氣相色譜法測(cè)定農(nóng)田土壤和水中烯啶蟲胺殘留

趙方方，林靖凌，謝德芳，呂岱竹

(中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院分析測(cè)試中心 海南省熱帶果蔬產(chǎn)品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?571101)

烯啶蟲胺是一種重要的新煙堿類殺蟲劑[1-2]，它有強(qiáng)烈的內(nèi)吸、滲透性，對(duì)煙粉虱、白粉虱、蚜蟲等具有卓越的殺蟲活性，現(xiàn)已廣泛用于蔬菜、水稻、水果等多種作物害蟲的防治[3-7]，目前已成為有機(jī)磷、有機(jī)氯等高毒、高殘留農(nóng)藥的重要替代品種[8-12]。

烯啶蟲胺在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛使用，對(duì)環(huán)境及人體健康造成了嚴(yán)重危害。據(jù)報(bào)道，農(nóng)藥施用過(guò)程中，只有10%～20%附著在農(nóng)作物上，其余大部分散落在農(nóng)作物周邊的環(huán)境如土壤、水體中，從而破壞土壤中的微生物種群結(jié)構(gòu)，危害環(huán)境昆蟲，污染環(huán)境水體[13]。研究表明，新煙堿類殺蟲劑對(duì)傳粉昆蟲具有嚴(yán)重危害，威脅蜜蜂的種群，造成依靠蜜蜂傳粉的作物產(chǎn)量降低，歐盟現(xiàn)已經(jīng)禁用包括吡蟲啉在內(nèi)的3種新煙堿類殺蟲劑[14-16]。

烯啶蟲胺是一種水溶性較強(qiáng)的農(nóng)藥，具有強(qiáng)烈的內(nèi)吸作用，大量頻繁使用會(huì)對(duì)土壤微生物、昆蟲造成破壞；殘留在土壤、水體中被作物吸收后則造成農(nóng)藥殘留超標(biāo)，嚴(yán)重危害人們的身體健康；同時(shí)大量地表徑流造成烯啶蟲胺在農(nóng)田水域中殘留，導(dǎo)致水生生物死亡，因此測(cè)定土壤和水中烯啶蟲胺殘留量對(duì)于保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和評(píng)價(jià)烯啶蟲胺環(huán)境安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，人們主要采用高效液相色譜法(HPLC)、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)等檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品中的烯啶蟲胺[17-19]，但這些方法前處理操作復(fù)雜，且GC-MS或LC-MS/MS設(shè)備投資大，而針對(duì)烯啶蟲胺在農(nóng)田土壤和水中降解行為的研究較少。為此，本研究建立了適用于農(nóng)田土壤和水中烯啶蟲胺殘留的分析方法，并對(duì)實(shí)際樣品的色譜條件進(jìn)行優(yōu)化，保證農(nóng)藥在降解過(guò)程中檢測(cè)方法的適用性，以期為烯啶蟲胺的環(huán)境安全性評(píng)價(jià)提供切實(shí)可行的檢測(cè)方法。

1 材料與方法

1.1 材 料

土壤樣品：采集自?？?、儋州水稻田耕作層，除去石塊、植物根等其他雜物后于室溫下保存?zhèn)溆谩?/p>

水體樣品：采集自海口郊區(qū)某池塘。

標(biāo)準(zhǔn)品烯啶蟲胺(純度99.9%)購(gòu)自農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥檢定所。

1.2 儀器設(shè)備

氣相色譜儀(Agilent6890-μ-ECD)、高速勻漿機(jī)(IKA-T18)、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(HEIDOLPH-Laborota 4000)、萬(wàn)分之一天平(SHIMAZU)和恒溫振蕩培養(yǎng)箱(ZHP-400)。

1.3 樣品前處理

1.3.1 水樣前處理 采用乙腈和二氯甲烷2種萃取劑分別萃取水樣中的烯啶蟲胺。方法1：取水樣20 mL，加入40 mL乙腈混勻后再加入氯化鈉固體，使其達(dá)到過(guò)飽和，20 000 r/min勻漿1 min，6 000 r/min 離心5 min；離心后取上清20 mL，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干，用丙酮定容后過(guò)0.22 μm的濾膜，待測(cè)。方法2：取水樣20 mL加入1 g氯化鈉固體，再加入15 mL二氯甲烷萃取，收集下層溶液后重復(fù)萃取上層清夜3次，合并萃取液，無(wú)水硫酸鈉干燥，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干，丙酮定容，過(guò)0.22 μm濾膜，待測(cè)。

1.3.2 土壤樣品前處理 采用2種方法對(duì)土壤樣品中的烯啶蟲胺進(jìn)行提取。方法1：取土壤樣品20 g，加入40 mL乙腈后加入氯化鈉固體至不再溶解，置于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中250 r/min振蕩3 h，4 000 r/min 離心10 min，取上層清夜20 mL，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干，用丙酮定容后過(guò)0.22 μm的濾膜，待測(cè)。方法2：取土壤樣品20 g，加入50 mL丙酮-水(體積比2∶1)，置于恒溫振蕩培養(yǎng)箱內(nèi)250 r/min振蕩3 h，4 000 r/min離心10 min，取上清液25 mL，加10 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%氯化鈉水溶液，再加入15 mL二氯甲烷萃取，收集下層溶液，并重復(fù)萃取上層清液3次，合并萃取液，無(wú)水硫酸鈉干燥，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干，用丙酮定容，過(guò)0.22 μm濾膜，待測(cè)。

1.4 氣相色譜條件

烯啶蟲胺在水體和土壤中會(huì)逐漸降解，水體中的降解產(chǎn)物無(wú)法與烯啶蟲胺分離，因此需要建立新的色譜方法。

1.4.1 烯啶蟲胺標(biāo)準(zhǔn)品溶液的氣相色譜條件 HP-5色譜柱，流速1.5 mL/min，分流比40∶1，進(jìn)樣口溫度280 ℃，檢測(cè)器溫度290 ℃，柱溫180 ℃保持4 min，以2 ℃/min升至200 ℃后保持1 min。

1.4.2 水樣的氣相色譜條件 HP-5色譜柱，流速0.8 mL/min，分流比40∶1，進(jìn)樣口溫度280 ℃，檢測(cè)器溫度290 ℃，柱溫150 ℃保持1 min，以2 ℃/min 升至180 ℃后保持1 min，再以2 ℃/min升至186 ℃。

1.4.3 土壤樣品的氣相色譜條件 HP-5色譜柱，流速1.5 mL/min，分流比40∶1，進(jìn)樣口溫度280 ℃，檢測(cè)器溫度290 ℃，柱溫180 ℃保持4 min，以2 ℃/min升至200 ℃后保持1 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 烯啶蟲胺標(biāo)準(zhǔn)品溶液的色譜分析

在試驗(yàn)條件下，烯啶蟲胺標(biāo)準(zhǔn)品氣相色譜圖見(jiàn)圖1。由圖1可以看出，烯啶蟲胺保留時(shí)間為6.310 min。同時(shí)，因空白樣品在目標(biāo)物出峰時(shí)間處無(wú)干擾，而且樣品成分簡(jiǎn)單，雜質(zhì)峰較少，不干擾目標(biāo)物，因此，水樣和土壤樣品中烯啶蟲胺的測(cè)定均無(wú)需凈化。

圖1 烯啶蟲胺標(biāo)準(zhǔn)品溶液的氣相色譜圖

2.2 樣品前處理方法的選擇

2.2.1 水樣前處理方法 參照《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全性評(píng)價(jià)準(zhǔn)則》，水樣品中設(shè)置1，0.1 mg/kg 2個(gè)加標(biāo)量，2種提取方法的添加回收率結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可以看出，方法1的添加回收率為76.5%～87.6%，方法2的添加回收率為80.6%～92.7%，二者無(wú)明顯差異，都符合農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法的要求，均視為可行方法；但從方法的操作性方面，方法1只需勻漿離心即可，操作簡(jiǎn)單；而方法2需要多步萃取及干燥，操作復(fù)雜而且耗用較多的有機(jī)試劑，因此方法1在實(shí)際應(yīng)用中具有更大的優(yōu)勢(shì)。

2.2.2 土壤樣品前處理方法 參照《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全性評(píng)價(jià)準(zhǔn)則》，土壤樣品中設(shè)置10，1 mg/kg 2個(gè)添加量，2種前處理方法的添加回收率結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出，方法1回收率為45.8%～63.7%，明顯低于方法2(75.9%～82.3%)；雖然方法1操作簡(jiǎn)單，但回收率太低，不能滿足相關(guān)檢測(cè)要求。因此，土壤樣品前處理采用方法2。

表1 烯啶蟲胺水樣不同提取方法的添加回收率及標(biāo)準(zhǔn)曲線

表2 烯啶蟲胺土壤樣品不同提取方法的添加回收率及標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.3 樣品檢測(cè)色譜條件的優(yōu)化

考慮到農(nóng)藥在水體和土壤中會(huì)逐漸降解，可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相似的降解產(chǎn)物，測(cè)定時(shí)無(wú)法與母體分離，因此土壤或水樣中農(nóng)藥殘留實(shí)際檢測(cè)可能需要建立與加標(biāo)回收試驗(yàn)不同的色譜方法。本試驗(yàn)設(shè)置了樣品水解組和土壤降解組進(jìn)行驗(yàn)證。水解試驗(yàn)在pH=9的Clark-Lubs緩沖體系中進(jìn)行，土壤降解條件為恒溫25 ℃避光透氣，降解后的氣相圖譜如圖2所示。由圖2可以看出，在土壤降解過(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生干擾烯啶蟲胺測(cè)定的物質(zhì)出現(xiàn)(圖2-A)，原色譜檢測(cè)條件仍然適用；而水解過(guò)程中產(chǎn)生了新的物質(zhì)，無(wú)法與烯啶蟲胺色譜峰分離(圖2-B)，因此需要建立新的色譜方法。一般情況下，良好的色譜條件既要保證待測(cè)物的完全分離，又要保證所有組分流出色譜柱，且分析時(shí)間越短越好[9]。在本試驗(yàn)中，經(jīng)多次檢測(cè)，最終選定水樣的升溫程序?yàn)槌鯗?50 ℃，保持1 min，以2 ℃/min升至180 ℃，保持1 min，再以2 ℃/min升至186 ℃；流速則由1.5 mL/min 降至0.8 mL/min(圖2-C)。

圖2 土壤和水樣中烯啶蟲胺的氣相色譜圖

2.4 方法的靈敏度

以一定量的烯啶蟲胺標(biāo)準(zhǔn)品溶液進(jìn)樣，按3倍噪音所需待測(cè)物的濃度計(jì)算，烯啶蟲胺最小檢出量為1×10-10g。在空白樣品中添加一定量的烯啶蟲胺標(biāo)準(zhǔn)品溶液，按10倍噪音所需待測(cè)物的濃度計(jì)算(以mg/kg為單位)，則本試驗(yàn)所建立方法的定量限為0.05 mg/kg。

3 討 論

本研究經(jīng)過(guò)優(yōu)化、對(duì)比分析建立了土壤和水中烯啶蟲胺的提取、檢測(cè)方法。提取水樣中烯啶蟲胺時(shí)，分別采用乙腈提取和二氯甲烷萃取2種方法，2種方法的添加回收率差異不大。烯啶蟲胺是一種水溶性(840 g/L[10])農(nóng)藥，因此提取水樣中的烯啶蟲胺時(shí)，需要降低其在水中的溶解度；當(dāng)有機(jī)物溶于水時(shí)，易與水分子形成溶膠，穩(wěn)定在水中，溶膠分子遇鹽離子發(fā)生凝聚，降低了在水中的溶解度，甚至?xí)龀鯷20-21]。用乙腈提取時(shí)在水樣中添加氯化鈉使其達(dá)到飽和狀態(tài)，鹽離子同時(shí)破壞了烯啶蟲胺和乙腈在水中形成的溶膠，使溶膠無(wú)法穩(wěn)定地溶于水中，因此乙腈與飽和氯化鈉溶液產(chǎn)生分層，烯啶蟲胺溶進(jìn)乙腈層，較好地達(dá)到了提取的目的。用二氯甲烷提取時(shí)，雖然萃取效果差異不大，但是要經(jīng)過(guò)4次萃取，然后進(jìn)行干燥，操作繁瑣，因此選擇乙腈進(jìn)行提取。土壤樣品是比較特殊的樣品，也是農(nóng)藥污染、殘留比較重的對(duì)象[22]。本研究對(duì)土壤樣品進(jìn)行提取時(shí)，比較乙腈和丙酮-水混合液的提取效果，前者回收率不足60%，而后者效果較佳，達(dá)到75.9%～82.3%，滿足回收率的要求。由于農(nóng)藥與土壤會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的耦合作用[20]，單純用乙腈很難將農(nóng)藥從土壤中釋放出來(lái)，因此常采用混合溶劑進(jìn)行農(nóng)藥分子的釋放、提取，提高提取能力。

環(huán)境中的農(nóng)藥會(huì)進(jìn)行不同作用的降解(如水解、光解等)或其他化學(xué)作用，產(chǎn)生降解物或其他新的物質(zhì)。農(nóng)藥降解物結(jié)構(gòu)與農(nóng)藥母體接近，在測(cè)定時(shí)會(huì)因與農(nóng)藥母體色譜峰不易區(qū)分而無(wú)法準(zhǔn)確定量。本研究中樣品在水解一段時(shí)間后，烯啶蟲胺濃度下降并產(chǎn)生1個(gè)與其很難分離的峰，而且該峰的面積隨著烯啶蟲胺峰面積的減小而增大，因此推斷該峰為烯啶蟲胺的降解產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)與其類似，需要通過(guò)改變氣體流速和程序升溫等方法將其與烯啶蟲胺分離，從而達(dá)到準(zhǔn)確定量；而在土壤降解過(guò)程中，未出現(xiàn)影響農(nóng)藥定量的新物質(zhì)。

目前，關(guān)于烯啶蟲胺的檢測(cè)方法主要集中在棉花、水稻、柑橘等作物及其種植土壤上。付巖等[19]采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC-MS/MS) 對(duì)柑橘和土壤中烯啶蟲胺的殘留進(jìn)行測(cè)定；楊金川等[18]建立了烯啶蟲胺在水稻和稻田環(huán)境中的殘留及消解動(dòng)態(tài)。本研究建立的方法適用于烯啶蟲胺在主要環(huán)境因素中的殘留測(cè)定，并將不同介質(zhì)中的降解產(chǎn)物對(duì)農(nóng)藥母體測(cè)定的影響因素考慮在內(nèi)，而且檢測(cè)方法處理簡(jiǎn)單、靈敏度高，是烯啶蟲胺環(huán)境行為研究的重要基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

本研究建立的土壤和水中烯啶蟲胺殘留的檢測(cè)方法，靈敏度高、準(zhǔn)確度高，線性好，符合農(nóng)藥殘留分析要求，可用于土壤和水中烯啶蟲胺殘留量的測(cè)定。同時(shí)，該方法對(duì)實(shí)際土壤和水樣品的色譜條件進(jìn)行了優(yōu)化，保證了農(nóng)藥在降解過(guò)程中檢測(cè)方法的適用性。

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