許延霞,瞿士鵬,王 琴,梅興天
(甘肅省金昌生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,甘肅金昌737100)
我國是農(nóng)藥大國,農(nóng)藥的使用量面積約為1.53 億hm2左右[1]。農(nóng)藥大量和不科學(xué)的使用,成為環(huán)境污染范圍最大的一種[2]。據(jù)統(tǒng)計,約有80% 的農(nóng)藥會直接或間接地進入我們的生活環(huán)境中,例如大氣環(huán)境、水環(huán)境和土壤[11],危害人類健康和水生態(tài)平衡。因此,農(nóng)藥污染已成為政府和環(huán)境保護工作者高度重視的問題。
水環(huán)境中的農(nóng)藥殘留有多種類、濃度低等特點,因此在檢測時,所用方法應(yīng)有較高的靈敏度,并且在處理過程中要有好的富集和凈化效果。
在水環(huán)境中,農(nóng)藥殘留量的前處理中,經(jīng)常使用的方法是液液萃?。↙LE)法和固相萃取(SPE)法。液液萃取技術(shù)是根據(jù)有機溶劑中化合物的溶解度不同,利用水相和有機溶劑溶解度低或者互不相融的情況,將農(nóng)藥成分從水相中提取出來的一種過程。固相萃取是利用化合物吸附的特性,進行吸附萃取,將液體和固體相結(jié)合的萃取過程。當(dāng)進行固相萃取時,被分析物吸附在固體的填料表層,而其他成分則通過萃取柱,而被分析物用合適的有機溶劑洗脫出來[3]。固相萃取只需少量萃取劑即可實現(xiàn)較高的精密度和準(zhǔn)確度,并且容易自動化。因此,固相萃取法 (SPE) 擁有操作簡便、流程短、選擇性強等特點。肖洋等[4]采用正己烷-液液萃取法結(jié)合GC-ECD,對飲用水中的8 種有機氯農(nóng)藥進行了分析檢測。
本試驗建立了對金昌市的地表水和地表飲用水中有機磷農(nóng)藥用氣質(zhì)聯(lián)用法(GC-MS)的檢測分析技術(shù)。
1.1.1 儀器與試劑
氣相色譜儀:Agilent 7890A 型;氣質(zhì)聯(lián)用儀:Thermo-scientific ITQ1100;數(shù)控旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:Hei-VAP Advantage ML/HB/G;氮吹儀:N-EVAPTM111,Organomation Associates,Jnc;自動萃取裝置:MMV-1000 W;固相萃取小柱:Florisil Bag,Agilent Technologies;正己烷 (Hexane) ,乙酸乙酯 (Ethylacetate) ,二氯甲烷 (Dichloromethane) ,甲醇 (Methyl alcohol) 均為色譜純,進口農(nóng)殘級,美國JT Baker 公司;無水硫酸鈉和氯化鈉,優(yōu)級純,400℃烘4 h 備用。
1.1.2 供試農(nóng)藥樣品
內(nèi)吸磷、甲基對硫磷、對硫磷、馬拉硫磷、樂果、敵敵畏,均購于農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究所,存放于4℃的冰箱中保存。
1.1.3 水樣
金昌市的4 個地表水:皇城水庫、北海子、迎山坡和金川峽水庫,2 個地表飲用水水源地:東大河渠首和金川峽水庫水源。
1.2.1 氣質(zhì)分析條件(GC-MS)
GC 條件:色譜柱:DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm);柱溫:初始溫度40℃,保持1 min,以8℃/min 升溫至160℃,保持5 min;5℃/min 升至280℃,保持4 min;傳輸線溫度:270℃;進樣口溫度:250℃;進樣量:1 μL;流量:1.0 mL/min。
MS 條件:離子化方式:EI 源;檢測器溫度:250℃;檢測模式:選擇性掃描(SIM);循環(huán)時間:50 min;真空度:36 m Torr;離子源電子能量:70 eV。
1.2.2 氣質(zhì)聯(lián)用對水中7 種農(nóng)藥檢測
(1)水樣中農(nóng)藥的提取和凈化
液液萃?。↙LE):①甲基對硫磷、對硫磷、馬拉硫磷、樂果、敵敵畏的提取和凈化:用移液管準(zhǔn)確量取經(jīng)0.45 μm 濾膜過濾的100 mL 水樣于250 mL 燒杯中,將水樣的pH 調(diào)至6.5,之后將水樣樣品轉(zhuǎn)移到250 mL 的分液漏斗中,分別用5 mL 的三氯甲烷萃取三次,用量共15 mL,用振蕩儀完全振蕩5 min 后,靜置分層,收集三氯甲烷相的溶液并合并。將萃取合并后的三氯甲烷經(jīng)無水硫酸鈉脫水,用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至小于1 mL,后轉(zhuǎn)移至進樣瓶,用正己烷定容至1 mL,充分搖勻,供GC-MS測定;②敵百蟲的測定:敵百蟲的測定需將其轉(zhuǎn)化成敵敵畏。先將過濾好的水樣的pH 調(diào)至9.6,然后用移液管準(zhǔn)確量取100 mL 的水樣置于錐形瓶中(250 mL),蓋緊瓶塞,放于50℃的水浴鍋中,并且不斷搖動錐形瓶,使之充分堿解,15 min 后取出在室溫下冷卻,然后調(diào)節(jié)pH 至6.5,后將此溶液轉(zhuǎn)移至250 mL 的分液漏斗中,調(diào)節(jié)其余操作按照①進行。
固相萃取 (SPE) :用移液管準(zhǔn)確量取經(jīng)0.45 μm 濾膜過濾的200.0 mL 水樣至分液漏斗中,加入10 mL 的甲醇后充分搖勻。固相萃取柱用前依次用二氯甲烷(5 mL)、乙酸乙酯(5 mL)、甲醇(5 mL)、高純水(10 mL)進行活化,活化過程中,應(yīng)注意避免甲醇和水流干,否則需要重新活化。將過濾好的水樣倒入固相萃取裝置中,通過固相萃取柱時注意控制流速(一般為10 mL/min),之后用5~8 mL 的高純水淋洗固相萃取柱,抽干后用5 mL 的二氯甲烷和5 mL 的乙酸乙酯洗脫固相萃取柱,并全部收集于同一濃縮管中。將洗脫液用無水硫酸鈉充分干燥脫水,在水浴溫度為45℃的氮吹儀上吹干至約0.5 mL,用正己烷定容至1.0 mL,待GC-MS 測定。
(2)實際水樣中農(nóng)藥殘留分析
根據(jù)前面的研究結(jié)果,確定本試驗6 個點位水樣的前處理方法為固相萃取法,用GC-MS 對有機磷農(nóng)藥進行監(jiān)測。
GC:試驗通過改變GC 的升溫程序,對農(nóng)藥的色譜分離條件進行優(yōu)化,使農(nóng)藥在最短的時間內(nèi)達到分離。
MS:通常進行單離子監(jiān)測掃描(SIM),這是GC-MS進行農(nóng)藥殘留分析中最常用的選擇方式,因為此方法的靈敏度比較高。
定性分析:先對有機磷農(nóng)藥進行全掃描模式 (Scan模式) ,然后取1.0 mL 的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,放入質(zhì)譜儀中進行選擇性(SIM)掃描,將所得的總離子圖與標(biāo)準(zhǔn)譜庫對照分析。如果相似度達80% 以上即為某一有機磷農(nóng)藥。在與標(biāo)準(zhǔn)譜庫對照過程中,如果同時有一個色譜峰和幾個異構(gòu)體的相似度達80% 以上,則需要用單標(biāo)進行進一步定性分析。
定量分析:本研究先采用全掃描,然后進行選擇性離子進行監(jiān)測。在試驗過程中發(fā)現(xiàn),恰當(dāng)?shù)乜刂泼總€通道內(nèi)的監(jiān)測駐留時間和離子數(shù)量以及每個色譜峰的輪回循環(huán)掃描時間,可保證每種農(nóng)藥都具有較高的靈敏度和足夠的數(shù)據(jù)采集點。經(jīng)過多次的試驗研究,最終確定對每種有機磷農(nóng)藥選擇2~3 個定性離子,1 個定量離子。
有機磷農(nóng)藥的定性、定量離子見表1,混合標(biāo)樣色譜圖見圖1、圖2。
表1 6 種農(nóng)藥殘留的保留時間、定量和定性離子及豐度比
以正己烷為溶劑,在GC-MS 所確定的優(yōu)化分析條件下,用有機磷標(biāo)準(zhǔn)溶液分別進樣可得離子圖。試驗結(jié)果證實,其農(nóng)藥的濃度值和響應(yīng)值均具有良好的相關(guān)系數(shù)和線性關(guān)系,見表2。
試驗結(jié)果證明,在液液萃取過程中,時有乳化現(xiàn)象發(fā)生,并且在濃縮過程中容易揮發(fā)流失,從而影響結(jié)果的重現(xiàn)性。而在固相萃取過程中,將目標(biāo)化合物的分離和濃縮合為一步,并且在萃取過程中,所用的溶劑量少,并且高效、可靠。液液萃取法的另一個局限是,操作人員對該技術(shù)的熟練程度會影響加標(biāo)回收率的高低,不同的操作技術(shù)人員操作同一個方法,所得到的結(jié)果差異比較大。試驗結(jié)果證明,SPE 比LLE 萃取回收率高,因此在本試樣中,采用固相萃取法,見表3。
圖1 有機磷(內(nèi)吸磷)農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖
圖2 有機磷(樂果)農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖
序號 名稱 保留時間(min) 線性回歸方程 線性相關(guān)系數(shù) (R2) 1敵敵畏15.65y=76.369x-5 435.370.999 2 2內(nèi)吸磷23.23y=59.809 1x-4 152.030.996 4 3甲基對硫磷25.42y=76.903 2x-4 436.450.997 0 4馬拉硫磷26.29y=123.086x-4 295.520.998 3 5對硫磷26.63y=76.398 4x-2 016.040.999 9 6樂果23.22y=63.990 2x-15 026.50.996 6
表3 液液萃取與固相萃取回收率
2.4.1 方法檢出限
在100 mL 的空白水樣中分別添加低濃度的有機磷標(biāo)準(zhǔn)溶液,按照上述水樣處理的分析步驟方法,對7個空白加標(biāo)樣進行平行分析,然后根據(jù)美國環(huán)保局 (EPA ) SW-846 中規(guī)定的方法,確定其檢出限 (MDL) 。結(jié)果見表4。
表4 方法檢出限 單位:mg/L
2.4.2 方法的準(zhǔn)確度和精密度
由于金昌市某飲用水農(nóng)藥均未檢出,以此水樣做加標(biāo)回收率,用加標(biāo)回收率來反映農(nóng)藥殘留分析方法的準(zhǔn)確度。本試驗選取5 μg/L、10 μg/L、20 μg/L 這三個濃度進行試驗。
準(zhǔn)確量取100 mL 過濾水樣18 份,分別置于250 mL 的分液漏斗中,并且分為3 組,每組6 個平行樣。將5 μg/L、10 μg/L、20 μg/L 這3 組農(nóng)藥分別添加到3 組水樣中,之后按照1.2.2 中方法即固相萃取法進行處理后,用正己烷定容至1 mL,充分搖勻,分別用GC-MS 測定。添加的平均回收率和RSD 見表5。
表5 水樣中農(nóng)藥加標(biāo)回收試驗和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差
在選定的氣質(zhì)條件下進行水樣前處理方法優(yōu)化,測定實際水樣,譜圖未出峰,所以實際水樣均未檢出。結(jié)果表明,金昌市地表水和地表飲用水水源均符合國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)的要求。
本研究用質(zhì)譜檢測水樣中7 種有機磷農(nóng)藥的殘留量,利用質(zhì)譜(GC-MS)的特性,通過對GC-MS 進行條件優(yōu)化,對水樣的前處理進行了優(yōu)化。實際土壤樣品均未檢出,在3 個不同濃度的添加水平及氣質(zhì)條件優(yōu)化的情況下,有機磷農(nóng)藥的加標(biāo)回收率為62.3% ~102.3% ,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.1% ~9.7% 之間,方法的檢出限在3.27×10-5~1.33×10-4mg/L 之間。該方法迅速、簡便、準(zhǔn)確度高、靈敏度高,同時能夠?qū)λh(huán)境中農(nóng)藥的多殘留進行分析檢測,在金昌市環(huán)境監(jiān)測中可廣泛用于水環(huán)境中農(nóng)藥的殘留檢測。