周添， 劉菲

(水資源與環(huán)境工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)， 北京 100083)

克百威是一種典型的氨基甲酸酯類農(nóng)藥，由美國(guó) 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(guó)農(nóng)藥毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，克百威屬于高毒農(nóng)藥[2]，被人體攝入后，通過(guò)改變膜的滲透性與流動(dòng)性來(lái)破壞人體神經(jīng)環(huán)境平衡，進(jìn)而威脅生命[3]。3-羥基克百威是克百威的一種代謝產(chǎn)物，其毒性與母體相當(dāng)?？税偻?-羥基克百威均具有高淋溶遷移性，容易通過(guò)地表徑流方式進(jìn)入水體，從而對(duì)水生生態(tài)環(huán)境和人類飲用水源構(gòu)成潛在威脅[4]。因此，實(shí)現(xiàn)水體中克百威與3-羥基克百威的提取與檢測(cè)對(duì)地下水管理具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在農(nóng)藥殘留分析過(guò)程中，樣品前處理步驟所需時(shí)間通常占據(jù)了分析時(shí)間的61%，并對(duì)分析的可靠性和準(zhǔn)確性起到了至關(guān)重要的作用，因此前處理步驟是分析檢測(cè)的重要環(huán)節(jié)[5]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(guān)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(jìn)行生態(tài)毒性評(píng)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(cè)進(jìn)行了分析；楊清華等[8]使用液液萃取與氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)合的方法同時(shí)測(cè)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(nèi)的克百威和3-羥基克百威進(jìn)行毒性評(píng)估；Ma等[10]建立了一種磁性固相萃取的前處理方法來(lái)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(cè)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(cè)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(shù)應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)，方法相對(duì)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(diǎn)，如操作繁瑣、萃取時(shí)間長(zhǎng)，并且需要消耗大量的有毒有機(jī)溶劑，易對(duì)環(huán)境造成污染。將上述萃取技術(shù)微型化，建立不用或少用有毒有機(jī)溶劑、成本低、操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣的樣品前處理技術(shù)檢測(cè)方法一直是研究者努力的方向[13]。

為實(shí)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(zhì)譜的分析方法。通過(guò)對(duì)比不同萃取條件下兩種物質(zhì)的回收率，確定了最優(yōu)前處理?xiàng)l件。該方法精密度和準(zhǔn)確度良好，具有操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)較短、溶劑使用量少的優(yōu)點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與主要試劑

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

克百威標(biāo)準(zhǔn)樣品(100μg/mL，農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)所)；3-羥基克百威標(biāo)準(zhǔn)樣品(100μg/mL，農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)所)；苊-d10(2000μg/mL，美國(guó)O2SI公司)；2-氟聯(lián)苯(1000μg/mL，美國(guó)O2SI公司)。

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

1.2 前處理方法

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程中，需要將足量的氯化鈉放入馬弗爐中，400℃高溫?zé)?h以上，放至常溫備用。實(shí)驗(yàn)之前，所有的玻璃儀器要經(jīng)50%硝酸浸泡，后經(jīng)去離子水和酒精洗滌后，于105℃烘箱內(nèi)烘干，備用。準(zhǔn)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(diào)節(jié)pH至5。然后準(zhǔn)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(zhǔn)確加入1mL二氯甲烷進(jìn)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(zhǔn)確加入480μL二氯甲烷和20μL 20mg/L內(nèi)標(biāo)苊-d10，然后使用1000μL的微量進(jìn)樣器伸入到玻璃離心管底部準(zhǔn)確提取500μL有機(jī)相轉(zhuǎn)移至試劑瓶?jī)?nèi)，搖勻。最后，進(jìn)行上機(jī)檢測(cè)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(xì)柱，柱流速為1.0mL/min。進(jìn)樣口溫度為250℃，采用不分流進(jìn)樣，進(jìn)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(yùn)行2min，總運(yùn)行時(shí)間為23min。

質(zhì)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(hào)采集方式為SIM和SCAN同時(shí)采集，溶劑延遲時(shí)間為5min。分析物目標(biāo)離子質(zhì)量數(shù)見表1。圖1為4種待測(cè)物質(zhì)分離的總離子流圖，峰型尖銳，在11min內(nèi)各組分可以得到很好的分離。

表1 分析物目標(biāo)離子質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溶液。按照1.3節(jié)的測(cè)試方法，使用內(nèi)標(biāo)法繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。測(cè)得克百威和3-羥基克百威的線性范圍為100～800μg/L，兩種物質(zhì)的色譜峰峰面積和濃度線性相關(guān)，且線性相關(guān)系數(shù)(R2)均大于0.99。

2 結(jié)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(guān)鍵因素，需要考慮萃取劑的密度、揮發(fā)性、對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的萃取能力以及萃取劑對(duì)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(shí)驗(yàn)步驟參照1.2節(jié)。每種萃取劑做3組平行樣品，分析結(jié)果見圖2a?？税偻远燃淄?、環(huán)己烷、乙酸乙酯為萃取劑時(shí)，回收率分別達(dá)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(shí)，回收率分別達(dá)到41.3%、39.1%和40.1%。因此，當(dāng)選擇二氯甲烷作為萃取劑時(shí)，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(zhì)，而環(huán)己烷是非極性物質(zhì)，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(duì)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(nóng)藥自身的性質(zhì)，溶液的pH值也會(huì)影響目標(biāo)農(nóng)藥的萃取效率。本研究考察了溶液pH值分別為3、5、7、9時(shí)的萃取效率。萃取前先向水樣中加入稀釋后的硫酸，調(diào)至目標(biāo)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(gè)pH水平做3組平行樣品，結(jié)果見圖2b。克百威在pH值為3、5、7、9的條件下，回收率分別達(dá)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(dá)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(dāng)溶液pH值為5時(shí)，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(qiáng)度，產(chǎn)生一定的鹽析效應(yīng)，有利于萃取效率的提高[17]。參照2.1和2.2節(jié)結(jié)論，在萃取劑選用二氯甲烷，調(diào)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(jìn)行鹽析。每個(gè)氯化鈉添加量做3組平行樣品，結(jié)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(dá)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(dá)到55.0%、66.3%、61.7%和60.7%。結(jié)果表明，當(dāng)氯化鈉添加量為0.2g時(shí)，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(píng)價(jià)

2.4.1儀器精密度

選用100、400和800μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液各重復(fù)測(cè)定5次來(lái)衡量?jī)x器的精密度。表2結(jié)果顯示，克百威及3-羥基克百威測(cè)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(guò)平行樣品之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)來(lái)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(biāo)樣品，每個(gè)濃度做5個(gè)重復(fù)樣，按照優(yōu)化的前處理方法制備樣品。計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)和回收率。表3結(jié)果顯示，在兩種不同濃度下，兩種農(nóng)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(rèn)為該測(cè)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(yuǎn)高于克百威，更易溶于水，不易被萃取出來(lái)，導(dǎo)致回收率相對(duì)較低。

表3 方法準(zhǔn)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(biāo)樣品7個(gè)，按照前處理方法萃取后不連續(xù)進(jìn)行7次測(cè)量，要求將這7個(gè)樣品不連續(xù)地分布在72h內(nèi)[20]。按公式(3)計(jì)算，進(jìn)而得到物質(zhì)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(shí)的雙邊分布t值，t(6,0.99)=3.143[21]；s為重復(fù)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

方法檢出限結(jié)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(biāo)濃度<10倍的MDL計(jì)算值。

表4 方法檢出限

侯憲文等[22]建立了一種可以同時(shí)測(cè)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(dòng)相，流速1.0mL/min，C18柱，紫外檢測(cè)器波長(zhǎng)269nm，進(jìn)樣體積10.0μL；測(cè)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(zhì)的檢出限。白雪媛[23]建立了一種可以同時(shí)檢測(cè)地下水中82種農(nóng)藥的氣相色譜-質(zhì)譜分析法，選用DB-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)毛細(xì)柱，進(jìn)樣體積1.0μL；測(cè)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(zhì)的檢出限低2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，但儀器檢測(cè)時(shí)間比本文測(cè)試方法長(zhǎng)15min，相對(duì)而言本文方法更適用于室內(nèi)快速檢測(cè)。

3 結(jié)論

采用小體積液液萃取前處理及氣相色譜-質(zhì)譜分析法建立了實(shí)驗(yàn)室中快速檢測(cè)地下水中克百威及3-羥基克百威的測(cè)定方法。在水樣體積5mL、萃取劑體積1mL的條件下，最佳前處理?xiàng)l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(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)需求。

與傳統(tǒng)液液萃取相比，該方法具有對(duì)環(huán)境污染小，且操作簡(jiǎn)單、快捷的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中還可通過(guò)調(diào)整萃取試劑和水樣的體積比來(lái)滿足不同情境下的測(cè)試需要。