氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定水-沉積物系統(tǒng)中13種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥

何 健, 豆葉枝, 李菊穎, 余 佳, 張悅清,曹 莉, 許 靜, 孔德洋

(生態(tài)環(huán)境部 南京環(huán)境科學(xué)研究所，國(guó)家環(huán)境保護(hù)農(nóng)藥環(huán)境評(píng)價(jià)與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210042)

擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥具有活性較高、易于降解和低毒廣譜等特點(diǎn)，廣泛用于漁業(yè)生產(chǎn)[1-3]。隨著其大量使用，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染[4-5]。研究表明：擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥在進(jìn)入水體后會(huì)直接進(jìn)入水生生物的皮膚和血液中，導(dǎo)致組織病變，并且干擾神經(jīng)傳導(dǎo)[6]。隨著擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥在水-沉積物系統(tǒng)中的不斷富集，可能會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害[7]。故擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥在水-沉積物系統(tǒng)中的殘留情況需引起重視。

目前，關(guān)于擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥殘留的分析方法主要集中在食品領(lǐng)域，關(guān)于水-沉積物系統(tǒng)的分析方法較少[8]。水中擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的前處理方法有液-液萃取和固相萃取等，但由于液-液萃取容易對(duì)環(huán)境造成二次污染，且不適合分析復(fù)雜、量大的實(shí)際水樣。固相萃取法適用于水量較大的實(shí)際樣品，且該方法可以將農(nóng)藥的萃取、濃縮等多種功能匯集于一體，從而提升萃取效率[9]。鐘陶陶[10]采用固相萃取法提取地表水中3種常見(jiàn)菊酯類農(nóng)藥，結(jié)果顯示，使用氨基柱對(duì)水樣進(jìn)行凈化富集時(shí)，回收率良好且靈敏度較高。因此本研究選擇固相萃取法提取水體中的擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥。常用的沉積物中擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的前處理方法有固液萃取、索式提取、微波萃取和加速溶劑萃取法等，其中加速溶劑萃取法具有提取效率高、消耗溶劑少和污染小等特點(diǎn)[11-13]，因此本研究采用加速溶劑萃取法提取沉積物中擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥。

本研究在上述前處理方法基礎(chǔ)上，建立了氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）測(cè)定水-沉積物系統(tǒng)中13種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥，旨在為評(píng)價(jià)水-沉積物系統(tǒng)環(huán)境安全提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析儀 (Agilent 7890A-5975C，美國(guó)Agilent公司)；快速溶劑提取儀(ASE 350，美國(guó)DIONEX公司)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 (R-205，瑞士B?chi公司)；氮?dú)鉂饪s儀 (N-EVAP112，美國(guó)Orgamonation Associates公司)；均質(zhì)器(T25，德國(guó)IKA公司)；振蕩器 (SA 300，日本Yamato公司)；冷凍干燥儀 (CTFD-18S，青島永合創(chuàng)信公司)。

13種擬除蟲(chóng)菊酯標(biāo)準(zhǔn)品 (Dr. Ehrenstorfer)；內(nèi)標(biāo)物 (菲-d8、苝-d12、13C-PCB209) (AccuStandard公司)；正己烷、甲醇、丙酮、二氯甲烷和乙酸乙酯 (色譜純，德國(guó)默克公司)；Sep-Pak Vac C18柱(6 mL，500 mg，美國(guó)Waters公司)；Oasis HLB小柱 (6 mL，200 mg，美國(guó)Waters公司)；硅藻土、弗羅里硅土 (國(guó)藥集團(tuán))。

1.2 檢測(cè)條件

色譜條件：DB-5MS毛細(xì)管色譜柱 (30 m ×0.25 mm，0.25 μm，美國(guó)Agilent 公司)；流速1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度290 ℃；進(jìn)樣量1 μL；柱溫升溫程序：80 ℃保持2 min，然后以20 ℃/min升溫至180 ℃，再以10 ℃/min升溫至290 ℃，保持5 min。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源 (EI) 能量70 eV；離子源溫度230 ℃；接口溫度280 ℃；選擇離子掃描 (SIM) 模式；碰撞氣壓力為氬氣 (200 kPa)。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)溶液配制：分別取13種擬除蟲(chóng)菊酯標(biāo)準(zhǔn)品各1 mL于100 mL容量瓶中，用正己烷配制成質(zhì)量濃度為1 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，于2～4 ℃冷藏備用。

內(nèi)標(biāo)物溶液配制：分別取適量?jī)?nèi)標(biāo)物至50 mL容量瓶中，用正己烷配制成10 mg/L的內(nèi)標(biāo)混合溶液。

1.4 樣品提取方法

1.4.1 水樣提取方法 依次用二氯甲烷、乙酸乙酯和甲醇各5 mL活化C18固相萃取柱。1 000 mL水樣中加入10 mL甲醇，上樣，富集完成后用10 mL水淋洗，氮吹30 min，分別用5 mL二氯甲烷和5 mL乙酸乙酯洗脫；收集洗脫液并氮吹至近干時(shí)，立即用少量二氯甲烷沖洗管壁，加至濃縮管的2～3 mL處，氮吹，該步重復(fù)2～3次。加入50 μL內(nèi)標(biāo)混合溶液，定容至1 mL，待GC-MS分析。

1.4.2 沉積物樣品提取方法 將沉積物平鋪于物料盤(pán)，放入冷肼中，打開(kāi)凍干機(jī)預(yù)凍1 h左右，開(kāi)啟真空計(jì)和真空泵開(kāi)始凍干樣品，待樣品凍干后取出待用。稱取5 g硅藻土于34 mL萃取池中，再準(zhǔn)確稱取10 g凍干后的樣品和5 g弗羅里硅土，在研缽中混合均勻，置于萃取池中的硅藻土上層。采用V(正己烷) :V(丙酮) = 1 : 1混合溶劑，于80 ℃下預(yù)熱5 min，靜態(tài)提取8 min，壓強(qiáng)10 MPa，循環(huán)2次，用溶劑快速?zèng)_洗樣品，氮?dú)獯祾呤占刻崛∫?。提取結(jié)束后，轉(zhuǎn)入濃縮瓶中，氮吹濃縮并過(guò)0.22 μm有機(jī)濾膜，加入50 μL內(nèi)標(biāo)混合溶液，定容至1 mL，待GC-MS分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)譜參數(shù)優(yōu)化

通過(guò)樣品中目標(biāo)物與標(biāo)準(zhǔn)系列中目標(biāo)物的保留時(shí)間、質(zhì)譜圖、碎片離子質(zhì)荷比及其豐度等信息比較，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行定性。在目標(biāo)物定性判斷的基礎(chǔ)上，根據(jù)定量離子的峰面積，采用內(nèi)標(biāo)法定量。優(yōu)化后的各化合物質(zhì)譜參數(shù)見(jiàn)表1，典型標(biāo)準(zhǔn)譜圖見(jiàn)圖1。

表1 目標(biāo)化合物的保留時(shí)間、定量離子及定性離子Table 1 MS parameters for pyrethroids

2.2 水樣前處理方法優(yōu)化

2.2.1 固相萃取柱的選擇 在上樣速率5.0 mL/min的條件下，比較了HLB和C18固相萃取柱對(duì)目標(biāo)化合物的萃取效率。由圖2A可以看出：當(dāng)采用C18柱時(shí)，13種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的回收率為86%～93%，當(dāng)采用HLB柱時(shí)回收率為71%～76%，因此本試驗(yàn)選擇C18固相萃取柱對(duì)水樣進(jìn)行提取。

2.2.2 上樣速度的選擇 大量水樣如果直接通過(guò)C18固相萃取柱，會(huì)影響目標(biāo)物提取效果，隨著水樣量的加大，萃取效率會(huì)降低。因此，在對(duì)水樣固相萃取前，按一定比例加入甲醇，可以有效保證活化性能，試驗(yàn)結(jié)果表明效果良好。由于環(huán)境水樣中菊酯類農(nóng)藥的濃度一般很低，所需富集水樣量大，故水樣過(guò)柱是前處理過(guò)程中耗時(shí)最長(zhǎng)的一步，因此本研究對(duì)上樣速度進(jìn)行了優(yōu)化。選擇C18固相萃取柱，將1 000 mL水樣分別以3.0、5.0、8.0和10.0 mL/min的流速上樣。結(jié)果 (圖2B)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)流速為3.0 mL/min和5.0 mL/min時(shí)樣品回收率較高，當(dāng)流速為8.0 mL/min時(shí)回收率較低，當(dāng)流速為10.0 mL/min時(shí)回收率最低，原因是流量過(guò)快導(dǎo)致各組分與吸附劑不能有效接觸，沒(méi)有得到有效分離，從而導(dǎo)致回收率降低。綜合考慮萃取回收率和時(shí)間，最終選擇上樣速度為5.0 mL/min。

2.3 沉積物前處理方法優(yōu)化

2.3.1 提取溶劑的選擇 選擇正己烷和丙酮進(jìn)行提取。通過(guò)比較單一溶劑和混合溶劑的提取效果發(fā)現(xiàn)：正己烷提取效率太低，而丙酮由于極性大，會(huì)將樣品中雜質(zhì)一同提取出來(lái)，干擾峰太多。分別選用V(正己烷) :V(丙酮) = 9 : 1、8 : 2、7 : 3和5 : 5混合后進(jìn)行提取。由圖3A可知：當(dāng)用V(正己烷) :V(丙酮) = 5 : 5混合溶劑提取時(shí)，13種擬除蟲(chóng)菊酯的回收率最高，故萃取溶劑選擇V(正己烷) :V(丙酮) = 5 : 5。

2.3.2 提取時(shí)間的選擇 比較了5、8、l0和15 min不同提取時(shí)間下13種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的回收率。由圖3B可知：隨提取時(shí)間延長(zhǎng)，13種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的提取率升高，但除5 min處理外，各處理間差異不明顯，考慮到節(jié)約時(shí)間和成本，故提取時(shí)間設(shè)定為8 min。

2.3.3 提取溫度的選擇 研究了40、60、80和100 ℃不同提取溫度對(duì)萃取效率的影響。由圖3C知：擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的提取率在40 ℃時(shí)最低，100 ℃時(shí)與80 ℃時(shí)相當(dāng)，從節(jié)約成本角度考慮，選擇提取溫度為80 ℃。

2.4 方法的線性范圍、檢出限和定量限

采用內(nèi)標(biāo)-校準(zhǔn)曲線法定量，用空白樣品提取液配制一定濃度系列的基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液。由表2可知：13種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥在一定濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。根據(jù)3倍信噪比確定檢出限(LOD)，定量限 (LOQ) 為最低添加濃度。結(jié)果表明：13種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的LOD為1.0～7.0 μg/L，在水中的LOQ為0.50 μg/L，在沉積物中的LOQ為5.0 μg/kg。

表2 目標(biāo)化合物的線性范圍、決定系數(shù)及檢出限Table 2 Standard calibration curves, correlation coefficients, and LOD of 13 pyrethroids

2.5 方法的準(zhǔn)確度與精密度

向空白水樣和沉積物中分別添加13種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。水樣中添加水平分別為0.50、5.0和50 μg/L；沉積物中添加水平分別為5.0、10和50 μg/kg。將添加后的樣品靜置30 min，待農(nóng)藥被樣品充分吸收后，按1.4節(jié)的方法進(jìn)行處理，每個(gè)水平重復(fù)6次。由表3可知：13種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥在水樣中的添加回收率為83%～104%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 (RSD) 為0.73%～6.8%；在沉積物中的添加回收率為73%～92%，RSD為0.63%～5.3%，表明該方法精密度和準(zhǔn)確度良好。

表3 13種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥在水和沉積物中的添加回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 (n = 6)Table 3 Recoveries and RSDs of 13 pyrethroids in water and sediment (n = 6)

2.6 實(shí)際樣品測(cè)定

選擇在南京市固城湖大湖區(qū)采集9個(gè)點(diǎn)位的水樣和沉積物樣品，采用建立的氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定水-沉積物系統(tǒng)中13種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥。由表4可知：11種組分部分檢出，檢出率為22%～100%，水中高效氯氟氰菊酯的檢出量最高，為12 μg/L；沉積物中聯(lián)苯菊酯的檢出量最高，為60 μg/kg。我國(guó)目前尚無(wú)沉積物中擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的區(qū)域篩選值標(biāo)準(zhǔn)，Tang等[14]研究了全球環(huán)境中擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥殘留情況。結(jié)果表明，全球地表水中共檢測(cè)出23種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥，其中中國(guó)共檢出16種，其他國(guó)家和地區(qū)檢出11種，且全球地表水中擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥濃度最高達(dá)13 000 μg/L；沉積物中共發(fā)現(xiàn)13種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥，其中中國(guó)檢出8種，其他國(guó)家和地區(qū)檢出13種。總體上，沉積物中擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的含量高于地表水中，最高含量達(dá)3.76 × 105μg/kg。與之相比，本研究采集的水-沉積物樣品中擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的檢出濃度處于較低水平。

表4 實(shí)際樣品中擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥測(cè)定結(jié)果Table 4 Determination results of pyrethroid pesticides in actual samples

3 結(jié)論

本研究通過(guò)優(yōu)化前處理參數(shù)以及氣相色譜-質(zhì)譜法檢測(cè)條件，建立了水-沉積物中13種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的分析方法。該方法具有快速、簡(jiǎn)便、靈敏度高、重現(xiàn)性好，以及準(zhǔn)確度高和精密度好等優(yōu)點(diǎn)，可用于水-沉積物系統(tǒng)中擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的環(huán)境監(jiān)測(cè)。