固相萃取-液相色譜法分析環(huán)境水樣中有機磷農(nóng)藥殘留

李春民，章承林，陳懷俠

(1.湖北大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖北 武漢 430062；2.湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430020)

有機磷農(nóng)藥的大量生產(chǎn)和長期使用，致使不少地區(qū)土壤[1]、水體[2-4]、糧食[5-6]以及水果蔬菜[7-9]中有機磷農(nóng)藥殘留遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家安全標(biāo)準(zhǔn)[10-11]，對環(huán)境、生物及人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅[12-13]，因此，嚴(yán)格控制有機磷農(nóng)藥的使用以及準(zhǔn)確高效地檢測該類農(nóng)藥的殘留十分重要.

目前有機磷農(nóng)藥的檢測分析方法主要有色譜法[1-2]和一些聯(lián)用技術(shù)[4-5].聯(lián)用技術(shù)儀器昂貴、分析成本高；由于辛硫磷在高溫下不穩(wěn)定，不宜用氣相色譜進行分析；液相色譜簡便實用，但靈敏度有待提高.在液相色譜分析中，樣品的前處理是分析復(fù)雜樣品中農(nóng)藥殘留的重要步驟，也是關(guān)系到色譜分析靈敏度的重要環(huán)節(jié).傳統(tǒng)的前處理方法如液液萃取、膜萃取、樹脂吸附、索氏提取等均存在諸多局限[14-15]，特別是液液萃取所需的樣品量大，操作耗時，且大量的有機溶劑會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和人身傷害，而固相萃取(SPE)因其具有簡化樣品前處理過程、減少溶劑用量、提高分析效率、縮短分析時間、富集效果好、回收率高、對環(huán)境污染少等優(yōu)點[16-20]，已廣泛應(yīng)用于各類物質(zhì)的分析檢測.

本文中以SPE進行環(huán)境水樣中有機磷農(nóng)藥的分離富集，優(yōu)化了SPE提取條件，建立了環(huán)境水樣中甲基對硫磷、殺螟硫磷、對硫磷、辛硫磷等4種常用有機磷農(nóng)藥的高效液相色譜分析方法，并應(yīng)用于實際環(huán)境水樣分析，獲得了滿意的結(jié)果.

1 實驗部分

1.1儀器與試劑美國Dionex公司Summit P680型高效液相色譜儀(Dionex，美國)，手動進樣器，5 μL定量環(huán)，柱溫箱(LGC-1025M，荊州市楚新電子產(chǎn)品開發(fā)有限公司)，Chromeleon色譜管理軟件，pHS-25型酸度計(上海偉業(yè)儀器廠)，Aquaplus微量無機型超純水機(AWJ1-0501-U，艾科浦公司)，0.22 μm過濾膜(上海興亞凈化材料廠)，DL-01溶劑過濾器(DL01真空泵+FB01T過濾瓶，天津市東康科技有限公司)，真空萃取裝置(艾杰爾科技公司)，3 mL固相萃取柱(ProElut-C18，DIKMA，North America，USA)，可調(diào)式移液器(Finnpipette，100～1 000 μL).

甲基對硫磷(99.0%)、殺螟硫磷(98.7%)、對硫磷(99.5%)、辛硫磷(99.0%)均購于迪馬公司(USA)；色譜純乙腈、甲醇(Tedia公司，美國)；分析純磷酸(H3PO4含量不少于85.0%，天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠)、分析純氯化鈉，超純水等.

1.2 實驗方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 精確稱取各標(biāo)準(zhǔn)品，用甲醇分別配制成濃度為1.0 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)儲備液，4 ℃下避光保存.實驗前將儲備液用超純水稀釋成所需濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作液備用.

1.2.2 樣品前處理過程 試劑瓶先后用自來水和超純水清洗后，分別收集長江水、沙湖水和自來水，用0.22 μm過濾膜過濾兩次，4 ℃下避光保存，并在收集12 h內(nèi)進行富集和分析.

ProElut-C18固相萃取小柱分別用3 mL甲醇和3 mL超純水清洗、活化，再將100 mL水樣以10 mL/min的流速于SPE萃取柱上進行富集.上樣完畢后用3 mL超純水清洗固相萃取柱，并在真空狀態(tài)下干燥3 min后，用0.9 mL乙腈以0.2 mL/min的流速洗脫分析物，最后用洗耳球擠出小柱中殘留的乙腈，收集洗脫液，并進行液相色譜分析.

1.3色譜條件色譜柱：varian pursuit C18(4.6 mm×250 mm，varian technologies，5 μm， PaloAlto， CA，USA)，預(yù)柱(2.1 mm×12.5 mm， 5 μm， agilent technologies， PaloAlto， CA，USA).流動相：甲醇-水(72∶28，V/V)，流速：1 mL/min，進樣量：20 μL，檢測波長：275 nm，柱溫：25 ℃.

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的優(yōu)化

2.1.1 檢測波長的選擇 甲基對硫磷的紫外吸收峰為215.4 nm和275.4 nm；殺螟硫磷的紫外吸收峰為211.2 nm和270 nm；對硫磷的紫外吸收峰為213.5 nm和276.2 nm；辛硫磷的紫外吸收峰為219.3 nm和284.4 nm，因波長太小干擾較多，考慮4種物質(zhì)同時測定的靈敏度，最終選擇檢測波長為275 nm.

2.1.2 流動相的優(yōu)化 通過對流動相組成的優(yōu)化，保證各組分的色譜分離，最終選擇72∶28的甲醇-水(V/V)為流動相.本實驗還試用磷酸來調(diào)節(jié)流動相的酸度，考察酸度對色譜峰的影響.結(jié)果顯示，各組分的色譜峰并未獲得更好的改善，分離度反而有所下降，因此不必調(diào)節(jié)流動相的酸度.

2.2 SPE條件的優(yōu)化

2.2.1 洗脫液種類的選擇 分別考察了甲醇和乙腈的洗脫效果.通過比較，發(fā)現(xiàn)乙腈的洗脫回收率較高.故實驗選擇以乙腈為洗脫劑.

2.2.2 上樣體積的選擇 為了研究SPE小柱的穿漏情況，選擇最佳的上樣體積，以便獲得較高的回收率，本實驗分別考察了50、100、150、 200、300 mL的樣品上樣，實驗結(jié)果見圖1.由圖可見，上樣體積為100 mL時，4種化合物回收率較高，即本實驗選擇100 mL的樣品上樣進行分析.

圖1 上樣體積對回收率的影響

圖2 洗脫劑體積對回收率的影響

2.2.3 洗脫劑體積的選擇 100 mL樣品溶液經(jīng)SPE小柱富集后，分別用0.2、0.5、0.7、0.8、0.9、1.0和1.2 mL乙腈進行洗脫，洗脫效果見圖2.由圖可見，隨著洗脫液體積的增加，回收率逐漸提高，當(dāng)洗脫液體積為0.9 mL時，增加洗脫液體積，回收率基本不變，故本實驗選用0.9 mL乙腈洗脫4種分析物.

2.2.4 上樣流速的選擇 分別選擇5、10、12、16和18 mL/min的上樣流速通過SPE萃取柱，發(fā)現(xiàn)流速為10 mL/min時，4種分析物的回收率均較高(如圖3)，故上樣流速選用10 mL/min.

圖3 樣品流速對回收率的影響

圖4 樣品溶液pH值對峰面積的影響

圖5 樣品溶液離子強度對峰面積的影響

2.2.5 樣品溶液酸度的選擇 為了考察樣品溶液酸度對SPE萃取柱富集效果的影響，在pH值為2～6(樣品原液的pH為5.64)范圍內(nèi)，用磷酸調(diào)節(jié)樣品的酸度.實驗結(jié)果見圖4.由圖可見，4種分析物隨著pH值的降低，回收率基本保持不變.因此本實驗不改變樣品溶液的酸度.

2.2.6 樣品溶液離子強度的影響 向樣品溶液中分別加入0～30%的NaCl(m/v)，調(diào)節(jié)溶液的離子強度.實驗結(jié)果見圖5.由圖可見，離子強度的改變對4種化合物的回收率影響不大，故本實驗的樣品溶液中不必添加NaCl.

2.3 方法的評價

2.3.1 工作曲線及檢測限 如圖6中(A)、(B)所示，在優(yōu)化的實驗條件下，對加標(biāo)空白環(huán)境水樣進行分析，獲得了比較滿意的分離和富集效果，說明SPE-HPLC法能夠準(zhǔn)確地檢測出純HPLC法無法檢測出的樣品，具有更低的檢測限.4種有機磷農(nóng)藥在自來水樣中的線性關(guān)系見表1.由表可見，4種分析物在一定范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)R2在0.999 0以上，檢測限(S/N=3)為0.11～0.85 μg/mL，滿足我國對環(huán)境水樣中有機磷農(nóng)藥的分析檢測要求.

表1 工作曲線及檢測限

2.3.2 回收率和精密度考察 分別添加低、中、高濃度分析物的空白水樣進行分析，獲得方法的加標(biāo)回收率.空白自來水樣中分別添加10、30和60 μg/L等3個不同濃度的甲基對硫磷、殺螟硫磷、對硫磷和辛硫磷，在優(yōu)化的實驗條件下，進行液相色譜分析.實驗結(jié)果見表2.可見，4種分析物的加標(biāo)回收率在84.2%～102.2%之間，日內(nèi)RSD均小于8.4%，日間RSD均小于9.7%，符合定量分析要求.

2.4實際樣品的檢測分析按照上述實驗方法，分別分析長江水、沙湖水和自來水樣，均未檢測出4種有機磷農(nóng)藥.這可能是因為取水時節(jié)是多雨季節(jié)，致使沙湖和長江水樣中濃度均較低而未能檢測到分析物.但我們在加標(biāo)樣的SPE-HPLC分析中發(fā)現(xiàn)(如圖6中(C)、(D)、(E)所示)，盡管沙湖水和長江水的基質(zhì)比自來水成分要復(fù)雜得多，但本實驗采用的SPE-HPLC法仍然能準(zhǔn)確地檢測出4種有機磷農(nóng)藥的相關(guān)含量，說明像沙湖水和長江水這樣的復(fù)雜水體對SPE-HPLC法檢測4種有機磷農(nóng)藥的結(jié)果產(chǎn)生不了實質(zhì)性地干擾作用.

3 結(jié)論

文中建立了環(huán)境水樣中甲基對硫磷、殺螟硫磷、對硫磷和辛硫磷等4種常用有機磷農(nóng)藥殘留的SPE-HPLC分析檢測方法.該方法快速、處理簡單、富集和分離效果好、回收率在84.2%～102.2%之間，檢出限為0.11～0.85 μg/mL，適合于我國對環(huán)境水樣中有機磷農(nóng)藥殘留的分析檢測的要求[10-11].

圖6 自來水、沙湖水，長江水及標(biāo)準(zhǔn)混合液的相關(guān)色譜圖 A：加標(biāo)0.01 μg/mL自來水樣HPLC；B:加標(biāo)0.01 μg/mL自來水樣SPE-HPLC；C:加標(biāo)0.01 μg/mL長江水SPE-HPLC;D:加標(biāo)0.01 μg/mL沙湖水樣SPE-HPLC; E:5 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)混合液SPE-HPLC

分析物添加量/(μg/L)回收率/%RSDaRSDb甲基對硫磷10306094.2496.87102.24.24.34.15.65.85.5殺螟硫磷10306095.695.598.75.45.65.18.58.28.1對硫磷10306084.288.587.95.35.85.26.26.36.2辛硫磷10306084.885.386.58.48.48.39.79.69.4

a:日內(nèi)RSD，b：日間RSD

[1] 喬雄梧，朱九生，李捷. 土壤中殘留對硫磷和甲基對硫磷的高效液相色譜分析[J].環(huán)境化學(xué)，1995，14(3)：255-257.

[2] Rotich H K，張卓勇，趙進英. 環(huán)境水中甲基對硫磷、對硫磷和辛硫磷農(nóng)藥殘留的SPE-HPLC分析[J].分析測試學(xué)報，2002，21(05)：50-53.

[3] 郭強. 固相萃取法測定飲用水中的有機磷農(nóng)藥[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2005，15(12)：146-148.

[4] 楊元，高玲，景露，等. SPE-GC/MS法測定水中有機磷和氨基甲酸酯農(nóng)藥[J].中國測試，2009，35(2)：86-89.

[5] 許秀麗，李禮，丁罡斗，等. 大米中13種有機磷農(nóng)藥的固相萃取結(jié)合大體積進樣/氣相色譜-質(zhì)譜法快速分析[J].分析測試學(xué)報，2008，27(01):30-33.

[6] 曲麗萍，國娜. 氣相色譜法快速測定大米中多種農(nóng)藥殘留[J].黑龍江糧食，2005(06)：21-22.

[7] 朱勇，楊挺，趙健. 有機磷類農(nóng)藥在大白菜蘋果中殘留檢測[J].寧波農(nóng)業(yè)科技，2006(03)：6-8.

[8] 牛古丹，俞志剛，李曉霞. 固相萃取-高效液相色譜法測定果蔬中農(nóng)藥馬拉硫磷殘留量[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，2007，19(10)：1166-1168.

[9] 朱興江，丁振華，胡艷云，等. 固相萃取高效液相色譜法檢測蔬菜水果中的唑螨酯殘留[J].光譜實驗室，2008，25(02)：217-220.

[10] GB 5749-2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[11] GB 26130-2010食品中百草枯等54種農(nóng)藥最大殘留限量[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[12] 鄒喜樂.論農(nóng)藥對環(huán)境的危害[J].湖南農(nóng)機，2007(07)：44-47.

[13] 崔偉偉，張強斌，朱先磊.農(nóng)藥殘留的危害及其暴露研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38(2)：883-884，889.

[14] 何聿，陳金泉，張?zhí)m. 有機磷農(nóng)藥殘留前處理技術(shù)的研究[J].福建分析測試，2007，16(3)：6-11.

[15] 吳建偉，李江.水中有機磷農(nóng)藥分析前處理方法探討[J]．環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2009，21(2)：65-67.

[16] Korta E，Bakkali A，Berrueta L A，et al.Study of semi-automated solid-phase extraction for the determination of acaricide residues in honey by liquid chromatography[J].J Chromatogr A，2001,930(1/2):21-29.

[17] Kishida K，F(xiàn)urusawa N.Matrix solid-phase dispersion extraction and high-performance liquid chromatographic determination of residual sulfonamides in chicken[J].J Chromatogr A，2001,937(1/2):49-55.

[18] 江騰輝，鞠榮，徐漢虹.固相萃取技術(shù)在農(nóng)藥分析中的應(yīng)用[J]．農(nóng)藥，2004，43(10)：463-466.

[19] 傅若農(nóng)，近年國內(nèi)固相萃取-色譜分析的進展[J]．分析試驗室，2007，26(2)：100-122.

[20] 陳方榮，吳波，馬培麗，等. 固相萃取-液相色譜法同時檢測4種酸性PPCPs[J].湖北大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2011，33(2)：168-173.