氣相色譜法測定土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥凈化條件的對比研究

張會強(qiáng),王 斐,張秦銘,和 瑩,白 昭,李柯臻

(陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站，陜西 西安 710054)

1 引言

有機(jī)氯農(nóng)藥是一種廣譜殺蟲劑，按照分子結(jié)構(gòu)的不同分為氯苯類和氯化脂環(huán)類，氯苯類包括六六六和滴滴涕等。由于有機(jī)氯農(nóng)藥具有高效、低成本、廣譜殺蟲等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)病蟲害防治方面被大范圍使用。但是，有機(jī)氯農(nóng)藥難于降解，是典型的持久性有機(jī)污染物，在土壤中可以殘留10 a甚至更長時(shí)間[1]；有機(jī)氯農(nóng)藥容易在脂肪中富集，對農(nóng)作物食用安全和人類健康構(gòu)成威脅[2]。因此，從1970年到1989期間，世界各國相繼禁用和停產(chǎn)了有機(jī)氯農(nóng)藥[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有機(jī)氯農(nóng)藥從誕生到被禁用全球大約生產(chǎn)了970萬t六六六和150萬t滴滴涕[4]。

1993年國家環(huán)?？偩质状伟l(fā)布了土壤中的六六六和滴滴涕標(biāo)準(zhǔn)分析方法GB/T 14550-93[5]，2017年環(huán)境保護(hù)部又相繼發(fā)布了HJ 921-2017[6]和HJ 835-2017[7]。分別為氣相色譜法(GC-ECD)和氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)測定土壤和沉積物中的有機(jī)氯農(nóng)藥。由于土壤基質(zhì)復(fù)雜，樣品經(jīng)有機(jī)溶劑提取后，提取液中含有大量的硫等雜質(zhì)，直接上機(jī)檢測會污染色譜系統(tǒng)，異狄氏劑和p,p'-滴滴涕會在受污染的進(jìn)樣口發(fā)生降解，影響定性定量結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，提取液樣品須進(jìn)行凈化。常見的凈化方法有凝膠色譜、硅酸鎂小柱、硅膠小柱和石墨碳柱等方法。凝膠色譜在原理上屬于體積排阻色譜，利用多孔凝膠固定相的獨(dú)特特性，而產(chǎn)生的一種主要依據(jù)分子尺寸大小的差異來進(jìn)行分離的方法。硅酸鎂小柱和硅膠小柱屬于極性固相萃取柱，對土壤提取液中極性成分進(jìn)行吸附。實(shí)驗(yàn)中比較了凝膠色譜、硅酸鎂小柱和硅膠小柱3種凈化方法，測定了異狄氏劑和p,p'-滴滴涕在3種不同凈化條件下的降解率，同時(shí)測定了8種有機(jī)氯混標(biāo)在3種凈化方法下的回收率。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器

7890B型氣相色譜儀，美國Agilent公司；ASE350型壓力溶劑萃取儀，美國Dionex公司；NVC-2200型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，日本EYELA公司；TurboVapLV型氮吹儀，瑞典Biotage公司；J2型全自動凝膠滲透色譜儀，帶規(guī)格為400 mm×25 mm色譜柱內(nèi)裝BioBeads S-X3填料，美國J2公司；HP-5型毛細(xì)色譜柱，30 m×320 m×0.25 m，美國Agilent公司；Visiprep DL型真空固相萃取裝置，美國SUPELCO公司；BSA224S-CW型分析天平，德國Sartorius公司；Milli-Q型純水機(jī)，德國Millipore公司。

2.2 試劑與耗材

異狄氏劑和p,p'-滴滴涕混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，ρ=1.0 m·L-1，美國Accustandard公司；8種有機(jī)氯混標(biāo)(α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六和p,p’-滴滴伊，p,p’-滴滴滴、o,p’-滴滴涕、p,p’-滴滴涕)，ρ=100 mg·L-1，美國Accustandard公司；正己烷、丙酮，色譜純，均為Fisher品牌；乙酸乙酯、環(huán)己烷，色譜純，均為德國merck品牌；無水硫酸鈉、硅藻土(400～100目)、石英砂(50～20目)，使用前在450℃烘烤4h，冷卻后于磨口玻璃瓶并放在干燥器內(nèi)保存；Mega BE-FI硅酸鎂小柱、Mega BE-SI硅膠小柱和2 mL進(jìn)樣小瓶均為美國Agilent公司；高純氮?dú)猓?9.999%；土壤樣品由生態(tài)環(huán)境部西北地區(qū)土壤流轉(zhuǎn)中心提供；其它玻璃器皿為實(shí)驗(yàn)室常用規(guī)格。

2.3 色譜條件

載氣流量：1 mL·min-1；進(jìn)樣量：1 μL；進(jìn)樣方式：分流進(jìn)樣；分流比：10∶1；檢測器：ECD，檢測器溫度：300℃；尾吹氣流量：30 mL·min-1；進(jìn)口溫度：280℃；柱溫箱：195℃，升溫程序：195℃以6℃·min-1升溫至270℃，保持3 min。

2.4 樣品制備和提取

為保證樣品具有代表性，取多種類型風(fēng)干土壤樣品(包括土婁土、綿土、褐土、棕壤、水稻土、黃棕壤)充分混合后，稱取10 g(精確到0.01 g)土壤樣品(空白樣及空白加標(biāo)樣用石英砂代替)，用正己烷-丙酮(1∶1)混合溶劑進(jìn)行壓力溶劑萃取(以下簡稱ASE)，儀器條件：提取壓力1 500 psi，提取溫度120℃，動態(tài)提取6 min，靜態(tài)提取7 min，循環(huán)3次，淋洗體積70%，吹掃時(shí)間200 s。提取液經(jīng)無水硫酸鈉干燥后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至約1 mL。

2.5 樣品凈化

凝膠色譜儀器條件：泵流速：5 mL·min-1；進(jìn)樣體積：5 mL；丟棄體積：100 mL；收集體積：50 mL；沖洗體積：7.5 mL。硅酸鎂小柱和硅膠小柱凈化方法參見HJ 921-2017[10]。

2.6 計(jì)算

異狄氏劑發(fā)生分解生成異狄氏劑醛和異狄氏劑酮，p,p'-滴滴涕會分解成p,p'-滴滴伊和p,p'-滴滴滴。按照HJ 921-2017[6]中公式(3)、(4)和(5)計(jì)算異狄氏劑和p,p'-滴滴涕的降解率及總降解率。按照2.0μg·kg-1進(jìn)行8種有機(jī)氯空白加標(biāo)測試，用外標(biāo)法(峰面積)計(jì)算8種有機(jī)氯農(nóng)藥的回收率。

3 結(jié)果和討論

3.1 加標(biāo)回收率

由表1看出，2.0μg·kg-18種有機(jī)氯農(nóng)藥石英砂空白加標(biāo)回收率數(shù)據(jù)顯示，凝膠色譜(88.3%～103%)、硅酸鎂小柱(92.4%～105%)和硅膠小柱(85.7%～104%)三種方法均能滿足HJ 921-2017[6]中75%～105%的測試要求。

表1 三種凈化方法對濃度為2.0μg·kg-1的8種有機(jī)氯農(nóng)藥的空白加標(biāo)回收率

3.2 降解率

將多類型混合土壤樣品的ASE提取液和三種凈化方法的凈化液分別進(jìn)樣到氣相色譜中，每進(jìn)樣10針，進(jìn)一針20μg·L-1的異狄氏劑和p,p'-滴滴涕混合溶液，按照2.3色譜條件進(jìn)行。

通過圖1中①和表2看出：未經(jīng)凈化的ASE提取液對色譜系統(tǒng)污染最為嚴(yán)重，進(jìn)樣10次后，p,p'-滴滴涕和異狄氏劑降解率分別為20%和38%，總降解率58%。當(dāng)進(jìn)樣次數(shù)達(dá)到50次時(shí)，p,p'-滴滴涕和異狄氏劑降解率分別為41%和44%，總降解率高達(dá)85%。依據(jù)HJ 921-2017：單組分的降解率均≥15%，且二者的降解率之和≥30%，需要維護(hù)進(jìn)樣口或更換襯管等[6]；通過圖1中②和表2看出：凝膠色譜凈化液可以連續(xù)進(jìn)樣40次后，單組分降解率(12%和15%)和總降解率(27%)均能滿足測試要求；而表3中的硅酸鎂小柱和硅膠小柱凈化液在10次進(jìn)樣后，已無法滿足測試要求；因此，凝膠色譜相比硅酸鎂小柱和硅膠小柱是一種更適合于土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥的凈化方法。

表2 ASE提取液和凝膠色譜凈化液對異狄氏劑和p,p'-滴滴涕的降解率

表3 硅酸鎂小柱和硅膠小柱凈化液對異狄氏劑和p,p'-滴滴涕的降解率

4 結(jié)論

綜上所述，凈化方法的選擇對土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥的分析非常重要，凈化不完全會導(dǎo)致目標(biāo)色譜峰受干擾，嚴(yán)重影響定性定量的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相比硅酸鎂小柱和硅膠小柱，凝膠色譜是一種更適合于土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥的凈化方法。致謝：感謝生態(tài)環(huán)境部西北地區(qū)土壤流轉(zhuǎn)中心提供土壤樣品。