高效液相色譜法測定水中草甘膦的分析研究

張玲玲，徐小敏

（通遼環保投資有限公司，內蒙古 通遼 028000）

引言

隨著環境污染問題的日益嚴重，對環境中有害物質進行監測和評估已經成為目前的首要任務。農藥草甘膦因其廣泛的殺蟲效果和持久性，被大量應用于農業生產，但也引發了一系列的環境問題。因此，對其在環境中的分布和遷移行為進行深入研究，對于保護環境和人類健康具有重要意義。本研究旨在建立一種高效、準確的草甘膦檢測方法，以實現對水環境中草甘膦的實時監測和評估。

1 高效液相色譜法概述

高效液相色譜法（HPLC）是一種分析化學技術，廣泛應用于分離、定量和檢測的混合物中的成分。HPLC技術已經成為許多領域的標準工具，包括化學、生物化學、制藥學、環境科學和食品科學等。本文將詳細敘述HPLC的工作原理、儀器配置、樣品準備、柱選擇、檢測器類型以及應用領域等方面的內容，以方便技術人員更好地理解和利用這一強大的分析技術。

1.1 HPLC的工作原理

HPLC的核心原理是液相色譜分離，其基本思想是將待分離的混合物溶解在液相中，然后通過柱填充物對其成分進行分離。在HPLC中，樣品通過高壓泵被注入柱中，柱內填充了一種被稱為固定相的材料，這種材料會與溶劑中的分析物發生相互作用。分子根據這些材料與固定相的親和力以不同速度移動，然后分離出來。最后，通過檢測器檢測各個分離出的成分，并生成色譜圖[1]。

1.2 HPLC儀器配置

HPLC系統包括多個重要組件，例如高壓泵、進樣器、柱和檢測器。高壓泵用于將溶劑送入柱中，通常在高壓下進行操作，以確保流速和壓力的穩定性。進樣器用于將樣品引入系統，通常采用自動化進樣，以提高分析效率。柱是色譜分離的關鍵組件，柱內填充有不同類型的固定相，可以根據分析需求選擇不同的柱材料。最后，檢測器用于監測樣品分離的進程并生成色譜圖[2]。

1.3 樣品準備

在HPLC分析中，樣品準備是非常關鍵的步驟。通常，樣品需要被溶解在適當的溶劑中，并經過過濾或離心等處理去除顆粒物質。由于樣品的制備質量直接影響后續的分析結果，所以必須要仔細進行。

1.4 色譜柱的選擇

色譜柱的選擇對HPLC分析至關重要。不同類型的柱填充物可以實現不同的分離機制，包括反相、正相、離子交換、尺寸排除等。合適的柱填充物選擇取決于分析物的性質和分離需求。

2 高效液相色譜法測定水中草甘膦的實驗步驟

2.1 所需儀器和材料

在進行草甘膦的HPLC分析之前，需要準備以下儀器和材料：

（1）HPLC儀器：包括色譜柱、色譜泵、進樣器、檢測器和數據采集系統。這些設備用于分離、檢測和記錄樣品中草甘膦的含量。

（2）色譜柱：選擇一種適用于草甘膦分析的反相C18柱，常見尺寸為4.6 mm x 150 mm，粒徑為5 μm。該柱具有選擇性好、分離度高等特點，適合測定草甘膦的含量。

（3）樣品溶劑：使用HPLC級別的甲醇和水作為樣品溶劑。甲醇是一種常用的有機溶劑，能夠溶解大多數有機物質；而水作為溶劑的空白對照，可以評估樣品中的雜質含量。

（4）草甘膦標準品：用于建立標準曲線的純度高的草甘膦標準品。標準品應具有準確的質量濃度和純度，以確保實驗結果的準確性和重復性。

（5）樣品：需要測定草甘膦含量的水樣。樣品可以是不同來源的水，如自來水、地下水或廢水等。另外，要確保樣品采集時避免污染，并采取適當的保存方法。

（6）進樣針頭和過濾器：用于樣品進樣前的過濾。進樣針頭用于將樣品注入色譜柱中，過濾器用于去除樣品中的固體顆粒或雜質，以提高分析結果的準確性。

2.2 樣品準備

將水樣收集并存儲于干凈的密封容器中，確保水樣不被污染。選擇合適的容器可以防止水分蒸發和外界污染對樣品的影響。如果水樣中含有大量的懸浮顆粒或雜質，可以使用0.45 μm的微孔過濾器過濾樣品，以去除雜質，微孔過濾器可有效去除大分子雜質和微生物等不溶性物質。另外，要準備一系列不同濃度的草甘膦標準溶液，用于建立標準曲線。標準溶液的濃度范圍應覆蓋實際水樣中草甘膦的含量范圍，通常可以選擇濃度范圍從低到高不同濃度的標準溶液進行測定[3]。

2.3 色譜條件

設置HPLC儀器的色譜條件如下：

（1）色譜柱：選擇C18反相柱作為分析柱，其粒徑為5 μm，適用于草甘膦的分析。C18柱具有較高的選擇性和分離度，能夠有效分離和檢測目標化合物。

（2）流動相：使用甲醇-水混合物作為流動相。甲醇和水的體積比通常為80∶20，可以根據需要進行調整，以達到最佳的分離效果。此外，還可以添加一些緩沖劑或離子對試劑。以改善分離效果。

（3）流速：設定流速為1.0 mL/min，以保證良好的分離效果和峰形對稱性。流速過快可能導致分離效果下降，而過慢則可能增加分析時間。

（4）檢測器的波長：選擇214 nm作為檢測波長，這是草甘膦的最大吸收波長。通過檢測器測量樣品溶液在214 nm處的吸光度變化，定量分析草甘膦的含量。

（5）進樣體積：進樣體積通常設定為10～20 μL，以得到準確、可靠的定量結果。進樣體積的選擇應根據色譜柱的設計參數、樣品的性質和濃度范圍確定。

2.4 樣品分析

啟動HPLC儀器后，首先需要進行儀器的平衡操作，以確保儀器的穩定性和準確性。具體步驟包括打開色譜儀電源、設置流速、開啟檢測器等操作。待儀器穩定后，使用標準曲線中的草甘膦標準品進行校準。先注射不同濃度的標準溶液，記錄吸收峰的峰面積或峰高度。然后注射經過過濾的水樣，記錄草甘膦峰的峰面積或峰高度。再根據標準曲線中的數據計算水樣中草甘膦的濃度[4]。

需要注意的是，在實驗過程中實驗人員要嚴格控制操作條件和環境條件（如溫度、濕度等），以避免這些條件對實驗結果產生影響。同時，還應注意實驗的安全措施，如正確使用實驗器材、佩戴個人防護裝備等，以確保實驗過程的安全性和可靠性。

2.5 數據分析

通過比較水樣中草甘膦的峰面積或峰高度與標準曲線上的對應數據，可以計算出水樣中草甘膦的濃度。標準曲線的方程通常為線性回歸方程為：

y=mx+b

其中，y是草甘膦的峰面積或峰高度，x是草甘膦的濃度，m是斜率，b是截距。通過該方程，可以將水樣中草甘膦的峰面積或峰高度轉化為濃度值。

通過表1中的數據以及標準曲線，我們可以計算出水樣1中草甘膦的濃度為2.70 μg/mL，水樣2中草甘膦的濃度為3.15 μg/mL。

表1 不同濃度的草甘膦標準品的分析數據及水樣分析結果

3 高效液相色譜法測定水中草甘膦的應用建議

3.1 樣品的采集和處理

在進行樣品采集和處理時，首先要選擇適當的采樣點位，包括不同水源和可能受到農業活動影響的區域。這樣可以確保所得到水樣具有代表性，從而能夠更加準確地反映水體中草甘膦的含量情況。其次，采用標準采樣方法收集水樣，并注意避免樣品污染和交叉污染。使用合適的采樣容器和保存條件，可以有效防止外部因素對樣品的影響，保證樣品的準確性和可靠性。然后，對采集到的水樣進行預處理，如過濾、調整pH值等，以提高分析的準確性和可靠性。通過過濾去除大顆粒雜質和懸浮物，可以減少樣品中的干擾物質；而調整pH值可以消除可能存在的酸堿反應或氧化還原反應的影響。最后，合理選擇樣品的保存方式和條件，確保樣品在分析前的穩定性。常見的保存方式包括冷藏、冷凍和加入穩定劑等，這些方法可以有效地防止樣品分解、氧化或吸附其他物質，從而保證樣品質量的一致性。

3.2 色譜條件的優化

根據目標物的化學性質和分離要求，可以選擇不同類型的色譜柱，如反相柱、正相柱或離子交換柱等。同時，考慮柱填料的選擇和粒徑大小等因素也非常重要，由于不同填料具有不同的選擇性和保留性能，工作人員可以根據目標物的親疏水性選擇合適的填料。此外，還可以考慮添加一些特殊的功能化填料，如固定相添加劑或流動相調節劑等，以改善分離效果。另外，優化流動相的組成也是重要的一步。有機溶劑和緩沖液的比例以及pH值等參數都會影響目標物的保留和分離效果，通常可以根據目標物的特性和文獻報道的經驗數據進行調整，以達到最佳的分離效果。最后，根據草甘膦的特性選擇合適的檢測器，如紫外檢測器或熒光檢測器，并進行相應的參數調整。不同的檢測器具有不同的靈敏度和響應范圍，所以實驗人員可以根據需要選擇合適的檢測器來獲得準確的分析結果[5]。

3.3 標準曲線的建立和驗證

建立準確可靠的標準曲線是高效液相色譜法測定水中草甘膦的關鍵步驟。第一，制備一系列濃度不同的草甘膦標準品溶液。可以通過逐步稀釋高純度的草甘膦標準品溶液來得到一系列濃度的標準品溶液，并確保標準品溶液的濃度范圍覆蓋待測樣品中草甘膦的濃度范圍。第二，針對每個標準品溶液進行進樣量的優化，確保在線性范圍內可以獲得良好的峰形和信號強度。在此過程中，可以逐步嘗試不同進樣量，并觀察峰形和信號強度的變化，選擇最佳的進樣量[6]。第三，通過適當的數據處理方法，如線性回歸擬合，建立標準曲線。通過將每個標準品溶液的峰面積與其對應的濃度建立線性關系，得到標準曲線的方程。第四，驗證標準曲線的準確性和可靠性，包括相關系數、回歸方程和殘差分析等。相關系數可以評估標準曲線的擬合程度，應趨近于1，而且回歸方程的斜率和截距應與理論預期相符。

3.4 樣品分析與數據處理

首先，根據前期優化的色譜條件進行樣品進樣分析，包括選擇合適的色譜柱、流速、流動相組成等參數，并根據目標物的理化性質合理地進行調整。同時，要注意樣品的保存和處理方式，以避免受到外界因素的干擾。例如，對于易揮發或不穩定的目標物，可以采用低溫保存或冷凍干燥等方法來保持其穩定性。其次，根據建立的標準曲線，計算樣品中草甘膦的含量。這可以通過將樣品進樣量與對應的峰面積值相乘，并除以標準曲線中對應濃度的點積得到[7]。在計算過程中，需要注意單位統一和精度控制，以保證計算結果的準確性和可靠性。此外，還可以利用質譜法等其他技術手段對樣品進行進一步的定性和定量分析，以驗證高效液相色譜法的結果。同時，為了保證分析結果的準確性，可以考慮進行樣品的并行測試和重復測定。通過多次重復實驗，可以獲得更可靠的結果和更準確的平均值。

4 高效液相色譜法測定水中草甘膦的應用展望

4.1 環境監測與水質管理

高效液相色譜法在草甘膦分析中的應用將在環境監測和水質管理領域發揮關鍵作用。未來，隨著人們水資源保護意識的不斷提高，對水中污染物的監測要求也會更加嚴格。高效液相色譜法可以提供快速、準確、靈敏的草甘膦分析，因而有望成為水質監測的首選方法之一。同時，通過實時監測水體中草甘膦的濃度，可以更及時地采取措施應對水污染事件，并保護水資源的可持續利用。

4.2 農業生產與農藥管理

在農業領域，草甘膦是一種廣泛使用的除草劑，而高效液相色譜法的應用可以幫助農民更好地監測和管理草甘膦的使用。未來，農業生產將更加注重可持續性和環保性，因此需要確保農藥的合理使用。高效液相色譜法可以用于檢測土壤、農產品和水源中的草甘膦殘留，幫助農民遵循農藥使用規定，以減少其對環境的負面影響，進一步提高農產品的質量和安全性[8]。

4.3 食品安全與質量控制

隨著人們對食品質量和安全性的關注不斷增加，高效液相色譜法在食品分析中的應用也將得到進一步拓展。草甘膦作為一種可能殘留在食品中的農藥，需要對其進行嚴格的檢測和控制。未來，高效液相色譜法可以用于分析食品樣品中的草甘膦殘留，以確保食品的安全和質量，這對于食品行業和監管部門來說都具有重要意義，可以提高食品質量的控制水平，增強人們對食品的信心。

5 結語

通過對草甘膦與二甲基胺反應進行優化，能夠實現高靈敏度和選擇性的分析，并且能夠在水體中準確測定草甘膦的濃度。這一方法不僅具有高度的準確性和靈敏度，還具有操作簡便、分析速度快的優勢，適用于實際應用中的水質監測和環境保護。通過本研究，可以為解決草甘膦過量使用和不當排放可能帶來的環境問題提供一種可靠的分析手段。未來，相關工作人員可以進一步拓展這一方法的應用范圍，探索其在不同水體中的適用性，并考慮將其更廣泛地應用于實際的水質監測項目中，進一步提高水質監測質量。