離子色譜法測(cè)定土壤中草甘膦的提取溶液選擇

童彩環(huán)，秦海芝，萬(wàn)喜喜

(寧波市華測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司，浙江 寧波 315000)

草甘膦是一種非選擇性的廣譜除草劑，自上市以來，在我國(guó)范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用[1]。與其他農(nóng)藥不同，草甘膦具有3種極性官能團(tuán)(氨基、磷酸和亞基)，易被土壤中的有機(jī)物、礦物質(zhì)和金屬離子吸附[2-3]。草甘膦在多種土壤中降解半衰期從幾天到幾個(gè)月甚至幾年不等[4-5]，從而延長(zhǎng)了其向農(nóng)作物、地下水和地表水中轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)期[6-8]。因此，有必要對(duì)土壤中殘留的草甘膦進(jìn)行精確測(cè)定，以便預(yù)測(cè)其對(duì)周圍環(huán)境的潛在影響。草甘膦是一種多元酸，在pH值為4.00～14.00 的條件下，以陰離子的形式存在，不溶于有機(jī)溶劑，缺乏熒光團(tuán)和發(fā)色團(tuán)，采用氣相色譜法、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法、高效液相色譜法、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法、紫外-可見分光光度法等方法進(jìn)行分析時(shí)須進(jìn)行復(fù)雜的衍生過程[7-9]，相比之下，離子色譜法可避免復(fù)雜的衍生過程，直接對(duì)樣品進(jìn)行分析，雖然其不適用于部分食品中草甘膦的分析，但可用于大量的土壤樣品檢測(cè)[10-12]。

目前，用于提取土壤中草甘膦的溶劑主要有水、磷酸、堿(氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨水、硼酸鈉、磷酸二氫鉀)和混合溶液(四硼酸鈉和磷酸鉀溶液、磷酸鈉和檸檬酸三鈉水溶液)等[9，13-15]，其中多數(shù)不能適用于離子色譜法?，F(xiàn)選擇我國(guó)較典型的遼寧棕壤、河南黃潮土、四川紫色土、湖北水稻土、江西紅壤、廣東水稻土、黑龍江黑土、新疆灰鈣土、陜西黃綿土和安徽潮土10種土壤作為樣品，以水和氫氧化鈉(NaOH)(pH值=9.00～14.00)作為提取液，采用離子色譜法對(duì)草甘膦進(jìn)行分析，以期為不同類型的土壤中草甘膦提取液的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品

選用遼寧棕壤、河南黃潮土等10種我國(guó)較為典型的土壤樣品，認(rèn)定機(jī)構(gòu)為中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所和農(nóng)業(yè)部全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，其基本理化性質(zhì)見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)土壤理化性質(zhì)

1.2 儀器與試劑

儀器：ICS-1100型離子色譜儀(美國(guó)Dionex公司)；L550型高速離心機(jī)(湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司)；SB25-12DT型超聲波清洗機(jī)(寧波新芝生物科技股份有限公司)；FiveEasy PlusTMFE28型 pH計(jì)[梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司]。

試劑：草甘膦標(biāo)準(zhǔn)品(1 000 mg/L，分析純，美國(guó)O2si公司)；實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

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(精確至0.01 g)于50 mL具塞聚乙烯離心管中，加入30 mL提取液，充分振蕩5 min，超聲提取30 min，以4 000 r/min離心20 min，將上清液轉(zhuǎn)移至另一支離心管中，用水定容至50 mL，經(jīng)0.22 μm一次性水系微孔濾膜針筒過濾器過濾。當(dāng)樣品中氯離子、硫酸根離子和有機(jī)物濃度過大影響測(cè)定時(shí)，還須經(jīng)Ag柱、Ba柱和C18柱進(jìn)行預(yù)處理。

1.3.2 儀器條件

IonPac AS11-HC分析柱(4 mm×250 mm)，IonPac AS11-HC保護(hù)柱(4 mm×50 mm)，AERS-4 mm陰離子電化學(xué)抑制器，均購(gòu)自美國(guó)戴安公司；抑制電流：75 mA；柱溫：35 ℃；NaOH淋洗液濃度：30 mmol /L；洗脫方式：等度洗脫；進(jìn)樣方式：自動(dòng)進(jìn)樣；流量：1.5 mL/min；定量環(huán)進(jìn)樣量：250 μL；單個(gè)樣品的運(yùn)行時(shí)間：15 min；檢測(cè)方式：電導(dǎo)檢測(cè)；定量方式：峰面積定量。

2 結(jié)果與討論

2.1 以水作為提取液

以水作為提取液對(duì)10種土壤樣品進(jìn)行分析和加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，在10種土壤樣品中均未檢出草甘膦，加標(biāo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可見，新疆灰鈣土和四川紫色土(石灰性紫色土)的加標(biāo)回收率最高，分別為90%和79%，而其他土壤的加標(biāo)回收率均<60%，其中遼寧棕壤、湖北水稻土、江西紅壤、廣東水稻土和黑龍江黑土的回收率均<10%。

表2 以水作為提取液時(shí)草甘膦加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果(n=3)①

由以上實(shí)驗(yàn)可知，pH值較大的土壤其回收率相對(duì)較高，pH值<8.00的土壤其回收率均<10%，這與已有的研究結(jié)果一致。Druart等[16]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤樣品pH值=8.387時(shí)，采用水作為提取液效果較好；Gill等[9]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤樣品pH值=8.70～9.50時(shí)，采用水作為提取液效果較好；劉拉平等[17]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤樣品pH值分別為6.80，7.99和7.97時(shí)，采用水作為提取液其回收率=14%。Gimsing等[18]認(rèn)為土壤的pH值似乎是決定土壤吸附草甘膦的量的唯一重要因素，而其他因素如有機(jī)質(zhì)、黏土含量和黏土組分對(duì)草甘膦的吸附?jīng)]有影響。但陜西黃綿土的pH值比四川紫色土和河南黃潮土大，回收率卻較低，可見以水作為提取液時(shí)，除土壤pH值外，土壤中其他因素也會(huì)影響草甘膦的浸出。

根據(jù)影響草甘膦吸附的3個(gè)主要因素(土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和陽(yáng)離子交換量)，通過R語(yǔ)言進(jìn)行相關(guān)性分析，得到公式(1)，R2=0.748 4，調(diào)整后R2為0.622 6。

提取率=19.659 4(pH土-pH提取液)-0.274 9×OM-0.993 0×CEC+50.385 4

(1)

式中：pH土——土壤的pH值；pH提取液——提取液的pH值；OM——有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，g/kg；CEC——陽(yáng)離子交換量，cmol/kg。

2.2 以NaOH溶液作為提取液

因多數(shù)土壤的pH值=4.00～9.00，所以選擇pH 值=9.00～14.00的NaOH溶液作為提取液，加標(biāo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 以NaOH作為提取液時(shí)草甘膦加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果(n=3)①

由表3可見，隨著提取液pH值的升高，10種土壤樣品的回收率出現(xiàn)了不同程度的升高，且每種土壤出現(xiàn)較大回收率(≥80%)所需提取液的pH值各不相同，其中新疆灰鈣土和四川紫色土在提取液pH值=9.00時(shí)，開始出現(xiàn)較高的回收率(91%和80%)，河南黃潮土在提取液pH值=10時(shí)，開始出現(xiàn)較高的回收率(82%)，陜西黃綿土在提取液pH值≈12.60時(shí)，才開始出現(xiàn)90%的回收率，其余所測(cè)土壤在提取液pH值=12.00時(shí)，均達(dá)到85%～98%的回收率。隨著提取液pH值的升高，自身pH值較小的土壤回收率變化幅度較大，江西紅壤變化最大。

所測(cè)土壤一旦達(dá)到較大的回收率，隨著提取液pH值的進(jìn)一步提高，回收率也不會(huì)出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。Gimsing等[18]、WANG等[19]、楊宏偉等[20]和Zhou等[21]研究發(fā)現(xiàn)，不同土壤在pH值=6.00～8.00，1.00～12.00，3.00～9.00和2.00～10.00的條件下，草甘膦的吸附量與pH值呈負(fù)相關(guān)，這與楊宏偉等[20]發(fā)現(xiàn)pH值=9.10的杭錦2號(hào)土壤在提取液pH值=3.00～9.00時(shí)，回收率先增大后減小的結(jié)論不同。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)所用提取液pH值均>土壤pH值，沒有出現(xiàn)類似的現(xiàn)象。

通過R語(yǔ)言進(jìn)行相關(guān)性分析，得到公式(2)，R2為0.646 4，調(diào)整后R2為0.614 9。

提取率=19.468 6×pH提取液+12.148 9×pH土+0.239 9×OM-0.679 7×CEC-228.855 1

(2)

但當(dāng)提取液pH值從12繼續(xù)上升時(shí)，隨著樣品中其他各離子提取量的增加，會(huì)影響草甘膦的分離，以pH值=12.0～13.0的1.0 g/L(pH值≈12.40)，1.5 g/L(pH值≈12.60)和2.5 g/L(pH值≈12.80)的NaOH溶液為提取液，不同土壤的色譜圖見圖1(a)(b)(c)。由圖1可見，當(dāng)提取液的質(zhì)量濃度為1.5 g/L時(shí)，部分土壤樣品中草甘膦的分離度開始受影響，至提取液為2.5 g/L時(shí)，多數(shù)土壤樣品中草甘膦的分離均受影響。楊健等[11]發(fā)現(xiàn)使用1%的氫氧化鉀作為提取液，提取后干擾較多，不適用于草甘膦的提取。其他研究也表明，高濃度的堿(pH值>13.00)作為提取液對(duì)草甘膦的提取也存在干擾[16，22-23]，所以提取液的pH值應(yīng)選擇能達(dá)到較高提取率的最小pH值為宜。

圖1 不同pH值的NaOH提取液用于多種土壤樣品提取的離子色譜圖

3 結(jié)語(yǔ)

以水和NaOH(pH值= 9.00～14.00)作為提取液對(duì)10種土壤樣品中草甘膦進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。其中石灰性紫色土和灰鈣土以水為作為提取液可獲得較高的提取率，但其他土壤，尤其是pH值<8的土壤其提取率較低。采用pH值=9.00～14.00的NaOH作為提取液，隨著提取液pH值的提高，土壤的回收率隨之提高，一旦到達(dá)較大提取率，隨著pH值的升高，回收率不會(huì)繼續(xù)提高，但干擾會(huì)增多。因此針對(duì)不同土壤的理化性質(zhì)，可以參考回收率相關(guān)性分析選擇適合的提取液。