加速溶劑萃取-凝膠滲透色譜法凈化-氣相色譜-串聯質譜法測定土壤中常見的7種農藥殘留量

付衍寬,孫志洪

(河北省滄州生態環境監測中心,滄州 061000)

農藥是指用于預防和治療危害農業、林業、牧業等領域的有害病原菌、害蟲、雜草的物質,包括殺菌劑、殺蟲劑、除草劑等,種類繁多。截止到2019 年底,我國有效登記的農藥達710 種,生產企業近2 000家(其中境外企業約120 家),是全球生產和使用農藥的大國之一。據世界衛生組織統計,全球每年至少發生50萬例農藥中毒事件。近年來,隨著我國環境保護措施的不斷完善,我國農藥每年使用量呈逐年下降的趨勢,但農藥濫用現象仍經常發生,如青島“毒韭菜”事件、海南“毒豇豆”事件等。據計算,農藥在噴灑、施用過程中,大部分流失到環境中,再通過降雨、沉降等作用流入土壤,造成土壤板結、污染等狀況,嚴重影響土壤及土壤周邊的生態系統,對人類賴以生存的地表環境造成不可逆影響[1-7]。因此,加強對土壤中殺蟲劑、殺菌劑、除草劑等的監測[8-10],具有重要的意義。值得注意的是,目前關于五氯硝基苯、多效唑、腐霉利、甲霜靈、醚菊酯、啶蟲脒和咪鮮胺等7種農藥在土壤中的殘留指標未有規定及報道。

土壤樣品中的基質成分較多,通常含有有機質(如蛋白質等)、無機質(如硅酸鹽、氧化物等)、空氣、水分等。常用于土壤中農藥提取的方法有固液萃取法、超聲提取法和加速溶劑萃取法(ASE)[11-18]。固液萃取法將土壤與有機溶劑混合,采用振蕩的方式將土壤中的農藥提取出來;超聲提取法是采用超聲的方式進行提取,提取效率比固液萃取法高;ASE將土壤與有機溶劑混合,在高溫和高壓條件下,進行反復多次提取,相比其他方法,提取效率更高。

本工作建立了ASE-凝膠滲透色譜法(GPC)凈化-氣相色譜-串聯質譜法(GC-MS/MS)測定土壤中的五氯硝基苯、多效唑、腐霉利、甲霜靈、醚菊酯、啶蟲脒和咪鮮胺殘留量的分析方法,該方法凈化效果好、基質干擾小,適用于土壤中微量農藥的檢測。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Shimadzu GC 2010型氣相色譜-三重四極桿質譜儀;SP-600 QSE型加速溶劑萃取儀;Mettler-Toledo XS 205DU 型電子天平(精度0.01 mg);FLEXIGPC 型凝膠系統;Milli-Q A10 型超純水系統;Centrifuge 5418型冷凍離心機。

混合標準儲備溶液:分別取適量的五氯硝基苯、多效唑、腐霉利、甲霜靈、醚菊酯、啶蟲脒和咪鮮胺的標準溶液,用正己烷稀釋、混勻,配制成質量濃度均為10 mg·L－1的混合標準儲備溶液,于2～10℃保存備用。

混合標準溶液系列:取上述適量的混合標準儲備溶液,用正己烷逐級稀釋,配制成質量濃度分別為0.04,0.1,0.5,1.0,2.0,4.0 mg·L－1的混合標準溶液系列。

100 mg·L－1五氯硝基苯標準溶液,GBW(E) 081805;100 mg·L－1多效唑標準溶液,GBW(E) 082337;100 mg·L－1腐霉利標準溶液,GBW(E) 082331;100 mg·L－1甲霜靈標準溶液,GBW(E) 083007;100 mg·L－1醚菊酯標準溶液,GBW(E) 082873;100 mg·L－1啶蟲脒標準溶液,GBW(E) 083745;100 mg·L－1咪鮮胺標準溶液,GBW(E)082492。

乙腈、甲醇為色譜純;其余試劑均為分析純;試驗用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

1)ASE條件 萃取溫度85 ℃;壓力10 k Pa;加熱時間10 min;萃取劑為體積比1∶1的丙酮-正己烷混合液;靜態提取時間8 min;循環3次,沖洗體積50%;氮氣吹掃3 min。

2)GPC條件 CLNpak EV-2000AC型凝膠凈化柱(300 mm×20 mm,50μm);洗脫劑為體積比1∶1的丙酮-正己烷混合液;流量4 mL·min－1;收集1 400～2 300 s的淋洗液。

3)色譜條件 Rtx-5MS 型色譜質譜專用柱(30 m×250 μm,0.25 μm);載氣為氦氣(純度99.999%);進樣口溫度260℃;進樣量1μL;進樣方式為不分流進樣;柱流量1.6 mL·min－1。柱升溫程序:初始溫度50 ℃,保持1 min;以20 ℃·min－1速率升溫至125 ℃;再以10 ℃·min－1速率升溫至300 ℃,保持15 min。

4)質譜條件 電子轟擊離子源(EI);電離能量70 e V;接口溫度250℃,離子源溫度220℃;碰撞氣為氬氣(純度99.999%);溶劑延遲時間2.0 min;多反應監測(MRM)掃描方式。其他質譜參數見表1。

表1 質譜參數Tab.1 MS parameters

1.3 試驗方法

隨機采集土壤樣品,混勻,于35 ℃烘干。去除樣品中植物根莖殘體和石塊等,將烘干后的樣品壓碎,過內徑為2 mm 篩網。稱取過篩后的土壤樣品10 g,并置于加速溶劑萃取池中,加入硅藻土10 g,按ASE 條件反復萃取3次。將收集到的萃取液全部轉移至GPC凈化瓶中,按GPC條件進行凈化,收集凈化液,并于50 ℃水浴式氮吹儀中氮吹至近干,用1 mL正己烷溶解,經0.45μm 微孔濾膜過濾,濾液按色譜條件和質譜條件進行分析。

2 結果與討論

2.1 萃取劑的選擇

土壤中雜質較多,且目標化合物性質復雜,因此要求萃取劑對目標農藥有一定的選擇性和足夠的溶解性。農藥殘留萃取常用的萃取劑有正己烷、乙酸乙酯、丙酮等。按照上述儀器工作條件,在其他處理條件均不變的情況下,考察了乙酸乙酯、丙酮、正己烷以及體積比為1∶1的丙酮-正己烷混合液為萃取劑時對加標樣品(加標量1.0 mg·kg－1)中7種農藥回收率的影響,結果見表2。

表2 不同萃取劑對7種農藥回收率的影響Tab.2 Effect of different extraction solvents on recovery of 7 pesticides

結果表明:乙酸乙酯作為萃取劑時共提物較多,色譜柱、質譜離子阱污染嚴重,降低了目標物的響應值;而以體積比為1∶1的丙酮-正己烷混合液為萃取劑時,回收率較單一溶劑的高,且共提物少。因此,試驗選擇體積比為1∶1的丙酮-正己烷混合液作為萃取劑。

2.2 凈化方法的選擇

凈化方法的選擇非常關鍵,如果凈化不完全,會造成色譜柱污染,從而導致色譜柱分離度變差、柱效下降,縮短凈化柱的使用壽命。樣品溶液汽化后,通過質譜時也會導致離子阱被污染,儀器靈敏度降低,基線干擾嚴重。目前農藥殘留測試中樣品溶液的凈化方法主要有液液萃取法、固相萃取小柱萃取法、GPC等。保持其他條件不變,試驗考察了上述3種凈化方法對加標樣品(加標量1.0 mg·kg－1)中7種農藥回收率的影響。

結果顯示:采用液液萃取法時,7種農藥的回收率為65.2%～84.5%;采用固相萃取小柱萃取法時,7種農藥的回收率為71.3%～87.8%;采用GPC時,7種農藥的回收率為84.2%～96.5%,并且GPC 自動化程度高,凈化效果好。因此,試驗選擇凈化方法為GPC。

2.3 質譜條件的選擇

取五氯硝基苯、多效唑、腐霉利、甲霜靈、醚菊酯、啶蟲脒和咪鮮胺質量濃度均為10 mg·L－1的混合標準儲備溶液,以全掃描模式進行一級質譜掃描。根據前體離子相對分子質量大,且響應高的離子盡量不與其他化合物的前體離子重合的選擇原則,確定了7種農藥的前體離子。對前體離子進行二級掃描,輸入碰撞電壓范圍和電壓間隔,創建不同碰撞電壓的產物離子掃描方法。運行方法并采集離子的掃描數據,得到各農藥母離子對應的碎片離子。運行多反應監測優化工具(MRM-Optimization-Tool),得到各組分的碰撞電壓和離子豐度值。選擇豐度值較高的1個碎片離子進行定量,另外選擇2個碎片離子進行定性,最終確定7 種農藥的掃描方式為MRM。7種農藥的質譜參數見表1,典型色譜圖見圖1。

圖1 典型色譜圖Fig.1 Typical chromatograms

2.4 標準曲線和檢出限

按照儀器工作條件,對質量濃度為0.04,0.1,0.5,1.0,2.0,4.0 mg·L－1的混合標準溶液系列進行測定,以7種農藥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。結果表明:7種農藥的質量濃度在0.04～4.0 mg·L－1內與其峰面積呈線性關系,相關系數均大于0.998 0,線性回歸方程和相關系數見表3。

以3倍信噪比(S/N)計算檢出限(3S/N),10倍信噪比計算測定下限(10S/N),檢出限和測定下限結果見表3。

表3 線性參數、檢出限和測定下限Tab.3 Linearity parameters,detection limits and lower limits of determination

由表3 可知:7 種農藥的檢出限為0.002～0.007 mg·kg－1,測定下限為0.008～0.024 mg·kg－1。

2.5 精密度和回收試驗

在10 g空白土壤樣品中加入一定量的7種農藥混合標準溶液(加標量分別為0.1,0.5,2.0 mg·kg－1),按照試驗方法對3個不同濃度水平樣品進行加標回收試驗。每個濃度水平測定6次,計算測定值的相對標準偏差(RSD)和回收率,結果見表4。

表4 精密度和回收試驗結果(n＝6)Tab.4 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

由表4可知:7種農藥在3個加標濃度水平下的回收率為88.9%～104%,RSD 為1.7%～3.9%,說明該方法的準確度和精密度均較高,符合農藥殘留分析測試的要求。

2.6 樣品分析

為驗證該方法的實用性,隨機采集5份不同區域的土壤樣品,對上述7種農藥殘留進行測定。結果顯示:有2份土壤樣品分別檢出腐霉利和啶蟲脒,檢出量分別為0.010,0.005 mg·kg－1;其余農藥均未檢出。由于測定結果均不在線性范圍內,且低于測定下限,因此該測定結果為估計值。

本工作建立了ASE-GPC 凈化-GC-MS/MS 測定土壤中7種農藥殘留量的分析方法。該方法自動化程度高、準確性好,并且回收率及精密度、檢出限及測定下限等參數均能滿足農藥殘留分析測定的要求,可為土壤中多種農藥殘留的監測提供新的測定方法。