氣相色譜-質譜法測定水-沉積物系統中13種擬除蟲菊酯類農藥

何 健, 豆葉枝, 李菊穎, 余 佳, 張悅清,曹 莉, 許 靜, 孔德洋

(生態環境部 南京環境科學研究所，國家環境保護農藥環境評價與污染控制重點實驗室，南京 210042)

擬除蟲菊酯類農藥具有活性較高、易于降解和低毒廣譜等特點，廣泛用于漁業生產[1-3]。隨著其大量使用，會對生態環境造成污染[4-5]。研究表明：擬除蟲菊酯類農藥在進入水體后會直接進入水生生物的皮膚和血液中，導致組織病變，并且干擾神經傳導[6]。隨著擬除蟲菊酯類農藥在水-沉積物系統中的不斷富集，可能會對生態環境和人體健康造成危害[7]。故擬除蟲菊酯類農藥在水-沉積物系統中的殘留情況需引起重視。

目前，關于擬除蟲菊酯類農藥殘留的分析方法主要集中在食品領域，關于水-沉積物系統的分析方法較少[8]。水中擬除蟲菊酯類農藥的前處理方法有液-液萃取和固相萃取等，但由于液-液萃取容易對環境造成二次污染，且不適合分析復雜、量大的實際水樣。固相萃取法適用于水量較大的實際樣品，且該方法可以將農藥的萃取、濃縮等多種功能匯集于一體，從而提升萃取效率[9]。鐘陶陶[10]采用固相萃取法提取地表水中3種常見菊酯類農藥，結果顯示，使用氨基柱對水樣進行凈化富集時，回收率良好且靈敏度較高。因此本研究選擇固相萃取法提取水體中的擬除蟲菊酯類農藥。常用的沉積物中擬除蟲菊酯類農藥的前處理方法有固液萃取、索式提取、微波萃取和加速溶劑萃取法等，其中加速溶劑萃取法具有提取效率高、消耗溶劑少和污染小等特點[11-13]，因此本研究采用加速溶劑萃取法提取沉積物中擬除蟲菊酯類農藥。

本研究在上述前處理方法基礎上，建立了氣相色譜-質譜法（GC-MS）測定水-沉積物系統中13種擬除蟲菊酯類農藥，旨在為評價水-沉積物系統環境安全提供基礎依據。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

氣相色譜-質譜聯用分析儀 (Agilent 7890A-5975C，美國Agilent公司)；快速溶劑提取儀(ASE 350，美國DIONEX公司)；旋轉蒸發器 (R-205，瑞士B?chi公司)；氮氣濃縮儀 (N-EVAP112，美國Orgamonation Associates公司)；均質器(T25，德國IKA公司)；振蕩器 (SA 300，日本Yamato公司)；冷凍干燥儀 (CTFD-18S，青島永合創信公司)。

13種擬除蟲菊酯標準品 (Dr. Ehrenstorfer)；內標物 (菲-d8、苝-d12、13C-PCB209) (AccuStandard公司)；正己烷、甲醇、丙酮、二氯甲烷和乙酸乙酯 (色譜純，德國默克公司)；Sep-Pak Vac C18柱(6 mL，500 mg，美國Waters公司)；Oasis HLB小柱 (6 mL，200 mg，美國Waters公司)；硅藻土、弗羅里硅土 (國藥集團)。

1.2 檢測條件

色譜條件：DB-5MS毛細管色譜柱 (30 m ×0.25 mm，0.25 μm，美國Agilent 公司)；流速1.0 mL/min；進樣口溫度290 ℃；進樣量1 μL；柱溫升溫程序：80 ℃保持2 min，然后以20 ℃/min升溫至180 ℃，再以10 ℃/min升溫至290 ℃，保持5 min。

質譜條件：電子轟擊離子源 (EI) 能量70 eV；離子源溫度230 ℃；接口溫度280 ℃；選擇離子掃描 (SIM) 模式；碰撞氣壓力為氬氣 (200 kPa)。

1.3 標準溶液配制

擬除蟲菊酯類農藥標準溶液配制：分別取13種擬除蟲菊酯標準品各1 mL于100 mL容量瓶中，用正己烷配制成質量濃度為1 mg/L的標準儲備液，于2～4 ℃冷藏備用。

內標物溶液配制：分別取適量內標物至50 mL容量瓶中，用正己烷配制成10 mg/L的內標混合溶液。

1.4 樣品提取方法

1.4.1 水樣提取方法 依次用二氯甲烷、乙酸乙酯和甲醇各5 mL活化C18固相萃取柱。1 000 mL水樣中加入10 mL甲醇，上樣，富集完成后用10 mL水淋洗，氮吹30 min，分別用5 mL二氯甲烷和5 mL乙酸乙酯洗脫；收集洗脫液并氮吹至近干時，立即用少量二氯甲烷沖洗管壁，加至濃縮管的2～3 mL處，氮吹，該步重復2～3次。加入50 μL內標混合溶液，定容至1 mL，待GC-MS分析。

1.4.2 沉積物樣品提取方法 將沉積物平鋪于物料盤，放入冷肼中，打開凍干機預凍1 h左右，開啟真空計和真空泵開始凍干樣品，待樣品凍干后取出待用。稱取5 g硅藻土于34 mL萃取池中，再準確稱取10 g凍干后的樣品和5 g弗羅里硅土，在研缽中混合均勻，置于萃取池中的硅藻土上層。采用V(正己烷) :V(丙酮) = 1 : 1混合溶劑，于80 ℃下預熱5 min，靜態提取8 min，壓強10 MPa，循環2次，用溶劑快速沖洗樣品，氮氣吹掃收集全部提取液。提取結束后，轉入濃縮瓶中，氮吹濃縮并過0.22 μm有機濾膜，加入50 μL內標混合溶液，定容至1 mL，待GC-MS分析。

2 結果與分析

2.1 質譜參數優化

通過樣品中目標物與標準系列中目標物的保留時間、質譜圖、碎片離子質荷比及其豐度等信息比較，對目標物進行定性。在目標物定性判斷的基礎上，根據定量離子的峰面積，采用內標法定量。優化后的各化合物質譜參數見表1，典型標準譜圖見圖1。

表1 目標化合物的保留時間、定量離子及定性離子Table 1 MS parameters for pyrethroids

2.2 水樣前處理方法優化

2.2.1 固相萃取柱的選擇 在上樣速率5.0 mL/min的條件下，比較了HLB和C18固相萃取柱對目標化合物的萃取效率。由圖2A可以看出：當采用C18柱時，13種擬除蟲菊酯類農藥的回收率為86%～93%，當采用HLB柱時回收率為71%～76%，因此本試驗選擇C18固相萃取柱對水樣進行提取。

2.2.2 上樣速度的選擇 大量水樣如果直接通過C18固相萃取柱，會影響目標物提取效果，隨著水樣量的加大，萃取效率會降低。因此，在對水樣固相萃取前，按一定比例加入甲醇，可以有效保證活化性能，試驗結果表明效果良好。由于環境水樣中菊酯類農藥的濃度一般很低，所需富集水樣量大，故水樣過柱是前處理過程中耗時最長的一步，因此本研究對上樣速度進行了優化。選擇C18固相萃取柱，將1 000 mL水樣分別以3.0、5.0、8.0和10.0 mL/min的流速上樣。結果 (圖2B)發現：當流速為3.0 mL/min和5.0 mL/min時樣品回收率較高，當流速為8.0 mL/min時回收率較低，當流速為10.0 mL/min時回收率最低，原因是流量過快導致各組分與吸附劑不能有效接觸，沒有得到有效分離，從而導致回收率降低。綜合考慮萃取回收率和時間，最終選擇上樣速度為5.0 mL/min。

2.3 沉積物前處理方法優化

2.3.1 提取溶劑的選擇 選擇正己烷和丙酮進行提取。通過比較單一溶劑和混合溶劑的提取效果發現：正己烷提取效率太低，而丙酮由于極性大，會將樣品中雜質一同提取出來，干擾峰太多。分別選用V(正己烷) :V(丙酮) = 9 : 1、8 : 2、7 : 3和5 : 5混合后進行提取。由圖3A可知：當用V(正己烷) :V(丙酮) = 5 : 5混合溶劑提取時，13種擬除蟲菊酯的回收率最高，故萃取溶劑選擇V(正己烷) :V(丙酮) = 5 : 5。

2.3.2 提取時間的選擇 比較了5、8、l0和15 min不同提取時間下13種擬除蟲菊酯類農藥的回收率。由圖3B可知：隨提取時間延長，13種擬除蟲菊酯類農藥的提取率升高，但除5 min處理外，各處理間差異不明顯，考慮到節約時間和成本，故提取時間設定為8 min。

2.3.3 提取溫度的選擇 研究了40、60、80和100 ℃不同提取溫度對萃取效率的影響。由圖3C知：擬除蟲菊酯類農藥的提取率在40 ℃時最低，100 ℃時與80 ℃時相當，從節約成本角度考慮，選擇提取溫度為80 ℃。

2.4 方法的線性范圍、檢出限和定量限

采用內標-校準曲線法定量，用空白樣品提取液配制一定濃度系列的基質匹配標準溶液。由表2可知：13種擬除蟲菊酯類農藥在一定濃度范圍內線性關系良好。根據3倍信噪比確定檢出限(LOD)，定量限 (LOQ) 為最低添加濃度。結果表明：13種擬除蟲菊酯類農藥的LOD為1.0～7.0 μg/L，在水中的LOQ為0.50 μg/L，在沉積物中的LOQ為5.0 μg/kg。

表2 目標化合物的線性范圍、決定系數及檢出限Table 2 Standard calibration curves, correlation coefficients, and LOD of 13 pyrethroids

2.5 方法的準確度與精密度

向空白水樣和沉積物中分別添加13種擬除蟲菊酯類農藥的混合標準溶液。水樣中添加水平分別為0.50、5.0和50 μg/L；沉積物中添加水平分別為5.0、10和50 μg/kg。將添加后的樣品靜置30 min，待農藥被樣品充分吸收后，按1.4節的方法進行處理，每個水平重復6次。由表3可知：13種擬除蟲菊酯類農藥在水樣中的添加回收率為83%～104%，相對標準偏差 (RSD) 為0.73%～6.8%；在沉積物中的添加回收率為73%～92%，RSD為0.63%～5.3%，表明該方法精密度和準確度良好。

表3 13種擬除蟲菊酯類農藥在水和沉積物中的添加回收率及相對標準偏差 (n = 6)Table 3 Recoveries and RSDs of 13 pyrethroids in water and sediment (n = 6)

2.6 實際樣品測定

選擇在南京市固城湖大湖區采集9個點位的水樣和沉積物樣品，采用建立的氣相色譜-質譜法測定水-沉積物系統中13種擬除蟲菊酯類農藥。由表4可知：11種組分部分檢出，檢出率為22%～100%，水中高效氯氟氰菊酯的檢出量最高，為12 μg/L；沉積物中聯苯菊酯的檢出量最高，為60 μg/kg。我國目前尚無沉積物中擬除蟲菊酯類農藥的區域篩選值標準，Tang等[14]研究了全球環境中擬除蟲菊酯類農藥殘留情況。結果表明，全球地表水中共檢測出23種擬除蟲菊酯類農藥，其中中國共檢出16種，其他國家和地區檢出11種，且全球地表水中擬除蟲菊酯類農藥濃度最高達13 000 μg/L；沉積物中共發現13種擬除蟲菊酯類農藥，其中中國檢出8種，其他國家和地區檢出13種。總體上，沉積物中擬除蟲菊酯類農藥的含量高于地表水中，最高含量達3.76 × 105μg/kg。與之相比，本研究采集的水-沉積物樣品中擬除蟲菊酯類農藥的檢出濃度處于較低水平。

表4 實際樣品中擬除蟲菊酯類農藥測定結果Table 4 Determination results of pyrethroid pesticides in actual samples

3 結論

本研究通過優化前處理參數以及氣相色譜-質譜法檢測條件，建立了水-沉積物中13種擬除蟲菊酯類農藥的分析方法。該方法具有快速、簡便、靈敏度高、重現性好，以及準確度高和精密度好等優點，可用于水-沉積物系統中擬除蟲菊酯類農藥的環境監測。