何 欣,馬洋帆,趙紅霞,聶曉靜
(大連理工大學(xué) 環(huán)境學(xué)院,工業(yè)生態(tài)與環(huán)境工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 大連 116024)
固相萃取/高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法同時(shí)檢測(cè)環(huán)境水樣中24種農(nóng)藥殘留
何 欣*,馬洋帆,趙紅霞,聶曉靜
(大連理工大學(xué) 環(huán)境學(xué)院,工業(yè)生態(tài)與環(huán)境工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 大連 116024)
建立了一種固相萃取/高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(SPE/HPLC-MS/MS)同時(shí)檢測(cè)水體中24種農(nóng)藥的分析方法。樣品用乙腈提取后,經(jīng)固相萃取小柱富集凈化。以乙腈-0.1%(體積分?jǐn)?shù))甲酸水溶液為流動(dòng)相梯度洗脫,在電噴霧離子源正離子模式下(ESI+)采用多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)模式檢測(cè)。結(jié)果顯示,24種農(nóng)藥在1~200 μg/L范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)(r2)均不小于0.998,水樣中3個(gè)添加水平(5、20、100 μg/L)下的回收率為65.9%~127.8%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.7%~14.2%;方法檢出限為0.05~0.71 ng/L。采用該方法對(duì)大連地區(qū)10個(gè)河流入??诩?個(gè)水庫(kù)的水樣進(jìn)行了檢測(cè),12個(gè)站位的樣品中共檢出10種農(nóng)藥,質(zhì)量濃度為0.2~558.3 ng/L。結(jié)果表明,所建立的SPE/HPLC-MS/MS方法高效、靈敏、可靠,可用于實(shí)際水體中多種農(nóng)藥的同時(shí)檢測(cè)。
固相萃?。桓咝б合嗌V-串聯(lián)質(zhì)譜;農(nóng)藥;水樣檢測(cè)
農(nóng)藥因可以滅殺昆蟲(chóng)、真菌和其他危害農(nóng)作物生長(zhǎng)的生物而廣泛用于世界各國(guó)[1]?,F(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)的不斷發(fā)展,使得越來(lái)越多種類的農(nóng)藥應(yīng)用于農(nóng)作物中,在提高農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí),也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了巨大的危害,其所產(chǎn)生的污染成為我國(guó)影響范圍最大的一種有機(jī)污染[2]。我國(guó)的農(nóng)藥利用率低,大部分農(nóng)藥會(huì)殘留在環(huán)境中,通過(guò)降水、地表徑流、土壤淋溶等途徑進(jìn)入水體,從而破壞水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡,特別是農(nóng)田附近的河流和湖泊污染嚴(yán)重,魚(yú)類死亡率高,甚至引起人類的健康問(wèn)題。
由于環(huán)境基質(zhì)復(fù)雜多變,故對(duì)建立同時(shí)檢測(cè)環(huán)境中多種農(nóng)藥殘留的方法要求較高。目前,農(nóng)藥的檢測(cè)方法主要是液液萃取、固相萃取和固相微萃取等前處理方法結(jié)合色譜分析技術(shù),如氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)[3-4]、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(GC-MS/MS)[5]、高效液相色譜(HPLC)[6-7]、高效液相色譜-質(zhì)譜(HPLC-MS)[8-9]、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(HPLC-MS/MS)[10-11]、超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(UPLC-MS/MS)[12-13]等。多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式的HPLC-MS/MS因具有特異性強(qiáng)、靈敏度高、線性動(dòng)態(tài)范圍寬等特點(diǎn),而被廣泛用于農(nóng)藥的檢測(cè)[14-17]。
國(guó)內(nèi)對(duì)農(nóng)藥殘留的分析局限于農(nóng)作物和土壤,目前已報(bào)道的水體中快速、高效的農(nóng)藥檢測(cè)方法有限,且所檢測(cè)農(nóng)藥的種類較少。江陽(yáng)等[18]分析了飲用水中13種農(nóng)藥的殘留情況,簡(jiǎn)化了樣品前處理的過(guò)程,但雜質(zhì)干擾較大,檢出限較高,不能滿足更低殘留量的檢出要求。閆鳳麗等[19]檢測(cè)了環(huán)境水體中6種磺酰脲類除草劑殘留,前處理采用固相膜萃取,易于堵塞,傳質(zhì)阻力較大,檢出限較高,并且單一的液相色譜分析技術(shù)靈敏度較低,選擇性較差,不能滿足復(fù)雜水體中多種類農(nóng)藥的同時(shí)檢測(cè)需求,因此對(duì)水體中多種類農(nóng)藥高效準(zhǔn)確分析方法的開(kāi)發(fā)尤為重要。
本研究采用SPE/HPLC-MS/MS技術(shù),建立了水體中13種磺酰脲類除草劑、3種酰胺類除草劑、3種新煙堿類殺蟲(chóng)劑和其他5種農(nóng)藥同時(shí)測(cè)定的分析方法。經(jīng)過(guò)SPE前處理技術(shù),水樣富集倍數(shù)高,可用于實(shí)際水樣中微量農(nóng)藥的殘留分析,并且對(duì)固相萃取小柱、洗脫溶劑、上樣pH值等前處理的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了優(yōu)化。該方法成功應(yīng)用于實(shí)際10個(gè)河流入??诩?個(gè)水庫(kù)水樣中目標(biāo)農(nóng)藥殘留的檢測(cè)。
液相色譜:Agilent 2100 SL,安捷倫科技有限公司;質(zhì)譜:Agilent 6410B 三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀,安捷倫科技有限公司;色譜柱:Xterra?MS C18(3.5 μm,2.1 mm×100 mm),沃特世科技(上海)有限公司;真空固相萃取裝置:12管防交叉污染型,Supelco公司。乙腈(色譜純,Sigma-Aldrich公司);甲醇(色譜純,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司);甲酸(分析純,天津天河化學(xué)試劑廠);超純水(18.2 MΩ·cm,Milli-Q Water公司)。
標(biāo)準(zhǔn)品:噻吩磺隆、甲磺隆、甲嘧磺隆、醚苯磺隆、氯磺隆、酰嘧磺隆、三氟啶磺隆鈉鹽、甲磺胺磺隆、煙嘧磺隆、芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、氯吡嘧磺隆、氟胺磺隆、撲草凈、嗪草酮、噻蟲(chóng)啉、氯噻啉、氟蟲(chóng)腈、除草定、噻蟲(chóng)嗪、異丙甲草胺、乙草胺、丁草胺、丙環(huán)唑,均購(gòu)自北京百靈威科技有限公司,純度均高于98%。
液相色譜條件:Waters Xterra MS C18(3.5 μm,2.1 mm×100 mm)色譜柱,流動(dòng)相:A為0.1%甲酸水溶液,B為乙腈,流速0.25 mL/min,洗脫梯度程序:0~10 min,25%B;10~15 min,25%~50%B;15~20 min,50%~60%B;20 min后,100%B。
質(zhì)譜條件:電噴霧離子源,正離子掃描模式,干燥氣溫度為350 ℃,干燥氣流速為8 L/min,毛細(xì)管電壓為4 000 V,電噴霧壓力為25 psi。
水樣經(jīng)0.45 μm玻璃纖維濾膜過(guò)濾,用量筒準(zhǔn)確量取500 mL于棕色玻璃瓶中,用鹽酸調(diào)至pH 3.5,隨后進(jìn)行固相萃取。首先分別用10 mL乙腈、超純水和pH 3.5的超純水活化小柱,然后導(dǎo)入水樣,控制流速為5 mL/min。用pH 3.5的超純水沖洗瓶子和柱子,并在真空條件下抽干。用10 mL乙腈對(duì)固相萃取柱進(jìn)行洗脫,使其在重力作用下,自由滴落,在水浴氮吹儀上氮吹至近干,然后用0.1%甲酸水-乙腈溶液(8∶2)定容至500 μL于液相小瓶中,渦旋待測(cè)。
2.1.1質(zhì)譜條件優(yōu)化將儲(chǔ)備液稀釋至20 μg/L后,對(duì)其質(zhì)譜條件進(jìn)行優(yōu)化。采用全掃描模式(Scan)確定目標(biāo)物的母離子;采用選擇離子掃描模式(SIM),優(yōu)化碎裂電壓(Fragmentor);在子離子掃描模式(Product ion)下,確定碎片離子;在多重反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(MRM)下,優(yōu)化碰撞能量(CE)。通過(guò)優(yōu)化得到的母離子、子離子、去簇電壓和碰撞能量如表1所示。
表1 24種農(nóng)藥的質(zhì)譜檢測(cè)參數(shù)Table 1 MS detection parameters of the 24 pesticides
*quantitative ion;CE:collision energy
圖1 24種農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)樣品的色譜圖Fig.1 HPLC-MS/MS chromatogram of the 24 pesticides standards1.thiamethoxam;2.imidaclothiz;3.thiacloprid;4.bromacil;5.nicosulfuron;6.metribuzin;7.thifensulfuron-methyl;8.prometryn;9.metsulfuron-methyl;10.sulfometuron-methyl;11.triasulfuron;12.chlorsulfuron;13.amidosulfuron;14.trifloxysulfuron-sodium;15.mesosulfuron-methyl;16.bensulfuron-methyl;17.pyrazosulfuron-ethyl;18.halosulfuron-methyl;19.triflulsulfuron-methyl;20.metolachlor;21.acetochlor;22.propiconazole;23.fipronil;24.butachlor
2.1.2流動(dòng)相優(yōu)化由于實(shí)驗(yàn)采用ESI+模式,而酸性條件一般可提高[M+H]+化合物的正離子響應(yīng),因此選用酸性流動(dòng)相,可以加強(qiáng)離子化效率,從而提高檢測(cè)靈敏度[20],所以在水相中添加甲酸來(lái)增強(qiáng)農(nóng)藥的分離度。實(shí)驗(yàn)考察了0.1%甲酸水溶液、0.2%甲酸水溶液、0.3%甲酸水溶液分別與甲醇、乙腈為流動(dòng)相時(shí)對(duì)分離效果和質(zhì)譜響應(yīng)的影響。結(jié)果表明,當(dāng)有機(jī)相為乙腈,水相為0.1%的甲酸水溶液時(shí),24種農(nóng)藥在出峰位置和峰形一致的情況下具有更大的峰面積,因此采用乙腈為有機(jī)相,0.1%的甲酸水溶液作為水相。
由于所分析的目標(biāo)物種類較多,為縮短儀器的分析周期,提高儀器的分析能力,選擇合適的洗脫梯度至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)中不斷優(yōu)化有機(jī)相與水相的配比,最終得到24種農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)樣品在100 μg/L質(zhì)量濃度下的總離子流圖如圖1所示。
環(huán)境水體的基底復(fù)雜,且農(nóng)藥殘留濃度一般較低,為去除基底干擾以及提高農(nóng)藥檢測(cè)的靈敏度,需對(duì)樣品進(jìn)行前處理。由于固相萃取(SPE)具有回收率高、富集倍數(shù)高、萃取時(shí)間短以及有機(jī)溶劑用量少等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于樣品預(yù)處理[21-23]。
2.2.1固相萃取柱的優(yōu)化考察了Sep-Pak C18和Oasis HLB兩種固相萃取小柱在100 μg/L加標(biāo)水平下對(duì)24種農(nóng)藥的富集和回收效果,3組平行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖2所示。對(duì)于大部分農(nóng)藥來(lái)說(shuō),兩種SPE柱差別較小,但噻蟲(chóng)嗪、甲磺隆、氯磺隆、氟胺磺隆、丁草胺在C18柱的回收率較低,分別為19.02%、52.67%、55.75%、60.71%、44.82%;在HLB柱的回收率為82.3%~108.1%,且重現(xiàn)性較好。因此,本方法采用Oasis HLB作為SPE小柱。
圖2 不同固相萃取柱對(duì)24種農(nóng)藥凈化效果的比較Fig.2 Comparison of the clean-up effects of different SPE cartridges for 24 target pesticides
2.2.2洗脫溶劑的優(yōu)化洗脫劑的組成在SPE萃取過(guò)程中決定著分析物是否被完全洗脫,從而影響分析物的回收率[24]。實(shí)驗(yàn)比較了洗脫溶劑體積(6、8、10、12 mL)對(duì)回收率的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)洗脫溶劑的體積為10 mL時(shí),目標(biāo)物的回收率最優(yōu)。其次,考察了乙腈和甲醇兩種洗脫溶劑在100 μg/L加標(biāo)水平下對(duì)24種農(nóng)藥回收率的影響,進(jìn)行3組平行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)用乙腈作為洗脫溶劑時(shí),得到22種農(nóng)藥的回收率為82.3%~108.1%,甲嘧磺隆的回收率為127.8%,丁草胺的回收率為68.8%;而用甲醇作為洗脫溶劑時(shí),異丙甲草胺、乙草胺、丁草胺和噻吩磺隆的回收率較低,分別為54.07%、47.55%、37.95%、62.75%。相對(duì)于甲醇來(lái)說(shuō),乙腈作為洗脫溶劑時(shí)3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.7%~11.7%,比較穩(wěn)定。因此,本方法采用乙腈作為固相萃取的洗脫溶劑。
2.2.3洗脫溶劑的優(yōu)化水樣的酸堿性可影響農(nóng)藥在水中存在的狀態(tài)(離子態(tài)、分子態(tài))、穩(wěn)定性以及與固相萃取小柱填料的相互作用[25],從而影響目標(biāo)物的回收率。由于本方法所選的農(nóng)藥大部分為弱酸性,因此選用酸性的水樣環(huán)境更利于農(nóng)藥的富集。實(shí)驗(yàn)中采用鹽酸將水樣的pH值分別調(diào)至2.5、3.5、4.5,每組平行3次。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)上樣的pH值為3.5時(shí),24種農(nóng)藥的回收率普遍較優(yōu),并且3次平行實(shí)驗(yàn)的RSD相對(duì)穩(wěn)定。因此,本方法選擇將水樣調(diào)至pH 3.5后上樣。
實(shí)驗(yàn)中配制2、5、10、20、50、100 μg/L質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。由于撲草凈和異丙甲草胺的檢出限較高,氟蟲(chóng)腈的檢出限較低,因此繪制撲草凈和異丙甲草胺的標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí),其濃度梯度為其他21種農(nóng)藥的1/2;氟蟲(chóng)腈為其他21種農(nóng)藥濃度的2倍。以各目標(biāo)物色譜峰的信噪比(S/N)等于3來(lái)確定儀器的檢出限(IDL),方法的檢出限(MDL)換算為濃縮1 000 倍前水樣中可檢出的目標(biāo)物質(zhì)量濃度(ng/L)。24種農(nóng)藥的線性關(guān)系、IDL和MDL見(jiàn)表2。結(jié)果表明,24種農(nóng)藥的線性相關(guān)系數(shù)(r2)均不小于0.998,方法檢出限為0.05~0.71 ng/L,該方法的線性范圍好,檢出限低,靈敏度高。
表2 24種農(nóng)藥的線性關(guān)系、儀器檢出限和方法檢出限Table 2 Linear relationship,IDLs and MDLs of the 24 pesticides
選取不含目標(biāo)分析物的地表水樣品進(jìn)行精密度和加標(biāo)回收率的試驗(yàn)。24種標(biāo)準(zhǔn)品的加標(biāo)水平為5、20、100 μg/L,每組平行實(shí)驗(yàn)3次(n=3),計(jì)算加標(biāo)回收率,結(jié)果如表3所示。24種農(nóng)藥的加標(biāo)回收率為65.9%~127.8%,RSD為0.7%~14.2%,表明該方法的精密度和回收率符合殘留分析要求。
表3 水樣中24種農(nóng)藥的加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=3)Table 3 Spiking recoveries and relative standard deviations of the 24 pesticides in water samples(n=3)
采用所建立的方法對(duì)大連地區(qū)10個(gè)河流入??诩?個(gè)水庫(kù)水樣中的農(nóng)藥進(jìn)行了分析,共檢出10種農(nóng)藥,農(nóng)藥殘留情況如表4所示。由表可知,水體中檢出的10種農(nóng)藥的殘留量為0.2~558.3 ng/L,氯磺隆、除草定、乙草胺的檢出率低,檢出濃度相對(duì)較低;氯噻啉、撲草凈、異丙甲草胺的檢出率高,并且檢出濃度也較高。其中,S4(黃石礁)水樣中撲草凈的濃度最大,為558.3 ng/L。
表4 12個(gè)地點(diǎn)水樣中農(nóng)藥的分析結(jié)果Table 4 Analytical results of pesticides in water samples of 12 sites
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本研究建立了固相萃取/高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(SPE/HPLC-MS/MS)同時(shí)檢測(cè)水體中常見(jiàn)24種農(nóng)藥的檢測(cè)方法,該方法高效快速、準(zhǔn)確可靠,檢出限低,可滿足多種農(nóng)藥殘留的分析要求,具有很大的應(yīng)用前景。
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Simultaneous Determination of 24 Pesticide Residues in Environmental Water Using Solid-phase Extraction and High Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry
HE Xin*,MA Yang-fan,ZHAO Hong-xia,NIE Xiao-jing
(Key Laboratory of Industrial Ecology and Environmental Engineering of Ministry of Education,College of Environment,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China)
A method of solid-phase extraction(SPE) and high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry(SPE/HPLC-MS/MS) was developed for the simultaneous determination of 24 pesticides in water.The samples were extracted with acetonitrile,then enriched and purified with solid-phase extraction cartridges.Acetonitrile and 0.1%(by volume) formic acid aqueous solution were used as mobile phases.Target pesticides were analyzed by HPLC-MS/MS in positive electrospray ionization(ESI+) under multiple reaction monitoring(MRM) mode.Results showed that 24 pesticides were separated in 25 min with excellent linear relationships(r2≥0.998).The recoveries at spiked levels of 5,20,100 μg/L in water samples ranged from 65.9%-127.8% with relative standard deviations(RSDs) of 0.7%-14.2%.The limits of detection were in the range of 0.05-0.71 ng/L.This method was applied in the detection of the water samples from 10 estuaries and 2 reservoirs in Dalian,and 10 pesticides were detected in the concentration range of 0.2-558.3 ng/L.The proposed SPE/HPLC-MS/MS method is efficient and sensitive,and is suitable for the determination of various pesticides in actual water samples.
solid-phase extraction(SPE);high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry(HPLC-MS/MS);pesticides;water detection
2017-07-19;
2017-08-30
中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(DUT15LAB04)
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何 欣,博士,工程師,研究方向:環(huán)境分析化學(xué),E-mail:hexin@dlut.edu.cn
10.3969/j.issn.1004-4957.2017.12.012
O657.63;O657.7
A
1004-4957(2017)12-1487-07