分散固相萃取-氣相色譜法測定土壤中的高效氯氰菊酯殘留

蔡曉鈺，姜 宇，蔣寶南，劉騰飛

（1江蘇省水文水資源勘測局蘇州分局，蘇州215011；2蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘇州215008；3江蘇太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，蘇州215155

高效氯氰菊酯（β-cypermethrin，β-Cyp），又名戊酸氰醚酯，是典型的Ⅱ型擬除蟲菊酯類殺蟲劑。具有觸殺與胃毒作用，通過改變昆蟲神經(jīng)膜的通透性，使中毒昆蟲過度興奮、麻痹而死亡［1-2］，是國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的殺蟲劑之一。β-Cyp對蜜蜂、鳥類、魚類、蠶高毒［3-5］，對光、熱穩(wěn)定，在農(nóng)作物生長過程中長期使用，會造成殘留和累積，帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染與農(nóng)產(chǎn)品安全問題。土壤是種植農(nóng)作物的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是農(nóng)藥在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的重要載體、歸宿地和積蓄庫。因此，建立簡單、快速、準(zhǔn)確地測定土壤中β-Cyp的檢測方法，對保護(hù)土壤環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品安全具有重要意義。

土壤樣品基體復(fù)雜，含有色素、甾醇、有機(jī)酸等多種干擾物，因此，分析測定前需要經(jīng)過有效的提取方法和凈化步驟消除基體干擾。目前，土壤中β-Cyp的分析測定，樣品的前處理主要采用傳統(tǒng)的振蕩法［6-8］、勻漿法［9］等提取技術(shù)，以及液液分配［7］、固相萃?。?，9］、柱層析［7-8，10-11］等凈化方法，普遍存在操作繁瑣、耗費時間、材料成本高、溶劑使用多等不足。分散固相萃取（Dispersive solid phase extraction，DSPE）［12］是近年來發(fā)展起來的一種簡便、快速、高效、經(jīng)濟(jì)的新型樣品前處理技術(shù)。它利用直接在試樣提取液中加入的固相吸附劑對基質(zhì)中干擾雜質(zhì)的吸附作用，達(dá)到除雜凈化的目的。目前在蔬菜、水果等植物性農(nóng)產(chǎn)品［13-14］，肉類、魚類等動物性食品［15-16］，以及土壤等環(huán)境樣品［17-18］中多種農(nóng)藥殘留的檢測中已取得了較好的應(yīng)用效果。但尚未有文獻(xiàn)報道將該技術(shù)應(yīng)用于土壤中β-Cyp的凈化分析。本試驗將DSPE方法應(yīng)用于土壤樣品前處理，結(jié)合氣相色譜-電子捕獲檢測法（GC/ECD），建立一種快速、高效、準(zhǔn)確地測定土壤中β-Cyp殘留量的分析方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

7890A氣相色譜儀，配電子捕獲檢測器（ECD）（美國Agilent公司）；KQ-500DE超聲波清洗器（昆山超聲儀器公司）；TG16-WS高速離心機(jī)（湖南湘儀實驗儀器公司）；HSC-24 B氮吹儀（天津恒奧科技公司）；SX2-4-10馬弗爐（上海躍進(jìn)醫(yī)療器械公司）；Direct-Q 5 UV超純水機(jī)（美國Millipore公司）。

1.2 藥品與試劑

β-Cyp標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度100 mg/L，購于農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所；正己烷，色譜純（瑞典Oceanpak公司）；N-丙基乙二胺（PSA），40—60μm（中國Agela Technologies公司）；十八烷基硅烷鍵合硅膠（C18），40—60μm（美國 Sepax Technologies公司）；乙腈、氯化鈉、無水硫酸鎂（620℃灼燒4 h）均為分析純（上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.3 供試土壤

供試土壤取自當(dāng)?shù)啬呈卟松a(chǎn)基地，采用5點法取樣，取樣深度為0—15 cm。樣品自然風(fēng)干，除去砂石、草根和其他碎屑，搗碎，充分混勻，四分法取一定量裝入自封袋，備用。制備好的土樣盡快分析，否則于－18℃冷凍保存。

1.4 試驗方法

1.4.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

將100 mg/L的β-Cyp標(biāo)液從冰箱中取出恢復(fù)至室溫，取1 mL置于10 mL容量瓶，用正己烷定容，配成10 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲備液。使用時再用正己烷稀釋，配制成質(zhì)量濃度分別為1.0 mg/L、0.5 mg/L、0.2 mg/L、0.05 mg/L和0.02 mg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)工作液，貯存于4℃冰箱中，備用。

1.4.2 樣品前處理

1.4.2.1 提取

稱取5.0 g土樣于50 mL聚四氟乙烯離心管中，加入2mL超純水，渦旋混勻，浸潤15min，加入10mL乙腈和2 g氯化鈉混勻，超聲提取15min，加入2 g無水硫酸鎂，渦旋2min，以6 000 r/min離心4min，取上清液待凈化。

1.4.2.2 凈化

稱取150 mg PSA、150 mg C18和300 mg無水硫酸鎂于10 mL離心管中，加入4 mL上述待凈化的提取液，渦旋2 min，以9 000 r/min離心5 min。轉(zhuǎn)移2 mL上清液，60℃水浴下氮吹近干，定量加入1 mL正己烷溶解殘渣，混勻，過0.22μm有機(jī)系濾膜，待GC/ECD測定。

1.4.3 色譜條件

色譜柱：HP-5毛細(xì)管柱（30 m×0.32 mm×0.25μm）；檢測器溫度300℃；進(jìn)樣口溫度250℃；柱箱溫度：初始溫度180℃，保持2 min，以12℃/min的速率升溫至260℃，保持7 min；載氣：高純氮氣，流速2.8 mL/min；尾吹氣：60 mL/min；進(jìn)樣量 1μL，不分流進(jìn)樣。

1.4.4 添加回收試驗

稱取5.0 g土壤空白樣品3份，分別添加10 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲備液500μL、100μL及1 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液100μL，添加水平分別相當(dāng)于1.0 mg/kg、0.2 mg/kg、0.02 mg/kg，充分混勻，靜置1 h讓溶劑揮發(fā)，按前述方法提取、凈化和GC/ECD測定，對每個添加水平作3個平行，考察方法的準(zhǔn)確度和精密度。

1.4.5 基質(zhì)效應(yīng)分析

將土壤空白樣品按本試驗方法進(jìn)行前處理，用該空白土壤提取凈化液作溶劑，配制系列基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液。取基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液與溶劑標(biāo)準(zhǔn)溶液，用GC/ECD進(jìn)樣測定，以標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度（x）為橫坐標(biāo)，峰面積響應(yīng)值（y）為縱坐標(biāo)，分別繪制基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線和溶劑標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取溶劑的選擇

文獻(xiàn)報道一般采用乙腈［6，9］、丙酮-石油醚［7，11］等對土壤中的 β-Cyp進(jìn)行提取。本試驗在空白土壤中添加 100μL供試農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)儲備液，比較了乙腈、丙酮-石油醚（1∶1，V/V）、丙酮-石油醚（3∶1，V/V）對樣品中β-Cyp的提取效果。結(jié)果表明（表1）：以乙腈作為提取溶劑時β-Cyp的回收率最高，而且乙腈對土壤基質(zhì)中的蠟類、脂肪等非極性成分提取能力弱，提取液雜質(zhì)較少，顏色較淺，有利于簡化后續(xù)的凈化操作，故選擇乙腈作為提取溶劑。

表1 不同提取溶劑的回收率結(jié)果Table 1 Recoveries of different extraction solvents（n=3） %

2.2 提取方式的選擇

超聲波法利用超聲波的空化作用和熱作用，可以加速分析物從樣品基體中溶解出來，具有操作簡單、節(jié)省時間、提取效率高的特點，可以很好地用于批量樣品的同時處理中，故選用超聲波法提取樣品。在空白土壤中添加100μL供試農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)儲備液，比較了5 min、10 min、15min、20min、30min的超聲時間對提取效果的影響。結(jié)果表明（圖1）：超聲時間為5min、10 min時，β-Cyp提取回收率偏低，低于80%，延長超聲時間至15 min時，回收率有所增高，達(dá)到91.5%，進(jìn)一步延長提取時間，回收率變化不大。為節(jié)省樣品提取時間，選擇超聲時間為15min。

圖1 不同超聲時間對土壤中β-Cyp提取回收率的影響（n=3）Fig.1 Effect of ultrasonic time durations on extraction efficiencies ofβ-Cyp in soil（n=3）

2.3 凈化條件的選擇

采用DSPE的方式凈化樣品，并選用PSA和C18作為分散固相吸附劑，PSA用于去除土壤提取液中的脂肪酸、金屬離子、極性色素等干擾物質(zhì)，C18用于去除甾醇、油脂和弱極性的色素。取4.0 mL空白土壤提取液，加入100μL供試農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)儲備液，混勻后經(jīng)PSA和C18吸附劑渦旋凈化，比較了不同用量吸附劑對提取液的凈化效果及對目標(biāo)農(nóng)藥回收率的影響。結(jié)果表明（表2）：隨著PSA和C18用量的增加，提取液的凈化效果提高，顏色逐漸變淺，但同時目標(biāo)物β-Cyp的回收率緩慢降低。當(dāng)PSA和C18用量均為150 mg時，β-Cyp的回收率較好，且此時提取液的顏色較淺，色譜分析時的干擾峰較少。故選擇分散吸附劑PSA和C18的用量各為150 mg，同時在提取液中加入300 mg的無水硫酸鎂以除去溶劑中殘留的少量水分，避免PSA粉末吸水后性能下降。

表2 β-Cyp經(jīng)C18和PSA吸附劑處理后的回收率結(jié)果Table 2 Recoveries ofβ-Cyp after purified by C18 and PSA

2.4 色譜分析結(jié)果

在本方法色譜條件下，對β-Cyp標(biāo)準(zhǔn)溶液、土壤空白樣品及空白加標(biāo)樣品進(jìn)行測定，對應(yīng)的色譜圖見圖2—圖4。從色譜圖中可以看出，β-Cyp的保留時間約為10.89 min，峰形良好，無拖尾現(xiàn)象，土樣經(jīng)前處理后，基質(zhì)中的內(nèi)源性雜質(zhì)對其測定沒有干擾，說明本方法的色譜條件及前處理條件選擇合適。

圖2 β-Cyp標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.2 mg/L）Fig.2 GC ofβ-Cyp standard solution（0.2 mg/L）

圖3 土壤空白樣品色譜圖Fig.3 GC of a blank soil samp le

圖4 土壤空白加標(biāo)色譜圖（0.2 mg/kg）Fig.4 GC of 0.2 mg/kg spiked soil sam p le

2.5 方法線性范圍與標(biāo)準(zhǔn)曲線

取配制好的質(zhì)量濃度為0.02—1.0 mg/L的β-Cyp系列溶劑標(biāo)準(zhǔn)溶液和基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行GC/ECD測定，以標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度（x）為橫坐標(biāo)，對應(yīng)峰面積（y）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

表3為β-Cyp在溶劑和基質(zhì)中的標(biāo)準(zhǔn)曲線和相關(guān)系數(shù)。由表3可以看出，β-Cyp的質(zhì)量濃度（x）在0.02—1.0 mg/L范圍內(nèi)與峰面積（y）呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均大于0.9930。

表3 β-Cyp的標(biāo)準(zhǔn)曲線與相關(guān)系數(shù)Table 3 Standard curve equations and correlation coefficients

2.6 基質(zhì)效應(yīng)分析

在氣相色譜分析中，基質(zhì)效應(yīng)可引起分析結(jié)果的偏差和對樣品分析過程回收率的錯誤計算［19］，所以對基質(zhì)效應(yīng)考察評估并采取有效措施進(jìn)行消除或補(bǔ)償，是進(jìn)行農(nóng)藥殘留準(zhǔn)確分析的重要環(huán)節(jié)。本試驗采用基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線和溶劑標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率之比（k）評價基質(zhì)效應(yīng)［20］：當(dāng)k在0.9—1.1時，基質(zhì)效應(yīng)不明顯；當(dāng)k大于1.1時，為基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng)；當(dāng)k小于0.9時，為基質(zhì)減弱效應(yīng)。

根據(jù)表3結(jié)果，得出β-Cyp的k值為1.3867，表明采用本方法檢測土壤葉中的β-Cyp時存在基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng)。因此，在使用外標(biāo)法定量時，采用空白土壤樣品的凈化液稀釋標(biāo)樣，以消除基質(zhì)干擾，減少誤差。

2.7 方法準(zhǔn)確度與精密度

表4為土壤中β-Cyp的添加回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。從表4可以看出，當(dāng)添加濃度為0.02—1.0 mg/kg時，β-Cyp在土壤中的平均回收率為83.8%—100.6%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（n＝3）為3.7%—9.8%，表明該方法具有很好的準(zhǔn)確性和精密性，符合農(nóng)藥殘留檢測的要求［21］。

2.8 方法檢出限與定量限

在本方法條件下，對β-Cyp最小添加水平（0.02mg/kg）的土壤樣品進(jìn)行測定，以色譜圖中信噪信號的3倍為檢出限，以最小添加水平為定量限，得到土壤中β-Cyp的檢出限和定量限分別為0.003mg/kg、0.02mg/kg。

2.9 實際樣品分析

利用本試驗建立的分析方法對當(dāng)?shù)厥卟松a(chǎn)基地采集的土壤樣品進(jìn)行檢測。結(jié)果顯示，在被檢測的7份土壤樣品中，共檢出3份土壤樣品含有β-Cyp，含量分別為0.0253 mg/kg、0.0304mg/kg、0.0343mg/kg。通過調(diào)查，該蔬菜生產(chǎn)基地在取樣前曾施用了4.5%高效氯氰菊酯乳油防治青菜和莧菜上的菜青蟲，造成了β-Cyp在土壤中的殘留，與農(nóng)藥殘留分析結(jié)果相吻合。

表4 土壤中β-Cyp的添加回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 4 Recoveries and relative standard deviations ofβ-Cyp in soil samp le（n=3）

3 結(jié)論

本試驗以乙腈為提取溶劑，采用超聲波法提取，PSA和C18混合吸附劑分散萃取凈化，GC/ECD檢測，建立了土壤中β-Cyp殘留量的分析方法。方法的準(zhǔn)確度、精密度和靈敏度均滿足殘留分析的要求。在0.02—1.0 mg/kg添加水平下，β-Cyp在土壤中的平均回收率為83.8%—100.6%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%，檢出限、定量限分別為0.003 mg/kg、0.02 mg/kg。

該方法操作簡單，定量準(zhǔn)確，溶劑用量少，對檢測條件要求低，易于普及掌握，為土壤中β-Cyp殘留的研究提供了可靠的分析手段，對保證農(nóng)產(chǎn)品安全具有重要意義。

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