小體積液液萃取氣相色譜-質譜法測定地下水中的克百威與3-羥基克百威

周添， 劉菲

(水資源與環(huán)境工程北京市重點實驗室， 中國地質大學(北京)， 北京 100083)

克百威是一種典型的氨基甲酸酯類農藥，由美國 FMC公司在1967年首次合成，廣泛適用于甘蔗、水稻、玉米、棉花等多種作物[1]。按中國農藥毒性分級標準，克百威屬于高毒農藥[2]，被人體攝入后，通過改變膜的滲透性與流動性來破壞人體神經環(huán)境平衡，進而威脅生命[3]。3-羥基克百威是克百威的一種代謝產物，其毒性與母體相當。克百威及3-羥基克百威均具有高淋溶遷移性，容易通過地表徑流方式進入水體，從而對水生生態(tài)環(huán)境和人類飲用水源構成潛在威脅[4]。因此，實現(xiàn)水體中克百威與3-羥基克百威的提取與檢測對地下水管理具有非常重要的現(xiàn)實意義。

在農藥殘留分析過程中，樣品前處理步驟所需時間通常占據(jù)了分析時間的61%，并對分析的可靠性和準確性起到了至關重要的作用，因此前處理步驟是分析檢測的重要環(huán)節(jié)[5]。目前，國內外對于提取克百威與3-羥基克百威的前處理方法已開展了相關研究，最常用的方法是液液萃取法和固相萃取法。例如,Mudiam等[6]利用液液萃取方法提取蚯蚓代謝物中的克百威進行生態(tài)毒性評估；Simone等[7]利用液液萃取的方法提取水樣中的克百威并使用高效液相色譜和紫外檢測進行了分析；楊清華等[8]使用液液萃取與氣相色譜-質譜(GC-MS)聯(lián)合的方法同時測定了蔬菜中克百威、3-羥基克百威與丁硫克百威的殘留；Otieno等[9]利用固相萃取的方法提取肯尼亞禿鷲體內的克百威和3-羥基克百威進行毒性評估；Ma等[10]建立了一種磁性固相萃取的前處理方法來提取水中的克百威和甲萘威；Zhang等[11]利用固相萃取與高效液相色譜聯(lián)合的方法測定人體血清中的克百威；Zhang等[12]利用固相萃取與氣相色譜聯(lián)合的方法測定稻田生態(tài)系統(tǒng)中克百威及3-羥基克百威的殘留。雖然這些技術應用時間長，方法相對較為完善，萃取效果也很可觀，但是仍然存在一些不可忽視的缺點，如操作繁瑣、萃取時間長，并且需要消耗大量的有毒有機溶劑，易對環(huán)境造成污染。將上述萃取技術微型化，建立不用或少用有毒有機溶劑、成本低、操作簡單、應用范圍廣的樣品前處理技術檢測方法一直是研究者努力的方向[13]。

為實現(xiàn)地下水中克百威與3-羥基克百威的快速定量分析，本文建立了一種小體積液液萃取聯(lián)合氣相色譜-質譜的分析方法。通過對比不同萃取條件下兩種物質的回收率，確定了最優(yōu)前處理條件。該方法精密度和準確度良好，具有操作簡單、耗時較短、溶劑使用量少的優(yōu)點。

1 實驗部分

1.1 儀器與主要試劑

氣相色譜-質譜聯(lián)用儀(GC-MS，Agilent 7890-5977，美國Agilent公司)；渦旋振蕩器(美國Mobio公司)；pH計(北京旭日東輝公司)；進樣針(規(guī)格為10、100、1000μL，漢密爾頓公司)；棕色試劑瓶(2mL，美國Agilent公司)；玻璃離心管(10mL)。

克百威標準樣品(100μg/mL，農業(yè)部環(huán)境保護所)；3-羥基克百威標準樣品(100μg/mL，農業(yè)部環(huán)境保護所)；苊-d10(2000μg/mL，美國O2SI公司)；2-氟聯(lián)苯(1000μg/mL，美國O2SI公司)。

二氯甲烷、乙酸乙酯、環(huán)己烷、丙酮(農殘級，迪馬公司)；濃硫酸、氫氧化鈉(分析純，北京化學試劑廠)；氯化鈉(分析純，北京化學試劑廠)，置于400℃馬弗爐內烘烤12h，干燥后備用；超純水。

1.2 前處理方法

實驗準備過程中，需要將足量的氯化鈉放入馬弗爐中，400℃高溫燒制4h以上，放至常溫備用。實驗之前，所有的玻璃儀器要經50%硝酸浸泡，后經去離子水和酒精洗滌后，于105℃烘箱內烘干，備用。準確加入5mL水樣于10mL玻璃離心管中，加入0.2g已烘干的氯化鈉，搖勻并調節(jié)pH至5。然后準確加入10mg/L替代物2-氟聯(lián)苯20μL，在渦旋振蕩器上以1300r/min速度渦旋振蕩3min。向水樣中準確加入1mL二氯甲烷進行萃取，并在渦旋振蕩器上以1300r/min的速度渦旋振蕩3min，搖勻后，靜置5min。向2mL試劑瓶中準確加入480μL二氯甲烷和20μL 20mg/L內標苊-d10，然后使用1000μL的微量進樣器伸入到玻璃離心管底部準確提取500μL有機相轉移至試劑瓶內，搖勻。最后，進行上機檢測分析。

1.3 GC-MS分析條件

色譜條件：色譜柱選擇為DB-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)毛細柱，柱流速為1.0mL/min。進樣口溫度為250℃，采用不分流進樣，進樣量為1μL，載氣為氦氣(純度為99.999%)。升溫程序：初始溫度為50℃，保持1min，以20℃/min升溫至150℃，保持2min，后以15℃/min升溫至250℃，保持6min，最后以300℃運行2min，總運行時間為23min。

質譜條件：離子源溫度為230℃，四極桿溫度為150℃，MS接口溫度為280℃。離子源為EI源，信號采集方式為SIM和SCAN同時采集，溶劑延遲時間為5min。分析物目標離子質量數(shù)見表1。圖1為4種待測物質分離的總離子流圖，峰型尖銳，在11min內各組分可以得到很好的分離。

表1 分析物目標離子質量數(shù)

1—克百威； 2—2-氟聯(lián)苯(SS)； 3—3-羥基克百威； 4—苊-d10(IS)。圖1 分析物總離子流圖Fig.1 Total ion current chromatograms of target compounds

1.4 標準曲線的繪制

用二氯甲烷配制濃度為100、200、300、400、500、600、700、800μg/L的克百威與3-羥基克百威標準溶液。按照1.3節(jié)的測試方法，使用內標法繪制標準曲線。測得克百威和3-羥基克百威的線性范圍為100～800μg/L，兩種物質的色譜峰峰面積和濃度線性相關，且線性相關系數(shù)(R2)均大于0.99。

2 結果與討論

2.1 萃取溶劑的選擇

選擇合適的萃取劑是決定萃取效率的關鍵因素，需要考慮萃取劑的密度、揮發(fā)性、對目標物質的萃取能力以及萃取劑對后續(xù)色譜分離分析的影響[14]。因此，本研究依次選取了二氯甲烷、環(huán)己烷、乙酸乙酯作為萃取劑處理樣品，具體實驗步驟參照1.2節(jié)。每種萃取劑做3組平行樣品，分析結果見圖2a?？税偻远燃淄椤h(huán)己烷、乙酸乙酯為萃取劑時，回收率分別達到83.4%、75.7%和78.0%；3-羥基克百威以二氯甲烷、環(huán)己烷、乙酸乙酯為萃取劑時，回收率分別達到41.3%、39.1%和40.1%。因此，當選擇二氯甲烷作為萃取劑時，克百威及3-羥基克百威的回收率最高，萃取效果最好。原因是克百威、3-羥基克百威和二氯甲烷均為極性物質，而環(huán)己烷是非極性物質，根據(jù)相似相溶原理，克百威與3-羥基克百威更能溶于二氯甲烷[15]。乙酸乙酯較其他兩種溶劑在水中的溶解度較大，故萃取效率不佳。因此，本研究選擇二氯甲烷作為萃取劑。

a—萃取劑； b—pH值； c—氯化鈉添加量。圖2 不同萃取條件下克百威和3-羥基克百威的回收率對比圖Fig.2 Recoveries of carbofuran and 3-hydroxycabofuran in different extraction conditions

2.2 溶液pH值的影響

由于農藥自身的性質，溶液的pH值也會影響目標農藥的萃取效率。本研究考察了溶液pH值分別為3、5、7、9時的萃取效率。萃取前先向水樣中加入稀釋后的硫酸，調至目標pH值。在萃取劑選用二氯甲烷的前提下按照1.2節(jié)步驟處理樣品，每個pH水平做3組平行樣品，結果見圖2b?？税偻趐H值為3、5、7、9的條件下，回收率分別達到61.7%、80.1%、66.9%和24.8%；3-羥基克百威在pH值為3、5、7、9的條件下，回收率分別達到32.5%、45.5%、37.5%和11.3%。不同pH值條件下回收率差異大的原因是由于克百威在中性和酸性條件下穩(wěn)定，在堿性條件下易水解失效[16]。在其他條件相同的情況下，當溶液pH值為5時，克百威及3-羥基克百威的回收率最高，萃取效果最好。因此，本研究選擇pH=5作為萃取的最佳pH值。

2.3 氯化鈉用量的確定

在水樣中加入氯化鈉，可改變水溶液中的離子強度，產生一定的鹽析效應，有利于萃取效率的提高[17]。參照2.1和2.2節(jié)結論，在萃取劑選用二氯甲烷，調節(jié)水樣pH=5的條件下，按照1.2節(jié)步驟處理樣品，分別用0.1、0.2、0.3、0.4g氯化鈉進行鹽析。每個氯化鈉添加量做3組平行樣品，結果見圖2c?？税偻诼然c添加量為0.1g、0.2g、0.3g、0.4g的條件下，回收率分別達到88.0%、98.6%、81.6%和75.1%；3-羥基克百威在氯化鈉添加量為0.1g、0.2g、0.3g、0.4g的條件下，回收率分別達到55.0%、66.3%、61.7%和60.7%。結果表明，當氯化鈉添加量為0.2g時，克百威及3-羥基克百威的回收率隨著氯化鈉添加量的增加而增加；繼續(xù)增加氯化鈉用量，回收率反而減小。因此氯化鈉的最佳用量為0.2g，即40g/L。

2.4 分析方法評價

2.4.1儀器精密度

選用100、400和800μg/L的混合標準溶液各重復測定5次來衡量儀器的精密度。表2結果顯示，克百威及3-羥基克百威測定的RSD均小于10%，表明儀器精密度良好。

表2 儀器精密度

2.4.2方法精密度

方法精密度主要是通過平行樣品之間的相對標準偏差(RSD)來衡量的[18]。在5mL純水中配制克百威與3-羥基克百威混合濃度分別為100μg/L和800μg/L的空白加標樣品，每個濃度做5個重復樣，按照優(yōu)化的前處理方法制備樣品。計算相對標準偏差(RSD)和回收率。表3結果顯示，在兩種不同濃度下，兩種農藥的RSD均小于10%，克百威回收率為71.1%～88.6%，3-羥基克百威回收率為41.3%～54.4%，可以認為該測試方法的精密度良好。由于3-羥基克百威在水中的溶解度為6207mg/L(20℃)，而克百威在水中的溶解度為700mg/L(25℃)[19]。因此，3-羥基克百威的極性遠高于克百威，更易溶于水，不易被萃取出來，導致回收率相對較低。

表3 方法準確度

2.4.3方法檢出限

在5mL純水中配制克百威與3-羥基克百威濃度各為100μg/L的空白加標樣品7個，按照前處理方法萃取后不連續(xù)進行7次測量，要求將這7個樣品不連續(xù)地分布在72h內[20]。按公式(3)計算，進而得到物質的檢出限(MDL)。

MDL=t(n-1,0.99)×s

(3)

式中：t(n-1,0.99)是置信度為99%、自由度為n-1時的雙邊分布t值，t(6,0.99)=3.143[21]；s為重復測量的標準偏差。

方法檢出限結果顯示(表4)，克百威的方法檢出限為15.3μg/L，3-羥基克百威的方法檢出限為10.2μg/L，滿足加標濃度<10倍的MDL計算值。

表4 方法檢出限

侯憲文等[22]建立了一種可以同時測定克百威和3-羥基克百威的高效液相色譜分析方法，選取了甲醇-水(體積比50∶50)為流動相，流速1.0mL/min，C18柱，紫外檢測器波長269nm，進樣體積10.0μL；測得克百威的檢出限為18.2μg/L，3-羥基克百威的檢出限為13.5μg/L，均高于本研究中兩種物質的檢出限。白雪媛[23]建立了一種可以同時檢測地下水中82種農藥的氣相色譜-質譜分析法，選用DB-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)毛細柱，進樣體積1.0μL；測得克百威的檢出限為86.1ng/L，3-羥基克百威的檢出限為110.2ng/L，比本研究中兩種物質的檢出限低2～3個數(shù)量級，但儀器檢測時間比本文測試方法長15min，相對而言本文方法更適用于室內快速檢測。

3 結論

采用小體積液液萃取前處理及氣相色譜-質譜分析法建立了實驗室中快速檢測地下水中克百威及3-羥基克百威的測定方法。在水樣體積5mL、萃取劑體積1mL的條件下，最佳前處理條件為選擇二氯甲烷作萃取劑、pH=5以及氯化鈉添加量為0.2g。該方法的精密度良好，克百威和3-羥基克百威的方法檢出限分別為15.3μg/L、10.2μg/L，能夠滿足室內模擬實驗需求。

與傳統(tǒng)液液萃取相比，該方法具有對環(huán)境污染小，且操作簡單、快捷的優(yōu)點，實際應用中還可通過調整萃取試劑和水樣的體積比來滿足不同情境下的測試需要。