付衍寬,孫志洪

(河北省滄州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,滄州 061000)

農(nóng)藥是指用于預(yù)防和治療危害農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)等領(lǐng)域的有害病原菌、害蟲、雜草的物質(zhì),包括殺菌劑、殺蟲劑、除草劑等,種類繁多。截止到2019 年底,我國(guó)有效登記的農(nóng)藥達(dá)710 種,生產(chǎn)企業(yè)近2 000家(其中境外企業(yè)約120 家),是全球生產(chǎn)和使用農(nóng)藥的大國(guó)之一。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì),全球每年至少發(fā)生50萬例農(nóng)藥中毒事件。近年來,隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)措施的不斷完善,我國(guó)農(nóng)藥每年使用量呈逐年下降的趨勢(shì),但農(nóng)藥濫用現(xiàn)象仍經(jīng)常發(fā)生,如青島“毒韭菜”事件、海南“毒豇豆”事件等。據(jù)計(jì)算,農(nóng)藥在噴灑、施用過程中,大部分流失到環(huán)境中,再通過降雨、沉降等作用流入土壤,造成土壤板結(jié)、污染等狀況,嚴(yán)重影響土壤及土壤周邊的生態(tài)系統(tǒng),對(duì)人類賴以生存的地表環(huán)境造成不可逆影響[1-7]。因此,加強(qiáng)對(duì)土壤中殺蟲劑、殺菌劑、除草劑等的監(jiān)測(cè)[8-10],具有重要的意義。值得注意的是,目前關(guān)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(nóng)藥在土壤中的殘留指標(biāo)未有規(guī)定及報(bào)道。

土壤樣品中的基質(zhì)成分較多,通常含有有機(jī)質(zhì)(如蛋白質(zhì)等)、無機(jī)質(zhì)(如硅酸鹽、氧化物等)、空氣、水分等。常用于土壤中農(nóng)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(jī)溶劑混合,采用振蕩的方式將土壤中的農(nóng)藥提取出來;超聲提取法是采用超聲的方式進(jìn)行提取,提取效率比固液萃取法高;ASE將土壤與有機(jī)溶劑混合,在高溫和高壓條件下,進(jìn)行反復(fù)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(lián)質(zhì)譜法(GC-MS/MS)測(cè)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(zhì)干擾小,適用于土壤中微量農(nóng)藥的檢測(cè)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Shimadzu GC 2010型氣相色譜-三重四極桿質(zhì)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(tǒng);Milli-Q A10 型超純水系統(tǒng);Centrifuge 5418型冷凍離心機(jī)。

混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)溶液,用正己烷稀釋、混勻,配制成質(zhì)量濃度均為10 mg·L－1的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液,于2～10℃保存?zhèn)溆谩?/p>

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列:取上述適量的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液,用正己烷逐級(jí)稀釋,配制成質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

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

乙腈、甲醇為色譜純;其余試劑均為分析純;試驗(yàn)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(shí)間10 min;萃取劑為體積比1∶1的丙酮-正己烷混合液;靜態(tài)提取時(shí)間8 min;循環(huán)3次,沖洗體積50%;氮?dú)獯祾? 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(zhì)譜專用柱(30 m×250 μm,0.25 μm);載氣為氦氣(純度99.999%);進(jìn)樣口溫度260℃;進(jìn)樣量1μL;進(jìn)樣方式為不分流進(jìn)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(zhì)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(shí)間2.0 min;多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)掃描方式。其他質(zhì)譜參數(shù)見表1。

表1 質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 MS parameters

1.3 試驗(yàn)方法

隨機(jī)采集土壤樣品,混勻,于35 ℃烘干。去除樣品中植物根莖殘?bào)w和石塊等,將烘干后的樣品壓碎,過內(nèi)徑為2 mm 篩網(wǎng)。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(fù)萃取3次。將收集到的萃取液全部轉(zhuǎn)移至GPC凈化瓶中,按GPC條件進(jìn)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(jīng)0.45μm 微孔濾膜過濾,濾液按色譜條件和質(zhì)譜條件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取劑的選擇

土壤中雜質(zhì)較多,且目標(biāo)化合物性質(zhì)復(fù)雜,因此要求萃取劑對(duì)目標(biāo)農(nóng)藥有一定的選擇性和足夠的溶解性。農(nóng)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?xiàng)l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(shí)對(duì)加標(biāo)樣品(加標(biāo)量1.0 mg·kg－1)中7種農(nóng)藥回收率的影響,結(jié)果見表2。

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

結(jié)果表明:乙酸乙酯作為萃取劑時(shí)共提物較多,色譜柱、質(zhì)譜離子阱污染嚴(yán)重,降低了目標(biāo)物的響應(yīng)值;而以體積比為1∶1的丙酮-正己烷混合液為萃取劑時(shí),回收率較單一溶劑的高,且共提物少。因此,試驗(yàn)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(guān)鍵,如果凈化不完全,會(huì)造成色譜柱污染,從而導(dǎo)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(zhì)譜時(shí)也會(huì)導(dǎo)致離子阱被污染,儀器靈敏度降低,基線干擾嚴(yán)重。目前農(nóng)藥殘留測(cè)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(yàn)考察了上述3種凈化方法對(duì)加標(biāo)樣品(加標(biāo)量1.0 mg·kg－1)中7種農(nóng)藥回收率的影響。

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

2.3 質(zhì)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(zhì)量濃度均為10 mg·L－1的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液,以全掃描模式進(jìn)行一級(jí)質(zhì)譜掃描。根據(jù)前體離子相對(duì)分子質(zhì)量大,且響應(yīng)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(nóng)藥的前體離子。對(duì)前體離子進(jìn)行二級(jí)掃描,輸入碰撞電壓范圍和電壓間隔,創(chuàng)建不同碰撞電壓的產(chǎn)物離子掃描方法。運(yùn)行方法并采集離子的掃描數(shù)據(jù),得到各農(nóng)藥母離子對(duì)應(yīng)的碎片離子。運(yùn)行多反應(yīng)監(jiān)測(cè)優(yōu)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(gè)碎片離子進(jìn)行定量,另外選擇2個(gè)碎片離子進(jìn)行定性,最終確定7 種農(nóng)藥的掃描方式為MRM。7種農(nóng)藥的質(zhì)譜參數(shù)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(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

按照儀器工作條件,對(duì)質(zhì)量濃度為0.04,0.1,0.5,1.0,2.0,4.0 mg·L－1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測(cè)定,以7種農(nóng)藥的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),其對(duì)應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明:7種農(nóng)藥的質(zhì)量濃度在0.04～4.0 mg·L－1內(nèi)與其峰面積呈線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均大于0.998 0,線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見表3。

以3倍信噪比(S/N)計(jì)算檢出限(3S/N),10倍信噪比計(jì)算測(cè)定下限(10S/N),檢出限和測(cè)定下限結(jié)果見表3。

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

由表3 可知:7 種農(nóng)藥的檢出限為0.002～0.007 mg·kg－1,測(cè)定下限為0.008～0.024 mg·kg－1。

2.5 精密度和回收試驗(yàn)

在10 g空白土壤樣品中加入一定量的7種農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(加標(biāo)量分別為0.1,0.5,2.0 mg·kg－1),按照試驗(yàn)方法對(duì)3個(gè)不同濃度水平樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)。每個(gè)濃度水平測(cè)定6次,計(jì)算測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)和回收率,結(jié)果見表4。

表4 精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n＝6)Tab.4 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

由表4可知:7種農(nóng)藥在3個(gè)加標(biāo)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(zhǔn)確度和精密度均較高,符合農(nóng)藥殘留分析測(cè)試的要求。

2.6 樣品分析

為驗(yàn)證該方法的實(shí)用性,隨機(jī)采集5份不同區(qū)域的土壤樣品,對(duì)上述7種農(nóng)藥殘留進(jìn)行測(cè)定。結(jié)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(nóng)藥均未檢出。由于測(cè)定結(jié)果均不在線性范圍內(nèi),且低于測(cè)定下限,因此該測(cè)定結(jié)果為估計(jì)值。

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