固相萃取-在線凝膠滲透色譜-氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定水中31種有機(jī)氯農(nóng)藥

陳海玲,林 麒,王翠玲,陳華峰,華永有,劉麗菁

(1.泉州醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校,泉州 362011;2.食品安全檢測(cè)福建省高校應(yīng)用技術(shù)工程中心,泉州 362011;3.福建省人獸共患病研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(福建省疾病預(yù)防控制中心,福建醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院教學(xué)基地),福州 350001)

有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)包括氯代苯及其衍生物和氯化甲撐萘制劑,具有難降解性、生物累積性、遷移性和高毒性等特性。有9種OCPs被《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》列為首批受控持久性有機(jī)污染物[1]。GB 5749－2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[2]、GB 3838－2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[3]、第二版世界衛(wèi)生組織(WHO)《飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》和EPA 822-R-06-013《飲用水標(biāo)準(zhǔn)和健康建議》規(guī)定的OCPs的種類包括六六六、滴滴涕、七氯、六氯苯、艾氏劑、狄氏劑、異狄氏劑、環(huán)氧七氯等,限值為30～50 000 ng·L－1,具體見表1。其中“?”表示該標(biāo)準(zhǔn)僅適用于海洋漁業(yè)水域、海上自然保護(hù)區(qū)和珍稀瀕危海洋生物保護(hù)區(qū)的水樣。

表1 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的OCPs限值Tab.1 Limits of OCPs specified by water quality standards ng·L－1

目前,水體按類型可以分為海水和陸地水;陸地水又可分成地表水和地下水,而在土壤或水體底質(zhì)中的水又分為束縛水和間隙水。OCPs在水體中的污染現(xiàn)象比較普遍,如印度恒河水OCPs污染物主要為α-硫丹、β-硫丹[4];南非約翰內(nèi)斯堡市內(nèi)與周邊的表層水中OCPs 污染物主要為六六六和滴滴涕[5];西非尼日爾河水中主要OCPs污染物的總量為(1 138.0±246.7)ng·L－1[6]。河北省白洋淀春季地表水中總OCPs量為0.69～4.50 ng·L－1[7],夏季地表水中總OCPs 量為0.11～3.20 ng·L－1[8],錢塘江干流總OCPs量為1.31～6.68 ng·L－1,在這些河流中,檢出率最高的OCPs 為β-六六六和δ-六六六。單就福建省來說,這方面的研究主要集中在2006年以前,缺乏近期的研究數(shù)據(jù):1999年11月(枯水期),閩江口水中OCPs檢出量為0.532～1.82μg·L－1,閩江口間隙水中OCPs檢出量為4.54～13.7μg·L－1,主要為β-六六六、滴滴伊、七氯、β-硫丹、甲氧滴滴涕等[9];1998年7月(豐水期),廈門港表層水中檢出的OCPs污染物主要為α-六六六、β-六六六、p,p′-滴滴涕,檢出量為6.60～32.6 ng·L－1[10];1999年6月(豐水期),九龍江口表層水中檢出的OCPs總量為51.3～2 479 ng·L－1,間隙水為266～33 355 ng·L－1[11];興化灣河水和海水檢出的OCPs總量為10.96～56.31 ng·L－1和5.78～161.64 ng·L－1[12]。以上結(jié)果表明了監(jiān)測(cè)水體中OCPs的必要性和緊迫性。

水體中OCPs的常見前處理方法主要有液液萃取法(LLE)和固相萃取法(SPE)等。LLE存在有機(jī)溶劑用量大、易乳化、不易自動(dòng)化操作等缺點(diǎn),而SPE能克服以上缺點(diǎn)并且受基質(zhì)影響小[13],已成為主流的前處理方法。常見的儀器測(cè)定方法有氣相色譜-電化學(xué)檢測(cè)法(GC-ECD)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)、高效液相色譜法(HPLC)和高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(HPLC-MS)。GC-ECD 對(duì)OCPs具有高靈敏度,但是定性能力弱,容易出現(xiàn)假陽性結(jié)果。現(xiàn)行OCPs測(cè)定方法主要為GC-MS,如GB/T 5750.8－2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法有機(jī)物指標(biāo)》[14]。雖然GC-MS具有較強(qiáng)的定性能力,但是仍然存在靈敏度不足的問題。

SPE 具有有機(jī)溶劑用量小、不易乳化,自動(dòng)化操作等優(yōu)點(diǎn);在線凝膠滲透色譜(GPC)具有脂質(zhì)和色素凈化效果好、自動(dòng)化程度高,可大體積進(jìn)樣(10～20μL)等特點(diǎn);氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(GCMS/MS)靈敏度高,抗干擾能力強(qiáng);三者結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度、靈敏度和可靠性的分析。在線GPCGC-MS/MS檢測(cè)技術(shù)已應(yīng)用于大豆油[15]、煙葉[16]中的農(nóng)殘測(cè)定。據(jù)此,本工作建立了SPE-在線GPC-GC-MS/MS測(cè)定水中31 種OCPs含量的方法,以期能用于各流域豐水期、枯水期的上游、中游和下游等橫斷面不同空間水體中OCPs的監(jiān)測(cè)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

GC 2010plus/TQ 8040 型氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀;AUTO SPE-06D 型全自動(dòng)固相萃取儀,配Supelclean ENVI-18固相萃取柱(6 mL/500 mg);LC-20A 型在線凝膠滲透色譜儀。

30種OCPs的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液:50.0 mg·L－1,介質(zhì)為乙腈。

三氯殺螨醇標(biāo)準(zhǔn)溶液:100 mg·L－1,介質(zhì)為甲醇。

31種OCPs的混合標(biāo)準(zhǔn)中間液:5.0 mg·L－1,移取1.0 mL 30種OCPs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和0.5 mL三氯殺螨醇標(biāo)準(zhǔn)溶液,用乙腈定容至10.0 mL。

31種OCPs的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液:1.0 mg·L－1,移取2.0 mL 混合標(biāo)準(zhǔn)中間液,用乙腈定容至10.0 mL。

二氯甲烷、甲醇、丙酮、乙腈為色譜純;乙酸乙酯為農(nóng)殘級(jí);亞硫酸鈉為分析純;試驗(yàn)用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 在線GPC條件

GLNpak EV-200 型GPC 色譜柱(150 mm×2 mm);柱溫箱溫度40 ℃;采集時(shí)間40 min;流動(dòng)相為體積比為3∶7 的丙酮-環(huán)己烷混合液,流量0.1 mL·min－1;等度洗脫;進(jìn)樣量10μL。

1.2.2 色譜條件

SH-Rxi-5Sil MS 型毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25μm);載氣為氦氣;恒流模式,流量1.75 mL·min－1。柱升溫程序:初始溫度82 ℃,保持5.00 min;以8 ℃·min－1速率升溫至300 ℃,保持7.75 min。不分流進(jìn)樣;進(jìn)樣口(PTV)升溫程序:初始溫度120 ℃,保持5.00 min;以100 ℃·min－1速率升溫至250 ℃,保持33.70 min。

1.2.3 質(zhì)譜條件

電子轟擊離子(EI)源;電子能量70 eV;接口溫度300℃,離子源溫度200℃;溶劑延遲時(shí)間9.7 min;多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)模式。其他質(zhì)譜參數(shù)見表2。

表2 質(zhì)譜參數(shù)Tab.2 MS parameters

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品的采集

為了防止器材對(duì)測(cè)定結(jié)果的干擾:SPE 管路選擇聚四氟乙烯材質(zhì),其他所用容器選擇玻璃材質(zhì);普通玻璃器皿需在350℃下烘烤6 h,計(jì)量器皿需用丙酮清洗3次,采水器具在使用之前應(yīng)充分洗凈,并避免在運(yùn)輸過程中被污染。

參考GB/T 5750.8－2006 附錄B,在2019 年10月－2020年1月(枯水期)分別于福建省福州市連江浦口敖江入?？谔?地表水)、連江琯頭閩江入?？?地表水)、長(zhǎng)樂閩江入?？?地表水),泉州市晉江入?？?地表水)、洛陽江入?？?地表水),廈門市海灣公園(海水)、廈大白城(海水)、閩清桂峰村(地表水),寧德市三都澳(海水),三明市將樂玉華洞(地下水)和三明紡織廠(工業(yè)廢水)等地使用1 L 樣品瓶采集水樣。

采集的水樣在送至實(shí)驗(yàn)室后,應(yīng)在14 d內(nèi)完成固相萃取,萃取液用棕色進(jìn)樣瓶密封、于4℃避光保存,在30 d內(nèi)分析完畢。為了防止樣品采集和運(yùn)輸過程中的污染,每批樣品均需做運(yùn)輸空白(即取陰性超純水水樣,同采樣空瓶一道運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng),不打開,再同采集水樣一道運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室)與現(xiàn)場(chǎng)空白(即取陰性超純水水樣,同采樣空瓶一道運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng),到采樣現(xiàn)場(chǎng)后打開,密封后和采集水樣、運(yùn)輸空白一道運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室)。在測(cè)樣前,應(yīng)先分析運(yùn)輸空白和現(xiàn)場(chǎng)空白,以排除樣品采集和運(yùn)輸過程中的污染。

1.3.2 樣品的測(cè)定

SPE之前,需確認(rèn)全自動(dòng)固相萃取儀溶劑充足(大于100 mL),管路無漏液,氮?dú)馄繅毫Ρ泶笥? MPa,分壓表大于0.6 MPa,氣路無泄漏(保壓試驗(yàn)正常)。取500.0 mL 水樣,若水樣有肉眼可見的渾濁雜質(zhì),過孔徑0.45 μm 的濾膜。先依次用15 mL二氯甲烷、10 mL 乙酸乙酯、甲醇和水以5 mL·min－1速率活化SPE柱。以10 mL·min－1速率上樣,吹氮10 min以去除水分,用5 mL 二氯甲烷以1.0 mL·min－1速率洗脫,收集洗脫液。樣品瓶隔夜瀝干后,再用5 mL 二氯甲烷分2次洗滌樣品瓶,合并至洗脫液,氮吹定容至0.5 mL 后,移至進(jìn)樣瓶中,供在線GPC-GC-MS/MS分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜行為

按照試驗(yàn)方法測(cè)定31種OCPs的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液,所得總離子流色譜圖(TIC)見圖1。

圖1 31種OCPs的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液的TIC圖Fig.1 TIC chromatogram of mixed standard solution of 31 OCPs

2.2 SPE前水樣前處理的影響

取兩份500 mL 加標(biāo)超純水水樣(加標(biāo)量為200 ng·L－1)。一份不進(jìn)行前處理,直接按照試驗(yàn)方法1.3.2節(jié)測(cè)定;另一份按照文獻(xiàn)[17]進(jìn)行前處理:加入40～50μg亞硫酸鈉脫氯,用鹽酸調(diào)節(jié)p H小于2,加入甲醇5 mL,然后同方法1.3.2節(jié)測(cè)定。以加標(biāo)超純水水樣和等質(zhì)量濃度的31種OCPs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰面積比值計(jì)算回收率。結(jié)果顯示:未處理的水樣中31種OCPs的回收率為66.2%～163%,均值為115%;處理后的水樣的回收率為51.4%～152%,均值為103%;除異狄氏劑酮和滅蟻靈的處理后回收率(125%,71.3%)和處理前的(115%,67.4%)差異不大,其他化合物處理后的均變低?；诨厥粘浞值脑瓌t,試驗(yàn)選擇不對(duì)水樣進(jìn)行前處理。

2.3 SPE條件的選擇

2.3.1 SPE柱

試驗(yàn)采用了Supelclean ENVI-18 SPE 柱,主要原因?yàn)槠洳ＡЮw維基體可承擔(dān)更大的洗脫速率,吸附劑粒徑較小且分布均勻,洗脫體積較大[18]。

2.3.2 上樣速率

在500 mL超純水中加入100μL 31種OCPs混合標(biāo)準(zhǔn)使用液,加標(biāo)量為200 ng·L－1,分別以5,10,20 mL·min－1速率上樣后,按照1.3.2節(jié)試驗(yàn)方法測(cè)定。以加標(biāo)超純水水樣和等質(zhì)量濃度的31種OCPs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰面積比值計(jì)算回收率。結(jié)果顯示:上樣速率為5 mL·min－1時(shí),各待測(cè)物平均回收率為47.6%;上樣速率為10 mL·min－1時(shí),平均回收率為77.8%;上樣速率為20 mL·min－1時(shí),平均回收率為68.2%;可見上樣速率為10 mL·min－1時(shí)的回收效果較好,試驗(yàn)選擇的上樣速率為10 mL·min－1。

2.3.3 氮吹除水時(shí)間

為防止水樣中的水污染洗脫溶劑,對(duì)結(jié)果造成干擾。試驗(yàn)選擇在上樣后增加氮吹過程以除去水分。在500 mL超純水加入100μL 31種OCPs的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液,以10 mL·min－1速率上樣后,分別吹氮5,10 min,其余按照試驗(yàn)方法1.3.2節(jié)測(cè)定。以加標(biāo)超純水水樣和等質(zhì)量濃度的31種OCPs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰面積比值計(jì)算回收率。結(jié)果顯示:增加氮吹過程后,平均回收率由90.1%增至95.4%;異艾氏劑、反式九氯、p,p′-滴滴滴和o,p′-滴滴涕在吹氮5 min和吹氮10 min時(shí)的回收效果相當(dāng),其他目標(biāo)化合物在吹氮10 min時(shí)回收效果更好。因此,試驗(yàn)選擇的吹氮除水時(shí)間為10 min。

2.3.4 洗脫溶劑及其用量和洗脫速率

選用L9(34)正交設(shè)計(jì)表對(duì)洗脫溶劑及其用量和洗脫速率等洗脫條件進(jìn)行優(yōu)化。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中,三因素分別為洗脫溶劑A(溶劑極性由強(qiáng)到弱分別為丙酮、乙酸乙酯和二氯甲烷)、洗脫溶劑體積B(2,5,8 mL)、洗脫速率C(1.0,5.0,10.0 mL·min－1)。以各標(biāo)準(zhǔn)均有提到的毒性最大的γ-六六六回收率來考察SPE效果,結(jié)果見表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Orthogonal experiment results

對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析(ANOVA),γ-六六六ANOVA 結(jié)果顯示:方差分析3 個(gè)因素P值均大于0.05,說明各因素對(duì)萃取效果均無顯著性影響。綜合考慮可操作性強(qiáng)、回收率充分的原則,試驗(yàn)選用5 mL 二氯甲烷以1.0 mL·min－1的速率(表3中樣號(hào)8的條件)對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行洗脫。

2.4 樣品瓶的吸附作用

為了考察樣品瓶的吸附作用對(duì)目標(biāo)物測(cè)定的影響,取2份加標(biāo)超純水水樣(加標(biāo)量10.0 ng·L－1),一份直接按照試驗(yàn)方法測(cè)定;另一份在洗脫后,不用二氯甲烷洗滌樣品瓶,僅測(cè)定洗脫液中目標(biāo)物的含量。結(jié)果顯示:在合并樣品瓶洗滌液到洗脫液中后,OCPs的平均回收率由79.7%提高到83.4%,說明樣品瓶對(duì)OCPs有吸附作用。因此,試驗(yàn)選擇對(duì)樣品瓶隔夜瀝干、洗滌,并將洗滌液合并入洗脫液中進(jìn)行測(cè)定。

2.5 基質(zhì)效應(yīng)

分別采用空白樣品溶液和二氯甲烷配制20μg·L－1的31種OCPs的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,按照儀器工作條件測(cè)定,以測(cè)得的兩者的峰面積的比值(ME)來評(píng)價(jià)基質(zhì)效應(yīng)[19],結(jié)果顯示:ME 為0.93～1.80;五氯硝基苯(1.48)、δ-六六六(1.62)、p,p′-滴滴伊(1.80)和異狄氏劑(1.78)表現(xiàn)出較強(qiáng)的基質(zhì)效應(yīng)。因此,試驗(yàn)采用基質(zhì)匹配混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列來制作工作曲線。

2.6 工作曲線和檢出限

分別移取31 種OCPs的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液5,10,15,20,25,50,100,200μL,用空白樣品溶液逐級(jí)稀釋,配制成5,10,15,20,25,50,100,200 ng·L－1基質(zhì)匹配混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,按照儀器工作條件測(cè)定。以各待測(cè)化合物的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),其對(duì)應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,線性參數(shù)見表4。

對(duì)加標(biāo)量為10 ng·L－1的水樣進(jìn)行測(cè)定,平行測(cè)定7 次,計(jì)算測(cè)定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差(s),以3t(6,0.99)·s計(jì)算檢出限,以3倍檢出限計(jì)算測(cè)定下限,結(jié)果見表4。

由表4可知:檢出限為0.3～8.3 ng·L－1,測(cè)定下限為0.9～25 ng·L－1。

表4 線性參數(shù)、檢出限和測(cè)定下限Tab.4 Linearity parameters,detection limits and lower limits of determination

2.7 精密度和回收試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法對(duì)水、管網(wǎng)末梢水和洛陽江水均進(jìn)行3個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn),每個(gè)濃度水平平行測(cè)定6次,計(jì)算不同水樣中同一目標(biāo)化合物的平均回收率和測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見表5。

由表5可知:31種OCPs的回收率為67.0%～123%,RSD 為3.9%～20%。

表5 精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n＝6)Tab.5 Results of testes for precision and recovery(n＝6)

表5 (續(xù))

2.8 樣品分析

按照試驗(yàn)方法分析福建省11個(gè)地區(qū)枯水期的水樣,結(jié)果顯示:福建省枯水期各水體OCPs的檢出量為5.2～125.6 ng·L－1。其中:寧德市三都澳(海水)OCPs污染較嚴(yán)重,共檢測(cè)出11種OCPs,質(zhì)量濃度從高到低依次為p,p′-滴滴滴(125.6 ng·L－1)、o,p′-滴滴涕(60.4 ng·L－1)、p,p′-滴滴涕(42.7 ng·L－1)、p,p′-滴滴伊(37.8 ng·L－1)、o,p′-滴滴滴(36.6 ng·L－1)、反式九氯(35.7 ng·L－1)、o,p′-滴滴伊(33.0 ng·L－1)、滅蟻靈(31.1 ng·L－1)、反-氯丹(29.9 ng·L－1)、順-氯丹(27.4 ng·L－1)和八氯苯乙烯(18.2 ng·L－1);福州市連江浦口敖江入?？?地表水)檢出六氯苯(19.9 ng·L－1)、氧化氯丹(8.0 ng·L－1)、順-氯丹(5.2 ng·L－1)和p,p′-滴滴涕(14.3 ng·L－1);泉州市晉江入海口(地表水)檢出氧化氯丹(10.6 ng·L－1),洛陽江入?？?地表水)檢出六氯苯(17.5 ng·L－1);廈門市閩清桂峰村(地表水)檢出三氯殺螨醇(8.4 ng·L－1)。與福建省2006年以前的文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)相比,OCPs含量較低,且均低于中國或權(quán)威組織機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值,但是空間上存在寧德地區(qū)檢出種類偏多的特點(diǎn)。

2.9 方法比對(duì)

將本方法所得的檢出限同其他標(biāo)準(zhǔn)或參考文獻(xiàn)中的方法進(jìn)行了比對(duì),結(jié)果見表6。

由表6可知:本方法所能檢測(cè)的OCPs種類更多、濃度水平更低。

表6 不同方法比對(duì)結(jié)果Tab.6 Comparison of results by the different methods

本工作建立了SPE-在線GPC-GC-MS/MS 測(cè)定水中31種OCPs的方法,該方法具有自動(dòng)化程度高,準(zhǔn)確、靈敏等優(yōu)點(diǎn),并將該方法用于福建省各流域豐水期、枯水期的上游、中游和下游等橫斷面水體中OCPs的監(jiān)測(cè),對(duì)福建省環(huán)境保護(hù)、飲用水衛(wèi)生與人民健康具有重要的科學(xué)意義。