旱田黃土中氯吡硫磷的超聲輔助-機(jī)械振蕩提取及紫外、氣相檢測方法比較研究

范春輝， 賀 磊， 王家宏， 馬宏瑞， 唐志剛， 薛喜東

(1.陜西科技大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院， 陜西 西安 710021； 2.南開大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 天津 300071)

0 引言

氯吡硫磷(C9H11Cl3NO3PS)又名毒死蜱、樂斯本，是20世紀(jì)60年代中期美國陶氏化學(xué)公司研發(fā)的一種廣譜殺蟲劑[1]，已成為世界上生產(chǎn)量和使用量最大的農(nóng)藥品種之一，在我國多個(gè)地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用.目前，田間噴灑農(nóng)藥的總體利用率相對較低，部分農(nóng)藥會(huì)富集于農(nóng)產(chǎn)品體內(nèi)和土壤體系中，造成較嚴(yán)重的農(nóng)藥殘留污染，并最終通過食物鏈的循環(huán)危害人體健康[2].鑒于此，如何對農(nóng)藥殘留進(jìn)行有效檢測，便成為一個(gè)亟待解決的首要問題.

氣相色譜法靈敏度高、分析速度快、應(yīng)用范圍廣，已成為農(nóng)藥類物質(zhì)定量分析的重要方法[3].毛應(yīng)明[4]利用SPE和GC-NPD方法研究了氯吡硫磷在小麥植株及其生長土壤中的殘留特性，證實(shí)該方法對氯吡硫磷的最小檢出量為1.2×10-12g.謝慧[5]通過GC-FPD建立了氯吡硫磷殘留的測定方法，發(fā)現(xiàn)氯吡硫磷的保留時(shí)間為1.74 min，變異系數(shù)小于5%.但氣相色譜法確實(shí)也存在某些不足之處，比如在測定不同樣品時(shí)，需要不同類型的色譜柱和載氣，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)操作過程略顯繁瑣，同時(shí)實(shí)驗(yàn)儀器比較昂貴，可能會(huì)限制該技術(shù)的實(shí)際推廣和應(yīng)用.氯吡硫磷有效成分的化學(xué)名稱為O, O-二乙基-O- (3, 5, 6-三氯-2-吡啶基) 硫代磷酸酯，分子結(jié)構(gòu)中含有生色團(tuán) (雙鍵)，能夠?qū)ψ贤夤猱a(chǎn)生特征吸收.因此，可以嘗試使用紫外分光光度法測定氯吡硫磷含量.

目前，從土壤中提取農(nóng)藥殘留的前處理方法有索氏提取、超臨界流體萃取、超聲波提取、加速溶劑萃取、機(jī)械振蕩提取等，其中超聲波輔助提取法效率高、時(shí)間短、操作易、成本低，更適用于批次土壤樣品農(nóng)藥殘留的連續(xù)提取[6].西北旱田黃土區(qū)是我國重要的糧食、蔬菜和水果產(chǎn)地，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，黃土農(nóng)藥污染狀況愈發(fā)嚴(yán)重.氯吡硫磷是黃土區(qū)旱田廣泛使用的農(nóng)藥品種，深入研究并建立適用于旱田黃土區(qū)氯吡硫磷殘留提取的技術(shù)方法，對于明確典型地區(qū)氯吡硫磷殘留的環(huán)境行為、尋求適合的污染環(huán)境修復(fù)技術(shù)都具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義.本文首先嘗試建立氯吡硫磷的紫外分光檢測法，從靈敏度、準(zhǔn)確度、精密度等方面檢驗(yàn)方法的適用性，同時(shí)采用超聲輔助-機(jī)械振蕩法強(qiáng)化旱田黃土氯吡硫磷的提取效果并進(jìn)行樣品實(shí)測，力圖為同類研究提供參考.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

紫外-可見分光光度計(jì)，氣相色譜儀，數(shù)控超聲波發(fā)生器，低速臺(tái)式離心機(jī)，恒溫振蕩器，pH計(jì).氯吡硫磷標(biāo)準(zhǔn)品，40%氯吡硫磷乳油.實(shí)驗(yàn)用水為桶裝純凈水，其余試劑為分析純或色譜純.

1.2 供試土壤

供試土壤為黃土，采集于2013年3月，采集地點(diǎn)為陜西科技大學(xué)教學(xué)區(qū)南側(cè)樹林-草坪植被帶.使用五點(diǎn)取樣法采集0～20 cm土壤表層樣品，挑出砂礫、石塊、植物根莖等雜物，過1 mm孔徑尼龍篩.將過篩后的1 kg土樣裝入聚乙烯塑料專用樣品袋，貼標(biāo)簽，放于4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆?供試土壤基本理化性質(zhì)如下：pH值為8.10，有機(jī)質(zhì)含量為22.92 g·kg-1，含水率為12.60%.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 氯吡硫磷最大吸收波長

以石油醚為溶劑，配制濃度為40 mg·L-1的氯吡硫磷溶液，在250～400 nm波長范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，確定氯吡硫磷的最大吸收波長.

1.3.2 氯吡硫磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

稱取0.1±0.001 g氯吡硫磷，以石油醚為溶劑定容至100 mL，即得1 g·L-1的氯吡硫磷儲(chǔ)備液，保存于4 ℃冰箱中備用.使用時(shí)，將儲(chǔ)備液稀釋成濃度分別為10、20、30、40、50、60、70、80和90 mg·L-1的氯吡硫磷-石油醚溶液，在最大吸收波長下測定溶液吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線.

1.3.3 紫外法靈敏度分析

準(zhǔn)確配制濃度分別為0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10、20、50、100和200 mg·L-1的氯吡硫磷-石油醚溶液，在以提高準(zhǔn)確度、降低溶液濃度相對誤差的前提下，分析紫外分光光度法對氯吡硫磷的濃度檢出域和靈敏度.

1.3.4 紫外法與氣相法可靠性比較

以石油醚為溶劑稀釋儲(chǔ)備液，分別配制濃度為25、37.5、62.5、75、100、120、125和150 mg·L-1的氯吡硫磷溶液.為了真實(shí)反映檢測方法的可行性，人為調(diào)控氯吡硫磷溶液濃度間距不同.采用紫外分光光度法和氣相色譜法驗(yàn)證結(jié)果的可靠性，每個(gè)樣品做五次重復(fù)，以平均值為結(jié)果.其中氯吡硫磷氣相色譜法的測定條件如下[7]：DB 1701石英毛細(xì)管柱30 m×0.53 mm×0.25 mm，電子檢測器；進(jìn)樣口溫度250 ℃，柱溫250 ℃，檢測器溫度310 ℃；載氣 (N2) 流速40 mL·min-1，進(jìn)樣量1μL.

1.3.5 旱田黃土氯吡硫磷的提取

分別取1±0.01 g風(fēng)干過篩的黃土樣品裝入8個(gè)錐形瓶中，各加入5 mL純凈水改善土壤溶解性；將錐形瓶分為兩組，每組4個(gè).同時(shí)做空白對照.向每組錐形瓶中依次加入25 mL濃度分別為10 mg·L-1、30 mg·L-1、60 mg·L-1和90 mg·L-1的氯吡硫磷溶液，保鮮膜封口.平衡2 h后，其中一組于120 r·min-1搖床中振蕩120 min (無超聲輔助)，另外一組于超聲輔助條件下強(qiáng)化提取效果，其中超聲功率100 w、超聲溫度25 ℃、超聲時(shí)間120 min.將實(shí)驗(yàn)得到的樣品于5 000 r·min-1離心5 min，再用25 mL石油醚提取3次，紫外分光光度法測定溶液吸光度并計(jì)算氯吡硫磷回收率.

2 結(jié)果與討論

2.1 氯吡硫磷最大吸收波長

氯吡硫磷分子具有雙鍵結(jié)構(gòu)和特征能級，能夠吸收紫外光產(chǎn)生π→π*或n→π*躍遷.Hebert認(rèn)為[8]：氯吡硫磷對于290 nm左右波長的紫外光具有吸收作用，可以通過紫外分光光度法測定氯吡硫磷含量.由圖1可知：在紫外掃描波長為250～400 nm范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)較強(qiáng)吸收峰，峰形完整，基線平穩(wěn)，平滑度較好，最大吸收波長λmax在292.5 nm，可以定性為氯吡硫磷吸收峰.

圖1 氯吡硫磷的紫外吸收圖譜

2.2 氯吡硫磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

在292.5 nm波長下測得氯吡硫磷濃度與吸光度線性關(guān)系結(jié)果見圖2.標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性方程為y=0.009 2x-0.002 6，相關(guān)系數(shù)r為0.999 8.這說明在實(shí)驗(yàn)條件下，氯吡硫磷溶液濃度與吸光度線性關(guān)系良好，初步說明使用紫外分光光度法測定氯吡硫磷是可行的.

圖2 氯吡硫磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.3 紫外法靈敏度

靈敏度指在濃度線性范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率，是衡量實(shí)驗(yàn)方法的重要技術(shù)指標(biāo).由表1可知：在氯吡硫磷濃度小于0.2 mg·L-1時(shí)，無法檢測出氯吡硫磷的吸光度；而當(dāng)氯吡硫磷濃度為100 mg·L-1時(shí)，吸光度值達(dá)到了0.873.氯吡硫磷在天然土壤中的半衰期從幾天到幾百天不等[9]，這表明土壤氯吡硫磷的殘留濃度不會(huì)很高.在氯吡硫磷濃度為0.2～100 mg·L-1范圍內(nèi)，線性方程 (y=0.008 7x+0.011 9) 的擬合系數(shù)r為0.999 2.因此，本文所建立的紫外分光光度法對于檢測中低濃度 (0.2～100 mg·L-1) 氯吡硫磷是可行的，可以預(yù)期有較大的實(shí)際應(yīng)用潛力.

表1 氯吡硫磷紫外檢測的靈敏度

2.4 紫外法可靠性

采用紫外分光光度法和氣相色譜法測定氯吡硫磷含量，比較兩種方法的可靠性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2和表3.研究發(fā)現(xiàn)：對于氯吡硫磷的定量分析，紫外法和氣相法測定結(jié)果的絕對誤差分別波動(dòng)于-3.4～-0.3 mg·L-1和-4.16～1.32 mg·L-1之間，說明這兩種方法的準(zhǔn)確度都較高，紫外法測定結(jié)果略好.隨著添加濃度的增加，絕對誤差和相對誤差值有增大的趨勢，表明紫外法對中低濃度氯吡硫磷檢測效果更好.紫外法和氣相法測定過程的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，測定結(jié)果較集中，說明兩種方法的精密度較好.總體來看，對于氯吡硫磷的測定，紫外法的分析結(jié)果是可以接受的.

表2 紫外法測定氯吡硫磷可靠性檢驗(yàn)

表3 氣相法測定氯吡硫磷可靠性檢驗(yàn)

2.5 旱田黃土氯吡硫磷的提取

采用機(jī)械振蕩和超聲輔助-機(jī)械振蕩法提取黃土氯吡硫磷結(jié)果見圖3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：機(jī)械振蕩法對氯吡硫磷的提取回收率為32.80%～45.20%，而超聲輔助-機(jī)械振蕩法的回收率為50.20%～61.70%.超聲輔助能明顯改善氯吡硫磷的提取效果，較低濃度氯吡硫磷的回收率略好.任麗萍[10]和郎印海[11]認(rèn)為：超聲輔助能提高土壤農(nóng)藥和有機(jī)鹵化物的提取效率，原因在于超聲波的空化作用能促進(jìn)傳質(zhì)和吸附質(zhì)在土壤表面的解吸效應(yīng).本文的研究也初步證明了這一點(diǎn)，但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，本文的氯吡硫磷回收率結(jié)果偏低.

對于土壤農(nóng)藥回收率過低的問題，諸多學(xué)者也得出了類似的研究結(jié)果.比如朱雪梅[12]采用索氏提取法得到的有機(jī)氯農(nóng)藥回收率在42.15%～84.18%之間，即使使用加速溶劑萃取法獲得的結(jié)果也僅在72.18%～93.12%之間；采用不同凈化方法測定水稻土中8種有機(jī)氯農(nóng)藥回收率僅為42.50%～84.80%[13].一般認(rèn)為，影響土壤農(nóng)藥回收率的因素可能涉及到基質(zhì)效應(yīng)、操作過程的損失 (瓶壁吸附、萃取不完全、揮發(fā)降解等)、土壤組分的吸附效應(yīng)等方面.筆者曾經(jīng)研究過旱田黃土對氯吡硫磷的吸附行為，發(fā)現(xiàn)黃土原樣和去除有機(jī)質(zhì)后的旱田黃土對氯吡硫磷的吸附量分別為0.903 3 mg·g-1和0.537 3 mg·g-1，本文認(rèn)為土壤組分 (尤其是有機(jī)組分) 的吸附作用是導(dǎo)致氯吡硫磷回收率偏低的重要因素.上述一系列研究說明：紫外分光光度法在測定旱田黃土氯吡硫磷方面是可行的，預(yù)期可以通過完善和改進(jìn)提取條件增強(qiáng)該方法的實(shí)用性.

圖3 機(jī)械振蕩和超聲輔助-機(jī)械振蕩法對氯吡硫磷回收率的影響

3 結(jié)論

(1)紫外分光光度法測定氯吡硫磷是可行的，氯吡硫磷最大吸收波長在292.5 nm，標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.009 2x-0.002 6，相關(guān)系數(shù)r為0.999 8.

(2)本文所建立的紫外分光光度法對于檢測中低濃度 (0.2～100 mg·L-1) 氯吡硫磷效果更好，在準(zhǔn)確度、精密度等方面能夠取得與氣相色譜法接近的實(shí)驗(yàn)效果.

(3)相比于常規(guī)的機(jī)械振蕩法，超聲輔助-機(jī)械振蕩法能顯著提高旱田黃土氯吡硫磷的回收率 (50.20%～61.70%)，認(rèn)為土壤有機(jī)組分的吸附作用是導(dǎo)致氯吡硫磷回收率偏低的重要因素.

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