氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法同時(shí)測定食用菌種植土壤中5種常用三氮苯類除草劑的含量

范 睿 ,孫志洪* ,路瑞娟 ,郭偉偉 ,倪 潔

(1.河北省滄州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,滄州 061001;2.滄州市生態(tài)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院,滄州 061001;3.滄州市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心,滄州 061001;4.河北省衡水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,衡水 053000)

食用菌多采用大棚栽培,為預(yù)防雜草的侵害,種植前會對土壤施用除草劑,以消除雜草對食用菌作物的影響[1]。三氮苯類除草劑在全球范圍內(nèi)使用較為廣泛,主要是殺傷雜草幼芽,在施用時(shí)極易在土壤中殘留,進(jìn)而污染食用菌,對人類健康造成危害[2-5]。因此,加強(qiáng)對食用菌栽培土壤中西瑪津等除草劑的監(jiān)測,對于指導(dǎo)食用菌種植和保護(hù)人民飲食安全具有現(xiàn)實(shí)意義[6-9]。

目前關(guān)于三氮苯類除草劑殘留量的測定方法已有報(bào)道,如文獻(xiàn)[10]采用超高效液相色譜法測定土壤中莠去津(又稱阿特拉津)的殘留量,文獻(xiàn)[11]研究了西瑪津在茶葉及土壤中的殘留與安全性評價(jià),但上述研究涉及的除草劑種類單一,不能全面考察土壤中三氮苯類除草劑微量殘留的水平。

本工作以食用菌栽培土壤為研究對象,以加速溶劑萃取法結(jié)合凝膠滲透色譜法提取、凈化食用菌栽培土壤,采用氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法同時(shí)測定西瑪津、氰草津、莠去津、撲滅津和草達(dá)津等5種常用三氮苯類除草劑的殘留量。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

AGILENT 7890B型氣相色譜儀,配自動進(jìn)樣器等;AGILENT 5973N 型三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀;THERMO ASE 400 型全自動加速溶劑萃取儀;NAI-DCY-24F型氮吹儀;GPC 1000型全自動凝膠凈化系統(tǒng);CP 214型電子天平。

單標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液:10.0 mg·L－1,準(zhǔn)確移取西瑪津溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1.0 mL,置于10 mL 容量瓶中,用體積比1∶2的丙酮-乙醇混合液定容,搖勻,即得西瑪津標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液;同法配制氰草津、莠去津、撲滅津、草達(dá)津標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列:準(zhǔn)確移取適量的單標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液,用體積比1∶2的丙酮-乙醇混合液稀釋,配制成質(zhì)量濃度均為0.01,0.05,0.1,0.5,1.0,5.0 mg·L－1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

西瑪津溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[GBW(E)083755]、氰草津溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[GBW(E)082306]、莠去津溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[GBW(E)083330]、撲滅津溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(SB05-265－2012)、草達(dá)津溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(1ST22113-100A),質(zhì)量濃度均為100 mg·L－1;乙醇、丙酮、乙腈和環(huán)己烷均為色譜純。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 加速溶劑萃取條件

萃取溫度80℃;萃取壓力9.5 k Pa;萃取劑為體積比1∶2的丙酮-乙醇混合液;萃取時(shí)間10 min,沖洗體積為萃取池體積的60%;循環(huán)次數(shù)5次;氮?dú)獯祾邥r(shí)間4 min。

1.2.2 色譜條件

HP-5ms色譜柱(45 m×0.25 mm,0.25μm);載氣為高純氦氣,流量1.5 mL·min－1;進(jìn)樣口溫度240 ℃;不分流進(jìn)樣,進(jìn)樣體積1.0μL。柱升溫程序:初始溫度80 ℃,以速率25 ℃·min－1升溫至150 ℃,保持2 min;以速率20 ℃·min－1升溫至230 ℃,保持8 min;以速率10 ℃·min－1升溫至320 ℃,保持6 min。

1.2.3 質(zhì)譜條件

電子轟擊離子(EI)源,離子源溫度245℃;電離電壓65 eV;延遲時(shí)間3.5 min;多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式。其他質(zhì)譜參數(shù)見表1。

表1 質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 MS parameters

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品的預(yù)處理

隨機(jī)采集食用菌種植土壤2 000 g,挑去植物根莖、石頭等異物,四分法將土壤樣品縮分為200 g;室溫下將土壤樣品自然風(fēng)干,粉碎后過100 目(0.150 mm)篩網(wǎng),過篩后的土壤樣品置于棕色廣口瓶中,冷藏儲存。

1.3.2 樣品的提取和凈化

取預(yù)處理后的樣品,室溫下放置30 min,準(zhǔn)確稱取10.0 g,加硅藻土約12 g,攪拌均勻后,置于萃取池中,按設(shè)定程序進(jìn)行加速溶劑萃取。收集萃取液,置于凝膠滲透色譜凈化瓶中,按以下條件凈化:OHpak SB-806 HQ 色譜柱(300 mm×7.8 mm,15μm);洗脫劑為體積比1∶1 的甲醇-乙腈混合液;流量10 mL·min－1。收集5～12 min的洗脫液,將洗脫液于50 ℃水浴氮吹至近干,用1 mL 體積比1∶2的丙酮-乙醇混合液渦旋溶解,按照儀器工作條件進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜行為

按照儀器工作條件測定混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,得到的色譜圖見圖1。

圖1 典型色譜圖Fig.1 Typical chromatogram

2.2 萃取方法的選擇

食用菌種植土壤基質(zhì)中通常含有大量的無機(jī)鹽、有機(jī)鹽,如硅酸鹽、金屬氧化物等,成分較為復(fù)雜,選擇高效的萃取方法可以有效提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度。土壤中除草劑的常用萃取方法為索氏抽提法、振蕩萃取法、加速溶劑萃取法等,振蕩萃取法較為經(jīng)典,但其萃取耗時(shí)長、環(huán)境友好度低,現(xiàn)在已很少采用;索氏抽提法是繼振蕩萃取法后常用的一種萃取方法,其萃取時(shí)間較長、萃取效率較低,且加入過程易造成除草劑的損失,導(dǎo)致檢測結(jié)果準(zhǔn)確度偏低;加速溶劑萃取法作為一種新型的提取方法,操作簡便且萃取效率高。試驗(yàn)比較了采用上述3種萃取方法對0.1 mg·L－1的空白加標(biāo)樣品進(jìn)行萃取時(shí)除草劑的回收率,結(jié)果見表2。

表2 在不同萃取方法下除草劑的回收率Tab.2 Recovery of herbicides by different extraction methods

結(jié)果表明,加速溶劑萃取法不僅萃取快速,而且除草劑的回收率較高,均在90.0%以上。因此,試驗(yàn)選擇的萃取方法為加速溶劑萃取法。

2.3 萃取條件的選擇

2.3.1 萃取溫度

合適的萃取溫度可以加速食用菌種植土壤中除草劑的萃取,有效提高檢測效率。以0.1 mg·L－1的空白加標(biāo)樣品為研究對象,保持其他萃取條件不變,設(shè)定萃取溫度分別為60,70,80,90,100℃,考察了萃取溫度對5 種除草劑回收率的影響,結(jié)果見表3。

表3 萃取溫度對除草劑回收率的影響Tab.3 Effect of extraction temperature on recovery of herbicides

由表3可知:5種除草劑的回收率隨著萃取溫度的升高而逐漸增大;當(dāng)萃取溫度分別為80,90,100 ℃時(shí),5種除草劑的回收率變化較小。因此,試驗(yàn)選擇的萃取溫度為80 ℃。

2.3.2 萃取時(shí)間

合適的萃取時(shí)間在提高分析效率的同時(shí)還可以降低食用菌種植土壤中其他干擾雜質(zhì)對基線噪聲的影響。以0.1 mg·L－1的空白加標(biāo)樣品為研究對象,保持其他萃取條件不變,設(shè)定萃取時(shí)間分別為8,9,10,11 min,考察了萃取時(shí)間對5種除草劑回收率的影響,結(jié)果見表4。

表4 萃取時(shí)間對除草劑回收率的影響Tab.4 Effect of extraction time on recovery of herbicides

結(jié)果表明,萃取時(shí)間為10 min時(shí),5種除草劑的回收率較高,且基線干擾最低。因此,試驗(yàn)選擇的萃取時(shí)間為10 min。

2.4 質(zhì)譜條件的選擇

按儀器工作條件設(shè)置色譜和質(zhì)譜參數(shù),設(shè)置質(zhì)譜掃描模式為全掃描(Q1 SCAN)模式,將5 mg·L－1西瑪津標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣分析,采集西瑪津母離子;再設(shè)置質(zhì)譜掃描模式為產(chǎn)物離子掃描(production SCAN)模式,采集西瑪津母離子對應(yīng)的碎片離子。根據(jù)碎片離子的響應(yīng)情況,選擇響應(yīng)較強(qiáng)的3個碎片離子,豐度最強(qiáng)的作為定量離子,其他作為定性離子。根據(jù)選定的母離子和子離子,分別進(jìn)行碰撞能量的優(yōu)化,建立西瑪津MRM 方法,同法建立氰草津、莠去津、撲滅津、草達(dá)津MRM 方法。具體質(zhì)譜參數(shù)見表1。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

按照儀器工作條件進(jìn)行測定,以除草劑的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),對應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明,5種除草劑的線性范圍均為0.01～5.0 mg·L－1,得到的線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見表5。

表5 線性參數(shù)和檢出限Tab.5 Linearity parameters and detection limits

以3倍信噪比(S/N)計(jì)算檢出限(3S/N),結(jié)果見表5。

2.6 回收試驗(yàn)

取食用菌種植空白土壤樣品,按照試驗(yàn)方法進(jìn)行0.01,0.5,5.0 mg·L－1等3個濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn),計(jì)算除草劑的回收率,結(jié)果見表6。

表6 回收試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Results of test for recovery

由表6可知:除草劑的回收率為84.6%～103%,滿足測定要求;隨著加標(biāo)量的增大,大部分除草劑的回收率逐漸升高,且趨于穩(wěn)定,可能是加標(biāo)量低時(shí),數(shù)據(jù)離散性受到系統(tǒng)誤差干擾的影響較大,如移液管、檢測儀器系統(tǒng)誤差等。

2.7 精密度試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法對0.1 mg·L－1空白土壤加標(biāo)樣品進(jìn)行分析,平行測定6次,計(jì)算除草劑測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。結(jié)果表明,西瑪津、氰草津、莠去津、撲滅津、草達(dá)津測定值的RSD 分別為2.4%,2.0%,1.8%,2.1%和2.9%,說明方法的精密度良好。

2.8 樣品分析

隨機(jī)取3處不同點(diǎn)位的食用菌種植土壤樣品,按試驗(yàn)方法進(jìn)行分析,計(jì)算樣品中西瑪津、氰草津、莠去津、撲滅津、草達(dá)津的殘留量,結(jié)果見表7。

表7 樣品分析結(jié)果Tab.7 Analytical results of the samples

由表7可知,兩處點(diǎn)位的食用菌種植土壤樣品檢出莠去津,質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.015,0.011 mg·kg－1,一處點(diǎn)位的食用菌種植土壤樣品檢出撲滅津,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.020 mg·kg－1,其余除草劑均未檢出。

本工作以加速溶劑萃取法萃取食用菌種植土壤樣品中的西瑪津、氰草津、莠去津、撲滅津、草達(dá)津,凝膠滲透色譜法凈化提取液,采用氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定上述除草劑的殘留量。結(jié)果表明,建立的方法具有自動化程度高、環(huán)境污染小等特點(diǎn),可以用于食用菌種植土壤中除草劑的檢測。