吳春英， 谷 風(fēng)， 白 鷺， 陸文龍

(1.吉林化工學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，吉林吉林 132022；2.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京 100084)

菊酯類(lèi)農(nóng)藥是僅次于有機(jī)磷農(nóng)藥的主要?dú)⑾x(chóng)劑，由于其廣譜、高效、低毒、易分解的特性被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活[1 - 3]。但其通過(guò)農(nóng)田排水、降雨淋洗等地表水徑流作用大量進(jìn)入水體中，被動(dòng)植物吸收進(jìn)入人體食物鏈，而菊酯類(lèi)農(nóng)藥的生物毒性、內(nèi)分泌干擾性和“三致”效應(yīng)等，對(duì)人類(lèi)健康具有潛在的風(fēng)險(xiǎn)[2 - 4]。因此，建立一種快速、靈敏、可靠的定量檢測(cè)方法是開(kāi)展相關(guān)研究工作的重要基礎(chǔ)。已有的氣相色譜(GC)、液相色譜(LC)及其與質(zhì)譜(MS)聯(lián)用等分析方法[5 - 13]，基本上都是用固相萃取(SPE)等前處理和GC、LC、或GC-MS、LC-MS相結(jié)合，盡管其中GC-MS和LC-MS法具有檢測(cè)限低、靈敏度高、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，但由于菊酯類(lèi)農(nóng)藥種類(lèi)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分析方法的單一性使得監(jiān)測(cè)工作成本非常高[5 - 10]。

本研究根據(jù)國(guó)內(nèi)外菊酯類(lèi)農(nóng)藥的生產(chǎn)和使用情況及在環(huán)境中的檢出水平(0.02～600 μg/L)[5,7 - 9,15]，及我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定地表水中溴氰菊酯的限量值為0.02 mg/L，選取了20種典型的菊酯類(lèi)農(nóng)藥作為研究對(duì)象，采用固相萃取-超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜(UPLC-MS/MS)聯(lián)用技術(shù)，通過(guò)對(duì)萃取柱、淋洗液、色譜條件等進(jìn)行優(yōu)化，在保證高回收率的前提下，降低目標(biāo)物的檢測(cè)限，統(tǒng)一預(yù)處理方法極大地縮短預(yù)處理時(shí)間，有效降低檢測(cè)成本。該方法可應(yīng)用于實(shí)際樣品的檢測(cè)，為水中菊酯類(lèi)農(nóng)藥的去除等相關(guān)研究提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與設(shè)備

色譜、質(zhì)譜儀選用帶自動(dòng)進(jìn)樣器的ACQUITY UPLC系統(tǒng)(Waters，USA)和Finnigan TSQ Quantum Discovery MAX質(zhì)譜分析儀；色譜柱采用反相ACQUITY UPLCTMBEH C18柱(100×2.1 mm,1.7 μm;Waters,Switzerland)；12通道半自動(dòng)固相萃取裝置(Supelco，USA)；SPE小柱Oasis HLB(6 cc/200mg)和凈化用Plus C18小柱(6 cc/300mg)購(gòu)自于Waters，USA；N-EVAP12氮吹儀(Organomation，USA)；CF16RXII型離心機(jī)(日本)。所用的玻璃纖維濾膜GF/B(1 μm)由英國(guó)Whatman提供。

1.2 化學(xué)試劑

實(shí)驗(yàn)所用20種菊酯類(lèi)農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品及內(nèi)標(biāo)物反式-氯氰菊酯-d6(trans-Cypermethrin-d6)均購(gòu)自于Dr.Ehrenstorfer，Augsburg，Germany，見(jiàn)表1。各標(biāo)準(zhǔn)品的純度在98%以上，溶于正己烷，配制成1 g/L的各標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)備液，置于-20 ℃避光保存。正己烷、丙酮、甲醇、乙酸乙酯、乙酸和乙腈等均購(gòu)自于Fisher，實(shí)驗(yàn)所用溶劑均為色譜純或以上級(jí)別。所用水均為超純水(Ultra Pure Water-UPW)。

1.3 樣品的預(yù)處理

用稀HCl將樣品的pH值調(diào)至5.5，經(jīng)玻璃纖維濾膜(GF/B)過(guò)濾，進(jìn)行SPE，以濃縮富集其中的目標(biāo)物。SPE小柱須經(jīng)丙酮及UPW活化，SPE流速為10 mL/min。萃取結(jié)束后，串接Plus C18凈化小柱進(jìn)行洗脫，洗脫液為正己烷-丙酮(9∶1，V/V)，將洗脫液收集于10 mL棕色玻璃試管中，向其中加入內(nèi)標(biāo)后，氮吹，再用1 mL正己烷溶解。再溶后離心(4 ℃、3 000 r/min、15 min)，取上清液置于200 μL內(nèi)插管中，以進(jìn)行UPLC-MS/MS分析。

1.4 高效液相色譜與質(zhì)譜條件

UPLC分析所用的流動(dòng)相A為0.1%乙酸水溶液，流動(dòng)相B為乙腈。流速為0.40 mL/min，無(wú)分流。梯度淋洗：0～2 min，70%A；2～5 min，50%A；5～10 min，30%A；10～20 min，10%A；20～21 min，10～70%A；21～30 min，70%A。由于MS是采用多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(MRM)，檢測(cè)不需要目標(biāo)物間完全分離。在下一次進(jìn)樣前，使色譜柱先平衡9 min。柱溫為40 ℃，進(jìn)樣量為10 μL。

質(zhì)譜分析采用電噴霧離子源(ESI)，高純氮用作脫溶劑和霧化，采用氬氣(99.998%)作碰撞氣。脫溶劑時(shí)溫度355 ℃，流速550 mL/min，錐孔氣流速70 mL/min。源溫為110 ℃以防溶劑再凝結(jié)，霧化器壓力為310 kPa，檢測(cè)方式為MRM。

2 結(jié)果與討論

2.1 流動(dòng)相的選擇

使用UPLC-MS/MS檢測(cè)，對(duì)比了文獻(xiàn)中報(bào)道較多的甲醇、乙腈以及和甲酸、乙酸不同比例的溶液作為流動(dòng)相的結(jié)果[11 - 16]。當(dāng)選用0.1%甲酸-甲醇作為流動(dòng)相，多數(shù)目標(biāo)物的峰形出現(xiàn)拖尾且分叉；當(dāng)選用0.1%甲酸-乙腈作為流動(dòng)相時(shí)，色譜峰形和分離度都較好，但個(gè)別目標(biāo)物的響應(yīng)值較小，如高效氯氰菊酯和殺螨菊酯，并且氟胺氰菊酯未檢出；選用0.1%乙酸-乙腈為7∶3(V/V)時(shí)，色譜峰和分離度都很好，且響應(yīng)強(qiáng)度相對(duì)較小的高效氯氰菊酯、殺螨菊酯及氟胺氰菊酯，在100 μg/L濃度時(shí)均獲得較好的響應(yīng)值，結(jié)果明顯優(yōu)于0.1%甲酸-甲醇和0.1%甲酸-乙腈作為流動(dòng)相的效果。因此，本研究選擇0.1%乙酸-乙腈(7∶3,V/V)為流動(dòng)相。

2.2 色譜與質(zhì)譜條件的優(yōu)化

根據(jù)梯度洗脫結(jié)果，使用反相ACQUITY UPLCTMBEH C18柱，分離的峰形尖銳對(duì)稱(chēng)，而且具有相同母離子及碎片離子的目標(biāo)物能夠完全分離，信噪比較高。因此本研究選擇該色譜柱作為分離柱。在流動(dòng)相的反復(fù)對(duì)比中，選用0.1%乙酸-乙腈為7∶3(V/V)時(shí)分離效果最好，離子化效應(yīng)最強(qiáng)，靈敏度最高。MS系統(tǒng)采用QuanOptimize方式進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，用正己烷將20種菊酯類(lèi)農(nóng)藥配成混標(biāo)，采用全掃描模式，找出準(zhǔn)確的[M+H]+分子離子峰，然后對(duì)其進(jìn)行子離子掃描以獲得二次碎裂產(chǎn)生的子離子。優(yōu)化每一目標(biāo)物的MS/MS參數(shù)，包括電離模式、母離子、子離子、錐孔電壓(Cone Voltage，CV)、碰撞能(Collision Energy，CE)，電離模式均采用ESI+得出主要分析參數(shù)如表1所示。數(shù)據(jù)采集采用MRM模式，駐留時(shí)間為0.10 s，通道滯遲時(shí)間為0.25 s。對(duì)于每一電離模式，采用離子響應(yīng)值最弱的目標(biāo)物對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)諧。

2.3 固相萃取條件的選擇與優(yōu)化

為提高分析的靈敏度和準(zhǔn)確度，在目標(biāo)物的萃取過(guò)程中，對(duì)SPE小柱和淋洗溶劑進(jìn)行了對(duì)比選擇，主要選擇兩種小柱(Sep-Pak-C18和Oasis HLB)，根據(jù)目標(biāo)物的極性選擇三種淋洗液(乙酸乙酯、正己烷和丙酮)來(lái)進(jìn)行對(duì)比，以標(biāo)準(zhǔn)品的回收率為評(píng)價(jià)指標(biāo)[6 - 13]。通過(guò)對(duì)萃取小柱Sep-Pak-C18和Oasis HLB，淋洗

表1 目標(biāo)物優(yōu)化的MS/MS分析條件

*Quantitative ion.

液乙酸乙酯、正己烷和丙酮萃取目標(biāo)物的回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)進(jìn)行比較，當(dāng)固相萃取小柱為Oasis HLB，淋洗液為正己烷-丙酮(9∶1，V/V)時(shí)，各目標(biāo)物的回收率均在75.6%(四溴菊酯)～125.5%(氟氯氰菊酯)之間，RSD最大是氟氯苯菊酯，也只有7.9%。且與其他萃取小柱和洗脫液相比具有吸附速率快、洗脫完全、抗基質(zhì)干擾性能好等處理效果[5 - 6,8]。由此，實(shí)驗(yàn)采用固相萃取柱Oasis HLB，淋洗液為正己烷-丙酮(9∶1，V/V)。

2.4 基質(zhì)效應(yīng)評(píng)價(jià)

基質(zhì)效應(yīng)是來(lái)源于樣品中內(nèi)源性組分和樣品處理過(guò)程中引入的雜質(zhì)對(duì)目標(biāo)物檢測(cè)結(jié)果的影響，它可影響線性關(guān)系、檢出限(LOD)、定量限(LOQ)等指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法考察了水樣對(duì)20種菊酯類(lèi)農(nóng)藥檢測(cè)的基質(zhì)效應(yīng)。結(jié)果表明，基質(zhì)校準(zhǔn)曲線的斜率比純?nèi)軇?biāo)準(zhǔn)曲線的斜率小，即存在基質(zhì)抑制效應(yīng)。在水樣中加入內(nèi)標(biāo)物對(duì)待測(cè)組分的測(cè)定無(wú)任何干擾，內(nèi)標(biāo)物可抵消質(zhì)譜離子化時(shí)的基質(zhì)效應(yīng)。因此，能最大限度地消除基質(zhì)效應(yīng)干擾，采用基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線和內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量，可得到目標(biāo)物的準(zhǔn)確測(cè)定結(jié)果。

2.5 線性范圍與檢測(cè)限

樣品中目標(biāo)物的定量是通過(guò)與內(nèi)標(biāo)物反式-氯氰菊酯-d6的比較來(lái)實(shí)現(xiàn)，即以各目標(biāo)物定量離子的峰面積與內(nèi)標(biāo)定量離子的峰面積之比(y)對(duì)其質(zhì)量濃度(x,μg/L)進(jìn)行線性回歸,得到線性方程及相關(guān)系數(shù)。各目標(biāo)物標(biāo)準(zhǔn)品在UPLC-MS/MS系統(tǒng)中有效的線性響應(yīng)(R2> 0.999)濃度范圍，如表2所示。校準(zhǔn)采用1～2 000 μg/L(10點(diǎn))混標(biāo)進(jìn)行，混標(biāo)中投加內(nèi)標(biāo)100 ng/L反式-氯氰菊酯-d6。分別以各目標(biāo)物色譜峰的信噪比(S/N)=3和S/N=10確定其檢出限和定量限濃度，結(jié)合所取樣品體積及最終定容體積，可得水樣中20種菊酯類(lèi)農(nóng)藥的檢出限和定量限如表2所示。并且與文獻(xiàn)相比具有較寬的線性范圍，及較低的檢出限和定量限[10 - 15]，方法靈敏度可滿(mǎn)足水中目標(biāo)物的同時(shí)檢測(cè)。

表2 UPCL-MS/MS系統(tǒng)分析目標(biāo)物的線性方程、線性范圍、檢出限(LODs)和定量限(LOQs)

2.6 回收率與精密度

在不同的基質(zhì)中加入目標(biāo)物的標(biāo)準(zhǔn)品以確定該基質(zhì)中目標(biāo)物的回收率。基質(zhì)包括UPW，某污水處理廠(Wastewater Treatment Plant-WWTP，工藝為A2/O-MBR)進(jìn)水(Influent：Inf.)、出水(Effluent：Eff.)。水樣中加入維生素C，使其濃度為1 g/L，目的是防止各目標(biāo)物分解。分別在0.05、0.1、1.0 μg/L添加水平下進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，測(cè)定平均回收率及精密度(RSD)。所有的回收率試驗(yàn)均做4份平行樣品，并考慮扣減過(guò)程空白。目標(biāo)物的回收率均在73.4%～124.5%，RSDs不大于9.1%，見(jiàn)表3。

表3 不同基質(zhì)中的目標(biāo)物回收率和精密度

2.7 實(shí)際樣品的測(cè)定

為了驗(yàn)證本方法在實(shí)際水樣中的有效性，對(duì)自來(lái)水廠及某污水處理廠的進(jìn)、出水、松花江水和校園生活污水中的20種菊酯類(lèi)農(nóng)藥含量進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)。實(shí)際樣品中均能檢出氯氰菊酯、溴氰菊酯、聯(lián)苯菊酯、殺螨菊酯和醚菊酯，且含量在所檢出的目標(biāo)物中較高，說(shuō)明處理工藝對(duì)這五種菊酯類(lèi)農(nóng)藥的去除仍有一定的局限性，也說(shuō)明在東北農(nóng)業(yè)地區(qū)上述五種菊酯類(lèi)農(nóng)藥使用量比較大，所以在日常農(nóng)業(yè)生活的使用管理和水處理中應(yīng)給予更多關(guān)注。

表4 實(shí)際水樣中菊酯類(lèi)農(nóng)藥的濃度

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3 結(jié)論

采用固相萃取-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法的技術(shù)手段，建立了水中20種菊酯類(lèi)農(nóng)藥的分析方法。該方法經(jīng)實(shí)際樣品測(cè)試,均有不同程度檢出。表明該方法具有檢測(cè)限低、回收率高、線性關(guān)系良好等優(yōu)點(diǎn),適用于水中菊酯類(lèi)農(nóng)藥多殘留的同時(shí)檢測(cè)。