何書海, 曹小聰, 吳海軍, 李騰崖, 張鳴珊, 梁 焱, 陳表娟

(1. 海南省環(huán)境科學研究院, 海南 ?？?571126; 2. 海南省環(huán)境監(jiān)測中心站, 海南 ?？?571126; 3. SCIEX公司, 廣東 廣州 510000)

草甘膦(glyphosate)是目前世界上使用量最大的除草劑,廣泛應用于農業(yè)和非農業(yè)領域[1];草銨膦(glufosinate)是觸殺型滅生性除草劑,可防治大部分抗草甘膦藥性雜草,近年來被廣泛使用[2,3]。草甘膦和草銨膦經常在植物、土壤、水、甚至食物和人體尿液中檢出[4],因此備受社會關注。國際癌癥研究機構(IARC)研究報告顯示草甘膦除草劑可能對人類致癌[5]。歐洲化學品管理局(ECHA)研究報告顯示草甘膦會對眼睛造成嚴重損害,對水生生物產生毒性,影響持久[6],但ECHA的研究報告沒有考慮草甘膦主要代謝物氨甲基膦酸(aminomethyl phosphonic acid, AMPA)的潛在風險,因此需對其潛在危害加以重視[7]。乙烯利(ethephon)是植物生長調節(jié)劑,具有促進果實成熟、調節(jié)性別轉化等效應,在果蔬催熟領域中廣泛使用,研究表明乙烯利具有神經毒性,長期使用會對動物免疫和生殖系統(tǒng)造成一定損害[8]。

由于草甘膦、氨甲基膦酸、草銨膦和乙烯利均屬于強極性化合物,易溶于水,且草甘膦和草銨膦缺少發(fā)色和熒光基團[2,9-11],其分析檢測難度較大。目前有關4種農藥的分析方法很多,有分光光度法[12]、高效液相色譜法[13-15]、氣相色譜法[16,17]、離子色譜法[7,18-20]、氣相色譜-質譜法[21-23]、高效液相色譜-串聯(lián)質譜法[2,3,24-27]和電感耦合等離子體質譜法[1,28]等,大多數分析方法均需進行柱前或柱后衍生。衍生化雖能提供較好的靈敏度,但操作過程繁瑣,重現(xiàn)性差,且僅限于一種或兩種分析物?；诂F(xiàn)有方法存在的問題,需建立一種快速、高效、便捷、靈敏的檢測方法。本研究利用離子交換色譜柱在常規(guī)液相色譜上與串聯(lián)質譜連接,快速測定環(huán)境水樣中草甘膦、氨甲基膦酸、草銨膦及乙烯利。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

LC-30AD超高效液相色譜(日本島津公司), Triple Quad 6500+三重四極桿質譜聯(lián)用儀(美國AB Sciex公司),配IonDriveTMTurbo V離子源;Milli-Q超純水儀(美國Millipore公司);高速冷凍離心機(美國ThermoFisher Scientific公司)。氨水為分析純(廣州化學試劑廠),碳酸氫氨為優(yōu)級純(阿拉丁公司);尼龍(Nylon)、聚四氟乙烯(PTFE)、醋酸纖維(CA)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)濾膜均為針式過濾頭(孔徑0.22 μm,直徑13 mm)。

草甘膦(純度99%)、氨甲基膦酸(純度99%)、草銨膦(純度97.5%)及乙烯利(純度96%)購于美國AccuStandard公司。

1.2 標準溶液

準確稱取一定量的草甘膦、氨甲基膦酸、草銨膦和乙烯利于10 mL棕色容量瓶中,用純水定容至刻度線,得到1 000 mg/L的標準貯備液。標準貯備液用純水稀釋成質量濃度為100 μg/L的中間使用液。標準曲線濃度臨用現(xiàn)配。

1.3 采樣點位

2019年4月分別采集海南省18個市縣30個點位飲用水源地水樣、檳榔園附近3個水樣及香蕉園附近1個水樣,其位置分布見圖1。水樣嚴格按照HJ 91-2002技術規(guī)定要求進行采集。采集水樣裝入棕色磨口玻璃瓶中,于4 ℃下冷凍箱中保存。

圖 1 采樣點位分布示意圖Fig. 1 Map illustrating sampling locations

1.4 樣品預處理

環(huán)境水樣過0.22 μm濾膜后,待超高效液相色譜-三重四極桿質譜儀測定;若樣品含有雜質較多或樣品較為渾濁,需對樣品進行離心,于4 ℃以12 000 r/min離心5 min后測定。

1.5 超高效液相色譜分析條件

離子交換柱為Metrosep A Supp 5 (150 mm×4.0 mm, 5 μm);流動相為碳酸氫銨-氨水溶液(B)和純水(A),采用梯度洗脫程序,5%B(0～0.5 min), 5%B升至80%B(0.5～2.0 min), 80%B(2.0～6.5 min), 80%B降至5%B(6.5～6.51 min), 5%B(6.51～10.0 min);柱箱溫度為40 ℃;柱流速為0.4 mL/min;進樣體積為20.0 μL。

1.6 串聯(lián)質譜分析條件

電噴霧負離子模式(ESI-);噴霧電壓(IS)-4 500 V;離子源溫度(TEM)600 ℃;氣簾氣(CUR)壓力207 kPa(30 psi);噴霧氣(GS1)壓力379 kPa(55 psi);輔助加熱氣(GS2)壓力379 kPa(55 psi);駐留時間(dwell time)50 ms。4種農藥的質譜參數見表1。

表 1 4種農藥檢測的質譜條件Table 1 MS/MS conditions for the detection of the four pesticides

AMPA: aminomethyl phosphonic acid. *Quantitative ion.

2 結果與討論

2.1 色譜柱條件的優(yōu)化

由于草甘膦類農藥均為極性物質,在常規(guī)C18色譜柱上保留較差,并且存在嚴重的基質干擾,通常需要使用芴甲氧羰酰氯(Fmoc-Cl)試劑衍生化才能保留;在親水性HILIC色譜柱上,該類化合物可很好地保留,但是峰形拖尾嚴重,影響定量。本文對比了歐盟EURL-SRM推薦的色譜柱Hypercarb (50 mm×2.1 mm, 5 μm)、美國FDA推薦的色譜柱Acclaim Trinity Q1(100 mm×3.0 mm, 5 μm)以及離子交換柱Metrosep A Supp 5(50 mm×2.1 mm, 5 μm)在各自的優(yōu)化條件下,利用常規(guī)的液相色譜-串聯(lián)質譜對這幾種目標物的分離效果。結果表明:Hypercarb色譜柱上草甘膦拖尾嚴重,其他幾種物質峰形較寬;在Acclaim Trinity Q1色譜柱上所有目標物的峰形較好,但是與離子交換柱Metrosep A Supp 5相比,具有重復性差、靈敏度低等缺點。因此,本實驗最終選擇Metrosep A Supp 5作為分析色譜柱,在該色譜柱上的典型色譜圖見圖2。

圖 2 4種農藥(50.0 μg/L)在MRM模式下的提取離子色譜圖Fig. 2 Extracted ion chromatogram of the four pesticides (50.0 μg/L) separated on Metrosep A Supp 5 column Peaks: 1. AMPA; 2. glufosinate; 3. glyphosate; 4. ethephon.

2.2 串聯(lián)質譜條件的優(yōu)化

實驗首先采用負離子全掃描模式掃描4種化合物,分別確定其母離子,并對其已確認的母離子進行二級質譜Product Ion掃描,得到子離子。根據響應強度高、基線噪聲低、抗干擾能力強的原則,最終選擇一個母子和兩個子離子。并在MRM模式下對每種目標化合物離子對的碰撞能量、去簇電壓等質譜參數進行了優(yōu)化,見表1。

2.3 樣品前處理條件的優(yōu)化

樣品中的細微雜質等易造成超高效液相色譜系統(tǒng)堵塞,因此在上機分析前需對樣品進行前處理。本研究比較了不同材質的0.22 μm濾膜對4種農藥回收率的影響,分別選擇Nylon、PES、PVDF、PTFE、CA等5種針式過濾膜對4種農藥含量均為5.00 μg/L的水樣進行過濾。實驗結果見圖3, Nylon對草甘膦和乙烯利均有一定的吸附,草甘膦和乙烯利損失率分別為19%和16%; PES對草甘膦也有一定的吸附,損失率為12%;乙烯利經過PTFE過濾處理后回收率達到117%,表明過膜后乙烯利有明顯的增值效應。水樣經過PVDF和CA過濾后,4種農藥均獲得較好的回收效果,滿足分析要求,考慮價格因素,最終選擇CA過濾處理樣品。

對于渾濁的廢水樣品可通過離心方式去除顆粒物。在基體復雜的廢水中加入4種農藥,于4 ℃以12 000 r/min離心5 min后進行測定。結果顯示,4種農藥的回收率均可達到91%以上,達到分析要求。

圖 3 不同濾膜處理水樣對4種農藥回收率的影響Fig. 3 Effect of different filter membranes on the recovery of the four pesticides in environmental water samplesNylon: polyamide; PES: polyethersulfone; PVDF: polyvinylidene fluoride; CA: cellulose acetate; PTFE: polytetrafluoroethylene.

2.4 線性范圍及檢出限

分別配制0.50、1.00、5.00、10.0、20.0和50.0 μg/L的4種農藥混合標準溶液。按照最終優(yōu)化后的儀器條件,從低濃度到高濃度依次進樣分析,得到不同濃度目標物的質譜圖,在0.50～50.0 μg/L范圍內4種農藥的相關系數(r)均大于0.999,線性關系良好。

按照HJ 168-2010要求,并考慮儀器靈敏度,本實驗配制4種農藥含量均為0.50 μg/L的7份純水樣進行檢出限試驗,結果見表2。當進樣體積為20.0 μL時,4種農藥的方法檢出限為0.05～0.09 μg/L,方法定量限分別為0.20～0.36 μg/L。與Lajin等[1]、Hao等[29]和Demonte等[30]報道的方法相比較,本研究的檢出限遠低于其報道結果。

表 2 4種農藥的回歸方程、相關系數、檢出限和定量限Table 2 Linear regression equations, correlation coefficients (r), LODs, and LOQs of the four pesticides

y: peak area;x: mass concentration, μg/L.

表 3 4種農藥在兩個環(huán)境水樣中的加標回收率及RSD(n=6) Table 3 Recoveries and RSDs of the four pesticides spiked in two environmental water samples (n=6)

圖 4 MRM模式下兩個樣品及其加標樣品的色譜圖Fig. 4 Extracted ion chromatograms of two samples and their spiked samples in MRM mode Spiked level: 10.0 μg/L. Peak Nos. are the same as in Fig. 2.

2.5 實際樣品測定、方法準確度和精密度

采用優(yōu)化后的實驗條件對海南省18個市縣30個點位飲用水源地水樣、檳榔園附近3個水樣及香蕉園附近1個水樣及部分加標樣品進行分析。結果顯示海南省18個市縣30個(1#～30#)飲用水源地水樣中均未檢出草甘膦、氨甲基膦酸、草銨膦及乙烯利,檳榔園附近3個(31#～33#)水樣中均檢出草甘膦和氨甲基膦酸,其水樣中草甘膦的質量濃度為0.67～0.91 μg/L,氨甲基膦酸的質量濃度為1.43～1.67 μg/L;香蕉園附近水樣中檢出草銨膦和氨甲基膦酸,草銨膦的質量濃度為0.63 μg/L,氨甲基膦酸的質量濃度為0.21 μg/L。

同時對31#和34#樣品進行3個不同濃度水平的加標試驗,結果見表3,相關譜圖見圖4。結果表明,回收率分別為76.3%～108%、83.0%～107%和87.0%～105%,相對標準偏差(RSD)分別為2.0%～12.3%、2.4%～5.6%和2.7%～6.8%,說明該法準確度高,重現(xiàn)性好,對不同水質樣品適用性均良好。

3 結論

本研究建立了一種無需衍生化直接快速檢測環(huán)境水樣中草甘膦、氨甲基膦酸、草銨膦及乙烯利的分析方法,方法將離子交換色譜柱用于常規(guī)液相色譜分離,具有良好的穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的衍生化方法比較,具有操作簡便、節(jié)省時間、靈敏度高、準確性好、重現(xiàn)性好等優(yōu)點,可在10 min內完成環(huán)境水樣中草甘膦、氨甲基膦酸、草銨膦及乙烯利的檢測。