加速溶劑萃取-氣相色譜-負(fù)化學(xué)離子化質(zhì)譜法測(cè)定土壤中有機(jī)磷農(nóng)藥

林長(zhǎng)青，張純淳，李鐘瑜，高 鵬

1．上海市普陀區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，上海 200062

2．島津企業(yè)管理(中國(guó))有限公司，上海 200052

有機(jī)磷農(nóng)藥具有廣譜高效、殘留期短、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，是我國(guó)使用范圍最廣，使用量最大的一類(lèi)農(nóng)藥。土壤中的殘留農(nóng)藥可以通過(guò)食物鏈的方式轉(zhuǎn)移，直接危害人類(lèi)的健康［1］。因此，建立合適的土壤中有機(jī)磷農(nóng)藥分析方法，具有非常重要的意義。

索氏提取、機(jī)械振蕩提取、超聲波萃取等［2］是目前從固態(tài)樣品中提取有機(jī)磷農(nóng)藥的幾種主要前處理方法。傳統(tǒng)索氏提取或機(jī)械振蕩提取，操作煩瑣、耗時(shí)長(zhǎng)、溶劑用量大、對(duì)人體健康造成危害［2-4］。加速溶劑萃取(ASE)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型前處理技術(shù)，它采用高溫高壓模式，增強(qiáng)溶劑的穿透能力，增加物質(zhì)溶解度和溶質(zhì)擴(kuò)散效率，具有回收率高、用時(shí)短、選擇性好、干擾小、溶劑用量少及自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境樣品分析中得到了廣泛應(yīng)用［4-7］。有研究表明［8-10］，對(duì)于敵敵畏、樂(lè)果、久效磷、二嗪農(nóng)等幾種不穩(wěn)定的農(nóng)藥，ASE方法的回收率可達(dá)到80%以上。

氣相色譜法(GC)是有機(jī)磷農(nóng)藥的常用檢測(cè)方法，但只能依據(jù)保留時(shí)間來(lái)定性，樣品基質(zhì)復(fù)雜時(shí)，抗干擾能力較差［11-13］，會(huì)造成結(jié)果的假陽(yáng)性。而使用氣相色譜-電子轟擊質(zhì)譜法(GC-EI-MS)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，雖然能較好地對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行定性和定量分析，但容易受到試樣基體的干擾而降低方法的靈敏度［7，14-16］。尤其是當(dāng)基質(zhì)較為復(fù)雜的情況下，產(chǎn)生的碎片離子峰較多，所以檢測(cè)較低含量的農(nóng)藥有一定困難。負(fù)化學(xué)電離(NCI)作為一種軟電離技術(shù)，通過(guò)將四級(jí)桿分析器的電壓反相，能夠選擇負(fù)離子，是一種靈敏度高、選擇性強(qiáng)的電離技術(shù)［17-21］。文章通過(guò)ASE萃取土壤中11種有機(jī)磷農(nóng)藥，分別使用GC-EI-MS和GC-NCI-MS進(jìn)行分析測(cè)定，并進(jìn)行了2種方法的比較。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

GCMS-QP2010 Ultra型氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，配電子轟擊電離(EI)和NCI離子源，日本;Rtx-5Sil MS石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，美國(guó);ASE350型加速溶劑萃取儀，配34 mL萃取池，美國(guó);Hei-VAP型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，德國(guó);載氣為99.999%氦氣，輔助氣為99.999%氮?dú)?，NCI反應(yīng)氣為99.999%甲烷氣。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液及試劑

丙酮、正己烷：農(nóng)殘級(jí)，美國(guó);無(wú)水硫酸鈉：分析純，江蘇;硅藻土：粒徑550μm，美國(guó);11種有機(jī)磷標(biāo)準(zhǔn)溶液(敵敵畏、甲拌磷、樂(lè)果、二嗪農(nóng)、甲基對(duì)硫磷、馬拉硫磷、對(duì)硫磷、殺撲磷、殺蟲(chóng)畏、丙溴磷、乙硫磷)：質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL，美國(guó)。用丙酮配制成100 μg/mL儲(chǔ)備液，儲(chǔ)存于冰箱中，使用前用丙酮稀釋成適當(dāng)濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.3 樣品前處理

稱(chēng)取20 g土壤樣品，與適量硅藻土混合均勻后裝入萃取池中。萃取溶劑為正己烷-丙酮(體積比1∶1，下同)混合溶劑，萃取溫度為80℃，加熱時(shí)間為5 min，靜態(tài)時(shí)間為5 min，洗脫時(shí)間為120 s，循環(huán)次數(shù)為2次。按上述條件萃取后，加入少量無(wú)水硫酸鈉干燥。萃取液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在40℃水浴中旋蒸至近干，再用丙酮定容至1 mL，轉(zhuǎn)移至進(jìn)樣小瓶，待測(cè)。

1.4 儀器條件

進(jìn)樣口溫度250℃，進(jìn)樣量1 μL，不分流進(jìn)樣;載氣控制模式為恒線速度40 cm/s;柱溫程序?yàn)?0℃保持1 min，以25℃/min的速率升溫至120℃，再以10℃/min的速率升溫至230℃，保持1 min，最后以20℃/min的速率升溫至300℃，保持2 min。

離子化方式為EI和NCI;離子源溫度230℃;色譜-質(zhì)譜接口溫度280℃;溶劑延遲時(shí)間5 min;采集方式為選擇離子掃描模式(SIM)，外標(biāo)法定量。

2 結(jié)果與討論

2.1 加速溶劑萃取條件的優(yōu)化

2.1.1 萃取溶劑的選擇

分別選擇了丙酮、正己烷-丙酮(1∶1)、二氯甲烷-丙酮(1∶1)作為萃取溶劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用二氯甲烷-丙酮(1∶1)與正己烷-丙酮(1∶1)分別作為萃取溶劑時(shí)，萃取效率基本相當(dāng)，且均優(yōu)于純丙酮。綜合考慮試劑毒性和萃取效率2個(gè)方面因素，以正己烷-丙酮(1∶1)混合溶劑作為萃取溶劑。

2.1.2 萃取溫度和時(shí)間的選擇

有機(jī)磷農(nóng)藥的穩(wěn)定性較差，較高溫度下(100℃)或加壓時(shí)間較長(zhǎng)(10 min)時(shí)，會(huì)發(fā)生分解［22］。因此萃取溫度和靜態(tài)時(shí)間分別選取了60、80℃和5、8 min進(jìn)行加標(biāo)回收率比較，最終確定萃取溫度80℃，靜態(tài)時(shí)間8 min。敵敵畏的回收率均較低，即使降低萃取溫度至60℃，回收率提高也不明顯。這主要是由于敵敵畏極易揮發(fā)，在氮吹濃縮過(guò)程中造成了損失［23］。當(dāng)改用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在真空密閉條件下對(duì)萃取液進(jìn)行濃縮時(shí)，敵敵畏的回收率可達(dá)到80%以上。

2.2 特征離子的選擇

EI法對(duì)大部分化合物都有響應(yīng)，且在離子化過(guò)程中，樣品分子會(huì)碎裂成若干碎片離子，色譜圖較復(fù)雜。而NCI法主要生成分子離子峰，且NCI法只對(duì)含電負(fù)性基團(tuán)的化合物有響應(yīng)，對(duì)其他化合物沒(méi)有響應(yīng)，選擇性較強(qiáng)，所以NCI法的色譜圖較純凈。分別用EI法和NCI法分析了質(zhì)量濃度為10 μg/L的有機(jī)磷農(nóng)藥的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，得到各自的總離子流圖，見(jiàn)圖1。

圖1 有機(jī)磷農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 μg/L)的總離子流圖

在選定的實(shí)驗(yàn)條件下，首先通過(guò)全掃描方式得到總離子流圖，然后根據(jù)分析物的質(zhì)譜圖選擇相應(yīng)的特征離子進(jìn)行選擇離子掃描，目標(biāo)化合物的特征離子見(jiàn)表1?？梢钥闯?，對(duì)于同樣濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，NCI法的靈敏度高于EI法，基質(zhì)的干擾也減少了。

表1 各組分名稱(chēng)、保留時(shí)間及特征離子

2.3 反應(yīng)氣的壓力調(diào)節(jié)

實(shí)驗(yàn)選擇甲烷作為NCI法的反應(yīng)氣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，甲烷氣的壓力與儀器靈敏度關(guān)系密切。甲烷氣的壓力越大，儀器靈敏度越高?？紤]到甲烷氣壓力升高，會(huì)降低質(zhì)譜的真空度，最終調(diào)節(jié)反應(yīng)氣的壓力為400 kPa。在此壓力條件下，儀器的靈敏度較高，質(zhì)譜的真空度保持在2×10－3Pa左右。

2.4 線性回歸方程

將標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成質(zhì)量濃度為10、20、50、100、200、500 μg/L 的標(biāo)準(zhǔn)曲線，用 EI法進(jìn)行分析，以各組分的峰面積(y)對(duì)質(zhì)量濃度(x)繪制EI法的標(biāo)準(zhǔn)曲線。將標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成質(zhì)量濃度為0.5、1、2、5、10 μg/L 的標(biāo)準(zhǔn)曲線，繪制 NCI法的標(biāo)準(zhǔn)曲線。從表2可見(jiàn)，在相應(yīng)的濃度范圍內(nèi)，2種方法的線性良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.998。

表2 有機(jī)磷農(nóng)藥的線性方程、相關(guān)系數(shù)

2.5 方法檢出限

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法檢出限(MDL)，平行實(shí)驗(yàn)7次，按選定方法進(jìn)行萃取和檢測(cè)，以5.0×10－4mg/kg的空白土壤加標(biāo)計(jì)算EI法的檢出限，以2.5×10－5mg/kg的空白土壤加標(biāo)計(jì)算NCI法的檢出限。從表3可以看出，對(duì)11種有機(jī)磷農(nóng)藥，NCI法的最低檢出限為5.0×10－6～2.0×10－5mg/kg。與EI法相比，可降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

2.6 加標(biāo)回收率測(cè)試

取空白土壤樣品20 g，以低、中、高3個(gè)水平，加入不同濃度有機(jī)磷農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照前處理步驟和儀器工作條件進(jìn)行分析測(cè)定，每種濃度加標(biāo)樣平行分析5次，計(jì)算加標(biāo)回收率和標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果見(jiàn)表4、表5。

表3 方法檢出限的比較 mg/kg

表4 NCI法有機(jī)磷農(nóng)藥的回收率及重現(xiàn)性結(jié)果 %

表5 EI法有機(jī)磷農(nóng)藥的回收率及重現(xiàn)性結(jié)果

3 結(jié)論

采用EI法和NCI法分析有機(jī)磷農(nóng)藥均能滿(mǎn)足分析需求。GC-EI-MS由于不需要甲烷作為反應(yīng)氣，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)。GC-NCI-MS分析有機(jī)磷農(nóng)藥，檢出限可降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，且選擇性較強(qiáng)，特別適用于土壤中痕量有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的分析。由于分析成本較高，目前GC-NCI-MS的應(yīng)用還不廣泛。但對(duì)于含有電負(fù)性基團(tuán)的有機(jī)磷農(nóng)藥來(lái)說(shuō)，GC-NCI-MS可用于該類(lèi)化合物的痕量檢測(cè)，是農(nóng)藥殘留分析領(lǐng)域非常有發(fā)展前景的分析方法。

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