QuEChERS-氣相色譜法快速測(cè)定土壤中8種有機(jī)氯農(nóng)藥

蔡灝兢，程雪剛，陳廣銀

(1.昆山市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，江蘇 昆山 215300；2.蘇州市華測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司，江蘇 蘇州 215134)

有機(jī)氯農(nóng)藥曾被廣泛應(yīng)用于防治植物病蟲(chóng)害，因此土壤和沉積物是有機(jī)氯農(nóng)藥的主要儲(chǔ)集場(chǎng)所。環(huán)境中的有機(jī)氯農(nóng)藥有20%～70%在土壤中形成結(jié)合態(tài)殘留[1]，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易分解，又因其脂溶性強(qiáng)，難溶于水，容易被生物累積并通過(guò)食物鏈毒害人畜[2]。因此研究如何快速有效地檢測(cè)土壤中農(nóng)藥殘留成為環(huán)保研究的重要內(nèi)容之一。

目前對(duì)土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥的前處理方法主要有索氏提取、微波溶萃取、超聲波萃取，QuEChERS(Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe)是近年來(lái)國(guó)際上最新發(fā)展起來(lái)的一種用于農(nóng)藥殘留檢測(cè)的快速樣品前處理技術(shù)[3]。該方法是利用乙腈萃取樣品中的農(nóng)藥殘留，氯化鈉和無(wú)水硫酸鈉鹽析分層，萃取液經(jīng)無(wú)水硫酸鈉和乙二胺-N-丙基硅烷(PSA)分散固相萃取凈化后，用氣相色譜儀(GC)、氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)等進(jìn)行殘留分析。QuEChERS方法實(shí)質(zhì)上是固相萃取技術(shù)和基質(zhì)固相分散技術(shù)的結(jié)合和衍生[4]，目前多應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)領(lǐng)域[5-7]，在土壤和沉積物檢測(cè)領(lǐng)域研究不多，現(xiàn)擬將該方法用在土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥的提取凈化，從而建立快速測(cè)定土壤中8種有機(jī)氯農(nóng)藥的檢測(cè)方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與設(shè)備

7890B 氣相色譜儀，配有ECD電子俘獲檢測(cè)器(美國(guó)Agilent公司)；7693 自動(dòng)進(jìn)樣器、Openlab 色譜工作站(美國(guó)Agilent公司)；KH7200DB 超聲波儀(400 W，昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司)；80-2 電動(dòng)離心機(jī)(上海梅香儀器有限公司)；TurboVap II 氮吹儀(瑞典Biotage公司)；Milli-Q Advantage A10超純水系統(tǒng)(法國(guó)默克公司)；電子天平(上海梅特勒-托利多儀器有限公司)；Vortex-Genie 2渦旋振蕩器(美國(guó)Scientific Industries公司)；200 W數(shù)控超聲波清洗器(上海安譜科學(xué)儀器有限公司)。

1.2 試劑

8種有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)溶液(4,4′-DDD、4,4′-DDE、4,4′-DDT、2,4′-DDT、α-HCH、β-HCH、γ-HCH、δ-HCH，標(biāo)液溶劑為正己烷，100 mg/L，上海安譜科學(xué)儀器有限公司)；乙腈、正己烷(HPLC 級(jí)，上海安譜科學(xué)儀器有限公司)；PSA(上海安譜科學(xué)儀器有限公司)；C18分散固相凈化劑(上海安譜科學(xué)儀器有限公司)；無(wú)水硫酸鎂(MgSO4，上海安譜科學(xué)儀器有限公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品前處理

準(zhǔn)確稱取5.0 g土壤樣品，置于50 mL離心管中，加入2 mL超純水，渦旋混勻，浸潤(rùn)15 min，加入10 mL乙腈溶液，混勻，超聲提取10 min，加入無(wú)水MgSO4，渦旋1 min，以5 000 r/min離心4 min，取5 mL乙腈溶液濃縮至2.0 mL，轉(zhuǎn)移至5 mL離心管中加入PSA、C18分散固相凈化劑和無(wú)水MgSO4渦旋1 min，再以10 000 r/min離心5 min，取2.0 mL上清液轉(zhuǎn)移至氮吹管中吹至凈干后加入1.0 mL正己烷，轉(zhuǎn)移至液相小瓶中供GC分析。

1.3.2 儀器條件

氣相色譜進(jìn)樣口溫度250 ℃；ECD檢測(cè)器300 ℃；程序升溫：60 ℃保持2 min，以20 ℃/min升溫到220 ℃，以10 ℃/min升溫至250 ℃保持3 min；色譜柱恒流2.0 mL/min；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣后0.75 min分流，分流比40∶1。

1.3.3 工作曲線制備

用微量注射器量取一定量的8種有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)溶液，用正己烷進(jìn)行稀釋，配置成質(zhì)量濃度為2.0，5.0，10.0，20.0，50.0和100 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，上機(jī)分析，外標(biāo)法建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 前處理方法的優(yōu)化

2.1.1 超聲提取時(shí)間的選擇

以乙腈和水(V∶V=4∶1)為提取溶劑提取土壤中8種有機(jī)氯農(nóng)藥，回收率結(jié)果見(jiàn)圖1(a)—(h)。由圖1可知，在0～15 min內(nèi)超聲提取效率隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)而增加明顯，5 min時(shí)回收率為62.7%～82.4%，15 min時(shí)達(dá)到69.4%～92.4%，當(dāng)超聲提取時(shí)間延長(zhǎng)到20 min時(shí)，回收率無(wú)明顯增加，因此選擇15 min為最佳超聲提取時(shí)間。

2.1.2 提取溶劑的選擇

目前，國(guó)內(nèi)外采用乙腈、甲醇或含甲酸(乙酸)溶液提取土壤中的有機(jī)污染物，獲得了良好效果。分別采用乙腈和乙腈-水(V∶V=4∶1)溶液的提取效率見(jiàn)圖2。采用乙腈-水溶液提取時(shí)，8種目標(biāo)農(nóng)藥的回收率均優(yōu)于純乙腈提取劑。因此，實(shí)驗(yàn)選擇乙腈-水作為提取劑。

圖2 不同提取溶劑對(duì)8種目標(biāo)農(nóng)藥的提取效率

2.1.3 溶劑使用量的選擇

按照QuEChERS推薦方法，當(dāng)提取溶劑乙腈的體積數(shù)值與樣品質(zhì)量數(shù)值之比為1∶1時(shí)，便可獲取較好的回收率。然而，采用1∶1的比值會(huì)使目標(biāo)物的回收率略偏低(80.2%～90.2%)。為了有效地將土壤中的目標(biāo)物提取出來(lái)，觀察了提取溶劑體積與樣品質(zhì)量之比分別為1∶1，2∶1，3∶1，4∶1時(shí)，對(duì)8種目標(biāo)農(nóng)藥的提取效果影響(表1)。由表1可知，當(dāng)提取溶劑體積與樣品質(zhì)量比為2∶1時(shí)，即5 g土壤樣品加10 mL提取溶劑時(shí)，8種目標(biāo)農(nóng)藥的回收率能達(dá)到最佳效果。

表1 不同溶劑體積與樣品質(zhì)量比對(duì)8種有機(jī)氯農(nóng)藥提取效率的影響

2.1.4 分散吸附劑的選擇

土壤樣品成分復(fù)雜，目前使用最多的吸附劑主要有PSA、C18和GCB(石墨化炭黑吸附劑)。PSA是正相硅膠鍵合吸附劑，可有效去除土壤基質(zhì)中的糖類、脂肪酸等雜質(zhì)；C18是反相硅膠鍵合吸附劑，可有效去除脂肪、色素和固醇類等大部分脂溶性雜質(zhì)；GCB對(duì)土壤中色素有很高的去除率，但其表面結(jié)構(gòu)特殊，農(nóng)藥吸附性很強(qiáng)，容易造成目標(biāo)物的回收率偏低。故選用PSA和C18混合吸附劑進(jìn)行分散固相萃取凈化。但吸附劑在凈化樣品的同時(shí)也會(huì)吸附一定的目標(biāo)物質(zhì)，故為獲得較好的除雜效果和較高的回收率，考察不同質(zhì)量比的PSA和C18混合分散吸附劑對(duì)土壤中目標(biāo)物質(zhì)的凈化效果。若回收率高，表明吸附劑對(duì)雜質(zhì)的去除能力強(qiáng)，凈化效果好。圖3為不同比例組合的吸附劑對(duì)8種目標(biāo)農(nóng)藥的萃取效率影響。由圖3可知，PSA與C18的質(zhì)量比為3∶1和1∶1的萃取效率無(wú)明顯區(qū)別，但比質(zhì)量比為1∶3的吸附劑效果好。因此，選擇PSA與C18的質(zhì)量比為1∶1的組合方式吸附凈化。

圖3 不同比例組合的吸附劑對(duì)8種目標(biāo)農(nóng)藥的萃取效率影響

不同吸附劑用量也會(huì)對(duì)雜質(zhì)凈化產(chǎn)生影響，用量過(guò)少，雜質(zhì)去除不完全；用量過(guò)多，則分散劑會(huì)吸附分析物，進(jìn)而影響回收率。因此，考察不同總量的PSA與C18(質(zhì)量比1∶1)混合吸附劑對(duì)凈化效果的影響(圖4)。由圖4可知，PSA與C18吸附劑對(duì)目標(biāo)農(nóng)藥吸附作用隨用量增加而增強(qiáng)，80 mg的混合分散吸附劑對(duì)各目標(biāo)化合物回收率為75.4%～92.7%，凈化效果良好。隨著吸附量的增加，回收率變化不顯著，甚至出現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此，選擇80 mg 的PSA與C18(質(zhì)量比1∶1)混合吸附劑凈化土壤雜質(zhì)。

圖4 相同比例、不同總量的吸附劑對(duì)8種目標(biāo)農(nóng)藥的萃取效率影響

2.2 精密度和準(zhǔn)確度

稱取空白土壤(目標(biāo)農(nóng)藥未檢出)，按照1.4.1的方法前處理步驟進(jìn)行提取凈化，并分析空白樣品。8種有機(jī)氯農(nóng)藥在2.0～100 μg/L 范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，GC色譜圖見(jiàn)圖5，相關(guān)系數(shù)(r)為0.989 5～0.999 1。稱取5.0 g空白土壤，添加適量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別進(jìn)行低、中、高質(zhì)量比(0.50，5.00和20.0 μg/kg)的加標(biāo)試驗(yàn)，按照上述實(shí)驗(yàn)條件和步驟進(jìn)行測(cè)定，以考察方法的精密度和準(zhǔn)確度(表3)。由表3可知，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均≤10%。由此可知，該方法具有較好的精密度和準(zhǔn)確度。

1—α-BHC；2—β-BHC；3—γ-BHC；4—δ-BHC；5—p,p’-DDE；6—p,p’-DDD；7—p,p’-DDT；8—о,p’-DDT圖5 8種有機(jī)氯農(nóng)藥色譜圖

表3 土壤中8種有機(jī)氯農(nóng)藥的精密度和準(zhǔn)確度

2.3 方法檢出限和測(cè)定下限

配置7份土壤樣品，依據(jù)《環(huán)境監(jiān)測(cè) 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168—2010)規(guī)定進(jìn)行方法檢出限與測(cè)定下限檢測(cè)，檢出限MDL=tn-1,0.99×S(n=7，t=3.143，S為7次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差)，測(cè)定下限為4倍檢出限濃度。土壤中8種有機(jī)氯農(nóng)藥檢出限為0.053～0.064 μg/kg，測(cè)定下限為0.21～0.26 μg/kg，見(jiàn)表4。

表4 土壤中8種有機(jī)氯農(nóng)藥檢出限及測(cè)定下限(n=7) μg/kg

2.4 實(shí)際樣品測(cè)定

隨機(jī)采集昆山市農(nóng)田、綠化和工業(yè)用地中的土壤樣品各1份，按照上述方法分析測(cè)定(表5)。由表5可知，有機(jī)氯農(nóng)藥在3處土壤樣品中均有不同程度的檢出，檢出率100%。

表5 昆山市土壤中8種有機(jī)氯農(nóng)藥檢測(cè)結(jié)果 μg/kg

3 結(jié)語(yǔ)

建立了采用QuEChERS前處理技術(shù)來(lái)測(cè)定土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥的方法。結(jié)果表明，該方法可快速準(zhǔn)確地測(cè)定土壤中的8種有機(jī)氯農(nóng)藥，方法檢出限為0.053～0.064 μg/kg，測(cè)定下限為0.21～0.26 μg/kg。對(duì)實(shí)際樣品進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，此方法具有較高的精密度和準(zhǔn)確度，且測(cè)定方法簡(jiǎn)便高效。