超聲波提取-氣相色譜法測定農(nóng)田土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留

黎小鵬，李盛安，馬世柱，陳 楠，鄧桂添，周嘉誠，梁錦填，高文彬, 林俊杰

(1.中山市三鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)產(chǎn)品檢驗檢測站，廣東中山 528463；2.中山市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，廣東中山 528400)

六六六(BHCs)和滴滴涕 (DDTs)為有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)，是代表性的持久有機(jī)污染物(POPs)[1]，由于其殺蟲效果好且藥效持久，曾在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用[2]。我國雖早于20世紀(jì)80年代部分禁用，但由于有機(jī)氯農(nóng)藥具有半揮發(fā)性和高持久性，可在大氣環(huán)境中長期存在，并通過蒸餾效應(yīng)長距離傳播[3]，最后沉降于土壤中，因此人口密集的地區(qū)仍有必要研究其污染狀況。珠三角地區(qū)曾經(jīng)是有機(jī)氯農(nóng)藥大量使用地區(qū)，近年的研究表明，該區(qū)內(nèi)的土壤仍可檢出有機(jī)氯農(nóng)藥殘留[4]，因此農(nóng)田土壤中的有機(jī)氯污染狀況不容忽視。

目前，我國已制訂土壤中OPCs測定方法標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 14550—2003 土壤中六六六和滴滴涕測定的氣相色譜法》[5]，在該標(biāo)準(zhǔn)中前處理提取方法為索氏提取，而目前常見的提取方法還有加速溶劑萃取[6-8]和微波萃取等[9-12]，但是這些方法存在耗時長、溶劑消耗量大、需有專人看管、需要使用專門設(shè)備等缺點。國標(biāo)中前處理凈化方法為濃硫酸凈化法或?qū)游鲋鶅艋?，前者用到濃硫酸，操作有較大的危險性；后者需在試驗前自行填充層析柱，制作方法繁瑣，而目前國內(nèi)流行的凈化方法為商品化固相萃取小柱(SPE)[7-8，12-15]，操作簡便，效果顯著。該研究探討使用相對簡便的超聲波萃取[14，16-17]，置放過夜的前處理方法， 整個提取過程無需再次打開蓋子，大大減少有機(jī)溶劑揮發(fā)對實驗人員的傷害，結(jié)合弗羅里硅固相萃取小柱凈化(Florisil SPE)，使用氣相色譜儀-電子捕獲檢測器(GC-ECD)同時測定土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥的方法。該方法具有定性準(zhǔn)確、靈敏度高、操作簡便等優(yōu)點。該試驗還進(jìn)行DDT及其代謝物在非極性色譜柱HP-5上的色譜行為研究，國內(nèi)文獻(xiàn)未見相關(guān)報道[18]。

1 材料與方法

1.1儀器與試劑儀器：GC 7890A氣相色譜儀，美國安捷倫公司；XW-80A渦旋混合器，上海精科實業(yè)有限公司；IKA搖床；OHAUS-CP2102電子天平，奧豪斯儀器有限公司； HGC-36A氮吹儀,天津恒奧科技有限公司；Vac Elut SPS 24固相萃取儀，美國安捷倫公司；3-30k高速冷凍離心機(jī)，SIGMA公司；KQ-500E超聲波清洗機(jī)，昆山超聲波儀器有限公司。

試劑：正已烷、乙腈均為色譜純,德國Merck公司生產(chǎn);Bond Elut Florisil SPE柱(1.0 g,6 mL),美國安捷倫公司生產(chǎn)。8種有機(jī)氯農(nóng)藥,分別為α-BHC、β-HBC、γ-BHC、δ-BHC、P，P’-DDE、 O，P’-DDT、 P，P’-DDD、 P,P’-DDT，濃度1 000 μg/mL,所有標(biāo)準(zhǔn)品購自農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所(天津)?；旌虾笈涑蓾舛葹?00 μg/mL混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，用正乙烷將8種有機(jī)氯混標(biāo)配制成校正曲線工作液,其濃度分別為0.01、0.02、0.05、0.10、0.20 μg/mL。

1.2色譜儀器條件色譜條件：色譜柱為HP-5毛細(xì)管柱(安捷倫公司),30 m×0.25 mm×0.25 μm, 載氣：高純氮氣；程序升溫：100 ℃保持3 min,以120 ℃/min升至250 ℃保持5 min，再以120 ℃/min升至260 ℃保持3.4 min；進(jìn)樣口溫度：200 ℃, 進(jìn)樣方式：分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1 μL，分流比10∶1，柱流速為1.5 mL/min。電子捕獲檢測器，溫度300 ℃。

1.3樣品處理土壤樣品自然風(fēng)干后，研磨并過80目篩。分析時稱取土樣20.0 g，置50 mL離心管中，加5 mL水，搖勻；加20 mL乙腈，加入5～7 g經(jīng)140 ℃烘干的氯化鈉，蓋緊蓋子。置搖床振搖30 min, 300 r/min。

超聲提取20 min，放置過夜。次日再次超聲提取20 min，離心，取10 mL上清液在40 ℃下氮吹濃縮近干，加正乙烷2 mL待凈化。

取Florisil SPE小柱(1.0 g,6 mL)，依次用 5 mL丙酮正已烷混合液(體積比1∶9)、5 mL正已烷活化后，加入樣品濃縮液，用5 mL丙酮正已烷混合液(體積比1∶9)洗脫，重復(fù)1次，于40 ℃下氮吹近干，用正已烷定容至1 mL，待測。

2 結(jié)果與分析

2.1提取方法的選擇比較3種提取方法，方法A：索氏提取[5，19-20]；方法B：按“1.3”處理；方法C：按“1.3”處理但將放置過夜改為放置20 min。提取后全部用SPE小柱凈化。3種提取方法的提取效率以加標(biāo)0.01 mg/kg的回收結(jié)果計算，見圖1。由圖1可知，方法A和B的回收率無顯著差異，方法C回收率偏低。方法A耗時超24 h，消耗有機(jī)溶劑100 mL以上，需購置專用儀器，試驗完成后需清洗大量玻璃器皿，人手操作的時間也更長，因此，選擇方法B作為該次試驗的提取方法。

圖1 3種提取方法8種有機(jī)氯加標(biāo)回收率比較Fig.1 Recoveries on the 3 extraction processing of 8 OCPs

2.2凈化方法的選擇考察3種凈化方法，方法D是按GB/T 14550的濃硫酸凈化法[5]，方法E是劉紅梅等[20]提供的濃硫酸凈化法，方法F是按“1.3”使用Florisil商品化小柱SPE凈化。凈化前按“1.3”的方法提取，3種凈化方法的凈化效果相當(dāng)，色譜圖均無明顯的雜峰干擾。加標(biāo)0.01 mg/kg的回收結(jié)果見圖2，回收率無明顯變化，但方法D的操作非常復(fù)雜，試驗結(jié)束后需清洗的玻璃器皿最多，每個樣品的工作量是方法F的2倍以上；方法E的操作簡單，但危險性大，破管率高，一般超過10%，一旦破管需重新進(jìn)行前處理，也增加了工作量，拖延了出試驗結(jié)果的時間；方法F非常適宜批量處置，因此，該試驗選擇方法F作為凈化方法。

圖2 3種凈化方法8種有機(jī)氯加標(biāo)回收率比較Fig.2 Recoveries on the 3 cleaning of 8 OCPs

2.3氣相色譜升溫程序的的選擇OCPs是一類弱極性化合物，可選擇非極性或弱極性固定相的色譜柱，以達(dá)到理想的分離效果，并獲得較高的響應(yīng)值。該試驗比較了使用HP-5毛細(xì)管柱的多種升溫程序，每次均注入濃度為0.1 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

(1)首先使用劉紅梅等[20]提供的升溫程序，但在該次試驗中無法使P,P’-DDD與O,P’-DDT 2個組分分離開，見圖3中序號7(12.486 min)的色譜峰。升溫程序：從190 ℃以5 ℃/min升至210 ℃保持5 min，再以2 ℃/min升至220 ℃保持1 min，再以10 ℃/min升至270 ℃保持5 min，全程運行需時20 min。

注：1.α-BHC；2.γ-BHC；3.β-HBC；4.δ-BHC；5.P,P’-DDE；6.P,P’-DDD；7.O,P’-DDT； 8.P,P’-DDT圖3 初溫高、升溫速度慢的升溫程序下8種有機(jī)氯色譜圖Fig.3 Chromatograph of 8 OCPs using the higher initial temperature with lower heating rate

(2)為分離P,P’-DDD與O,P’-DDT 2個組分，使用降低初始溫度、降低升溫速率的方法，令初溫每次降低10 ℃，之后以5 ℃/min升至210 ℃保持5 min，再以2 ℃/min升至220 ℃保持1 min，再以10 ℃/min升至270 ℃保持3 min。這樣測試了11個升溫程序方法，運行的時間不斷延長，但始終無法將P,P’-DDD和 O,P’-DDT 2個組分有效分離，且靈敏度大大下降(圖4)。該方法的升溫程序：從80 ℃保持5 min,以2 ℃/min升至210 ℃，再以50 ℃/min升至270 ℃保持3 min。以2 ℃/min升至210 ℃，再以50 ℃/min升至270 ℃保持3 min。

注：1.α-BHC；2.γ-BHC；3.β-HBC；4.δ-BHC；5.P,P’-DDE；6.P,P’-DDD, O,P’-DDT；7. P,P’-DDT圖4 初溫低、升溫速度慢的升溫程序下8種有機(jī)氯色譜圖Fig.4 Chromatograph of 8 OCPs using lower initial temperature with lower heating rate

(3)選擇較低的初始溫度，較快的升溫速度，結(jié)果P,P’-DDD與O,P’-DDT有效分離。升溫程序如下：從90 ℃保持3 min,以120 ℃/min升至250 ℃保持5 min，再以100 ℃/min升至260 ℃保持3.4 min,運行時間12.83 min(圖5)。在該儀器方法下，8個組分實現(xiàn)良好分離，響應(yīng)值高，靈敏度完全達(dá)到檢測要求。

一般情況下，使用低極性的HP-5色譜柱或減慢升溫速度可以一定程序增加難分離組分之間的分離度，但當(dāng)這兩組分的相對保留值增大，組分的峰寬也在增加，當(dāng)峰寬的增大超過相對保留值的增大時，兩組分的交疊更為嚴(yán)重，如圖3中序號7(12.486 min)以及圖4中序號6(63.284 min)的色譜峰所示。使用固定相極性稍高的DB-1701P[2]，減少了色譜柱液膜對非極性組分的保留，使組分的峰寬變窄；或使用“2.3(3)”的升溫程序，升溫速度加快，增加分子擴(kuò)散速率，縮窄了組分的峰寬，從而改善化合物的分離度，這2種方法的原理相近，且都達(dá)到使P,P’-DDD與O,P’-DDT 2個組分明顯分離的目的。

注：1.α-BHC；2.γ-BHC；3.β-HBC；4.δ-BHC；5.P,P’-DDE；6.P,P’-DDD, 7.O,P’-DDT；8. P,P’-DDT圖5 初溫高、升溫速度快的升溫程序下8種有機(jī)氯色譜圖Fig.5 Chromatograph of 8 OCPs using higher initial temperature with higher heating rate

2.4定量方法的線性檢測范圍以混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為橫坐標(biāo)，各目標(biāo)化合物色譜峰的峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，其相關(guān)系數(shù)、回歸方程見表1。8種有機(jī)氯在0.01～0.20 μg/mL線性關(guān)系良好，R2值均大于0.999。由于OCPs的基質(zhì)效應(yīng)不明顯，該試驗用正己烷配制標(biāo)準(zhǔn)曲線[21]。

2.5方法檢出限最低檢出限按最低濃度點0.01 μg/mL的響應(yīng)值與基線的噪聲響應(yīng)的3倍計算,檢出限結(jié)果見表1。8種有機(jī)氯的方法檢出限為0.012～0.059 ng/g，能滿足土壤中微量有機(jī)氯的檢測[22]。

2.6方法回收率和精密度在相同的試驗條件下，對6個空白土壤樣品添加濃度為0.005 μg/g的8種有機(jī)氯混合標(biāo)樣，進(jìn)行加標(biāo)回收和精密度測試，測試結(jié)果見表1。8種有機(jī)氯的加標(biāo)回收率為92.1%～105.3%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.7%～6.9%，方法具有較好的回收率和精密度[23-24]。

表1農(nóng)田土壤中8種有機(jī)氯的回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限、回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

Table1Regressionequations,correlationcoefficients,detectionlimits,recoveriesandrelativestandarddeviationof8OCPsinfarmlandsoil

OCPs回歸方程Regressionequation相關(guān)系數(shù)Correlationcoefficient檢出限Limitsofdetection∥ng/g回收率Recoveries∥%相對標(biāo)準(zhǔn)差Relativestandarddeviation∥%α-BHCY=75270．8X-237．90．99950．01292．16．9γ-BHCY=13392．6X+69．70．99920．056103．43．4β-HBCY=38346．6X-53．20．99910．024102．63．3δ-BHCY=64343．6X-223．20．99910．015105．34．0P，P’-DDEY=59952．1X-64．90．99920．02693．32．7P，P’-DDDY=54450．6X-30．70．99940．03399．83．1O，P’-DDTY=35429．7X-102．50．99920．05298．23．7P，P’-DDTY=28891．6X-37．50．99940．059102．72．8

3 結(jié)論

采用超聲波萃取，提取效率高，操作簡便快捷，且有機(jī)溶劑用量少，對環(huán)境友好；凈化方法SPE固相小柱萃取, 基本能除去土壤基質(zhì)中的干擾物質(zhì)，使用氣相色譜技術(shù)，建立農(nóng)田土壤中8種有機(jī)氯檢測方法，整個分析過程基本實現(xiàn)儀器自動化操作，大大減少人為誤差，檢測方法的準(zhǔn)確性好、精密度高，適合于農(nóng)田土壤中有機(jī)氯的快速檢測。

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