土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留分析用標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備

曹丹丹, 田 文, 封躍鵬, 劉海萍, 邱赫男, 吳忠祥

(環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所,北京100029)

土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留分析用標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備

曹丹丹, 田 文＊, 封躍鵬, 劉海萍, 邱赫男, 吳忠祥

(環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所,北京100029)

介紹了土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留分析用標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備方法。土壤樣品經(jīng)風(fēng)干、研磨、篩分、混勻后裝瓶。樣品經(jīng)索氏提取、弗羅里硅土小柱凈化后,采用氣相色譜-質(zhì)譜法對(duì)殘留的有機(jī)氯農(nóng)藥進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明,采自沈陽(yáng)地區(qū)的土壤中的有機(jī)氯農(nóng)藥含量分布較為均勻,是一種理想的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品候選物樣品。該研究為土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留分析用標(biāo)準(zhǔn)樣品的研制奠定了基礎(chǔ)。

氣相色譜-質(zhì)譜法;有機(jī)氯農(nóng)藥;標(biāo)準(zhǔn)樣品;土壤

Abstract:The p reparation method of new soil candidate certified reference materials(CRM)for the analysis of organochlorine pesticides in soils has been developed.The soil sample was dried,ground,homogenized and packed.After Soxhlet extraction and Florisil purification,the organochlorine pesticides in soil candidate were further determined using gas Chromatography mass spectrometry.The results show ed that the soil collected from Shenyang was an ideal soil candidate material for organochlorine pesticide analysis.This method established a foundation for the development of soil reference materials for the analysis of organochlorine pesticides.

Key words:gas Chromatography-mass spectrometry(GC-MS);organochlorine pesticides;reference m aterial;soil

有機(jī)氯農(nóng)藥是一類用于防治病蟲(chóng)害的含氯有機(jī)化合物的統(tǒng)稱,主要分為以環(huán)戊二烯為原料的氯丹、七氯、艾氏劑,以苯為原料的滴滴涕(DD T)和六六六,以及以松節(jié)油為原料的毒殺芬等三大類。有機(jī)氯農(nóng)藥的毒性較大,化學(xué)性質(zhì)比有機(jī)磷農(nóng)藥穩(wěn)定、難以降解,且易在生物體內(nèi)聚集和進(jìn)行長(zhǎng)距離遷移,造成全球性影響,因而是一類重要的持久性有機(jī)污染物[1]。在2001年《關(guān)于持久性有機(jī)污染物斯德哥爾摩公約》中首批控制的12種持久性有機(jī)污染物中就有9種為有機(jī)氯農(nóng)藥。因此,近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外均大規(guī)模地開(kāi)展了有關(guān)有機(jī)氯農(nóng)藥殘留的監(jiān)測(cè)和研究。

研究表明,各類有機(jī)氯農(nóng)藥在我國(guó)的污染非常普遍[2-5]。有機(jī)氯農(nóng)藥在多種環(huán)境介質(zhì),如大氣[6]、水體[7]、土壤[8]、沉積物[9]和生物體[10]中均有廣泛的分布[11]。其中土壤是有機(jī)氯農(nóng)藥殘留的重要介質(zhì)之一[12]。

環(huán)境基質(zhì)有機(jī)氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)樣品的研制對(duì)于建立并完善有機(jī)氯農(nóng)藥環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品體系具有重要的意義,為環(huán)境中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留的調(diào)查、研究和監(jiān)測(cè)等提供了技術(shù)支撐和質(zhì)量保證。近年來(lái),許多國(guó)家對(duì)各種基質(zhì)的有機(jī)氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)樣品展開(kāi)了研究,主要包括魚(yú)油[13]、脂肪[14,15]、飼料[16]、魚(yú)肉[17]、貽貝[17]、沉積物[18]以及土壤[19]等。目前,我國(guó)尚無(wú)完善的環(huán)境基質(zhì)有機(jī)氯農(nóng)藥分析用標(biāo)準(zhǔn)樣品,此類產(chǎn)品主要依賴于國(guó)外進(jìn)口。

本文建立了土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留分析用標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備與測(cè)定方法。對(duì)采自中國(guó)典型污染地區(qū)的土壤樣品進(jìn)行了制備,并對(duì)土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留含量進(jìn)行了測(cè)定,為土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留分析用標(biāo)準(zhǔn)樣品的研制奠定了基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)(Agilent6890/5973N,美國(guó)安捷倫公司),配有電子轟擊(EI)離子源;索氏提取恒溫水浴(日本柴田科學(xué)器械工業(yè)株式會(huì)社);旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(德國(guó)Heidolph公司);氮吹濃縮儀(N-EVAP111,美國(guó)O rganom ation Associates公司);微型渦輪裝置(QL-901,海門(mén)市其林貝爾儀器)。

所用玻璃器皿經(jīng)正己烷、丙酮、甲醇依次清洗后,再用自來(lái)水、蒸餾水沖洗,然后自然風(fēng)干,待用。

農(nóng)殘級(jí)丙酮與正己烷均購(gòu)自美國(guó)J.T.B aker公司;色譜純甲醇購(gòu)自美國(guó)Fisher公司;分析純銅片,臨用前先用6mol/L的鹽酸去除其氧化層,用去離子水洗至中性,然后依次用甲醇、丙酮、正己烷各洗滌3次;分析純無(wú)水硫酸鈉購(gòu)自北京化學(xué)試劑有限公司,于400℃下烘4h,冷卻后儲(chǔ)于密閉容器中;高純硅膠購(gòu)自M erk公司,依次用甲醇、二氯甲烷洗滌,在110℃下烘干過(guò)夜;使用前在250℃下烘24 h,冷卻后儲(chǔ)于密閉容器中;1 000m g Florisil小柱(6mL)購(gòu)自美國(guó)Supelco公司。

20種有機(jī)氯農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(溶劑為正己烷/甲苯(體積比為1∶1)):含有α-六六六(α-hexachlorocyclohexane,α-HCH)、β-六六六(β-hexachlorocyclohexane,β-HCH)、γ-六六六(γ-hexachlorocyclohexane,γ-HCH)、δ-六六六(δ-hexachlorocyclohexane,δ-HCH)、硫丹Ⅱ(endosulfanⅡ)、硫丹Ⅰ(endosulfan I)、順式氯丹(cis-chlordane)、反式氯丹(trans-chlordane)、七氯(hep tachlor)、環(huán)氧七氯(hep tachlor epoxide)、狄氏劑(dieldrin)、艾氏劑(aldrin)、異狄氏劑(endrin)、硫丹硫酸鹽(endosulfan sulfate)、異狄氏劑醛(endrin aldehyde)、異狄氏劑酮(endrin ketone)、甲氧滴滴涕(m ethoxychlor)、p,p′-DD T、p,p′-DDD、p,p′-DD E標(biāo)準(zhǔn)品(美國(guó)AccuStandard公司);o,p′-DD T和滅蟻靈(m irex)標(biāo)準(zhǔn)溶液(溶劑為正己烷,環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所);以α-六六六-d6,γ-六六六-d6,硫丹Ⅰ-d4與p,p′-DD E-d84種有機(jī)氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液為回收率指示物,以六氯苯-13C6為進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)(美國(guó)AccuStandard公司)。

1.2 樣品的制備

1.2.1 土壤原料樣品的采集

在天津、沈陽(yáng)、南京等有機(jī)氯農(nóng)藥污染嚴(yán)重的區(qū)域共采集土壤樣品300kg。

1.2.2 土壤原料樣品的粉碎干燥

采用自然通風(fēng)干燥,結(jié)合高鋁瓷球磨處理方法對(duì)土壤原料樣品進(jìn)行干燥和粉碎研磨處理。經(jīng)測(cè)定,干燥后土壤原料樣品的含水率均小于3.2%。

1.2.3 土壤原料樣品的篩分和混勻

利用80目篩對(duì)土壤原料樣品進(jìn)行篩分處理,對(duì)顆粒較大的原料樣品進(jìn)行再次球磨篩分,最終確保全部土壤原料樣品的粒徑小于80目。然后對(duì)篩分的土壤原料樣品進(jìn)行混勻處理。

1.2.4 土壤原料樣品的分裝

對(duì)完成混勻處理的原料樣品,以每瓶45g的裝樣量分裝于潔凈的玻璃樣品瓶中,其中沈陽(yáng)的土壤樣品分裝1 650瓶,南京的土壤樣品分裝1 750瓶,天津的土壤樣品分裝1 650瓶。

1.2.5 樣品的滅菌處理

分裝完成的瓶裝土壤樣品,采用Co60γ-射線照射進(jìn)行樣品的滅菌處理。輻照后經(jīng)過(guò)對(duì)土壤樣品抽樣檢驗(yàn),表明樣品滅菌均勻徹底,效果良好,滿足研制標(biāo)準(zhǔn)樣品的技術(shù)要求。

1.3 土壤樣品中有機(jī)氯農(nóng)藥的提取與分析

1.3.1 樣品前處理

取活化過(guò)的硅膠適量(2～3g)和150mL正己烷/丙酮(體積比為1∶1)于索氏提取器中,連續(xù)提取7～8h。提取水浴溫度保持在60℃,冷卻循環(huán)水溫度調(diào)節(jié)為10℃,預(yù)淋洗完成后棄去提取液。

稱取土壤樣品10g和活化的無(wú)水N a2SO410 g,置于燒杯中充分混勻,轉(zhuǎn)移至索氏抽濾筒中,準(zhǔn)確加入4.4m g/L的氘代回收率指示物100μL,加入約2cm高的無(wú)水N a2SO4,以150mL正己烷/丙酮(體積比為1∶1)連續(xù)索氏提取24h。提取溫度保持在60℃,冷卻循環(huán)水溫度調(diào)節(jié)為10℃。

提取完成后,待提取液冷卻至室溫后,在提取液中加入適量(4片,每片長(zhǎng)約4cm,寬約0.5cm)已活化的銅片,靜置約40m in脫硫,然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將提取液濃縮至1～2mL,再向燒瓶中加入20 mL正己烷,用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至1～2mL。該步驟連續(xù)重復(fù)兩次以完成溶劑置換。

1.3.2 弗羅里硅土小柱凈化

弗羅里硅土(Florisil)小柱先用10mL丙酮洗滌,再用20mL正己烷活化;將待凈化的濃縮液轉(zhuǎn)移至已活化的Florisil小柱上,加入12mL丙酮/正己烷(體積比為2∶98)混合溶劑洗脫,用K-D管接收全部洗脫液;洗脫液用氮吹儀濃縮,然后加入適量的六氯苯-13C6內(nèi)標(biāo)溶液混勻,用正己烷定容至1 mL,轉(zhuǎn)移至進(jìn)樣瓶中供GC-MS分析。

1.3.3 氣相色譜-質(zhì)譜分析條件

色譜柱:HP-5MS柱(30m×0.25mm×0.25 μm),進(jìn)樣口溫度:220℃;柱溫升溫程序:初始溫度90℃,保持1m in,然后以40℃/m in速率升溫到170℃,再以2℃/m in速率升溫到235℃,保持3 m in;離子源溫度:230℃;電離模式:EI;測(cè)量方法:選擇離子監(jiān)測(cè)(S IM);進(jìn)樣量:1μL。

2 結(jié)果與討論

2.1 采樣地點(diǎn)的選擇

為了滿足不同土壤類型、不同有機(jī)氯污染物程度等要求,分別采集了松遼平原、長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲以及天津等地域的包含了水稻田、苗圃、菜地、工廠用地等12個(gè)土壤樣品,并對(duì)采集樣品進(jìn)行了分析。根據(jù)測(cè)定結(jié)果,確定在天津、沈陽(yáng)和南京等3個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品制備的原料樣品的采集。這些土壤樣品符合《一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)樣品技術(shù)規(guī)范(JJG1006-1994)》要求,適合用作有機(jī)氯農(nóng)藥分析質(zhì)量控制的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品候選物。

2.2 分析過(guò)程的質(zhì)量控制

在實(shí)驗(yàn)測(cè)定過(guò)程中,每批測(cè)定均進(jìn)行空白樣品測(cè)定,結(jié)果表明空白樣品中有機(jī)氯農(nóng)藥濃度均低于檢出限。同時(shí)對(duì)美國(guó)APG公司研制的土壤有機(jī)氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了測(cè)定(結(jié)果見(jiàn)表1),測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值符合良好,說(shuō)明本方法準(zhǔn)確可靠。

表1 A PG公司的土壤樣品中有機(jī)氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定結(jié)果Table1 Results of organochlorine pesticides in soil reference materials from A PGμg/kg

在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)硫丹硫酸鹽和硫丹Ⅱ測(cè)定值偏低,這是因?yàn)楸狙芯坎捎玫母チ_里硅土屬正相吸附劑,硫丹Ⅱ和硫丹硫酸鹽的極性較強(qiáng),在弗羅里硅土凈化柱上保留很強(qiáng),而洗脫液丙酮/正己烷(體積比為2∶98)混合液的極性較弱,導(dǎo)致硫丹硫酸鹽和硫丹Ⅱ未能完全洗脫,導(dǎo)致測(cè)定值偏低。

2.3 回收率

向土壤樣品中加入了4種同位素回收率指示物用來(lái)指示樣品前處理,包括提取、凈化、氮吹濃縮等過(guò)程中可能引起的有機(jī)氯農(nóng)藥的損失。每種同位素回收率指示物用來(lái)指示與其性質(zhì)和保留時(shí)間相近的幾種有機(jī)氯農(nóng)藥組分。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同土壤候選物中回收率指示物的測(cè)定結(jié)果(n=3)Table2 Recoveries and RSD s of the recovery indicators in different soil candidate reference materials%

天津土壤樣品中4種同位素指示物的回收率為59.7%～70.2%,平行測(cè)定3次的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)小于8.6%;南京土壤樣品的回收率為78.0%～85.4%,平行測(cè)定10次的RSD小于5.1%;沈陽(yáng)土壤樣品的回收率為80.0%～82.4%,平行測(cè)定10次的RSD小于4.8%。雖然回收率略低,但基本滿足土壤樣品中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留的分析測(cè)定要求。

2.4 土壤樣品中有機(jī)氯農(nóng)藥的測(cè)定結(jié)果

對(duì)天津、南京、沈陽(yáng)三地所采集的土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品候選物進(jìn)行了10次重復(fù)測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表3。其中13種有機(jī)氯農(nóng)藥測(cè)定的RSD均小于20%,而對(duì)于濃度較高的o,p′-DD T和p,p′-DD T以及硫丹Ⅱ測(cè)定的RSD分別為24%、37%和40%,其原因可能是因?yàn)榱虻あ蛳疵摬煌耆绊懥酥貜?fù)測(cè)定的平行性。

表3 土壤候選物中有機(jī)氯農(nóng)藥的測(cè)定結(jié)果(n=10)Table3 Results of organochlorine pesticides in soil candidate reference materials(n=10)

在天津、南京和沈陽(yáng)土壤中分別檢出了13、16和13種有機(jī)氯農(nóng)藥組分。沈陽(yáng)土壤中雖檢出了七氯,但是因其濃度太低,故未能準(zhǔn)確定量。天津土壤中13種有機(jī)氯農(nóng)藥組分的含量水平差別較大,p,p′-DD E、p,p′-DDD、o,p′-DD T、p,p′-DD T4種組分的含量比其他組分的含量高出數(shù)十倍到數(shù)百倍。南京土壤中滅蟻靈的含量較高,為34 919μg/kg,其他有機(jī)氯農(nóng)藥組分的含量在數(shù)十至一千多μg/kg。沈陽(yáng)土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥含量均為數(shù)十至數(shù)百μg/kg,含量分布相對(duì)較為均勻,是一種理想的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品候選物樣品。

3 結(jié)論

本文介紹了土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留分析用標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備與測(cè)定方法。3個(gè)土壤樣品分別采自天津、沈陽(yáng)和南京等有機(jī)氯農(nóng)藥污染地區(qū)。結(jié)果表明,沈陽(yáng)土壤中的有機(jī)氯農(nóng)藥含量分布較為均勻,是一種理想的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品候選物樣品。該研究為土壤中殘留有機(jī)氯農(nóng)藥分析用標(biāo)準(zhǔn)樣品的研制奠定了基礎(chǔ)。

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Preparation of soil candidate reference materials for the analysis of organochlorine pesticides in soils

CAO Dandan,TIAN W en＊,FENG Yuepeng,LIU Haiping,QIU Henan,WU Zhongxiang
(Institu te for Environmental Reference Materials of Ministry of Environmental Protection,Beijing 100029,China)

O658

A

1000-8713(2010)05-0483-04

＊通訊聯(lián)系人:田 文,研究員,主要從事環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品研究.E-m ail:tian.w en@ierm.com.cn.

環(huán)境保護(hù)部環(huán)境保護(hù)公益項(xiàng)目(No.200709042).

2010-01-14

DO I:10.3724/SP.J.1123.2010.00483