同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜法測(cè)定土壤中痕量有機(jī)氯農(nóng)藥殘留

黃文軍, 高麗榮, 弓愛君, 李 成, 王 璞,付 珊, 肖 珂, 張 兵, 劉文彬

(1.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,北京100085;2.北京科技大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院化學(xué)系,北京100083)

同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜法測(cè)定土壤中痕量有機(jī)氯農(nóng)藥殘留

黃文軍1,2, 高麗榮1＊, 弓愛君2, 李 成1, 王 璞1,付 珊1, 肖 珂1, 張 兵1, 劉文彬1

(1.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,北京100085;2.北京科技大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院化學(xué)系,北京100083)

建立了同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜測(cè)定土壤中痕量有機(jī)氯農(nóng)藥殘留的分析方法。采用加速溶劑法萃取土壤樣品,以正己烷/丙酮(體積比為1∶1)為提取溶劑,提取液經(jīng)過Florisil硅土固相萃取小柱凈化后,采用高分辨DB-5MS毛細(xì)管色譜柱(30m×0.25mm×0.25μm)分離,以保留時(shí)間和同位素特征離子豐度比定性,同位素峰面積比定量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,方法的回收率為77.3%～114.5%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)≤10.81%(n=5),檢出限均小于0.04pg/g。應(yīng)用該方法檢測(cè)某地區(qū)表層土壤中的有機(jī)氯農(nóng)藥,結(jié)果表明該方法適合測(cè)定環(huán)境土壤背景中痕量有機(jī)氯殘留。

高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜;同位素稀釋;有機(jī)氯農(nóng)藥;土壤

Abstract:A method for the determination of trace organochlorine pesticides(OCPs)in soil using isotope dilution and high resolution gas Chromatography-high resolution mass spectrometry(ID-HRGC-HRMS)was developed.The sam p le was extracted by accelerated solvent extractor(ASE)and cleaned-up by a Florisil solid phase extraction(SPE)cartridge.The analytes were separated by HRGC on a DB-5MS column(30m×0.25mm×0.25μm)and determined by HRMS.The identifications of OCPs were based on the retention time of13C-labelled standard and the abundance ratio of the two exact mass-to-charge ratios.The quantitative analysis was perform ed using the ratios of the integrated areas of the13C-labelled standards.This method has the recoveries ranging from77.3%to114.5%and the relative standard deviations(RSD)less than10.81%(n=5).The limits of detection(LOD s)of this method for all OCPs were lower than0.04pg/g.The results indicated that the method is rap id,selective and sensitive for precise determination requirements of organochlorine pesticides at trace level in soil.

Key words:high resolution gas Chromatography-high resolution mass spectrometry(HRGCHRMS);isotope dilution;organochlorine pesticide;soil

持久性有機(jī)污染物(PO Ps)具有高毒性和難降解等特點(diǎn),并易于在人體和生物體內(nèi)富集,從而給人類和生態(tài)環(huán)境帶來危害。《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》于2004年11月對(duì)我國(guó)正式生效。認(rèn)識(shí)我國(guó)PO Ps環(huán)境污染現(xiàn)狀,提出適合我國(guó)國(guó)情的PO Ps環(huán)境污染控制戰(zhàn)略是我國(guó)作為締約方履約的重要內(nèi)容。

首批列入斯德哥爾摩公約的12種持久性有機(jī)污染物包括六氯苯、滴滴涕、艾氏劑、狄氏劑、異狄氏劑、毒殺芬、七氯、氯丹、滅蟻靈類等9種有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)境介質(zhì)中痕量的有機(jī)氯農(nóng)藥的殘留分析已有很多文獻(xiàn)報(bào)道,其中主要采用加速溶劑萃取法(ASE)[1-5]和固相萃取(SPE)技術(shù)[6-9]對(duì)樣品進(jìn)行前處理,采用氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)器(GC-ECD)或氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GCMS)進(jìn)行檢測(cè)[10-12]。GC-ECD具有較高的靈敏度和檢出限,但ECD只能利用保留時(shí)間定性,而環(huán)境樣品基質(zhì)復(fù)雜,其他干擾物有可能干擾目標(biāo)物的測(cè)定,從而引起測(cè)定結(jié)果偏高。目前,環(huán)境背景中有機(jī)氯農(nóng)藥的檢測(cè)主要利用氣相色譜或者氣相色譜-低分辨質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)[9-15],但氣相色譜-低分辨質(zhì)譜對(duì)環(huán)境樣品中有機(jī)氯農(nóng)藥的檢出限偏高,而大部分樣品中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留水平低于檢出限,因而難以滿足環(huán)境樣品中痕量有機(jī)氯農(nóng)藥分析測(cè)試的需求。同位素稀釋-高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜法(ID-HRGC-HRMS)具有高靈敏度、高質(zhì)量測(cè)量精度、低檢出限、低定量限和高選擇性等優(yōu)勢(shì),成為痕量PO Ps分析的“終極定值法”。本文采用加速溶劑萃取(ASE)技術(shù)對(duì)樣品中的有機(jī)氯農(nóng)藥進(jìn)行提取,利用SPE技術(shù)對(duì)提取液進(jìn)行凈化,采用ID-HRGCHRMS進(jìn)行分析,并對(duì)方法的回收率、精密度、空白和基質(zhì)加標(biāo)等進(jìn)行了考察。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與材料

D FS高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國(guó)Therm o Fisher Scientific公司);ASE300加速溶劑萃取儀(美國(guó)Dionex公司);氮吹濃縮儀(美國(guó)O rganom ation Associates公司);旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(瑞士BüCH I公司);固相萃取裝置(美國(guó)Supelco公司);Florisil固相小柱(500m g,6mL,天津博納艾杰爾科技有限公司)。

13C標(biāo)記的OCPs標(biāo)準(zhǔn)溶液(LCS,含23種13C標(biāo)記的OCPs)、內(nèi)標(biāo)溶液(ISS,含13C標(biāo)記的PCB15,PCB70)以及校正標(biāo)準(zhǔn)溶液(CS,包括CS1,CS2,CS3,CS4,CS5,CS6,含LCS和ISS),純度均高于98%(美國(guó)C IL公司)。甲醇、丙酮、二氯甲烷、正己烷及甲苯均為農(nóng)殘級(jí)(美國(guó)J.T.Baker公司);無水硫酸鈉(分析純,天津市津科精細(xì)化工研究所),在660℃下灼燒8h后置于干燥器中備用。

1.2 樣品前處理

1.2.1 樣品提取的ASE條件

土壤樣品經(jīng)冷凍干燥后充分研磨,準(zhǔn)確稱取2.0g,并加入2.0μL的LCS,靜置平衡2h,與2.0 g硅藻土混勻,置于33mL的不銹鋼萃取池中進(jìn)行ASE處理。萃取溶劑為正己烷和丙酮(體積比為1∶1),溫度為100℃,壓力為10.34M Pa(1 500psi),靜態(tài)萃取時(shí)間為8m in,循環(huán)2次,淋洗溶劑的體積為60%萃取池體積,氮?dú)獯祾邥r(shí)間為120s。得到的萃取液待凈化。

1.2.2 樣品凈化

將萃取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至2mL,轉(zhuǎn)移至經(jīng)12 mL二氯甲烷/丙酮(體積比為9∶1)溶液淋洗的Florisil小柱進(jìn)行凈化處理。用10mL正己烷/丙酮(體積比為9∶1)溶液洗脫,接收洗脫液并用氮?dú)獯抵良s0.2mL,轉(zhuǎn)移到樣品瓶中,然后用細(xì)小的氮?dú)饬鲗悠反抵两?最后加入1.0ng的13C標(biāo)記的ISS和10μL壬烷,混勻后供分析。

1.3 HRGC-HRM S條件

1.3.1 色譜條件

色譜柱:DB-5MS色譜柱(30m×0.25mm×0.25μm,安捷倫公司);載氣:氦氣(純度≥99.999%);恒流模式,流速1.0mL/m in;進(jìn)樣方式:不分流進(jìn)樣。進(jìn)樣量:1μL;進(jìn)樣口溫度:260℃,傳輸線溫度:270℃;色譜柱升溫程序:初始溫度60℃,保持1.5m in,以12℃/m in的升溫速率升至140℃,再以6℃/m in的升溫速率升至300℃,保持1m in。圖1為200μg/L23種有機(jī)氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流色譜圖。

圖1 有機(jī)氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液(200μg/L)的總離子流色譜圖Fig.1 Totalioncurrent chromatogram of200μg/L organochlorine pesticide standard solution For peak identifications,see Table2.

1.3.2 質(zhì)譜條件

采用電子轟擊離子源(EI),電子能量:35eV;離子源溫度:230℃;采用選擇離子監(jiān)測(cè)(S IM)方式,對(duì)[M]+、[M+2]+和[M+4]+特征離子(見表1)進(jìn)行精確選擇檢測(cè)[16],通過各個(gè)目標(biāo)化合物(包括同位素內(nèi)標(biāo)物)的保留時(shí)間、特征離子及其特征離子峰之間的比值進(jìn)行定性分析;通過同位素的峰面積比值進(jìn)行定量分析。

表1 ID-HRGC-HRM S中有機(jī)氯農(nóng)藥的同位素特征離子Table1 mass parameters for major organochlorine pesticides by ID-HRGC-HRM S

2 結(jié)果和討論

2.1 樣品的凈化

對(duì)多種有機(jī)氯農(nóng)藥進(jìn)行同步凈化的方法要不使分析物產(chǎn)生分解。目前,有機(jī)氯農(nóng)藥提取后的凈化方法主要有柱色譜法、濃硫酸磺化法等。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)磺化法不適合于狄氏劑、異狄氏劑,而使用柱色譜凈化可選用硅膠或Florisil硅土進(jìn)行凈化。Florisil硅土可分離基質(zhì)中的非平面多氯聯(lián)苯(PCBs)、非極性化合物、聯(lián)苯類、氯苯、酚類、多環(huán)芳烴(PAHs)、滴滴伊(DD E)、滅鼠靈及其他農(nóng)藥等;未鍵合的活性硅膠具有一定的酸性,適合分離結(jié)構(gòu)相似的化合物。通過比較不同色譜柱的凈化效果,發(fā)現(xiàn)使用Florisil硅土對(duì)有機(jī)氯農(nóng)藥具有較好的凈化和分離效果。

2.2 回收率和精密度

取10.0g石英砂與10.0g的硅藻土混勻,加入50μL10μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液和同位素標(biāo)記物,按照以上實(shí)驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行分析,平行測(cè)定5組,計(jì)算各目標(biāo)物的回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見表2。

表2 有機(jī)氯農(nóng)藥的線性范圍、保留時(shí)間、回收率、精密度、檢出限及線性相關(guān)系數(shù)Table2 Linear ranges,retention times(tR),recoveries,precisions(RSD),limits of detection(LOD)and correlation coefficients(r)of OCPs

表2 (續(xù))Table2 (Con tinued)

2.3 線性范圍、相關(guān)系數(shù)和檢出限

用系列校正標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度分別為0.4,2,10,40,200,800μg/L)進(jìn)樣,利用同位素內(nèi)標(biāo)法,以目標(biāo)化合物與同位素指示物的峰面積比Y對(duì)其質(zhì)量濃度X(μg/L)進(jìn)行線性回歸。根據(jù)3倍信噪比(S/N)計(jì)算方法的檢出限,各目標(biāo)化合物的線性范圍、相關(guān)系數(shù)和檢出限見表2。

從表2可以看出,在0.4～800μg/L范圍內(nèi),23種有機(jī)氯農(nóng)藥呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系,方法的回收率為77.3%～114.5%,RSD≤10.81%,準(zhǔn)確度和精密度均達(dá)到農(nóng)藥殘留檢測(cè)的要求。

2.4 實(shí)際樣品分析

將所建立的方法用于3份實(shí)際土壤樣品的分析,實(shí)驗(yàn)過程中13C標(biāo)記有機(jī)氯農(nóng)藥同位素內(nèi)標(biāo)的回收率為55.7%～109.4%,實(shí)際土壤樣品中OCPs的檢測(cè)結(jié)果見表3。從檢測(cè)結(jié)果來看,七氯、艾氏劑、順式環(huán)氧七氯和異狄氏劑均未檢出;有機(jī)氯農(nóng)藥在2號(hào)樣品中的檢出含量相對(duì)較小,因此,該方法能夠適用于實(shí)際樣品中痕量水平的有機(jī)氯農(nóng)藥殘留檢測(cè)。

表3 實(shí)際土壤樣品中有機(jī)氯農(nóng)藥的含量Table3 Contents of OC Ps in soil samplesng/kg

3 結(jié)語

本文建立了同位素稀釋-高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜測(cè)定土壤中多種有機(jī)氯農(nóng)藥殘留的方法。方法具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)、質(zhì)量檢測(cè)精度高的特點(diǎn)。通過實(shí)際樣品的分析驗(yàn)證,表明該方法能夠適用于土壤中痕量水平有機(jī)氯農(nóng)藥殘留的分析。

[1] Hussen A,Westbom R,Megersa N,et al.Anal B ioanal Chem,2006,386(5):1525

[2] W ang X,Piao X,Chen J,et al.Chem osphere,2006,64(9):1514

[3] Hussen A,W estbom R,M egersa N,et al.J Chromatogr A,2007,1152:247

[4] He J,Balasubram anian R,Karthikeyan S,et al.Chem o-sphere,2009,75(5):640

[5] Barriada-Pereira M,Gonz C M,M uniategui-Lorenzo S,et al.Talanta,2007,71(3):1345

[6] Kang J H,Park H,Chang Y S,et al.Chem osphere,2008,73(10):1625

[7] Vagi M C,Petsas A S,Kostopoulou M N,et al.Desalination,2007,210:146

[8] Santos F J,Galceran M T.Trends Anal Chem,2002,21:672

[9] Barriada-Pereira M,Gonález-Castro M J,Muniategui-Lorenzo S,et al.J Chromatogr A,2004,1061:133

[10] Rubio M G,M edina A R,Reguera MI.M icrochemJ,2007,85(2):257

[11] Guo Q,Lv X,Tan L,et al.Chin J NatM ed,2009,7(3):210

[12] J ia L J,Deng Y Y.Chinese Journal of Chromatography(賈麗娟,鄧蕓蕓.色譜),2008,26(6):697

[13] Chang S,Doong R.Chem osphere,2006,62(11):1869

[14] Zou X M,Lin Z G,Peng S N,et al.Chinese Journal of Chromatography(鄒西梅,林竹光,彭淑女,等.色譜),2009,27(2):169

[15] Lou Z Y,Chen Z M,Luo F J,et al.Chinese Journal of Chromatography(樓正云,陳宗懋,羅逢健,等.色譜),2008,26(5):568

[16] Kum ar K S,Watanabe K,Takem ori H,et al.Arch Environ Contam Toxicol,2005,48(4):538

Determination of trace organochlorine pesticides in soil using isotope dilution-high resolution gas chromatography high resolution mass spectrometry

HUANG Wenjun1,2,GAO Lirong1＊,GONG A ijun2,LI Cheng1,WANG Pu1,FU Shan1,XIAO Ke1,ZHANG B ing1,L IU W enbin1
(1.Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100085,China;2.Department of Chemistry,School of App lied Science,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China)

O658

A

1000-8713(2010)05-0460-05

＊通訊聯(lián)系人:高麗榮,博士,副研究員,從事持久性有機(jī)污染物分析方法及環(huán)境行為研究.Tel:(010)62849356,E-m ail:gaolrong@yahoo.com.cn.

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(No.2007BAC27B01)和科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)資金項(xiàng)目(No.2008FY210100).

2010-01-14

DO I:10.3724/SP.J.1123.2010.00460