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        氣相色譜法測定水中5 種有機磷農藥的方法研究

        2022-06-29 04:04:30馬文娟董鳳娟秦承剛張勇王旭東閆香香
        工業(yè)用水與廢水 2022年3期
        關鍵詞:方法

        馬文娟, 董鳳娟, 秦承剛, 張勇, 王旭東, 閆香香

        (1 棗莊市科技信息研究所, 山東 棗莊 277000; 2 山東省棗莊生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心, 山東 棗莊 277000)

        有機磷農藥殘留易通過生物鏈富集在人體內,對人們身體健康造成極大的危害。 因此有機磷農藥的監(jiān)測, 尤其是飲用水中有機磷農藥的監(jiān)測對保證人類健康和生物的安全具有重要意義。 常用的水體中有機磷農藥的檢測方法有氣相色譜法[1-2]、 液相色譜法[3-4]、 氣相色譜-質譜聯(lián)用法[5-7]、 液相色譜-質譜聯(lián)用法[8-9]、 化學免疫發(fā)光法[10]等。 氣相色譜-質譜法及液相色譜-質譜法所使用的儀器昂貴,操作繁瑣, 檢測時間長, 檢測成本較高。 化學免疫發(fā)光法使用范圍較窄, 主要用于快速檢測試劑盒的開發(fā)。 氣相色譜法因具有儀器購置費用適中、 操作簡便快速、 定量準確且檢測成本較低的優(yōu)點, 在環(huán)境監(jiān)測中應用較為廣泛。

        目前, 在水源水(包括地下水和地表水水源地)的有機磷農藥監(jiān)測中, 主要依據(jù)是GB/T 5750.9—2006《生活飲用水檢驗標準方法農藥指標》[11]。 但實踐中發(fā)現(xiàn), 按照國標方法給定的色譜條件, 只能實現(xiàn)敵敵畏的分離, 樂果、 甲基對硫磷、 馬拉硫磷、對硫磷4 種有機磷農藥均不出峰, 無法實現(xiàn)待測的5 種有機磷農藥的有效分離。 本研究通過優(yōu)化色譜條件, 在15 min 內, 5 種有機磷農藥及其他雜質均得到了較好分離, 本研究還對氣相色譜儀使用的襯管進行了優(yōu)選, 提高了方法精密度和準確度; 并對樣品預處理中的萃取條件進行了優(yōu)化, 減少了揮發(fā)性有機物對環(huán)境造成的二次污染; 且本研究的檢出限較國標方法有所降低, 為水源水中有機磷農藥的氣相色譜法監(jiān)測做出了有益的探索與嘗試。

        1 材料與方法

        1.1 儀器與試劑

        氣相色譜儀(Agilent 7890B, 配火焰光度檢測器), 自動進樣器, OpenLAB CDS C.01.07 工作站,Elite-1701 色譜柱, 填料為14%氰丙基苯基(其中7% 氰丙基7% 苯基)二甲基聚硅氧烷(86%), 旋轉蒸發(fā)儀(Heidolph), 分液漏斗振蕩萃取器, 0.45 μm濾頭。 色譜純二氯甲烷, 超純水(二級, 自制), 分析純硫酸鈉, 三氯甲烷中5 種有機磷農藥混標((100±3)μg/mL)。

        1.2 色譜分析條件

        色譜柱為Elite-1701 色譜柱(柱長為30 m, 內徑為0.32 mm, 填料粒徑為0.25 μm), 程序升溫:120 ℃保持1 min, 再以20 ℃/min 升溫至220 ℃,保持10 min。 載氣流速為1.0 mL/min, 進樣量為1.0 μL, 進樣口溫度為270 ℃, 檢測器和輔助傳輸線溫度為270 ℃, 燃燒室溫度為150 ℃, 載氣為氮氣。

        1.3 樣品預處理

        量取100 mL 水樣于250 mL 分液漏斗中, 用20 mL 二氯甲烷置于分液漏斗振蕩萃取器分2 次萃取, 每次10 mL, 每次萃取5 min, 萃取過程注意放氣。 靜置分層后, 將有機相分離至磨口瓶中, 加入無水硫酸鈉干燥有機相。 將干燥后有機相用旋轉蒸發(fā)儀濃縮至近干, 用二氯甲烷定容至1 mL, 用0.45 μm 濾頭過濾后保存在4 ℃冰箱內備用。

        2 結果與討論

        2.1 方法優(yōu)化與選擇

        國標方法中推薦的程序升溫方法為: 120 ℃保持1 min, 再以10 ℃/min 升溫至190 ℃, 保持5 min。 該方法僅能將敵敵畏有效分離, 樂果、 馬拉硫磷、 對硫磷、 甲基對硫磷4 種有機磷農藥均不出峰, 通過對升溫方法改進、 優(yōu)化, 發(fā)現(xiàn)以120 ℃保持1 min, 再以20 ℃/min 升溫至220 ℃, 保持10 min, 色譜柱載氣流速為1 mL/min 進行色譜分析, 5 種有機磷農藥及其他雜質均實現(xiàn)了較好分離, 5 種有機磷農藥的色譜圖見圖1。

        圖1 5 種有機磷農藥標準溶液色譜圖Fig. 1 Chromatograms of standard solutions of 5 kinds of organophosphorus pesticides

        此外, 研究還發(fā)現(xiàn)氣相色譜襯管對有機磷農藥有一定的吸附性, 襯管選擇不當有可能導致分析的精密度和準確度變差。 因此, 在選擇襯管時, 要特別注意選擇沒有玻璃毛的直型惰性不分流襯管[12]或者農殘級別專用不分流襯管。 在使用過程中, 如精密度變差, 應及時更換新襯管。 研究表明, 直型惰性不分流襯管能夠得到較好的精密度和準確度,能夠滿足分析要求, 且成本較低, 本研究推薦使用直型惰性不分流襯管進行樣品分析。

        國標方法給出的樣品預處理方法中, 萃取劑用量較大, 易對環(huán)境造成二次污染。 本方法對水樣體積和萃取劑用量進行了比例減量處理。 水樣體積由250 mL 減為100 mL, 萃取劑二氯甲烷用量由50 mL減為20 mL, 大大減少了二氯甲烷使用量, 既節(jié)約了成本, 又減少了對環(huán)境造成的二次污染。

        2.2 方法的檢出限及定量限

        以信噪比為3 時測定方法的檢出限, 當取100 mL 水樣時, 5 種有機磷農藥的檢出限在0.03 ~0.05 μg/L 之間。 以信噪比為10 時測定方法的定量限, 定量限在0.10~0.20 μg/L 之間。 其中, 敵敵畏的檢出限與國標方法檢出限相當, 其他4 種有機磷農藥的檢出限較國標方法檢出限低2~3 倍。 5種有機磷農藥的檢出限及定量限見表1。

        表1 方法檢出限及定量限Tab. 1 Detection limits and quantitative limits of different methods

        2.3 標準曲線繪制

        將1 000 μg/mL 的有機磷農藥標準溶液用二氯甲烷稀釋為100 μg/mL 的混合溶液; 取不同量的100 μg/mL 混合溶液, 用二氯甲烷稀釋, 配制成0.1、 0.2、 0.5、 1.0、 2.0、 5.0、 10.0 μg/mL 的標準系列, 根據(jù)優(yōu)化后的色譜條件, 采用外標法測定。以5 種有機磷農藥的濃度對峰面積繪制標準曲線。5 種有機磷農藥標準曲線見表2, 標準曲線斜率、截距及相關系數(shù)見表3。 5 種有機磷農藥的相關系數(shù)均在0.999 1 以上, 線性良好。

        表2 標準曲線系列Tab. 2 Standard curve series list

        表3 相關性Tab. 3 Correlation

        2.4 方法的精密度

        配制質量濃度約為0.1、 1.0、 5.0 mg/L 的低、中、 高3 種濃度的有機磷農藥標準溶液, 平行測定7 次, 計算相對標準偏差, 結果見表4。 根據(jù)GB/T 27417—2017《合格評定化學分析方法確認和驗證指南》[13]中規(guī)定, 樣品濃度為10 mg/kg 時, 相對標準偏差小于7.5%。 本研究濃度均低于10 mg/kg(使用標準溶液是稀溶液, 10 mg/kg 相當于10 mg/L), 相對標準偏差按低于7.5% 執(zhí)行。 結果表明,該方法具有較好的精密度。

        表4 方法的精密度Tab. 4 Accuracy of methods

        2.5 方法的準確度

        配制質量濃度為1.0 mg/L 的5 種有機磷農藥標準溶液, 按上述條件進行測定, 計算相對誤差,5 種有機磷農藥相對誤差在-5.0%~1.0%之間, 均在±10% 之內。 結果見表5。 本研究在試驗用水、周村水庫(地表水水源地)水樣及丁莊水源(地下水水源地)水樣中分別加入低、 中、 高3 個濃度的5種有機磷標準溶液, 將樣品萃取濃縮后進樣檢測,測定5 種有機磷農藥的含量, 計算樣品的加標回收率, 5 種有機磷農藥的加標回收率在65.8% ~113.0% 之間。 以周村水庫的水樣為例, 加標回收率結果如表6 所示。 GB/T 27417—2017 指出, 當檢測物濃度小于0.1 mg/kg(使用的溶液為稀溶液,0.1 mg/kg 相當于0.1 mg/L)時, 方法的加標回收率應在60%~120% 之間。 因此, 該方法的加標回收率符合標準要求, 該方法具有較高的準確度。

        表5 標準樣品測試結果Tab. 5 Test data of standard samples

        表6 周村水庫加標回收率Tab. 6 Adding standard recoveries of Zhoucun reservoir

        3 結論

        色譜條件優(yōu)化后, 較易實現(xiàn)敵敵畏、 樂果、甲基對硫磷、 馬拉硫磷、 對硫磷5 種有機磷農藥及其他雜質有效分離, 提高了分析方法的適用性。本研究通過對不同襯管的比較試驗, 確定使用直型不分流惰性襯管, 降低了襯管吸附的影響, 提高了精密度和準確度, 且有利于降低檢出限。 在樣品前處理過程中, 同步等比例減少樣品和二氯甲烷的用量, 對檢出限未產生不利影響。

        依據(jù)本研究優(yōu)化后的方法對水源水進行分析,敵敵畏的檢出限與國標方法GB/T 5750.9—2006 相當, 樂果、 甲基對硫磷、 馬拉硫磷、 對硫磷較國標方法低2~3 倍。 方法的精密度、 空白加標回收率及水源地水樣加標回收率均符合GB/T 27417—2017 的要求。 該方法具有精密度好、 準確度高、檢出限低的特點, 為水源水中有機磷農藥的測定提供了參考依據(jù)。

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