微波萃取-固相萃取凈化-氣相色譜法測(cè)定土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥

李敬玖,謝洪勇,王　婕,孫志國(guó),陳衛(wèi)東,李　強(qiáng)(.上海第二工業(yè)大學(xué)環(huán)境與材料工程學(xué)院,上海009;.上海華測(cè)品標(biāo)檢測(cè)技術(shù)有限公司,上海006)

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微波萃取-固相萃取凈化-氣相色譜法測(cè)定土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥

李敬玖1,謝洪勇1,王婕1,孫志國(guó)1,陳衛(wèi)東2,李強(qiáng)2
(1.上海第二工業(yè)大學(xué)環(huán)境與材料工程學(xué)院,上海201209;
2.上海華測(cè)品標(biāo)檢測(cè)技術(shù)有限公司,上海201206)

摘要:采用微波萃取-固相萃取(SPE)凈化-氣相色譜法測(cè)定土壤中21種痕量半揮發(fā)性有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)。以丙酮-正己烷(體積比為1:1)作為萃取溶劑,所得萃取液濃縮至1 mL,通過(guò)CARB/NH2固相萃取柱進(jìn)行純化。用丙酮-正己烷(體積比為1:4)混合溶劑將有機(jī)氯農(nóng)藥從萃取柱中洗脫,洗脫液濃縮至1 mL后用氣相色譜法測(cè)定。加入標(biāo)樣對(duì)OCPs進(jìn)行回收,回收率在72%～109%之間,測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n = 6)均小于5%。測(cè)得21種OCPs的檢出限在0.05～0.5μg/kg之間。實(shí)際土壤樣品的測(cè)定結(jié)果表明:α-六六六(含量為0.15～0.16μg/kg)、β-六六六(含量為0.32～1.07μg/kg)、β-硫丹(含量為0.20～0.23μg/kg)及異狄氏醛(含量為0.65μg/kg),均有少量檢出。

關(guān)鍵詞:有機(jī)氯農(nóng)藥;微波萃取;氣相色譜;固相萃取;土壤

0　引言

有機(jī)氯農(nóng)藥(Organochlorine Pesticides,OCPs)被廣泛應(yīng)用于防治植物病蟲害,屬于持久性有機(jī)污染物(Persistent Organic Pollutants,POPs)的一類。OCPs按原料不同可分為四類:苯(如DDT、六六六、殺螨劑)、環(huán)戊二烯(如氯丹、七氯、艾氏劑)、松節(jié)油(如莰烯類殺蟲劑、毒殺芬)和萜烯(如冰片基氯)。由于其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易分解,容易殘留在土壤、水體和大氣中,且具有高脂溶性,容易通過(guò)食物鏈在生物體內(nèi)富集,對(duì)環(huán)境、動(dòng)物以及人體產(chǎn)生危害[1],因此分析檢測(cè)環(huán)境樣品中殘留的有機(jī)氯農(nóng)藥一直是研究的熱點(diǎn)。

OCPs的檢測(cè)方法以色譜法為主[2],需要提前對(duì)樣品進(jìn)行提取和除雜。常用的提取方法有索氏抽提[3]、超聲波提取[4]、加速溶劑萃取[5-6]、微波萃取[7-8]等。索氏抽提法具有較高的OCPs回收率,但萃取劑消耗量大且自動(dòng)化程度低。超聲波萃取法操作簡(jiǎn)單、萃取劑用量少,但會(huì)使某些待測(cè)組分分解。加速溶劑萃取法和微波萃取法是兩種較新的萃取方法,具有萃取效率高、耗時(shí)短、萃取劑用量少等特點(diǎn),而且儀器自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便。目前報(bào)道的除雜凈化方法有濃硫酸磺化凈化[9]、凝膠滲透色譜凈化[3,5]、固相萃取柱凈化[10-11]等。單一使用濃硫酸磺化凈化效果不佳,且僅適用于部分目標(biāo)化合物的檢測(cè)。凝膠滲透色譜凈化技術(shù)是將溶質(zhì)按相對(duì)分子質(zhì)量大小進(jìn)行分離,能有效去除復(fù)雜樣品中的大分子干擾物。與其他方法相比,固相萃取(SPE)凈化技術(shù)采用選擇性吸附、選擇性洗脫的方式對(duì)樣品進(jìn)行分離、凈化和富集,不僅凈化效果好、操作簡(jiǎn)便,而且搭配不同填料和洗脫溶劑可以滿足各種凈化要求。

本文采用微波萃取的提取方法,大大節(jié)省了萃取試劑和樣品的前處理時(shí)間,配合CARB/NH2固相萃取柱凈化,提高了凈化效率,可同時(shí)檢測(cè)21種OCPs。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

1.1.1試劑

16種OCPs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液:α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、七氯、艾氏劑、環(huán)氧七氯、α-硫丹、β-硫丹、p,p′-DDE(1,1-dichloro-2,2-bis(p-chlorophenyl)ethylene)、p,p′-DDD(1,1-dichloro-2,2-bis(p-chlorophenyl)-ethane)、p,p′-DDT(1,1,1-trichloro-2,2-bis(p-chlorophenyl)-ethane)、狄氏劑、異狄氏劑、異狄氏醛、硫丹硫酸鹽,質(zhì)量濃度為2 g/L;六氯苯標(biāo)準(zhǔn)溶液,質(zhì)量濃度為1 g/L;滅蟻靈、氯丹(α-氯丹、γ-氯丹)標(biāo)準(zhǔn)溶液,質(zhì)量濃度為100 mg/L。以上試劑均購(gòu)自美國(guó)百靈威公司。o,p′-DDT(1-Chlor-2-[2,2,2-trichlor-1-(4-chlorphenyl)ethyl]benzol)標(biāo)準(zhǔn)溶液,質(zhì)量濃度為100 mg/L,購(gòu)自環(huán)境保護(hù)樣品研究所。正己烷,色譜純,購(gòu)自美國(guó)霍尼韋爾公司。丙酮,色譜純,購(gòu)自上海阿達(dá)瑪斯貝塔公司。無(wú)水Na2SO4,分析純,購(gòu)自江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司。

1.1.2儀器

氣相色譜儀-電子捕獲檢測(cè)器(GC-ECD):島津GC2010plus,AOC-20s自動(dòng)進(jìn)樣器,VF-17MS毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25μm)。微波快速溶劑萃取系統(tǒng):MARS 240/50,美國(guó)CEM公司。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:EYELA N-1100,上海愛朗儀器公司。濃縮氮吹儀:Turbo vap II,瑞典Biotage公司。12孔固相萃取裝置,德國(guó)CNW公司。ProElut CARB/NH2固相萃取柱,北京迪馬公司。

1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1微波萃取

將無(wú)水Na2SO4在300°C干燥箱中干燥4 h后,放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫,裝入玻璃瓶中備用。將土壤樣品風(fēng)干研磨,過(guò)100目篩備用。稱取5 g土壤樣品和5 g無(wú)水Na2SO4于聚四氟乙烯萃取管中,加入丙酮-正己烷混合萃取溶液(體積比為1 :4)20 mL。將上述混合液放入微波消解儀中,在萃取功率為400 W的條件下,設(shè)定萃取溫度120°C,萃取60 min。待冷卻至常溫常壓后,將萃取溶液轉(zhuǎn)移至旋蒸瓶中,在45°C水浴環(huán)境中,旋蒸濃縮至1 mL左右。

1.2.2SPE凈化

使用CARB/NH2固相萃取柱凈化,以去除提取液中的干擾物質(zhì)。第一步活化萃取柱,將CARB/NH2固相萃取柱放置在SPE裝置上,取5 mL的丙酮-正己烷混合溶液(體積比為1 :4)加入萃取柱,SPE裝置連接真空泵,以1 mL/min的流量抽真空,待液面與固相物質(zhì)持平時(shí)關(guān)閉活塞,使用同樣方法再加入5 mL正己烷,同時(shí)避免柱床變干;第二步上樣,將旋蒸濃縮后的提取液全部轉(zhuǎn)移至已活化的固相萃取柱中,用真空泵以1 mL/min的流量抽真空,待液面距離固相表面約1 mm時(shí),關(guān)閉活塞,棄去洗出液;第三步洗脫,向萃取柱中連續(xù)加入丙酮-正己烷混合溶液(體積比為1 :4),真空泵以1 mL/min的流量抽真空,收集30 mL洗脫液,用高純氮?dú)獯抵两?再用正己烷定容至1 mL,最后轉(zhuǎn)移至進(jìn)樣瓶待測(cè)。

1.2.3色譜條件

進(jìn)樣口溫度250°C;檢測(cè)器溫度250°C;以高純氮作為載氣,毛細(xì)管柱內(nèi)流量0.58 mL/min;分流進(jìn)樣,分流比為10 :1;進(jìn)樣體積為1μL。色譜柱升溫程序:柱溫160°C保持2 min ,然后以5°C/min程序升溫至220°C,再以2°C/min升至240°C,保持18 min。

2　結(jié)果與討論

2.1定性方法

配置質(zhì)量濃度分別為200μg/L的21種OCPs的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,直接進(jìn)樣。對(duì)照混合標(biāo)樣標(biāo)準(zhǔn)譜圖,根據(jù)各物質(zhì)的色譜峰保留時(shí)間(tR)定性,得到有機(jī)氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)色譜圖見圖1。

2.2OCPs標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

用正己烷將16種有機(jī)氯混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度為2 g/L)、六氯苯標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度為1 g/L)、滅蟻靈標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度為100 mg/L)、氯丹(α-氯丹、γ-氯丹)標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度為100 mg/L)和o,p′-DDT標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度為100 mg/L)依次稀釋,配置成質(zhì)量濃度分別為50μg/L、100μg/L、200μg/L、500μg/L、1 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,在實(shí)驗(yàn)既定的色譜條件下測(cè)定。以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得出回歸方程。測(cè)定稀釋濃度為5μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,用3倍儀器噪聲所對(duì)應(yīng)的有機(jī)氯農(nóng)藥含量為萃取液的檢出限。保留時(shí)間、回歸方程、相關(guān)系數(shù)和儀器檢出限的結(jié)果見表1。經(jīng)儀器信噪比驗(yàn)證,21種有機(jī)氯農(nóng)藥檢出限在0.05～0.50μg/kg之間。

圖1　有機(jī)氯農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)色譜圖Fig.1 Standard chromatogram of OCPs

表1　OCPs標(biāo)準(zhǔn)曲線與儀器檢出限Tab.1 Standard curve and detection limits of OCPs

2.3加標(biāo)回收率與精密度

將硅藻土作為空白土壤,在相同的分析條件下進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示無(wú)有機(jī)氯農(nóng)藥檢出,說(shuō)明實(shí)驗(yàn)過(guò)程未引入干擾成分。選用不含待測(cè)化合物的硅藻土作為空白基質(zhì)樣品,向其中加入質(zhì)量濃度為400μg/L的OCPs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,測(cè)定2個(gè)平行模擬樣品,根據(jù)回歸方程得出測(cè)定結(jié)果,分別計(jì)算加標(biāo)回收率1與加標(biāo)回收率2,結(jié)果見表2。除因異狄氏醛化合物特性造成的損失,因六氯苯沸點(diǎn)低而造成濃縮過(guò)程中的損失以外,有機(jī)氯農(nóng)藥加標(biāo)回收率在72%～109%之間,符合痕量分析70%～130%的回收率要求。測(cè)定6份250μg/L的混合OCPs標(biāo)準(zhǔn)溶液,根據(jù)回歸方程得出測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差(RSD),結(jié)果表明樣品中各目標(biāo)化合物的RSD為0.7%～1.13%。

2.4土壤樣品分析

用本方法對(duì)上海市奉賢區(qū)某農(nóng)田5個(gè)土壤樣品進(jìn)行分析,分析結(jié)果見表3。土壤樣品中六氯苯、γ-六六六、δ-六六六、七氯、艾氏劑、環(huán)氧七氯、α-氯丹、γ-氯丹、α-硫丹、p,p′-DDE、p,p′-DDD、p,p′-DDT、狄氏劑、異狄氏劑、硫丹硫酸鹽、滅蟻靈均未檢出。樣品1中α-六六六也未檢出(因小于檢出限,未列出)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,上述5個(gè)農(nóng)田土壤樣品中各種有機(jī)氯農(nóng)藥的濃度均小于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)[12]中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的限值,符合農(nóng)業(yè)用地標(biāo)準(zhǔn)。

表2　OCPs加標(biāo)回收率與方法精密度Tab.2 Recovery rate and the method precision of OCPs

表3　土壤樣品的OCPs濃度表Tab.3 The OCPs concentration of soil samples

3　結(jié)論

采用微波萃取,CARB/NH2固相萃取柱凈化,利用GC-ECD同時(shí)測(cè)定土壤中21種OCPs。OCPs的加標(biāo)回收率為72%～109%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差0.7%～1.13%,檢出限為0.05～0.50μg/kg。該方法準(zhǔn)確度好、精度高,具有節(jié)省萃取試劑、縮短檢測(cè)時(shí)間、簡(jiǎn)化前處理步驟等特點(diǎn)。對(duì)實(shí)際土壤樣品進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果表明,樣品凈化效果明顯,各目標(biāo)物分離效果好,該方法適用于土壤中OCPs的檢測(cè)分析。

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Determination of Organochlorine Pesticides in Soil by Gas Chromatographic with Microwave Extraction and Solid Phase Extraction Purification

LI Jingjiu1,XIE Hongyong1,WANG Jie1,SUN Zhiguo1CHEN Weidong2,LI Qiang2
(1.School of Environmental and Materials Engineering,Shanghai Polytechnic University,Shanghai 201209,P.R.China;2.Shanghai Huace Product Standard Testing Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201206,P.R.China)

Abstract:Twenty one organochlorine pesticides(OCPs)presented in soil as pollutants,were determined by gas chromatographic with microwave extraction and solid phase extraction(SPE).Acetone and n-hexane(ratio in volume was 1:1)was used as extraction solvent and the extract was concentrated to 1 mL,which was then purified on the solid phase extraction column and eluted from the column with mixed solvent of acetone and n-hexane(ratio in volume was 1:4).The eluate was concentrated to 1 mL and used for gas chromatography determination.Recovery was tested by addition of OCPs standards and the recovery rate ranged from 72% to 109%.Values of RSD’s(n = 6)for all the 21 OCPs were less than 5%.Detection limits ranged from 0.05 to 0.5μg/kg.The determination results of the soil samples showed that α-hexachlorocyclohexane,β-hexachlorocyclohexane,β-endosulfan and endrin were detected little with the content of 0.15～0.16μg/kg,0.32～1.07μg/kg,0.20～0.23μg/kg and 0.65μg/kg respectively.

Keywords:organochlorine pesticides(OCPs);microwave extraction;gas chromatography;solid phase extraction(SPE);soil

基金項(xiàng)目:上海自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.15ZR1416900)資助

通信作者:謝洪勇(1961–),男,遼寧鳳城人,教授,博士,主要研究方向?yàn)榧{米材料和環(huán)境工程。電子郵箱hyxie@sspu.edu.cn。

收稿日期:2015-09-29

文章編號(hào):1001-4543(2016)01-0032-05

中圖分類號(hào):X592

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A