離子色譜法分析土壤中的矮壯素和縮節(jié)胺*

張強(qiáng) 張錦梅，王敬花，王珊珊，田海峰

(青島市計(jì)量測試所，山東青島 266101) (青島盛瀚色譜技術(shù)有限公司，山東青島 266101)

矮壯素 (chlorocholine chloride，CQ，2-氯乙基三甲銨氯化物)和縮節(jié)胺(mepiquat chloride，MQ，1，1-二甲基哌啶氯化物)是我國廣泛使用的兩種植物生長調(diào)節(jié)劑，它們可經(jīng)由葉片、幼枝、芽、根系吸收進(jìn)入植株體內(nèi)，抑制赤霉素的合成，從而有效地控制植物徒長，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。矮壯素和縮節(jié)胺是高效、低毒、無藥害內(nèi)吸性藥劑，廣泛地用于土壤、水稻、棉花、煙草、玉米及各種塊根作物上[1]。這兩種植物生長調(diào)節(jié)劑雖然低毒，但仍然會給人體帶來危害。研究表明，即使在低于日允許攝人量(ADI)濃度水平下，矮壯素對動物的繁殖能力仍有不良影響[2]。美國國家職業(yè)安全和健康研究所(NIOSH)發(fā)布的化學(xué)物質(zhì)毒性數(shù)據(jù)庫(RTECS)已將矮壯素列為疑似內(nèi)分泌干擾物質(zhì)。矮壯素和縮節(jié)胺均為季銨鹽類化合物，極性和水溶性強(qiáng)，在土壤中具有吸附性，容易污染地下水，會給環(huán)境造成一定的污染。2006年M. Srensen等[3]研究了縮節(jié)胺在哺乳類動物體內(nèi)的殘留量，但沒對縮節(jié)胺對人體是否安全做出結(jié)論。

目前我國檢測矮壯素殘留的化工標(biāo)準(zhǔn)有化學(xué)法(水劑HG2-818-75)、電位滴定法(CIPAC手冊，1988，D，39)。化學(xué)法 (水劑 HG2-818-75)采用化學(xué)滴定進(jìn)行定量分析，通過硝酸銀滴定測定游離氯和總氯，由此計(jì)算矮壯素的含量，但該方法靈敏度不高，誤差較大，不適合矮壯素的痕量分析。電位滴定法其實(shí)質(zhì)仍為化學(xué)滴定法，但以電位滴定來確定滴定終點(diǎn)，靈敏度較化學(xué)法有所提高，但同樣存在樣品消耗量大的問題[4]。封順等[5]對矮壯素和縮節(jié)胺的分析方法進(jìn)展也做了論述。早期分析矮壯素和縮節(jié)胺的方法還包括 TLC[6]、離子色譜法[7]、氣相色譜法[8-9]和 HPLC 法[10]。氣相色譜法的測定需要對樣品進(jìn)行衍生，但衍生化過程會造成回收率低、干擾物質(zhì)增加、檢測結(jié)果易產(chǎn)生假陽性等問題[9]。矮壯素和縮節(jié)胺的弱揮發(fā)性和強(qiáng)極性決定了其適合采用液相色譜法進(jìn)行檢測，但因其分子結(jié)構(gòu)簡單，不含有發(fā)色基團(tuán)，也需要衍生化后才能進(jìn)行紫外檢測[11]。采用質(zhì)譜檢測則可以解決這一問題，因此目前常采用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法進(jìn)行分析[12]，但質(zhì)譜儀高昂的成本提高了矮壯素和縮節(jié)胺常規(guī)檢測的成本。傅里葉變換拉曼光譜法[13]雖然相對降低了檢測成本，但由于儀器不夠普及，不適合常規(guī)檢測。采用離子色譜法測定矮壯素和縮節(jié)胺，雖然靈敏度沒有氣相色譜-質(zhì)譜或液相色譜-質(zhì)譜高，但該方法具有操作簡單、快速、實(shí)用等特點(diǎn)，能滿足矮壯素和縮節(jié)胺的常規(guī)檢測，且離子色譜儀及其操作的成本較質(zhì)譜低，實(shí)際推廣性更強(qiáng)。

已有文獻(xiàn)報(bào)道采用流動相離子色譜測定矮壯素和縮節(jié)胺[14]。矮壯素和縮節(jié)胺是季銨鹽類化合物，在離子交換樹脂上保留較強(qiáng)，Peeters[15]等用陽離子交換抑制電導(dǎo)檢測法測定梨中的矮壯素，其在色譜分離過程中用很高濃度的硫酸作為淋洗液時，仍存在峰形較寬等問題。隨著離子色譜柱合成工藝的改進(jìn)，可直接用離子色譜法同時測定矮壯素和縮節(jié)胺。目前國外對蔬菜[16]、水果[17]和谷物[18]中矮壯素的殘留檢測多采用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法。液-質(zhì)聯(lián)用雖然具有高靈敏度和高選擇性的優(yōu)勢，增加了定性、定量的可靠性，但是液-質(zhì)聯(lián)用成本相對較高。郭幸麗[19]曾采用高效液相色譜-電噴霧質(zhì)譜法測定土壤中的矮壯素殘留，矮壯素檢出限較高。筆者采用離子交換電導(dǎo)法同時檢測土壤中的矮壯素和縮節(jié)胺，可以滿足一般常規(guī)要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

離子色譜儀：CIC-300型，配有恒溫電導(dǎo)檢測池、色譜柱恒溫、光學(xué)檢測器、SH-A自動進(jìn)樣器，青島盛瀚色譜技術(shù)有限公司；

色譜工作站：HW-2000型，上海千譜公司；

過濾膜：0.22 μm，天津Automatic Science公司；

超純水系統(tǒng)：UPT-Ⅱ-20L型，成都超純科技有限公司；

超聲波：HS-102600型，天津恒奧科技有限公司；

離心機(jī)：Anke TDL80-2B型，上海安亭科學(xué)儀器廠；

甲烷磺酸：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

乙腈：HPLC，美國Tedia公司；

縮節(jié)胺、矮壯素標(biāo)準(zhǔn)品：純度大于99%，德國Dr. Ehrenstorfer公司；

縮節(jié)胺和矮壯素標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液：準(zhǔn)確稱取適量的縮節(jié)胺和矮壯素標(biāo)準(zhǔn)品，用超純水配制成濃度均為1000 mg／kg的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，在-4℃冰箱中保存；

縮節(jié)胺和矮壯素混合標(biāo)準(zhǔn)液：分別準(zhǔn)確吸取2.0 mL縮節(jié)胺和矮壯素標(biāo)準(zhǔn)品于100 mL容量瓶中，用超純水定容，得到濃度均為20.0 mg／kg的縮節(jié)胺和矮壯素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液；

實(shí)驗(yàn)用水為超純水(電阻率為18.2 MΩ·cm)。

1.2 色譜條件

色譜柱：SH-CC-3陽離子交換柱(150 mm×4.6 mm，5 μm)，填料表面為羧酸基的聚丙烯酸樹脂；檢測器：電導(dǎo)檢測器；淋洗液用3 mmol／L甲烷磺酸等度淋洗，流速1.0 mL／min；檢測溫度：40℃；進(jìn)樣量：100 μL；定量方法為外標(biāo)法，以保留時間定性，峰面積定量。

1.3 樣品處理

在農(nóng)田中采用對角線布點(diǎn)法或者梅花形布點(diǎn)法，隨機(jī)采用深度0～10 cm的土壤樣品1 kg，將其樣品攤平，挑出其中的石塊、草根及其它植物殘?bào)w等雜物，自然陰干，人工碾碎，過840 μm(20目)尼龍篩。用四分法保留100 g土樣，用研缽磨細(xì)，全部過150 μm(100目)尼龍篩備用。

稱取10.0 g(準(zhǔn)確至0.01 g)土壤樣本于250 mL具塞三角瓶中，加入50 mL淋洗液，浸泡12 h。振蕩超聲提取20 min，轉(zhuǎn)移至100 mL離心管，在4000 r／min下離心5 min。取10 mL上清液過0.22 μm濾膜過濾，然后用離子色譜分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱和淋洗液的選擇

土壤中鈉、鉀、鎂、鈣常見陽離子含量較高且電導(dǎo)響應(yīng)較靈敏，縮節(jié)胺和矮壯素的強(qiáng)極性決定了其在色譜柱中保留性較強(qiáng)，要選用容量高的色譜柱來分離，梯度洗脫成本較高，考慮等度洗脫。SH-CC-1型色譜柱是羧酸型陽離子交換柱，常規(guī)的3.0 mmol／L甲烷磺酸可以將鈉、鉀、鎂、鈣洗脫出來，但是縮節(jié)胺和矮壯素在該條件下30 min洗脫不出來，流動相濃度加倍后，調(diào)整有機(jī)溶劑乙腈的配比，乙腈體積分?jǐn)?shù)分別選用10%，8%，6%時可以洗脫出來，但是由于有機(jī)溶劑的加入，導(dǎo)致響應(yīng)變低，而且峰形嚴(yán)重拖尾，達(dá)不到實(shí)際需要的檢出限；SH-CC-2型色譜柱常用的流動相是10 mmol／L甲烷磺酸，鈉、鉀、鎂、鈣出峰在15 min 左右，縮節(jié)胺、矮壯素在40 min之內(nèi)淋洗不出來，加入體積比為10%的乙腈，20 min左右出峰，由于用的是直接電導(dǎo)檢測，導(dǎo)致電導(dǎo)響應(yīng)值低，使目標(biāo)離子檢出限較低(大約1 mg／kg)，難以滿足待測離子實(shí)際樣品的檢出限；SH-CC-3型色譜柱是羧酸型陽離子交換柱，是一款快速分離柱，適合于強(qiáng)保留離子分離，用3 mmol／L甲烷磺酸就可以直接將鈉、鉀、鎂、鈣洗脫出來，矮壯素、縮節(jié)胺在10 min之內(nèi)就可以出峰。SH-CC-3型色譜柱不需要添加有機(jī)溶劑，節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，對分析人員的健康危害小，而且檢出限可以達(dá)到要求，因此實(shí)驗(yàn)選用3 mmol／L甲烷磺酸等度淋洗，SH-CC-3陽離子色譜柱作為分離柱。

2.2 色譜柱分離溫度的選擇

固定淋洗液濃度，改變柱溫和檢測溫度，進(jìn)樣測定混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中各物質(zhì)的保留時間，以3.0 mmol／L甲烷磺酸為淋洗液，流速為1.0 mL／min，考察溫度對SH-CC-3柱的分離中各離子的影響，其中溫度對鉀離子的保留時間變化較大，溫度從25℃至40℃，隨溫度的升高，保留時間逐漸變短，其它離子保留時間變化不大，在40℃時，鉀離子出峰在鎂、鈣之前，不會干擾到其它陽離子以及縮節(jié)胺和矮壯素的檢測，因此試驗(yàn)溫度選用40℃。

2.3 色譜圖

在確定的最佳實(shí)驗(yàn)條件下，5種陽離子標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖見圖1。除去鈉、銨離子，各組分基本達(dá)到基線分離，此條件下，鉀離子、鎂離子、鈣離子對矮壯素、縮節(jié)胺離子的測定沒有干擾，鈉離子和銨離子分離度不能達(dá)到基線分離，但是在本實(shí)驗(yàn)中，并不對鈉離子、銨離子、鎂離子、鈣離子定性。而且在標(biāo)準(zhǔn)品中加大鈣離子至30 mg／kg，也不會干擾縮節(jié)胺和矮壯素的測定。

2.4 方法的定量分析參數(shù)

在1.2色譜條件下，對縮節(jié)胺和矮壯素的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，以峰面積(y)對離子的質(zhì)量濃度(x，mg／kg)行線性回歸，得到線性方程。以3倍的信噪比(S／N=3)計(jì)算檢出限。保留時間的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSDt)和峰面積的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSDs)由連續(xù)5次重復(fù)測試的縮節(jié)胺和矮壯素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液得到，結(jié)果見表1。

表1 線性回歸方程、檢出限以及保留時間和峰面積的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

2.5 加標(biāo)回收試驗(yàn)與精密度試驗(yàn)

對空白土壤樣品進(jìn)行矮壯素和縮節(jié)胺加標(biāo)回收試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 回收試驗(yàn)和精密度試驗(yàn)結(jié)果(n=5)

由表2可知，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.76%～4.1%，回收率為84.9%～93.8%，說明方法的準(zhǔn)確度和精密度較高，能滿足土壤中矮壯素和縮節(jié)胺的定量分析要求。

3 結(jié)語

建立了離子色譜直接電導(dǎo)法檢測土壤中的矮壯素和縮節(jié)胺的方法。該法前處理方法簡單，與氣相衍生化方法相比，成本較低，減少了實(shí)驗(yàn)過程一些試劑對環(huán)境的污染和對實(shí)驗(yàn)室人員的危害。離子色譜電導(dǎo)法為土壤中檢測矮壯素和縮節(jié)胺的檢測提供了一種有效的手段，該方法也可以用來檢測不同土壤剖面的農(nóng)藥情況，對合理使用農(nóng)藥、控制農(nóng)藥殘留、保護(hù)環(huán)境具有深遠(yuǎn)的意義。

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