超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定水中擬除蟲菊酯和有機(jī)磷農(nóng)藥殘留

楊敏娜，秦興秀，王來(lái)梁

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院自然資源部國(guó)土(耕地)生態(tài)監(jiān)測(cè)與修復(fù)工程技術(shù)創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210018)

農(nóng)藥在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中必不可少，有機(jī)磷、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類農(nóng)藥是目前使用量最大的3類農(nóng)藥，它們普遍具有高效、廣譜、低毒、低殘留等特點(diǎn)[1]，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用[2-3]。但農(nóng)藥施用于自然環(huán)境中，會(huì)通過(guò)徑流進(jìn)入水環(huán)境，增加了水環(huán)境安全和生態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)[4]。

對(duì)于水環(huán)境中的擬除蟲菊酯類和有機(jī)磷類農(nóng)藥的檢測(cè)方法，國(guó)家現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)方法較少，有些方法還不能滿足當(dāng)下環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。目前，國(guó)內(nèi)外采用的分析方法主要有氣相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法和高效液相色譜法[5]。但上述方法存在一些缺點(diǎn)，如測(cè)定結(jié)果可能出現(xiàn)假陽(yáng)性，部分農(nóng)藥在高溫下容易分解、吸附等?，F(xiàn)采用靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定水中擬除蟲菊酯類和有機(jī)磷類農(nóng)藥，建立了直接進(jìn)樣和萃取濃縮進(jìn)樣2種前處理方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)化合物的快速測(cè)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

1290 Infinity型超高效液相色譜儀(美國(guó)Agilent公司)；ZORBAX Eclipse Plus C18色譜柱(2.1 mm×50 mm×1.8 μm，美國(guó)Agilent公司)；Triple Quad 5500型串聯(lián)四極桿質(zhì)譜儀(美國(guó)AB Sciex公司)；Milli-Q純水機(jī)(美國(guó)millipore公司)；針式過(guò)濾器(0.22 μm，南京泰普瑞公司)；石墨化炭黑氨基柱(500 mg/500 mg/6 mL，北京曼哈格生物科技有限公司)；弗羅里硅土柱(1 g/6 mL，美國(guó)西格瑪公司)。

1.1.2 標(biāo)準(zhǔn)品與試劑

農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品：8種擬除蟲菊酯類農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL，30809 YB，北京曼哈格生物科技有限公司)；氯菊酯標(biāo)準(zhǔn)溶液 [1 000 μg/mL，GBW(E)083573，北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司]；11種有機(jī)磷類農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(50 μg/mL，SB 05-069-2008，農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所)。以上3種標(biāo)準(zhǔn)溶液所含20種化合物見(jiàn)表1。

其他試劑：無(wú)水硫酸鈉、氯化鈉(均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，使用前均在450 °C下灼燒4 h，置于干燥器中保存[6-7]；硫酸(分析純，南京化學(xué)試劑股份有限公司)；氫氧化鈉(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；抗壞血酸(分析純，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司)；乙酸銨(≥99.0%，用于高效液相色譜儀，美國(guó)西格瑪公司)；甲酸 (>98%，用于液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，日本東京化成工業(yè)株式會(huì)社)；二氯甲烷、丙酮、正己烷、乙酸乙酯(均為農(nóng)殘級(jí)，美國(guó)天地公司)；甲醇(色譜純，美國(guó)天地公司)；純水(Milli-Q純水機(jī)制備)。

1.2 樣品采集與保存

按照文獻(xiàn)[8—12]中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行水樣的采集與保存。用預(yù)先洗滌干凈且干燥的棕色磨口玻璃瓶采集樣品，采樣前用水樣將取樣瓶沖洗2～3次，采樣瓶要完全注滿水樣不留空隙。樣品采集后，立即用硫酸溶液(95%～98%的硫酸與水按V∶V=1∶1配制)或氫氧化鈉溶液(ρ=10 g/L)調(diào)節(jié)水樣pH值至5～8。當(dāng)水樣中含有余氯時(shí)，加入抗壞血酸(ρ=0.01～0.02 g/L)去除。水樣于4 ℃避光保存，7 d內(nèi)完成測(cè)試。

1.3 樣品前處理

直接進(jìn)樣：將水樣和甲醇按照4∶6的體積比混合均勻，通過(guò)0.22 μm針式過(guò)濾器過(guò)濾后上機(jī)分析，經(jīng)超高效液相色譜儀梯度洗脫分離后，用串聯(lián)質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測(cè)掃描(MRM)模式進(jìn)行定性定量分析。

萃取濃縮：準(zhǔn)確量取1 L水樣于2 L分液漏斗中。加入50 mL二氯甲烷，振蕩萃取10 min，靜置分層，待兩相分離，收集下層有機(jī)相。重復(fù)上述操作2次，每次加入20 mL二氯甲烷，合并萃取液，萃取液通過(guò)無(wú)水硫酸鈉脫水。將萃取液濃縮至1 mL左右，溶劑替換為甲醇，定容到1 mL后上機(jī)測(cè)定。如樣品需要凈化，在萃取液濃縮過(guò)程中，將溶劑轉(zhuǎn)換為正己烷，濃縮至1 mL左右凈化。

樣品凈化：依次用10 mL二氯甲烷和10 mL正己烷淋洗石墨化炭黑氨基柱，將濃縮液轉(zhuǎn)移到凈化柱上，用15 mL二氯甲烷洗脫，收集洗脫液于濃縮瓶中。將洗脫液濃縮至1 mL左右，溶劑替換為甲醇，定容到1 mL上機(jī)測(cè)定。

1.4 色譜與質(zhì)譜條件

1.4.1 色譜條件

流動(dòng)相A：乙酸銨(5 mmol/L)-甲酸(0.1%)溶液；流動(dòng)相B：甲醇；柱溫：30 ℃；流量：250 μL/min；進(jìn)樣體積：2.0 μL。梯度洗脫程序：0～1 min，60 %A；1～2 min，60%～30%A；2～7 min，30%～5%A；7～7.5 min，5%～30% A；7.5～10 min，30% A。

1.4.2 質(zhì)譜條件

離子源：電噴霧離子源；碰撞氣：氮?dú)?99.999%)；電噴霧電壓：5 500 V；離子源溫度：500 ℃；氣壓：氣簾氣206.8 kPa，碰撞氣68.9 kPa，霧化氣344.7 kPa，輔助加熱氣344.7 kPa；駐留時(shí)間：50 ms；掃描方式：MRM模式。其他質(zhì)譜參數(shù)見(jiàn)表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器條件的選擇

將擬除蟲菊酯類和有機(jī)磷類農(nóng)藥的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋，配制成質(zhì)量濃度為500 μg/L的中間使用液，選擇正離子模式掃描，用針泵進(jìn)樣。首先選擇母離子、子離子，根據(jù)選擇好的離子對(duì)進(jìn)行去簇電壓、碎裂電壓的優(yōu)化，使特征碎片離子的強(qiáng)度達(dá)到最大。再對(duì)電噴霧電壓、氣簾氣、碰撞氣、霧化氣、輔助加熱氣、離子源溫度和駐留時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以得到滿意的質(zhì)譜條件[13]。

表1 質(zhì)譜條件和方法效能驗(yàn)證結(jié)果

將中間使用液稀釋成質(zhì)量濃度為10 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液后注入液相色譜，選擇甲醇和水作為流動(dòng)相。為了增加待測(cè)物質(zhì)的離子化效率，在流動(dòng)相中加入0.1%的甲酸和5 mmol/L的乙酸銨。由于化合物數(shù)量較多，且擬除蟲菊酯類農(nóng)藥存在同分異構(gòu)體，因此通過(guò)梯度洗脫可實(shí)現(xiàn)多種化合物的有效分離，且峰形較好。雖然有個(gè)別化合物色譜峰重疊，但是由于各化合物的監(jiān)測(cè)離子對(duì)有明顯差異，對(duì)定性和定量結(jié)果不產(chǎn)生影響。20種擬除蟲菊酯類和有機(jī)磷類農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的多反應(yīng)監(jiān)測(cè)總離子流圖見(jiàn)圖1(圖中序號(hào)代表的化合物名稱見(jiàn)表1)。

2.2 前處理方法的優(yōu)化

2.2.1 直接進(jìn)樣法

由于不同材質(zhì)的濾膜對(duì)目標(biāo)化合物的吸附效率不一樣，因此需要選擇合適的濾膜以減少化合物在濾膜上的吸附。選擇了孔徑為0.22 μm的聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)和聚醚砜樹脂(PES)這3種材料的濾膜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。配制一定濃度的加標(biāo)水樣，分別經(jīng)過(guò)3種濾膜過(guò)濾后測(cè)定。結(jié)果顯示，大部分?jǐn)M除蟲菊酯類農(nóng)藥的回收率均<30%，有機(jī)磷類農(nóng)藥的回收率均>60%，無(wú)法對(duì)3種濾膜進(jìn)行選擇。

圖1 20種擬除蟲菊酯類和有機(jī)磷類農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的多反應(yīng)監(jiān)測(cè)總離子流圖

因此考慮在水樣中加入一定量的甲醇來(lái)降低目標(biāo)化合物在濾膜上的吸附。配制一定濃度的加標(biāo)水樣，添加不同體積的甲醇使樣品中甲醇的體積分?jǐn)?shù)分別為10%，20%，40%，50%，60%和70%，經(jīng)PTFE濾膜過(guò)濾后上機(jī)測(cè)定。結(jié)果表明，隨著甲醇體積分?jǐn)?shù)的增加，目標(biāo)化合物的回收率不斷增加；當(dāng)甲醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到60%時(shí)，目標(biāo)化合物的回收率從0～108%提高到89.8%～117%，回收率達(dá)到最大值；當(dāng)甲醇體積分?jǐn)?shù)>60%時(shí)，則回收率基本不再增加。因此選擇甲醇添加量為60%。對(duì)PP濾膜和PES濾膜進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，水樣中甲醇添加量為60%時(shí)，PP濾膜的回收率為89.5%～117%，PES濾膜的回收率為47.0%～110%。因此PTFE和PP濾膜都可以用作水樣過(guò)濾，本實(shí)驗(yàn)選擇了兼容性更好的PTFE濾膜作為實(shí)驗(yàn)濾膜。

2.2.2 萃取濃縮法

采用液液萃取法和固相萃取法2種方式進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)甲胺磷和氧樂(lè)果的加標(biāo)回收率很低(均<20%)，由于這2種化合物都易溶于水，難以用有機(jī)試劑提取，因此這2種化合物可以用直接進(jìn)樣法進(jìn)行測(cè)定，萃取濃縮法不再考察甲胺磷和氧樂(lè)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，液液萃取法重復(fù)性好，且回收率高于固相萃取法，尤其對(duì)于擬除蟲菊酯類化合物的萃取效果更好，故選擇液液萃取法作為本實(shí)驗(yàn)的萃取濃縮方法。

分別考察正己烷、乙酸乙酯和二氯甲烷這3種溶劑的萃取效率(不包含甲胺磷和氧樂(lè)果)[14]。結(jié)果顯示，正己烷對(duì)敵敵畏、樂(lè)果等有機(jī)磷類農(nóng)藥的回收率均<60%，乙酸乙酯對(duì)甲拌磷的回收率<40%，二氯甲烷對(duì)不包含甲胺磷和氧樂(lè)果的18種農(nóng)藥的回收率為90.8%～110%。因此選擇二氯甲烷作為本實(shí)驗(yàn)的萃取試劑。

如果樣品基質(zhì)復(fù)雜，選擇石墨化炭黑氨基柱和弗羅里硅土柱[15]作為凈化柱，考察二氯甲烷、正己烷/丙酮(V∶V=8∶2)、二氯甲烷/正己烷(V∶V=8∶2)、正己烷/丙酮(V∶V=1∶1)這幾種不同洗脫液的淋洗效果。結(jié)果表明，正己烷/丙酮(V∶V=8∶2)由于極性低，淋洗效果不好，部分化合物回收率<10%；正己烷/丙酮(V∶V=1∶1)的淋洗回收率均>75%。對(duì)于其他兩種洗脫液，弗羅里硅土柱的回收率均>85%(不包含樂(lè)果)，而樂(lè)果回收率偏低；石墨化炭黑氨基柱的回收率均>80%，其中二氯甲烷淋洗效果最好，且優(yōu)于正己烷/丙酮(V∶V=1∶1)。因此選擇石墨化炭黑氨基柱作為凈化柱，二氯甲烷作為洗脫液。

2.3 方法檢出限、精密度及準(zhǔn)確度

分別取一定量的擬除蟲菊酯類和有機(jī)磷類農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液，用甲醇稀釋成質(zhì)量濃度為0.05,0.1,0.5，1，2，5，10，20，50，100，200 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列。以化合物峰面積為縱坐標(biāo)，質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(有同分異構(gòu)體的化合物以出峰的峰面積總和計(jì)算)，得到各目標(biāo)化合物的線性方程和相關(guān)系數(shù)。結(jié)果表明，目標(biāo)化合物在線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均>0.999。以3倍信噪比計(jì)算儀器檢出限，結(jié)果為0.05～0.8 μg/L。在空白水樣中添加一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)品，進(jìn)行7次平行測(cè)定，按照公式MDL=t×S(n=7時(shí)，t=3.143)計(jì)算方法檢出限[16]。在空白水樣中添加一定量的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行高(1 μg/L)、中(0.1 μg/L)、低(0.01 μg/L)3個(gè)質(zhì)量濃度水平的加標(biāo)實(shí)驗(yàn)(直接進(jìn)樣法選擇500，50 和5 μg/L這3個(gè)質(zhì)量濃度)，結(jié)果見(jiàn)表2(序號(hào)對(duì)應(yīng)的化合物同表1)。由表2可見(jiàn)，直接進(jìn)樣法的方法檢出限為0.21～2.47 μg/L，回收率為81.0%～119%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差<10%；萃取濃縮法的方法檢出限為0.002 2～0.004 3 μg/L，回收率為71.5%～115%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差<15%。該方法操作簡(jiǎn)單、精密度高、準(zhǔn)確性好。

表2 檢出限、精密度和準(zhǔn)確度(n=7)①

續(xù) 表

2.4 實(shí)際樣品測(cè)定

用上述方法測(cè)定江蘇某地下水樣品，采用2種前處理方式，均未檢出上述化合物。在實(shí)際水樣中添加一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品，采用2種前處理方式，用直接進(jìn)樣法和液液萃取法測(cè)得的回收率分別為87.5%～105%和83.6%～103%。除甲胺磷和氧樂(lè)果這2種化合物外，2種方法的測(cè)定結(jié)果相對(duì)偏差均<10%，滿足《地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)樣品分析質(zhì)量控制技術(shù)要求》(DD 2014—15)[17]的要求。在實(shí)際樣品測(cè)定時(shí)，可以在滿足檢出限要求的情況下，根據(jù)方法的線性范圍選擇合適的前處理方法。

3 結(jié)語(yǔ)

采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定水中20種擬除蟲菊酯類和有機(jī)磷類農(nóng)藥，可實(shí)現(xiàn)在10 min內(nèi)完成測(cè)定。該方法簡(jiǎn)便、快捷，可用于地表水和地下水中多種擬除蟲菊酯類和有機(jī)磷類農(nóng)藥的快速檢測(cè)，為水質(zhì)質(zhì)量評(píng)價(jià)和污染防治提供數(shù)據(jù)支持和技術(shù)支撐。