采用氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定8種酰胺類農(nóng)藥方法的優(yōu)化研究

田　甜

采用氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定8種酰胺類農(nóng)藥方法的優(yōu)化研究

田甜

（玉溪師范學(xué)院化學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院云南玉溪653100）

為了使研究人員對(duì)土壤中殘留農(nóng)藥的測(cè)定更加準(zhǔn)確，在檢測(cè)過程中避免產(chǎn)生不必要的誤差，文章以HJ 1053-2019《土壤和沉積物8種酰胺類農(nóng)藥的測(cè)定氣相色譜-質(zhì)譜法》為基準(zhǔn)進(jìn)行分析，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)過程對(duì)一些細(xì)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)充說明，同時(shí)對(duì)該方法的各項(xiàng)影響因素進(jìn)行解釋。總結(jié)了標(biāo)準(zhǔn)中并未詳細(xì)闡述的操作原因及使用材料說明，將標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于結(jié)果精度和準(zhǔn)確度存在影響的操作方法及材料選取依據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)提示，并根據(jù)最近的研究進(jìn)展給予相應(yīng)的建議?？梢允寡芯咳藛T增加對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的可選性操作予以解釋和建議，并為研究人員的后續(xù)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行理論支持，有效提高操作規(guī)范性。

土壤和沉積物；氣相色譜-質(zhì)譜法；標(biāo)準(zhǔn)；農(nóng)藥，方法；優(yōu)化

我國目前被農(nóng)藥污染的土壤面積可以達(dá)到一千萬頃以上，直接造成的損失達(dá)到數(shù)十億元以上[1]。酰胺類農(nóng)藥在實(shí)際中的使用量越來越多，快速準(zhǔn)確地對(duì)農(nóng)藥殘留進(jìn)行定性和定量，對(duì)控制和指導(dǎo)農(nóng)藥的使用至關(guān)重要[2]。當(dāng)前的主要問題是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中殘留在土壤和沉積物中的量的多少的確定，但實(shí)驗(yàn)人員經(jīng)常由于對(duì)操作標(biāo)準(zhǔn)的不熟悉而造成操作失誤，導(dǎo)致不必要的誤差，對(duì)農(nóng)藥的準(zhǔn)確檢測(cè)造成了一定的限制，所以建立對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的正確理解以及靈活地根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)精度要求和實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化操作極其重要。研究以HJ 1053 -2019《土壤和沉積物 8種酰胺類農(nóng)藥的測(cè)定 氣相色譜-質(zhì)譜法》為基準(zhǔn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的立意進(jìn)行說明，對(duì)其中的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行解釋，便于研究人員對(duì)操作進(jìn)行合理優(yōu)化。

1 實(shí)驗(yàn)過程和儀器優(yōu)化

1.1 實(shí)驗(yàn)原理及過程

8種酰胺類農(nóng)藥指的是乙草胺、異丙草胺、甲草胺、敵稗、異丙甲草胺、殺草丹、丁草胺和丙草胺8種酰胺類農(nóng)藥，這8種農(nóng)藥的性質(zhì)如表1所示。

表1　8類酰胺類農(nóng)藥性質(zhì)

農(nóng)藥在丙酮-正己烷提取劑中的溶解度高，通過采用索氏提取法、加壓流體萃取法或者超聲萃取法，將土壤或沉積物中的酰胺類農(nóng)藥完全溶解在提取劑中，經(jīng)過濃縮、脫水后進(jìn)行固相萃取柱凈化。凈化后的流出液和洗脫液進(jìn)一步濃縮、定容后進(jìn)行氣相色譜分離、質(zhì)譜檢測(cè)。根據(jù)所得結(jié)果的保留時(shí)間、碎片離子質(zhì)荷比及其豐度比來對(duì)檢測(cè)物進(jìn)行定性，進(jìn)一步采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量。實(shí)驗(yàn)流程見圖1。

圖1　氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）分析酰胺類農(nóng)藥流程圖

1.2 儀器和設(shè)備

根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程描述，該標(biāo)準(zhǔn)需要提取裝置、濃縮裝置、固相萃取裝置和氣相色譜裝置等主要裝置。提取裝置用于將土壤中的酰胺類殘留農(nóng)藥溶解于液相中；濃縮裝置用于將提取后的液相進(jìn)行農(nóng)藥富集；固相萃取裝置用于將富集后的液相進(jìn)行凈化，使得該提取液符合氣相色譜儀進(jìn)樣要求；氣相色譜-質(zhì)譜儀用于進(jìn)行試樣測(cè)定，應(yīng)具有毛細(xì)管柱和分流/不分流進(jìn)樣口，可以設(shè)定程序進(jìn)行自動(dòng)升溫并且質(zhì)譜帶電子轟擊電離（EI）源，并得到目標(biāo)物的總離子流圖。

標(biāo)準(zhǔn)中選擇氣相色譜-質(zhì)譜法作為檢測(cè)方法是因?yàn)闅庀嗌V法具有快速、靈敏、簡(jiǎn)便和分離能力高的特點(diǎn)[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前有70 %的農(nóng)藥殘留量測(cè)定是使用氣相色譜法進(jìn)行的[4]。但是氣相色譜法也有不足之處，主要是它需要把所有需測(cè)定的樣品都先進(jìn)行汽化，然后再進(jìn)行分離、檢測(cè)，而需測(cè)定的農(nóng)藥恰好都是高沸點(diǎn)的有機(jī)物。在測(cè)定過程中，會(huì)存在小部分熱穩(wěn)定性差的農(nóng)藥分解和轉(zhuǎn)化，需要研究人員掌握和選擇較佳的條件。

2 實(shí)驗(yàn)樣品優(yōu)化

2.1 樣品的制備

樣品的制備主要指土壤和沉積物試樣的脫水過程。在這個(gè)過程中，標(biāo)準(zhǔn)提出了冷凍干燥法和干燥劑法兩種等效方法。冷凍干燥法，指的是使有機(jī)物的水溶液或混懸液在高真空的容器中，先冷凍成固體狀態(tài)，然后利用冰的蒸汽壓力較高的性質(zhì)，使水分從冰凍的體系中升華，有機(jī)物即成固體塊狀或粉末狀。對(duì)于受熱時(shí)不穩(wěn)定物質(zhì)的干燥，冷凍干燥方法特別適用[5]。冷凍干燥法的優(yōu)點(diǎn)是脫水比較徹底，缺點(diǎn)是脫水所需時(shí)間長(zhǎng)，使用費(fèi)用較高。干燥劑法是選擇合適的固體干燥劑直接接觸土壤及沉積物顆粒而吸附水分的方法，該方法要求干燥劑本身和試樣的顆粒研磨精細(xì)，顆粒粒徑較小。干燥劑法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，制備簡(jiǎn)單，性價(jià)比最高，但缺點(diǎn)是干燥劑在吸附水分的同時(shí)容易結(jié)晶導(dǎo)致干燥效果不理想，而且選擇不恰當(dāng)?shù)母稍飫?huì)對(duì)樣品造成破壞。

2.2 試樣制備

2.2.1 提取

對(duì)于土壤和沉積物中的農(nóng)藥采用索氏提取法、超聲波萃取法或加壓流體萃取法進(jìn)行提取，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于3種提取方法均有詳細(xì)描述，但3種提取方法之間存在一定的差別，研究人員應(yīng)該針對(duì)樣品的特質(zhì)進(jìn)行最優(yōu)選取。3種提取方法的操作流程存在差異，劉彬[6]在建立土壤中均三嗪類農(nóng)藥可靠的提取方法時(shí)，發(fā)現(xiàn)加壓流體萃取法相較于索氏提取法耗時(shí)短、有機(jī)溶劑消耗量少、自動(dòng)化水平高，是更符合當(dāng)下綠色發(fā)展要求的提取方法。3種提取方法的提取效果存在差異，張培培[7]發(fā)現(xiàn)索氏提取法提取阿魏酸高于萃取法，表明當(dāng)歸中有效成分的提取索氏提取法優(yōu)于萃取法，董曉旭[8]發(fā)現(xiàn)苦參用索氏提取法提取優(yōu)于萃取法。殷瑞君[9]認(rèn)為索氏萃取法和超聲波萃取法兩種方法都有較高的回收率，但索氏提取時(shí)間長(zhǎng)（24～72 h），且超聲波的巨能量和強(qiáng)穿透力可能會(huì)破壞不穩(wěn)定化合物的結(jié)構(gòu)。所以研究人員在提取酰胺類農(nóng)藥時(shí)也應(yīng)根據(jù)需要選擇提取法。

微波萃取法目前被廣泛用于有機(jī)氯農(nóng)藥的測(cè)定，在很短的時(shí)間內(nèi)得到了很高的回收率，并且萃取劑用量很少。李慶霞[10]采用微波萃取配合Florisil固相萃取小柱凈化分離的方法測(cè)定土壤中痕量半揮發(fā)性有機(jī)氯農(nóng)藥，表明方法的回收率和精密度均滿足檢測(cè)要求。對(duì)于固體樣品類其他的提取方法，國內(nèi)外現(xiàn)在發(fā)展最快的是超臨界流體技術(shù)，于恩平[11 ]利用超臨界CO2處理多氯聯(lián)苯（PCBs）污染的土壤，并有效提取了土壤中的PCBs。萬新煥[12]等認(rèn)為目前的提取方法已經(jīng)從傳統(tǒng)溶劑法向超臨界流體提取法等新興的提取方法轉(zhuǎn)變，并且在提取率和能耗、提取周期等各個(gè)方面具有很大優(yōu)勢(shì)，但也存在如設(shè)備價(jià)值高昂，工藝優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)高等缺陷。研究人員在精度需要、條件允許的情況下可以選擇此類新型提取方法。

2.2.2 凈化

注意在進(jìn)行氣相色譜分析之前，必須保證土壤和沉積物樣品中無單質(zhì)硫，因?yàn)橥寥篮统练e物樣品基質(zhì)復(fù)雜，其中的單質(zhì)硫?qū)ιV分析技術(shù)有干擾，所以需要重點(diǎn)除去。在去除單質(zhì)硫的方法中，標(biāo)準(zhǔn)采用銅粒除硫法，但根據(jù)佟玲[13]對(duì)于有機(jī)氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯持久性有機(jī)污染物的氣相色譜分析方法中指出，加入銅粉并不能完全去除硫的干擾，需要進(jìn)一步采用超聲波提取10 min除硫才能大大減少雜質(zhì)對(duì)目標(biāo)化合物的干擾。

選擇合適的固相萃取吸附材料，如C18、石墨化炭黑GCB和-丙基乙二胺（PSA）[14]。標(biāo)準(zhǔn)推薦采用弗羅里硅土、硅膠、氨基1 000 mg/6mL等效固相萃取柱，這3種萃取吸附材料的應(yīng)用效果有一定差異。弗羅里硅土（Florisil）是一種極其純凈的、硬粉末狀的硅酸鎂凝膠，采用標(biāo)準(zhǔn)中正己烷等非極性溶劑加上10 %的丙酮后可以有很好的洗脫效率，但是也會(huì)把色素和雜質(zhì)洗脫下來[15]，應(yīng)更換洗脫劑為正己烷+10 %乙酸乙酯。硅膠萃取吸附柱與目標(biāo)分析物之間的作用力比較單一，這在一定程度上減弱了硅膠基質(zhì)吸附劑的萃取能力和選擇性[16]。氨基（NH2）固相萃取柱是以硅膠為基質(zhì)的吸附柱，它具有極性固定相和弱陰離子交換劑，可通過弱陰離子交換（水溶液）或極性吸附（非極性有機(jī)溶液）達(dá)到保留作用，可以用來分離結(jié)構(gòu)異構(gòu)體和去除樣品中的磺酸根離等強(qiáng)陰離子。

其他研究人員還用到氧化鋁、氧化鎂和其他氧化物的無機(jī)載體吸附材料和天然高分子或合成高分子有機(jī)載體吸附材料。為了實(shí)現(xiàn)高選擇性的萃取，對(duì)萃取吸附材料進(jìn)行特定的改性，將具有選擇性吸附能力的有機(jī)功能基團(tuán)負(fù)載于固相載體表面。改性后的固萃劑對(duì)特定物質(zhì)的萃取選擇性主要取決于用于改性的有機(jī)功能基團(tuán)的類型、表面基團(tuán)的活性、功能基團(tuán)之間的相互作用等[17]。研究人員可以選擇不同的萃取吸附材料進(jìn)行凈化。

注意活化固相萃取柱操作的最終效果是使固相萃取柱中的吸附劑在活化后到樣品加入前能保持濕潤(rùn)，所以為了保證柱頭浸潤(rùn)，應(yīng)在活化處理后在吸附劑上面保持有大約1 mL活化處理用的溶劑。

目前在固相萃取優(yōu)化使用方面，很多廠家除了生產(chǎn)各種規(guī)格和型號(hào)的固相萃取小柱之外，還研制開發(fā)了很多固相萃取的專用裝置，使固相萃取使用起來更加方便簡(jiǎn)單，如利用抽真空、加壓或離心的方法使樣品進(jìn)入吸附劑，還有易于多個(gè)樣品同時(shí)使用的真空多歧管裝置等。應(yīng)培養(yǎng)根據(jù)樣品的基體（溶劑）、目標(biāo)化合物和干擾化合物的性質(zhì)來選擇固相萃取模式的能力，通過不斷地學(xué)習(xí)來提高自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

3 實(shí)驗(yàn)分析步驟優(yōu)化

3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

配制混合酰胺類農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)貯備液：分別稱取精確到0.1mg的50 mg酰胺類農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，用甲醇溶解后定容至100 mL，即可得到酰胺類質(zhì)量濃度均為500 mg/L的酰胺類農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)貯備液。

酰胺類農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)使用液的配制方法是精密吸取混合酰胺類農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)貯備液20 mL，精確到0.1 mL，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶后加甲醇稀釋，然后在4 ℃以下密封避光保存，可以使用1個(gè)月。注意此處配制標(biāo)準(zhǔn)使用液時(shí)，配制的體積不應(yīng)過少，避免引起較大的誤差。選用乙草胺-d11作為替代物，此標(biāo)準(zhǔn)溶液可以通過市場(chǎng)上購買得到。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

精密量取酰胺類農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)使用液和替代物標(biāo)準(zhǔn)溶液于進(jìn)樣瓶中，再加入20 μL內(nèi)標(biāo)物使用液，精確至0.1 μL，用丙酮-正己烷混合溶劑定容至1 000 μL，控制各個(gè)酰胺類農(nóng)藥和乙草胺-d11的質(zhì)量濃度，設(shè)置情況如表2所示。

表2　標(biāo)準(zhǔn)曲線設(shè)置方法

但由于各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的條件和精度需求不同，研究者可以根據(jù)樣品濃度范圍，選擇能夠覆蓋此范圍的至少5個(gè)濃度作為標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液的濃度，其中相鄰兩個(gè)濃度之間的間距應(yīng)基本一致，不能存在濃度梯度過小或過大的情況。

3.3 儀器分析

圖2　氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）使用流程圖

氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）使用流程如圖2所示。在操作氣相色譜儀時(shí)，應(yīng)先閱讀儀器操作規(guī)范和使用說明書。應(yīng)注意在開啟色譜儀之前，先開通載氣幾分鐘。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要先關(guān)儀器，再關(guān)閉載氣。

在判斷出峰結(jié)果時(shí)，結(jié)果圖譜中在相應(yīng)的時(shí)間所出的峰越獨(dú)立越好，由于農(nóng)藥的含量本身就是微量甚至痕量，如果與雜質(zhì)峰相連，那么說明實(shí)驗(yàn)的誤差很大。

4 小結(jié)

（1）優(yōu)化氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定8類酰胺類農(nóng)藥方法的操作過程，明確標(biāo)準(zhǔn)中的操作基本原理和使用特點(diǎn)，在標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上深入測(cè)定過程的細(xì)節(jié)。

（2）在農(nóng)藥的殘留檢測(cè)方面圍繞氣相色譜-質(zhì)譜法，探討和優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范，為研究人員的后續(xù)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行理論支持。

（3）分析進(jìn)行農(nóng)藥測(cè)定實(shí)驗(yàn)過程中的發(fā)展趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)設(shè)備向精細(xì)化發(fā)展，溶液向無害化發(fā)展。

（4）對(duì)土壤和沉積物中的酰胺類農(nóng)藥進(jìn)行準(zhǔn)確有效的監(jiān)控，深入了解農(nóng)藥殘留情況，對(duì)土壤的保護(hù)以及農(nóng)藥的種類使用和用量控制具有重要意義。

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田甜(1999-)，女，本科，研究方向：儀器分析法和無機(jī)分析。

O657.3

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2095-1205(2020)04-63-03

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.04.31