分散固相萃取-超聲輔助分散液液微萃取/高效液相色譜法測定土壤中溴氰菊酯殘留

于 玲*， 董麗麗

(邢臺學院化學工程與生物技術學院，河北邢臺 054001)

溴氰菊酯俗稱敵殺死，是擬除蟲菊酯中殺蟲活性最大的一個品種，可有效防治糧、棉、油、果、菜、茶等多種農(nóng)作物、經(jīng)濟林木的害蟲，對昆蟲具有觸殺、胃毒作用，殺蟲效力比其他擬除蟲菊酯大5～10倍，是目前殺蟲活性最高的殺蟲劑之一。但其使用后殘留的毒副作用逐步顯現(xiàn)[1 - 3]。據(jù)初步估計，施入果園的溴氰菊酯有 80%～90%最終都進入土壤，而使果園土壤環(huán)境的潛在污染日趨嚴重[4]。土壤自身雖有凈化作用，但如果進入土壤中的農(nóng)藥含量在數(shù)量和速度上超過土壤的自凈能力，終將導致土壤的農(nóng)藥殘留。因此，準確的測定土壤中溴氰菊酯的含量對農(nóng)藥的科學使用具有重大意義。

目前，測定溴氰菊酯的主要方法有氣相色譜法(GC)[5]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)[6,7]、液相色譜法(HPLC)[8]和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(HPLC-MS)[9]等。而使用的樣品前處理技術主要是索氏提取法[10]、微波輔助提取法[11]和固相萃取法[12]，但這些處理方法使用有毒有害有機溶劑且耗費量大，操作繁瑣費時。分散固相萃取(Dispersive Solid-phase Extraction)是Lehotay 等[13]開發(fā)的一種新型樣品前處理方法，目前廣泛用于果蔬中的農(nóng)藥殘留檢測。分散液液微萃取(DLLME)是Rezaee等[14]于 2006 年首次報道的一種前處理方法。該方法集采樣、萃取和富集于一體，具有快速、環(huán)保、低成本特點。本文將以上兩種前處理方法相結合，采用分散固相萃取技術凈化后經(jīng)超聲輔助分散液液微萃取技術富集，結合高效液相色譜法(HPLC)測定土壤中溴氰菊酯的含量。建立的方法具有有機溶劑消耗少，富集倍數(shù)高，操作快速簡單，綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點，可以作為土壤中痕量溴氰菊酯殘留的常規(guī)檢測方法。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑和材料

LC-20AT高效液相色譜儀(日本，島津公司)，配SPD-M20A二極管陣列檢測器(DAD)；SC-36112 型低速離心機(安徽中科中佳科學儀器有限公司)；Exceed-Ad-24型超純水機(成都艾柯水處理設備有限公司)；KQ-50B型超聲波清洗器(天津市瑞普電子儀器公司)。

溴氰菊酯(純度98%，上海市農(nóng)藥研究所)；N-丙基乙二胺(PSA)、C18、石墨炭黑(GCB)(天津博納艾杰爾公司)；二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、四氯乙烷、四氯化碳、氯苯、二硫化碳、甲醇、丙酮、乙醇、乙腈均為分析純(北京化工廠)；甲醇為色譜純。實驗用水為超純水。

敵殺死農(nóng)藥(拜耳作物科學有限公司)，有效成分：2.5%溴氰菊酯，噴灑濃度：1∶1 500(V/V)。土壤樣品取自河北省邢臺縣的三個不同桃園。

1.2 實驗方法

1.2.1樣品前處理土壤采樣深度為0～15 cm，采集量為100 g，經(jīng)過分揀、研磨、過20目篩。稱取處理好的土壤試樣10 g于具塞錐瓶中，加入甲醇∶水(1∶4,V/V) 50 mL，用0.1 mol/L HCl調(diào)節(jié)溶液pH=3，超聲提取30 min，靜置，將上層清液用布氏漏斗抽濾后，備用。

取濾液10 mL于10 mL帶刻度尖底玻璃離心管中，將分散固相萃取吸附劑PSA粉25 mg、C18粉15 mg、GCB粉10 mg直接加入到清液中進行凈化。經(jīng)3 500 r/min離心3 min，取上清液6 mL于另一10 mL離心管中，用移液槍快速注入50 μL氯仿萃取劑，劇烈振蕩混勻，使萃取劑均勻地分散在水相中，形成水/分散劑/萃取劑的乳濁液體系，超聲3 min，以3 500 r/min離心5 min，萃取劑沉積在離心管底部，然后用微量進樣器吸取5 μL沉積相，進行HPLC分析測定。

1.2.2色譜條件WondaSilTM C18色譜柱(250×4.6 mm i.d.,5 μm)；流動相為甲醇∶水=90∶10(V/V)，流速：1 mL/min，柱溫：30 ℃，檢測波長：230 nm，進樣量：5 μL。

2 結果與討論

2.1 分散固相萃取吸附劑的選擇

以土壤樣品中的加標回收率為指標，考察了PSA、C18、GCB對溴氰菊酯的吸附情況。溴氰菊酯在0.1 mg/kg添加濃度下，選擇用量均為50 mg的三種吸附劑進行凈化，在3次平行試驗后得到回收率數(shù)據(jù)。結果發(fā)現(xiàn)：GCB對溴氰菊酯的吸附最強，平均回收率為85%，其次是C18為92%，PSA最小為96%，三者雖有差別，但不明顯。同時考慮到GCB具有片層結構，對樣品中色素的去除效果顯著；PSA是正相硅膠鍵和吸附劑，具有較強的離子交換能力；C18是反相硅膠鍵和吸附劑，可以吸附溶液中弱極性的干擾物如脂肪、多環(huán)芳烴等。三者配合使用可以效果互補，對雜質(zhì)的吸附范圍更廣。另外，吸附劑粉末的用量是影響前處理凈化效果和回收率的重要因素。如果添加量太多，會導致農(nóng)藥的吸附，影響回收率。如果添加量少，雜質(zhì)去除效果差，經(jīng)離心后萃取劑上層會形成白色沉淀，很難直接吸取進樣。通過實驗最終確定吸附劑粉末的用量為PSA粉25 mg、C18粉15 mg、GCB粉10 mg。

2.2 超聲輔助分散液液微萃取方法的優(yōu)化

取不含溴氰菊酯的土壤樣品，加入一定體積的100 μg/mL溴氰菊酯標準溶液，按照1.2.1的前處理方法，配制成100 mL終含量為0.1 μg/mL的土壤樣品溶液，供以下條件優(yōu)化實驗使用。

2.2.1萃取劑的種類采用甲醇∶水(1∶4,V/V)制備的0.1 μg/mL溴氰菊酯的土壤樣品溶液5 mL，分別與50 μL不同萃取劑(氯仿、四氯化碳、二氯甲烷、二硫化碳、氯苯、二氯乙烷、四氯乙烷)進行萃取實驗。結果表明：采用氯仿為萃取劑時，色譜峰形極佳而且吸收很強，富集效果良好；四氯化碳、氯苯、二硫化碳3種萃取劑富集效果都較差；二氯甲烷、四氯乙烷、二氯乙烷萃取的沉積相中沒有目標物，這是因為他們在此環(huán)境中對溴氰菊酯的溶解度太小。綜上所述，本實驗采用氯仿作為萃取劑。

2.2.2萃取劑的體積采用甲醇∶水(1∶4,V/V)配制的0.1 μg/mL溴氰菊酯的土壤樣品溶液5 mL，選擇不同體積的氯仿(30、40、50、60、70、80、90 μL)做微萃取實驗。結果表明：隨著萃取劑用量的增加，沉積相體積逐漸增多，相應的萃取相中溴氰菊酯的濃度先增高后降低，方法回收率和富集倍數(shù)也呈現(xiàn)同樣的趨勢。當采用30 μL氯仿時，由于溶解損失，離心后無沉積相；當采用40 μL氯苯時，離心后萃取相不穩(wěn)定，且體積不足5 μL，精密度較差。增加萃取劑用量，下層萃取相的體積也隨萃取劑加入量的增加而增加，這在一定程度上稀釋了萃取相中溴氰菊酯的濃度，不利于富集倍數(shù)的提高。當氯仿加入量為50 μL時，既可以保持較高富集倍數(shù)，也能滿足進樣測定所需的體積，所以氯仿體積選擇50 μL。

2.2.3分散劑的種類分別采用乙腈、甲醇、丙酮、乙醇4種分散劑和水的比例為1∶4制備土壤樣品溶液，取樣品溶液5 mL，分別加50 μL的氯仿，考察對溴氰菊酯的萃取效果。結果表明：以甲醇作為分散劑時，萃取效率最高，其次為乙醇，最后是丙酮。以乙腈為分散劑時，沒有沉積相，不能形成兩相體系，這可能與其較大的溶解性有關。綜上所述，本實驗采用甲醇為分散劑。

2.2.4提取溶劑的選擇和分散劑的關系通過實驗發(fā)現(xiàn)，溴氰菊酯不溶于水，為了提高水溶液對土壤樣品中溴氰菊酯的提取率，需在水中加一定量的有機溶劑。由于分散劑為甲醇，為了保證溶劑體系的一致，因此選用甲醇-水混合溶液對土壤樣品進行提取。同時研究了甲醇-水混合溶液對土壤樣品萃取效率的影響。實驗分別用1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6的5組不同體積比的甲醇-水混合溶液提取土壤樣品，并向5 mL樣品溶液中加入50 μL氯仿進行萃取實驗。結果表明：甲醇-水比例從1∶4變到1∶2，富集倍數(shù)逐漸變小，這是因為隨著分散劑甲醇含量的增加，使萃取劑溶解損失增大，引起更大的分析物溶解損失，所以回收率低，富集效率??；在甲醇-水比例為1∶4時富集效率達到最大；隨后甲醇-水比例從1∶4變到1∶6時，分散劑甲醇體積較小，萃取劑未能均勻的分散在水相中，萃取效率降低，所以選擇甲醇-水比例為1∶4。

2.2.5樣品體積分別采用甲醇∶水(1∶4,V/V)制備的溴氰菊酯土壤樣品溶液3、4、5、6、7、8 mL，分別加入50 μL的氯仿進行萃取實驗。結果表明：土壤樣品溶液體積在3～6 mL時，富集效率逐漸增加，這是因為更多的樣品溶液可以提供多一些的目標物質(zhì)。此后，當土壤樣品溶液體積在7～9 mL時，富集效率迅速下降，說明當樣品溶液體積為6 mL時，萃取基本達到平衡，再增加樣品溶液體積，不能提高富集效果，因此本實驗樣品體積確定為6 mL。

2.2.6超聲時間的影響實驗采用體積為6 mL的土壤樣品溶液，改變超聲時間，分別為0、1、2、3、5、7、10、15、20 min，其他條件不變，考察對目標物富集倍數(shù)的影響。結果表明：在前3 min，隨著超聲時間的延長，目標物的富集倍數(shù)逐漸增大；在3 min后，富集倍數(shù)有所下降。這是因為一方面超聲促進了兩相的混合加快了萃取過程中的傳質(zhì)作用，從而提高了萃取效率；另一方面過長的超聲時間產(chǎn)生熱量更多，可能增加試劑的揮發(fā)程度而降低萃取效果。本實驗選擇超聲時間為3 min。

2.2.7鹽度的影響實驗考察了土壤樣品溶液中的NaCl含量分別為0～10%時，鹽濃度對萃取效率的影響。結果表明：隨著NaCl濃度的增加，富集倍數(shù)和回收率均顯著降低。這是由于隨著離子強度的增加，有機萃取劑在水相中的溶解度減小，萃取劑在體系中未能達到均勻狀態(tài)，未能形成微小液滴，從而沉積相體積增加，萃取效率均低于不加鹽的情況，所以本實驗選擇不加鹽。

2.2.8pH的影響根據(jù)溴氰菊酯的性質(zhì)，在酸性條件下能夠穩(wěn)定存在，在堿性條件下不穩(wěn)定?？紤]到pH=1～2時，強酸對色譜柱可能存在的損害，本文考察pH=3～8之間目標分析物的萃取效率。土壤空白溶液的pH為7，通過在水相中加入HCl或NaOH稀溶液調(diào)節(jié)待測溶液pH，實驗得到的沉積相體積均為10 μL左右，說明pH對沉積相體積基本無影響。pH=3時，富集倍數(shù)最大，隨著pH的增加，富集倍數(shù)逐漸變小，當pH=8時顯著降低，這是因為一方面在酸性條件下溴氰菊酯更易于分配到有機相中，另一方面，在堿性條件下溴氰菊酯極易分解。因此選擇pH=3為最佳條件。

2.3 工作曲線與檢出限

準確稱取8份10 g研碎過篩的不含溴氰菊酯的土壤試樣，分別加入一定體積的溴氰菊酯標準溶液，使其含量分別為0、0.005、0.025、0.05、0.25、0.5、1.0、2.5 mg/kg，按實驗方法繪制標準曲線。以平均峰面積值(Y)對待測物質(zhì)量濃度(X)做線性回歸。在0.005～2.5 mg/kg范圍內(nèi)線性良好，其線性方程為：Y=1756593X-3569，相關系數(shù)r=0.9998。檢出限(LOD，以信噪比S/N=3計)為0.001 mg/kg，定量限(LOQ，以信噪比S/N=10計)為0.005 mg/kg，可滿足實際樣品測定的需要。在該實驗條件下，土壤樣品中溴氰菊酯濃度為0.5 mg/kg時，富集倍數(shù)為565倍。

2.4 準確度和精密度

選用陰性土壤樣品，進行不同添加濃度的萃取、測定。溴氰菊酯添加量分別為0.05、0.1、0.2 mg/kg，計算得方法的回收率與相對標準偏差(RSD)見表1。平均加標回收率為70.3%～94.5%，RSD為2.5%～4.7%，方法的準確度和精密度令人滿意。土壤空白色譜圖及標準添加色譜圖見圖1。

2.5 樣品分析

按上述樣品處理及色譜方法測定了邢臺縣地區(qū)三個不同桃園的土壤樣品，分別取施藥后第2、5、10、30 d的土壤樣品，按照1.3中的樣品前處理方法萃取、測定。結果列于表2。

表1 土壤中溴氰菊酯的加標回收率與相對標準偏差(n=5)

Sample No.Application time(day)Amount of deltamethrin(mg/kg)120.02750.018100.016300.006220.09250.081100.053300.047320.01650.013100.01030-

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結果表明：在施藥后10 d內(nèi)，三個果園均檢出溴氰菊酯，其含量都在0.01 mg/kg以上，在第30 d，桃園3中土壤里的溴氰菊酯含量低于了本方法的檢出限，未檢出。考慮到噴灑農(nóng)藥人員的主觀因素和果樹種植的密度不同，由表2可以看出三個果園土壤中溴氰菊酯的含量基本相同。同時，可得溴氰菊酯在土壤中的殘留隨時間的延長而逐漸減少，但其減少的量是由于自身凈化作用還是轉(zhuǎn)移到更深的土壤中，需在今后的工作中做進一步的研究。

3 結論

本文建立了分散固相萃取凈化/超聲輔助分散液液微萃取-高效液相色譜法測定土壤中溴氰菊酯含量的新方法，系統(tǒng)地討論了分散固相萃取吸附劑的選擇及分散液液微萃取的最優(yōu)條件。本方法將凈化與富集兩個前處理方法結合使用，用于復雜基質(zhì)土壤中溴氰菊酯含量的測定，使富集倍數(shù)提高，測定結果更加準確。方法具有操作簡便、效率高、成本低，環(huán)保等優(yōu)點。