以去除水分,用5 mL 二氯甲烷以1.0 mL·min－1速率洗脫,收集洗脫液。樣品瓶隔夜瀝干后,再用5 mL 二氯甲烷分2次洗滌樣品瓶,合并至洗脫液,氮吹定容至0.5 mL 后,移至進樣瓶中,供在線GPC-GC-MS/MS分析。

2 結果與討論

2.1 色譜行為

按照試驗方法測定31種OCPs的混合標準使用液,所得總離子流色譜圖(TIC)見圖1。

圖1 31種OCPs的混合標準使用液的TIC圖Fig.1 TIC chromatogram of mixed standard solution of 31 OCPs

2.2 SPE前水樣前處理的影響

取兩份500 mL 加標超純水水樣(加標量為200 ng·L－1)。一份不進行前處理,直接按照試驗方法1.3.2節測定;另一份按照文獻[17]進行前處理:加入40～50μg亞硫酸鈉脫氯,用鹽酸調節p H小于2,加入甲醇5 mL,然后同方法1.3.2節測定。以加標超純水水樣和等質量濃度的31種OCPs混合標準溶液的峰面積比值計算回收率。結果顯示:未處理的水樣中31種OCPs的回收率為66.2%～163%,均值為115%;處理后的水樣的回收率為51.4%～152%,均值為103%;除異狄氏劑酮和滅蟻靈的處理后回收率(125%,71.3%)和處理前的(115%,67.4%)差異不大,其他化合物處理后的均變低。基于回收充分的原則,試驗選擇不對水樣進行前處理。

2.3 SPE條件的選擇

2.3.1 SPE柱

試驗采用了Supelclean ENVI-18 SPE 柱,主要原因為其玻璃纖維基體可承擔更大的洗脫速率,吸附劑粒徑較小且分布均勻,洗脫體積較大[18]。

2.3.2 上樣速率

在500 mL超純水中加入100μL 31種OCPs混合標準使用液,加標量為200 ng·L－1,分別以5,10,20 mL·min－1速率上樣后,按照1.3.2節試驗方法測定。以加標超純水水樣和等質量濃度的31種OCPs混合標準溶液的峰面積比值計算回收率。結果顯示:上樣速率為5 mL·min－1時,各待測物平均回收率為47.6%;上樣速率為10 mL·min－1時,平均回收率為77.8%;上樣速率為20 mL·min－1時,平均回收率為68.2%;可見上樣速率為10 mL·min－1時的回收效果較好,試驗選擇的上樣速率為10 mL·min－1。

2.3.3 氮吹除水時間

為防止水樣中的水污染洗脫溶劑,對結果造成干擾。試驗選擇在上樣后增加氮吹過程以除去水分。在500 mL超純水加入100μL 31種OCPs的混合標準使用液,以10 mL·min－1速率上樣后,分別吹氮5,10 min,其余按照試驗方法1.3.2節測定。以加標超純水水樣和等質量濃度的31種OCPs混合標準溶液的峰面積比值計算回收率。結果顯示:增加氮吹過程后,平均回收率由90.1%增至95.4%;異艾氏劑、反式九氯、p,p′-滴滴滴和o,p′-滴滴涕在吹氮5 min和吹氮10 min時的回收效果相當,其他目標化合物在吹氮10 min時回收效果更好。因此,試驗選擇的吹氮除水時間為10 min。

2.3.4 洗脫溶劑及其用量和洗脫速率

選用L9(34)正交設計表對洗脫溶劑及其用量和洗脫速率等洗脫條件進行優化。正交試驗設計中,三因素分別為洗脫溶劑A(溶劑極性由強到弱分別為丙酮、乙酸乙酯和二氯甲烷)、洗脫溶劑體積B(2,5,8 mL)、洗脫速率C(1.0,5.0,10.0 mL·min－1)。以各標準均有提到的毒性最大的γ-六六六回收率來考察SPE效果,結果見表3。

表3 正交試驗結果Tab.3 Orthogonal experiment results

對正交試驗結果進行方差分析(ANOVA),γ-六六六ANOVA 結果顯示:方差分析3 個因素P值均大于0.05,說明各因素對萃取效果均無顯著性影響。綜合考慮可操作性強、回收率充分的原則,試驗選用5 mL 二氯甲烷以1.0 mL·min－1的速率(表3中樣號8的條件)對目標化合物進行洗脫。

2.4 樣品瓶的吸附作用

為了考察樣品瓶的吸附作用對目標物測定的影響,取2份加標超純水水樣(加標量10.0 ng·L－1),一份直接按照試驗方法測定;另一份在洗脫后,不用二氯甲烷洗滌樣品瓶,僅測定洗脫液中目標物的含量。結果顯示:在合并樣品瓶洗滌液到洗脫液中后,OCPs的平均回收率由79.7%提高到83.4%,說明樣品瓶對OCPs有吸附作用。因此,試驗選擇對樣品瓶隔夜瀝干、洗滌,并將洗滌液合并入洗脫液中進行測定。

2.5 基質效應

分別采用空白樣品溶液和二氯甲烷配制20μg·L－1的31種OCPs的混合標準溶液,按照儀器工作條件測定,以測得的兩者的峰面積的比值(ME)來評價基質效應[19],結果顯示:ME 為0.93～1.80;五氯硝基苯(1.48)、δ-六六六(1.62)、p,p′-滴滴伊(1.80)和異狄氏劑(1.78)表現出較強的基質效應。因此,試驗采用基質匹配混合標準溶液配制的標準溶液系列來制作工作曲線。

2.6 工作曲線和檢出限

分別移取31 種OCPs的混合標準使用液5,10,15,20,25,50,100,200μL,用空白樣品溶液逐級稀釋,配制成5,10,15,20,25,50,100,200 ng·L－1基質匹配混合標準溶液系列,按照儀器工作條件測定。以各待測化合物的質量濃度為橫坐標,其對應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線,線性參數見表4。

對加標量為10 ng·L－1的水樣進行測定,平行測定7 次,計算測定值的標準偏差(s),以3t(6,0.99)·s計算檢出限,以3倍檢出限計算測定下限,結果見表4。

由表4可知:檢出限為0.3～8.3 ng·L－1,測定下限為0.9～25 ng·L－1。

表4 線性參數、檢出限和測定下限Tab.4 Linearity parameters,detection limits and lower limits of determination

2.7 精密度和回收試驗

按照試驗方法對水、管網末梢水和洛陽江水均進行3個濃度水平的加標回收試驗,每個濃度水平平行測定6次,計算不同水樣中同一目標化合物的平均回收率和測定值的相對標準偏差(RSD),結果見表5。

由表5可知:31種OCPs的回收率為67.0%～123%,RSD 為3.9%～20%。

表5 精密度和回收試驗結果(n＝6)Tab.5 Results of testes for precision and recovery(n＝6)

表5 (續)

2.8 樣品分析

按照試驗方法分析福建省11個地區枯水期的水樣,結果顯示:福建省枯水期各水體OCPs的檢出量為5.2～125.6 ng·L－1。其中:寧德市三都澳(海水)OCPs污染較嚴重,共檢測出11種OCPs,質量濃度從高到低依次為p,p′-滴滴滴(125.6 ng·L－1)、o,p′-滴滴涕(60.4 ng·L－1)、p,p′-滴滴涕(42.7 ng·L－1)、p,p′-滴滴伊(37.8 ng·L－1)、o,p′-滴滴滴(36.6 ng·L－1)、反式九氯(35.7 ng·L－1)、o,p′-滴滴伊(33.0 ng·L－1)、滅蟻靈(31.1 ng·L－1)、反-氯丹(29.9 ng·L－1)、順-氯丹(27.4 ng·L－1)和八氯苯乙烯(18.2 ng·L－1);福州市連江浦口敖江入海口(地表水)檢出六氯苯(19.9 ng·L－1)、氧化氯丹(8.0 ng·L－1)、順-氯丹(5.2 ng·L－1)和p,p′-滴滴涕(14.3 ng·L－1);泉州市晉江入海口(地表水)檢出氧化氯丹(10.6 ng·L－1),洛陽江入海口(地表水)檢出六氯苯(17.5 ng·L－1);廈門市閩清桂峰村(地表水)檢出三氯殺螨醇(8.4 ng·L－1)。與福建省2006年以前的文獻報道數據相比,OCPs含量較低,且均低于中國或權威組織機構標準規定的限值,但是空間上存在寧德地區檢出種類偏多的特點。

2.9 方法比對

將本方法所得的檢出限同其他標準或參考文獻中的方法進行了比對,結果見表6。

由表6可知:本方法所能檢測的OCPs種類更多、濃度水平更低。

表6 不同方法比對結果Tab.6 Comparison of results by the different methods

本工作建立了SPE-在線GPC-GC-MS/MS 測定水中31種OCPs的方法,該方法具有自動化程度高,準確、靈敏等優點,并將該方法用于福建省各流域豐水期、枯水期的上游、中游和下游等橫斷面水體中OCPs的監測,對福建省環境保護、飲用水衛生與人民健康具有重要的科學意義。