閆 妍,王懌婷,趙 宇,張明明,王欣瑩,王 蕾

(北京市自來水集團有限責(zé)任公司水質(zhì)監(jiān)測中心,北京 100031)

隨著人類日益增長的糧食需求,農(nóng)村地區(qū)有機農(nóng)藥等被大量施用,對水質(zhì)安全構(gòu)成了挑戰(zhàn)。有機農(nóng)藥進入到水環(huán)境的途徑主要有3種:一是在生產(chǎn)或施用過程中逸散到空氣形成氣溶膠進而進入水體;二是生產(chǎn)和加工產(chǎn)生的廢水排放到地表水和地下水;三是其施用于農(nóng)田后可能會滲入土壤從而污染地下水,也可能隨雨水沖刷進入地表水和地下水。除了農(nóng)業(yè)這一主要來源外,水體中的有機農(nóng)藥還可能來自養(yǎng)殖場、垃圾和危險廢物處理廠等[1]。

在新頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2022)中,乙酰甲胺磷、稻瘟靈、敵百蟲和甲霜靈這4種農(nóng)藥作為參考指標(biāo)新增列入,其參考限值分別為0.08、0.3、0.05 mg/L和0.05 mg/L。乙酰甲胺磷和敵百蟲均屬于廣譜、高效、低毒和低殘留的有機磷殺蟲劑,其中,乙酰甲胺磷毒性較低、使用量大、分布廣泛,而敵百蟲廣泛用于田間和水果作物中害蟲和森林昆蟲等的控制,對人體有一定的毒副作用[2-5];稻瘟靈是一種高效、低毒和低殘留的有機硫殺菌劑,是水稻生產(chǎn)中防治稻瘟病的主要藥劑之一,在我國有較為廣泛的應(yīng)用[6];甲霜靈是一種新型、高效和低毒的殺菌劑,對病害植株有保護和治療作用,且藥效持續(xù)期長。可以看出,這4種農(nóng)藥在我國均有廣泛應(yīng)用,作為新污染物中的重要一類,加強此類污染物的監(jiān)測,明確其在飲用水中的分布和濃度水平,可為飲用水安全保障提供重要的基礎(chǔ)支撐。

對于此4種農(nóng)藥的檢測,目前常采用的是氣相色譜(GC)[4-6]、氣相色譜質(zhì)譜(GC/MS)[7-8]等方法,但因其極性強、熱不穩(wěn)定、易分解等特點,容易在氣相色譜進樣口處被襯管和色譜柱前端吸附及降解,對儀器系統(tǒng)潔凈度要求較高,容易出現(xiàn)進樣不出峰、峰信號弱、峰形差等情況[9]。另外,由于多采用液液萃取和固相萃取等復(fù)雜的前處理過程,不適于做高通量樣品分析[8,10]。

與氣相色譜方法相比,高效液相色譜(HPLC)適用于熱穩(wěn)定性較低以及揮發(fā)性較差的化合物,在靈敏度、準(zhǔn)確性和精準(zhǔn)度等方面存在較大的優(yōu)勢[11],且隨著儀器的發(fā)展,超高效液相色譜(UPLC)[12-15]等在減少溶劑用量,以及提高樣品分析速度、抗干擾能力和分析效率等方面得到進一步的提升,近年來在農(nóng)藥等方面得到較多的應(yīng)用。對于此4種農(nóng)藥來說,目前飲用水中尚缺少可同時檢測的方法,建立簡便、快速的同時定量分析方法,對于推進新生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的實施具有重要意義。

綜上,本研究擬基于超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC-MS-MS),結(jié)合分析條件的優(yōu)化,建立快速定量分析水中乙酰甲胺磷、稻瘟靈、敵百蟲以及甲霜靈4種農(nóng)藥殘留的檢測方法,并對北京市主要水廠水源水、出廠水和管網(wǎng)水進行調(diào)查,探明其分布和濃度水平,為我國供水安全保障提供技術(shù)支撐。

1 試驗材料和方法

1.1 儀器與試劑

儀器:超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀(ACQUITY UPLC/Quattro Premier XE,美國Waters公司)。試劑:甲酸、甲醇、乙腈(美國Fisher公司),均為色譜純;乙酰甲胺磷、稻瘟靈、敵百蟲、甲霜靈標(biāo)準(zhǔn)品(質(zhì)量濃度均為100 mg/L,美國SUPELCO公司);超純水(美國Millpore公司,電阻率>18.2 MΩ·cm)。

1.2 試驗方法

1.2.1 色譜和質(zhì)譜條件

樣品過0.22 μm的聚四氟乙烯膜后,直接上機測定。色譜條件:色譜柱采用Waters BEH C18 (2.1 mm×50 mm, 1.7 μm);經(jīng)優(yōu)化后的流動相及梯度洗脫程序如表1所示。

表1 梯度洗脫程序Tab.1 Gradient Elution Program

質(zhì)譜條件:采用多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式采集信息,電噴霧正離子模式(ESI+);離子源溫度:150 ℃; 脫溶劑氣溫度:350 ℃;脫溶劑氣流量:700 L/h;錐孔氣流量:29 L/h;毛細管電壓:3 kV;碰撞氣流量:0.15 mL/min。此外,逐級確定4種農(nóng)藥的離子對及碰撞能量等參數(shù),優(yōu)化后的質(zhì)譜參數(shù)設(shè)置如表2所示。

表2 4種農(nóng)藥的質(zhì)譜參數(shù)Tab.2 MS Parameters of Four Pesticides

1.2.2 定性定量

試驗依據(jù)4種農(nóng)藥化合物的標(biāo)準(zhǔn)品保留時間等信息進行定性,采用外標(biāo)法進行定量,標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制過程如下:分別取100 mg/L的乙酰甲胺磷、稻瘟靈、敵百蟲、甲霜靈標(biāo)準(zhǔn)溶液各100 μL,加入到10 mL 棕色容量瓶中,用甲醇定容,得到乙酰甲胺磷、稻瘟靈、敵百蟲、甲霜靈質(zhì)量濃度均為1 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。然后用甲醇對混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進行梯度稀釋,分別稀釋至5、10、20、40、60、80、100 μg/L,依照第1.2.1小節(jié)中的條件測定標(biāo)準(zhǔn)品的濃度,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)品的響應(yīng)面積和對應(yīng)的濃度進行標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。

1.2.3 準(zhǔn)確性和精密度

確定線性范圍后,選取20、50、100 μg/L作為低、中、高3個梯度,并在出廠水、水源水以及龍頭水3種基質(zhì)中進行加標(biāo)回收試驗,以7次平行的平均回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)衡量準(zhǔn)確性和精密度。

1.2.4 實際樣品分析

采集北京市域范圍內(nèi)具有代表性水樣,包括水源水、出廠水,以及監(jiān)測點管網(wǎng)水,共計48個樣品,詳細信息如表3所示。使用建立的檢測方法在豐水期、平水期以及枯水期分別對4種農(nóng)藥開展檢測。

表3 北京市調(diào)查水樣樣品信息Tab.3 Water Sample Imformation in Beijing

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜和質(zhì)譜條件的選擇

甲醇、乙腈是反相液相色譜分析中常用的2種有機相。李亞輝等[12]選用0.1%甲酸水溶液-甲醇為流動相同時檢測稻米和稻莖中42種農(nóng)藥殘留;王海燕等[16]采用0.1%甲酸水溶液-甲醇為流動相,同時測定水中敵百蟲和敵敵畏;樂淵等[17]采用甲醇-水(含1 mmol乙酸銨)測定香草蘭樣品中多菌靈和甲霜靈殘留。本試驗在上述優(yōu)化條件下,確定最佳的流動相組合為0.1%甲酸水溶液-甲醇,在此條件下,4種農(nóng)藥的峰形及色譜分離效果較好。

隨后進行了液相色譜梯度條件的優(yōu)化試驗,過程及結(jié)果如圖1所示。圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)是質(zhì)量濃度為100 μg/L的4種農(nóng)藥在不同洗脫程序下的總離子流圖,圖1(d)為優(yōu)化后的總離子流圖,可以看出優(yōu)化后4種農(nóng)藥峰形及色譜分離效果較好。

2.2 線性范圍及檢出限

使用含有5 μg/L標(biāo)準(zhǔn)品的溶液進行測定,測定方法見第2.1小節(jié)。將該溶液按照7次平行進行測定,計算測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差,依據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168—2020)中的附錄A中公式計算檢出限。

在該方法中,定量限的計算方式為檢出限的4倍,結(jié)果如表4所示。結(jié)果表明,在5～100 μg/L的質(zhì)量濃度時,4種農(nóng)藥的響應(yīng)與濃度間的線性關(guān)系良好,所有的相關(guān)系數(shù)R2均大于0.999。

表4 4種農(nóng)藥的線性范圍和檢出限Tab.4 Linear Range and Determination Limits of Four Pesticides

2.3 準(zhǔn)確度和精密度

在確定線性范圍后進一步進行了加標(biāo)回收試驗,試驗在出廠水、水源水以及龍頭水3種空白基質(zhì)中進行。選擇20、50、100 μg/L這3個質(zhì)量濃度水平下,分別測定各標(biāo)準(zhǔn)品的平均回收率和RSD,7次平行以衡量準(zhǔn)確度和精密度。結(jié)果表明,4種農(nóng)藥在出廠水、水源水以及龍頭水中的平均回收率為91.1%～114.1%,RSD為4.1%～13.1%,均小于20%(表5),說明該方法的準(zhǔn)確度和精密度良好。

注:(a)洗脫程序為0～1 min(90%A)、1～1.5 min(90%～70%A)、1.5～3.5 min(70%A)、3.5～4 min(70%～90%A)、4～5 min(90%A);(b)洗脫程序為0～5 min(70%A);(c)洗脫程序為0～1 min(30%A)、1～1.5 min(30%～70%A)、1.5～3.5 min(70%A)、3.5～4 min(70%～30%A)、4～5 min(30%A);(d)洗脫程序如表1所示。 圖1 4種農(nóng)藥的總離子流(100 μg/L)Fig.1 Total Ion Chromatogram of Four Pesticides (100 μg/L)

表5 4種農(nóng)藥在水樣中的平均添加回收率和精密度Tab.5 Average Recoveries of Four Pesticides in Water Samples and Experimental Precision

馬紅棗等[18]用GC-MS法檢測水體中乙酰甲胺磷的檢出限為20 μg/L;何書海等[19]用固相萃取/HPLC法發(fā)現(xiàn)甲霜靈在水體中檢出限為3.49 μg/L;王海燕等[16]采用UPLC-MS-MS法同時測定水中敵百蟲和敵敵畏,水中敵百蟲檢出限為0.6 μg/L。由此可見,本方法采用直接進樣方式仍有較低的檢出限,且具有較高的精確度和準(zhǔn)確度,能夠滿足水中乙酰甲胺磷、稻瘟靈、敵百蟲以及甲霜靈4種農(nóng)藥的快速檢測要求。

2.4 實際樣品測定

對于所收集的水樣進行了為期3個月的連續(xù)檢測,結(jié)果表明,4種農(nóng)藥均低于方法檢出限,未檢出。所調(diào)查水廠水源主要為南水北調(diào)進京水源及部分地下水,表明對于北京市供水來說,整體上此類農(nóng)藥處于較低的風(fēng)險水平。

3 結(jié)論

本研究建立了可同時測量乙酰甲胺磷、稻瘟靈、敵百蟲及甲霜靈的直接進樣UPLC-MS-MS方法。

(1)主要檢測方法如下:水樣過膜后采用C18色譜柱分離,以0.1%甲酸水溶液-甲醇為流動相進行梯度洗脫,采用多反應(yīng)監(jiān)測模式進行定性分析,采用外標(biāo)法進行定量分析。

(2)結(jié)果表明,該方法的線性范圍為5～100 μg/L,乙酰甲胺磷、稻瘟靈、敵百蟲、甲霜靈檢出限分別為1.78、1.66、1.62、1.86 μg/L;在出廠水、水源水、龍頭水中的平均回收率為91.1%～114.1%,RSD為4.1%～13.1%,具有較高的精確度和準(zhǔn)確度,滿足此4種農(nóng)藥進行同時檢測的要求。隨后對北京市代表性的水源水、出廠水及管網(wǎng)水進行了檢測,發(fā)現(xiàn)此4種農(nóng)藥均未檢出,表明北京市飲用水中此類農(nóng)藥處于較低的風(fēng)險水平。

(3)目前在飲用水的檢測分析中尚缺少可同時檢測此4種農(nóng)藥的方法,因此,本研究建立了簡便、快速的同時定量分析方法,對于推進新生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的實施具有重要意義,為我國供水安全保障提供了技術(shù)支撐。