固相萃取-液相色譜/質譜法測定地下水中三嗪類和酰胺類除草劑殘留

左海英，張 琳，劉 菲

(1．中國地質大學(北京)水資源與環(huán)境學院，北京 100083；2．中國地質科學院水文地質環(huán)境地質研究所，河北 正定 050803)

三嗪類除草劑是早在20世紀50年代推出的傳統(tǒng)除草劑之一。它通過光合系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)以D1蛋白為靶標，抑制植物的光合作用而發(fā)揮作用，這類除草劑曾在農業(yè)上被廣泛應用，但其用量較大，殘留較長。酰胺類除草劑是一種高效的觸殺性除草劑，該類化合物具有高生物活性、高選擇性，推廣使用劑量下對作物安全，在植物體內或土壤中易降解。這些農藥由于地表徑流，常造成地表水污染，并對人類、動植物和水生生物造成不利影響(干擾人類內源激素等)[1-4]。因此，美國環(huán)境保護署(US EPA)將莠去津、西瑪津等三嗪類除草劑列入優(yōu)先控制污染物名單，規(guī)定飲用水中莠去津含量不得超過3 μg/L，西瑪津含量不得超過4 μg/L。歐盟規(guī)定飲用水中單一農藥濃度不得超過0.1 μg/L,總濃度不得超過0.5 μg/L。我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)則規(guī)定地表水中莠去津的標準限值為2 μg/L。美國對丁草胺、乙草胺、異丙草胺等酰胺類除草劑也有極為嚴格的管理，例如對異丙甲草胺曾一度停止使用。

目前，檢測水中有機污染物殘留的前處理方法主要有液液萃取[5-7]、固相萃取[8-12]、加速溶劑萃取[13-15]等。液液萃取法的優(yōu)點是操作簡單，但有機溶劑消耗量大，對環(huán)境和操作人員的污染較大，而且操作過程費時費力，正逐漸被淘汰。固相萃取雖然較難掌握(相對液液萃取)，但是不需要大量的萃取溶劑(只需要少量的洗脫溶劑)，處理過程中也不會產生乳化現(xiàn)象，因此固相萃取水中半揮發(fā)性有機物得到了廣泛的推廣。在儀器分析方面，主要有氣相色譜儀(GC)[16-17]、氣相色譜-質譜聯(lián)用儀(GC-MS)[7,13,18]、高效液相色譜儀(HPLC)[19-21]、液相色譜-質譜聯(lián)用儀(LC-MS)[22-25]等。沸點較高的半揮發(fā)性有機物需經(jīng)過衍生以后才能使用GC-MS或LC-MS測定；液相色譜儀雖然可以濃縮后直接進樣檢測，但是在定性方面具有一定的缺陷。因此，LC-MS既可以濃縮后直接進樣檢測，在定性方面又具有優(yōu)勢，是水中半揮發(fā)性有機物檢測的不錯選擇。

本文應用固相萃取方法處理樣品，采用快速液相色譜柱，液相色譜-質譜法快速測定地下水中14種三嗪類和2種酰胺類除草劑(吡草胺、異丙草胺)。實驗考察了定量離子掃描時間、富集柱洗脫溶劑、凈化柱等因素對三嗪類和酰胺類除草劑測定的影響，以滿足日常檢測工作的需要。

1 實驗部分

1.1 儀器與主要試劑

液相色譜-質譜聯(lián)用儀(液相色譜：型號LC-20AD，日本島津公司；質譜：型號3200Q，美國AB公司)。K-D濃縮裝置(美國Supelco公司)，C18固相萃取柱(美國Supelco公司)，氟羅里硅土柱(1 g，6 mL，美國Varian公司)，硅膠柱(1 g，6 mL，美國Varian公司)。

標準品：莠滅凈、阿特拉津、氰草津、去乙基阿特拉津、去異丙基阿特拉津、環(huán)嗪酮、吡草胺、異丙草胺、嗪草酮、撲滅通、撲草凈、撲滅津、另丁津、西瑪津、草凈津、特丁津。以上標準購自美國Supelco公司。

二氯甲烷、丙酮、甲醇：均為農殘級(美國TEDIA公司)；氯化鈉(優(yōu)級純，北京化工廠)；無水硫酸鈉(優(yōu)級純，天津市巴斯夫化工有限公司)。

1.2 樣品前處理

依次用5 mL二氯甲烷、5 mL甲醇和5 mL 純水活化C18小柱，然后上樣，用活化后的C18小柱富集，用二氯甲烷-丙酮(體積比4∶1)洗脫，洗脫液液經(jīng)無水硫酸鈉脫水后，K-D濃縮裝置濃縮至約1 mL，氮吹至近干態(tài)，補加甲醇至1 mL，上機待測。

1.3 氣相色譜-質譜分析條件

1.3.1 色譜條件

液相色譜柱：島津Shim-Pack XR-ODS(2.0 mm×50 mm,粒徑2.2 μm)；流動相：A相為水(0.1%甲酸)，B相為甲醇(0.1%甲酸)，流速0.5 mL/min，流動相梯度洗脫程序見表1。

表1 流動相梯度洗脫程序

1.3.2 質譜條件

電噴霧離子源，正離子掃描方式，電噴霧電壓4500 V，離子源溫度650℃，霧化氣流速：60 L/min、60 L/min (兩路)，氣簾氣流速25.0 L/min。定量離子對、定性離子對、去簇電壓(CE)和碰撞氣能量(DP)見表2。

表2 質譜檢測條件

2 結果與討論

2.1 固相萃取柱的選擇

選用Varian C18柱、CNW Poly-Sery PSD柱、Merck LiChrolut EN柱、Waters Oasis HLB柱4種小柱，進行目標化合物固相萃取的回收率對比實驗。C18柱吸附劑為硅膠上鍵合十八烷基，用于反相萃取，適合非極性化合物到中等極性化合物，Poly-SeryPSD作為一種高交聯(lián)度、中性的、特殊潔凈的苯乙烯/二乙烯苯共聚物，通常用于反相條件下保留含有親水基團的疏水性化合物，而Merk LiChrolut EN固相萃取小柱的填料為苯乙烯二乙烯基苯共聚物(PS-DVB )，Waters Oasis HLB柱采用的是親水親脂平衡的水可浸潤性反相吸附劑。這兩種小柱均有較大的比表面積，是C18柱吸附能力的數(shù)倍或數(shù)十倍。具體數(shù)據(jù)見表3，由表3可知，本文選用Waters Oasis HLB柱。

表3 固相萃取小柱的回收率對比

2.2 富集柱洗脫溶劑的選擇

相似相溶是有機化學中最基本的原理之一，根據(jù)這一原理，采用不同洗脫溶劑對本方法中的目標化合物進行洗脫，各目標化合物回收結果如表4所示。從表4可以看出，對于三嗪類除草劑，采用正己烷洗脫時，回收率較低，只有60%左右，采用一定極性的溶劑(含混合溶劑)時，回收率均在70%以上，部分項目能夠達到90%左右；對于酰胺類除草劑，采用非極性的正己烷或弱極性的二氯甲烷時，其回收率基本在80%以下，采用二氯甲烷-丙酮混合溶劑(V∶V=4∶1)時，回收率明顯升高，采用極性較大的二氯甲烷-丙酮(V∶V=1∶4)或純丙酮溶劑時，回收率達到較高水平，基本保持在80%以上。

表4 不同洗脫條件對回收率的影響

2.3 凈化柱的選擇

在萃取的過程中，一些干擾物質可能會被一起萃取出來，由于質譜是一種靈敏度很高的檢測器，這些共萃取物有可能使基線升高甚至影響目標化合物的定性和定量。常用的商用凈化柱有氟羅里硅土柱、石墨炭黑柱和硅膠柱等。硅膠具有比表面積大、孔隙率高、吸附能力強等性質，對極性大分子物質具有較強的親和能力，常用來分離凈化土壤中的有機氯和多環(huán)芳烴化合物[26]。氟羅里硅土是環(huán)境樣品中農藥殘留量測試過程中最常用的一種凈化劑，其凈化機制主要是對不同極性組分吸附強弱程度不一。首先將吸附性弱的干擾組分淋洗排出，再選擇適當極性的活脫液將待測組分選擇性地從吸附柱中洗脫出來，而吸附性強的干擾組分依然留在柱中，最終達到凈化待測組分的目的。石墨炭黑柱多用于色素的去除。本方法主要用于地下水，多數(shù)情況下不需要去除色素，因此采用氟羅里硅土柱和硅膠柱分別對萃取后的水樣進行凈化，結果如表5所示。由表5的數(shù)據(jù)對比可以看出，凈化前目標化合物的回收率普遍偏高，經(jīng)氟羅里硅土柱凈化后，目標化合物的回收率降低到合理水平，但是經(jīng)硅膠柱凈化后，吡草胺和異丙草胺的回收率仍偏高，因此本方法采用氟羅里硅土柱對萃取液進行凈化。

表5 不同凈化條件對回收率的影響

2.4 定量離子掃描時間的影響

為了提高儀器的穩(wěn)定性，本方法中質譜的掃描時間采用定量定性離子掃描時間不同的方式。本方法對比了定量定性離子掃描時間相同與不同對目標化合物響應信號(以目標化合物的峰面積為參考)的影響。當定量離子與定性離子的掃描時間相同時，設定掃描時間為20 s；當定量離子與定性離子的掃描時間不同時，設定定量離子的掃描時間為30 s，定性離子的掃描時間為15 s。在兩種掃描方式下，分別測定7個相同濃度的樣品，對比同一目標化合物在兩種掃描方式的響應信號可知：適當延長定量離子的掃描時間，可以降低大部分目標化合物的相對標準偏差(RSD)，因此可以提高儀器的穩(wěn)定性(見表6)。

表6 兩種掃描方式下目標化合物的相對標準偏差對比

2.5 方法的準確度、精密度和檢出限

取1 L純水，加入目標化合物，使其濃度分別為0.50 μg/L、1.50 μg/L、5.00 μg/L，按照前面所述要求進行樣品前處理后，上機測定?？疾?個平行樣品的平均回收率、精密度(RSD)，并根據(jù)0.50 μg/L樣品的10倍標準偏差計算固相萃取法的方法檢出限，所得結果列于表7～表9。在低、中、高三種添加濃度下，回收率均滿足要求，目標化合物的檢出限均小于0.40 μg/L。

3 實際應用

根據(jù)地下水中半揮發(fā)性有機污染物的取樣標準，采集河北正定地下水樣品，進行實際樣品檢測，并進行加標樣品和空白監(jiān)控樣品的質量監(jiān)控，結果表明：正定地下水樣品中沒有目標化合物檢測，空白監(jiān)控樣品無目標化合物檢出，加標監(jiān)控樣品中各目標化合物的回收率在81.3%～110.6%，滿足質量監(jiān)控的要求。

表7 目標化合物的準確度、精密度和檢出限(加標濃度為0.50 μg/L)

表8 目標化合物的準確度和精密度(加標濃度為1.50 μg/L)

表9 目標化合物的準確度和精密度(加標濃度為5.00 μg/L)

4 結語

本文以HLB柱為固相萃取柱，以二氯甲烷-丙酮混合液(V∶V=4∶1)為洗脫試劑，氟羅里硅土柱為凈化柱，采用液相色譜-質譜法能在5.10 min內檢測出水體中14種三嗪類和2種酰胺類除草劑。14種三嗪類除草劑和2種酰胺類除草劑的檢出限均小于0.40 μg/L。

本方法雖然色譜峰重疊較多，但方法操作簡便，儀器分析時間為5.10 min，與現(xiàn)有的高效液相色譜儀器分析時間(15 min以上)[27]相比，儀器檢測時間短，測定結果準確可靠，檢出限低，能夠滿足日常環(huán)境水樣中農藥殘留分析檢測的需要。

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