液液萃取—?dú)庀嗌V法同時(shí)測(cè)定地下水中16種有機(jī)氯農(nóng)藥

仇秀梅 董學(xué)林 劉亞?wèn)| 宋 洲 方曉青 蘭秀敏

(1.湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心，湖北 武漢 430034;2.湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430205)

有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)是一類人工合成的高毒性、難分解、易殘留有機(jī)化合物，曾作為殺蟲劑在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中大量使用，造成土壤中大量殘留，并隨著噴灌水、雨水的沖刷、淋溶、滲透等作用進(jìn)入地表水或地下水中。大多數(shù)OCPs都已經(jīng)被列為《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》中首批需要控制和減少的污染物[1]，如滴滴涕、氯丹、艾氏劑、狄氏劑、異狄氏劑、七氯、六氯苯等，可通過(guò)食物鏈富集，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生極大的危害。由于我國(guó)人均水資源嚴(yán)重不足，加上地表水污染嚴(yán)重，很多地區(qū)只能開發(fā)利用地下水，因此地下水中OCPs監(jiān)測(cè)十分必要。

目前，水中OCPs的測(cè)定方法較多，如光學(xué)免疫法[2]、電化學(xué)酶聯(lián)免疫法[3]、氣相色譜(GC)法[4-6],[7]81-82、GC/質(zhì)譜(MS)聯(lián)用法[8-9]等。GC法因具有分離效果好、靈敏度高、分析速度快、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。OCPs水樣的前處理方法主要有固相萃取法[10-11]、液液萃取(LLE)法[12-13]、固相微萃取法[14]等。LLE法是一種經(jīng)典的方法，因成本低廉而使用率較高。在已有報(bào)道中，針對(duì)地表水、土壤、植物中OCPs測(cè)定的研究較多。在水中的OCPs測(cè)定方面，許桂蘋等[15]用LLE—GC法定量測(cè)定邕江水中8種OCPs，方法檢出限為0.020～0.075 μg/L，回收率為90.1%～101.2%；陸華[16]采用LLE—GC法同時(shí)測(cè)定地表水中17種OCPs，方法檢出限為0.015～0.062 μg/L，回收率為72.8%～93.5%；梁素丹等[17]建立了LLE—GC法測(cè)定水體中16種OCPs的方法，檢出限低至0.004～0.082 μg/L，并應(yīng)用于珠海5個(gè)水庫(kù)水源水中的OCPs測(cè)定。由于地下水中OCPs的污染水平相對(duì)地表水來(lái)說(shuō)更低，因此對(duì)方法的檢出限要求更高。

本研究進(jìn)行了LLE—GC法用于同時(shí)測(cè)定地下水中16種OCPs的探索，通過(guò)優(yōu)化襯管、進(jìn)樣口溫度、載氣流速、升溫程序和檢測(cè)器溫度等條件，確定了最佳色譜條件，建立了一種快捷、高效、準(zhǔn)確、靈敏的方法，并成功應(yīng)用于實(shí)際地下水水樣的測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

美國(guó)Agilent公司的7890B型GC儀，檢測(cè)器為電子捕獲檢測(cè)器(ECD)；瑞典Biotage公司的Turbo VapⅡ型平行蒸發(fā)儀；美國(guó)Millipore公司的Milli-Q Direct 8型純水機(jī)。

14種OCPs(α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、p,p’-滴滴伊、o,p’-滴滴涕、p,p’-滴滴滴、p,p’-滴滴涕、六氯苯、艾氏劑、七氯、環(huán)氧七氯β、狄氏劑、異狄氏劑)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度為100.0 mg/L。順式氯丹和反式氯丹混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度為100.0 mg/L。p,p’-滴滴涕、異狄氏劑標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度均為100.0 mg/L。替代物2,4,5,6-四氯間二甲苯標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度為500.0 mg/L。正己烷，農(nóng)殘級(jí)；丙酮，色譜純；無(wú)水硫酸鈉和氯化鈉，分析純，700 ℃煅燒6 h，冷卻后備用。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

將14種OCPs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液、順式氯丹和反式氯丹混合標(biāo)準(zhǔn)溶液用正己烷稀釋成質(zhì)量濃度為2.0 mg/L的16種OPCs混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。制作標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)用正己烷將16種OCPs混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋成質(zhì)量濃度分別為1、5、10、20、40、60 μg/L的系列溶液，同時(shí)均加入質(zhì)量濃度為50 μg/L的替代物。除襯管的優(yōu)化過(guò)程外，其他色譜條件的優(yōu)化過(guò)程所用OCPs質(zhì)量濃度均為60 μg/L。襯管優(yōu)化過(guò)程中，將p,p’-滴滴涕、異狄氏劑標(biāo)準(zhǔn)溶液用正己烷分別逐級(jí)稀釋至100 μg/L，用于測(cè)定分解率，分解率的測(cè)定和計(jì)算方法參見(jiàn)文獻(xiàn)[18]。上述所有溶液均于-18 ℃密封保存。

1.3 基本色譜條件

若無(wú)特別說(shuō)明，基本色譜條件如下：色譜柱為美國(guó)Agilent公司的HP-5(30 m×0.32 mm×0.25 μm)，載氣為氮?dú)?，流量?.65 mL/min；進(jìn)樣口溫度為250 ℃；進(jìn)樣量為1.0 μL；進(jìn)樣方式為脈沖不分流進(jìn)樣，脈沖壓力為275.8 kPa，脈沖時(shí)間為0.75 min；升溫程序?yàn)閺?20 ℃起以10 ℃/min升至220 ℃，保持16 min，繼續(xù)以10 ℃/min升至250 ℃，保持2 min；隔墊吹掃模式為標(biāo)準(zhǔn)模式，流量為3.0 mL/min；檢測(cè)器溫度為320 ℃；尾吹氣流量為30 mL/min。

1.4 水樣前處理及測(cè)定

在預(yù)先用丙酮潤(rùn)洗過(guò)的1 L分液漏斗中加入30 g氯化鈉，將1 L水樣轉(zhuǎn)入分液漏斗中，用15 mL丙酮分3次潤(rùn)洗水樣瓶?jī)?nèi)壁，一并轉(zhuǎn)入分液漏斗中。加入50 mL正己烷，振蕩萃取5 min，靜置10～30 min后，將有機(jī)相轉(zhuǎn)入250 mL錐形瓶中，再向水相中加入25 mL正己烷重復(fù)萃取2次，合并3次的有機(jī)相作為萃取液。向萃取液中加入少量無(wú)水硫酸鈉以去除有機(jī)相中的水分，過(guò)濾后在45 ℃、68.9 kPa條件下用平行蒸發(fā)儀濃縮至體積小于0.5 mL，用正己烷定容到1.0 mL，用最優(yōu)化的色譜條件測(cè)定。

1.5 質(zhì)量控制

用超純水配制7個(gè)含16種OCPs且加標(biāo)質(zhì)量濃度為5 ng/L的平行樣品，按照水樣前處理及測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定，檢出限用式(1)進(jìn)行計(jì)算。

MLD=3.143×S

(1)

式中：MDL為檢出限，ng/L；S為測(cè)定的7個(gè)平行樣品的標(biāo)準(zhǔn)偏差，ng/L。

用超純水配制含16種OCPs且質(zhì)量濃度分別為5、20、60 ng/L的加標(biāo)樣(含替代物質(zhì)量濃度為50 ng/L)，按照水樣前處理及測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定，平行測(cè)定7次取平均值，并計(jì)算回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的優(yōu)化

2.1.1 襯 管

由于異狄氏劑和p,p’-滴滴涕易在進(jìn)樣口分解，其分解率與襯管的選擇有關(guān)，因此在使用GC法分析OCPs時(shí)，應(yīng)先測(cè)定異狄氏劑和p,p’-滴滴涕的分解率。對(duì)比研究了100 μg/L的p,p’-滴滴涕、異狄氏劑標(biāo)準(zhǔn)溶液在4 mm內(nèi)徑中空超高惰性不分流襯管(型號(hào)為5190-2292)和4 mm內(nèi)徑中空惰性不分流襯管(型號(hào)為5181-3316)兩種襯管下的分解率。結(jié)果表明，p,p’-滴滴涕在型號(hào)為5190-2292和5181-3316的襯管中的分解率分別為1.15%、1.03%，均滿足小于15%的質(zhì)量控制要求[19]；異狄氏劑在型號(hào)為5181-3316的襯管中分解高達(dá)48.2%，而在型號(hào)為5190-2292的襯管中分解率僅為2.0%。因此，以下實(shí)驗(yàn)中均采用型號(hào)為5190-2292的4 mm內(nèi)徑中空超高惰性不分流襯管。

2.1.2 進(jìn)樣口溫度

進(jìn)樣口溫度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)化合物氣化不完全；進(jìn)樣口溫度過(guò)高，部分OCPs會(huì)發(fā)生分解，特別是異狄氏劑和p,p’-滴滴涕等[7]82-83。圖1對(duì)比了進(jìn)樣口溫度分別為230、250、280 ℃時(shí)，16種OCPs和替代物的響應(yīng)情況。結(jié)果表明，絕大部分化合物的信號(hào)強(qiáng)度都在進(jìn)樣口溫度為250 ℃時(shí)最強(qiáng)，優(yōu)于《氣相色譜法測(cè)定水中有機(jī)氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯類化合物》(SL 497—2010)的推薦溫度280 ℃，因此本研究選用進(jìn)樣口溫度為250 ℃。

注：1—2,4,5,6-四氯間二甲苯；2—α-六六六；3—六氯苯；4—β-六六六；5—γ-六六六；6—δ-六六六；7—七氯；8—艾氏劑；9—環(huán)氧七氯B；10—反式氯丹；11—順式氯丹；12—p,p’-滴滴伊；13—狄氏劑；14—異狄氏劑；15—p,p’-滴滴滴；16—o,p’-滴滴涕；17—p,p’-滴滴涕。圖2至圖5同。

圖1 不同進(jìn)樣口溫度下的色譜圖
Fig.1 Chromatogram under different inlet temperature

2.1.3 載氣流速

色譜柱載氣流速對(duì)保留時(shí)間、峰形和分離度均有影響，考察了0.40、0.65 mL/min兩種載氣流速下的目標(biāo)化合物分離和響應(yīng)情況，結(jié)果見(jiàn)圖2。當(dāng)載氣流量為0.40 mL/min時(shí)，目標(biāo)化合物出峰較慢，且信號(hào)強(qiáng)度較低；而當(dāng)載氣流量為0.65 mL/min時(shí)，目標(biāo)化合物具有更好的分離度，峰形也更加尖銳，信號(hào)強(qiáng)度高，且出峰快。為此，色譜柱的載氣流速設(shè)置為0.65 mL/min。

圖2 不同載氣流速下的色譜圖Fig.2 Chromatogram under different carrier gas flow rate

2.1.4 升溫程序

(1) 初始溫度

SL 497—2010中推薦的色譜柱升溫程序初始溫度為150 ℃，本研究對(duì)比了初始溫度為120、150 ℃對(duì)目標(biāo)化合物分離情況的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可見(jiàn)，初始溫度為150 ℃時(shí)，α-六六六、六氯苯、β-六六六、γ-六六六分離效果較差，峰型也不尖銳，并且出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象；而初始溫度為120 ℃時(shí)，16種OCPs與替代物都可完全分離，峰形尖銳，信號(hào)強(qiáng)度也明顯強(qiáng)于150 ℃時(shí)。因此，選擇初始溫度為120 ℃。

圖3 不同初始溫度下的色譜圖Fig.3 Chromatogram under different initial temperature

圖4 不同升溫速率下的色譜圖Fig.4 Chromatogram under different programming temperature rate

(2) 升溫速率

研究了5、10、20 ℃/min 3種升溫速率對(duì)目標(biāo)化合物分離情況的影響，結(jié)果如圖4所示。3種升溫速率下大部分化合物均可以達(dá)到良好的分離效果。當(dāng)升溫速率為5 ℃/min時(shí)，p,p’-滴滴伊和狄氏劑的色譜峰分離效果不好，且出峰時(shí)間較晚；當(dāng)升溫速率為20 ℃/min時(shí)，α-六六六和六氯苯的色譜峰分離效果不好；當(dāng)升溫速率為10 ℃/min時(shí)，16種OCPs和替代物都能進(jìn)行完全分離。因此，選擇10 ℃/min作為最佳升溫速率。

2.1.5 檢測(cè)器溫度

檢測(cè)器溫度應(yīng)低于色譜柱的最高使用溫度。由于HP-5色譜柱的最高使用溫度為325 ℃，因此選擇250、280、320 ℃3個(gè)檢測(cè)器溫度進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果如圖5所示。由圖5可見(jiàn)，大部分化合物都在檢測(cè)器溫度為320 ℃時(shí)信號(hào)強(qiáng)度最大，因此檢測(cè)器溫度選擇320 ℃。

綜上所述，優(yōu)化后的最佳色譜條件為選用4 mm內(nèi)徑中空超高惰性不分流襯管；進(jìn)樣口溫度250 ℃；載氣流速0.65 mL/min；升溫程序：從120 ℃開始以10 ℃/min升至220 ℃，保持16 min，繼續(xù)以10 ℃/min升至250 ℃，保持2 min；檢測(cè)器溫度320 ℃。16種OCPs可以在27 min內(nèi)快速、完全分離，實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)定。

2.2 方法性能評(píng)價(jià)

圖5 不同檢測(cè)器溫度下的色譜圖Fig.5 Chromatogram under different detection temperature

化合物保留時(shí)間/min線性回歸方程1)R2檢出限/(ng?L-1)α-六六六10.876y=753.6x-15370.99811.0六氯苯11.102y=559.9x-1430.99961.2β-六六六11.486y=282.6x-1930.99971.0γ-六六六11.693y=677.8x-11370.99861.1δ-六六六12.276y=684.6x-11730.99751.5七氯13.843y=506.9x-9240.99730.9艾氏劑15.138y=631.1x-9360.99870.9環(huán)氧七氯B16.839y=547.0x-6080.99911.5反式氯丹18.021y=664.0x-8060.99901.1順式氯丹18.881y=580.4x-5260.99950.8p,p’-滴滴伊20.047y=553.3x-9440.99701.1狄氏劑20.379y=497.5x-7480.99581.1異狄氏劑21.943y=379.3x-7170.99630.9p,p’-滴滴滴23.219y=394.3x-6050.99541.1o,p’-滴滴涕23.569y=267.7x-3800.99541.1p,p’-滴滴涕26.766y=340.3x-8500.99640.6

注：1)x為OCPs的質(zhì)量濃度，μg/L；y為色譜峰面積。

表2 準(zhǔn)確度和精密度

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

在2.1節(jié)得到的最佳色譜條件下，16種OCPs的標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限結(jié)果見(jiàn)表1。16種OCPs的R2均大于0.995 0，表明各目標(biāo)化合物在1～60 μg/L線性關(guān)系良好。

16種OCPs的檢出限為0.6～1.5 ng/L，低于SL 497—2010的檢出限水平，也明顯低于文獻(xiàn)[7]、[13]、[16]、[17]、[20]的水平，能夠適用于地下水中低濃度的OCPs測(cè)定。

2.2.2 準(zhǔn)確度和精密度

表2顯示，16種OCPs的低(5 ng/L)、中(20 ng/L)、高(60 ng/L)3個(gè)濃度的回收率達(dá)到80.1%～109.0%，RSD為2.1%～11.2%，方法的準(zhǔn)確度和精密度均滿足SL 497—2010的質(zhì)量控制要求。替代物2,4,5,6-四氯間二甲苯的回收率達(dá)到了83.8%～90.4%,RSD為5.6%～6.4%。

3 實(shí)際水樣的測(cè)定

在湖北某地下水采集了3個(gè)水樣，分別為樣品1、樣品2和樣品3，按照1.4節(jié)的方法進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，樣品2中α-六六六被檢出，檢出質(zhì)量濃度為7.1 ng/L；樣品3中β-六六六和δ-六六六被檢出，檢出質(zhì)量濃度分別為5.2、8.1 ng/L。由此可見(jiàn)，本研究建立的方法可以應(yīng)用于實(shí)際地下水的測(cè)定。

表3 實(shí)際水樣測(cè)定結(jié)果1)

注：1)nd表示未檢出。

4 結(jié) 論

采用正己烷液液萃取，聯(lián)合GC法建立了一種準(zhǔn)確、靈敏的地下水中16種OCPs的快速測(cè)定方法。優(yōu)化后的最佳色譜條件為選用4 mm內(nèi)徑中空超高惰性不分流襯管；進(jìn)樣口溫度250 ℃；載氣流速0.65 mL/min；升溫程序：從120 ℃開始以10 ℃/min升至220 ℃，保持16 min，繼續(xù)以10 ℃/min升至250 ℃，保持2 min；檢測(cè)器溫度320 ℃。16種OCPs在1～60 μg/L線性關(guān)系良好，R2>0.995 0，檢出限為0.6～1.5 ng/L，回收率達(dá)到80.1%～109.0%，RSD為2.1%～11.2%，符合SL 497—2010的質(zhì)量控制要求，并能滿足實(shí)際地下水水樣的測(cè)定。

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