土壤中七氯等4種有機(jī)氯農(nóng)藥的QuEChERS快速分析方法探討

陳 玟

（福建省地質(zhì)礦產(chǎn)局三明實(shí)驗(yàn)室，福建 三明 365000）

1 引言

QuEChERS方法是結(jié)合固相萃取法和基質(zhì)固相分散技術(shù)的衍生檢測(cè)方法，是在水環(huán)境中基于乙腈的液體分配，用乙腈鹽析萃取固體樣品；然后在凈化過程中用N-丙基乙二胺（PSA）分散固相萃?。╠-SPE）除去大部分殘留的基質(zhì)干擾。QuEChERS法特別適用于測(cè)定各種食品基質(zhì)中的極性、中極性和非極性農(nóng)藥殘留。與傳統(tǒng)的液液萃取、固相萃取等樣品前處理技術(shù)相比，QuEChERS方法的優(yōu)勢(shì)在于適用廣、效率高、溶劑用量少、操作及裝置簡(jiǎn)單、回收率高。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑和儀器

甲醇、乙腈、丙酮、乙酸乙酯、正己烷（農(nóng)殘級(jí)，Merck）；PSA、GCB、C18（博納艾杰）；氯化鈉、無水硫酸鎂（分析純，國藥）。

氣質(zhì)聯(lián)用儀（7890B-5977B）；渦旋混合儀（WH-3型）；超聲波清洗機(jī)（YQ-1000C型）。

2.2 基本實(shí)驗(yàn)步驟

稱取5.0 g土壤于50 mL具蓋塑料離心管中，加入一定量的提取溶劑，并添加標(biāo)準(zhǔn)溶液，充分混勻提取后，再將樣品在35 ℃水浴條件下緩慢振蕩吹干，去除溶劑。加入一定量的水和無機(jī)鹽的混合物，使溶劑與混合物分離，接著采用渦旋、超聲等輔助方式使樣品被提取劑充分萃取后于5000 r/min的轉(zhuǎn)速離心5 min。移取部分上清液于潔凈離心管中，加入PSA、GCB、C18、無水MgSO4等QuEChERS凈化劑，再次采用渦旋等方式保證其充分混勻并凈化，離心后取上清液過0.45 μm有機(jī)相濾膜，待上機(jī)檢測(cè)。分別量取適量農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)混合儲(chǔ)備液，并用正己烷稀釋定容，于4 ℃保存?zhèn)溆?，并配?00、500、1000、2000、5000 μg/L共5個(gè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，供GC-MS分析測(cè)試，現(xiàn)配現(xiàn)用。

2.3 儀器工作條件

色譜條件：HP-5 MS毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣量：1 μL；柱流速為1.0 mL/min；載氣：高純氦氣（純度為99.999%）；柱溫采用程序升溫：初始溫度：120 ℃，保持2min，以12 ℃/mim至180℃，保持5min，再以7 ℃/mim至240 ℃，保持1 min，再以1 ℃/mim至250 ℃，保持2 min。

質(zhì)譜條件：EI源：70ev；離子源溫度：230 ℃；四級(jí)桿溫度：150 ℃；傳輸線溫度是280 ℃；采集方式：全掃描（Scan）和選擇離子檢測(cè)（SIM）；溶劑延遲：5 min。配制農(nóng)藥混標(biāo)溶液，先采用Scan模式，掃描得到各目標(biāo)物的定量離子和定性離子等參數(shù)，再用SIM作定量數(shù)據(jù)處理。

2.4 定性定量分析

配制農(nóng)藥混標(biāo)溶液，先采用Scan模式，通過樣品中目標(biāo)物與校準(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。多次分析標(biāo)準(zhǔn)溶液得到目標(biāo)物的保留時(shí)間均值，以平均保留時(shí)間±3 倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差為保留時(shí)間窗口，樣品中目標(biāo)物的保留時(shí)間應(yīng)在其范圍內(nèi)對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行定性，根據(jù)定量離子的峰面積，采用外標(biāo)法進(jìn)行定量。

3 QuEChERS前處理因素討論

3.1 提取溶劑種類的選擇

在QuEChERS農(nóng)藥的殘留分析方法中，較多是選用一些水溶性有機(jī)溶劑如：丙酮、乙酸乙酯、甲醇以及酸性的甲醇、乙醇和乙腈進(jìn)行了鹽析萃取/分配。其中乙腈是作為QuEChERS法的推薦溶劑，擁有選擇性大，涉及的農(nóng)藥分析物范圍很廣，與色譜應(yīng)用的兼容性好等眾多優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)在于從基質(zhì)中提取的共萃取物較少；有較大的溶劑膨脹體積，會(huì)干擾氣相的氮檢測(cè)器的靈敏度；且乙腈的揮發(fā)性較弱，從而使蒸發(fā)濃縮步驟更耗時(shí)。其他非鹵代溶劑，如乙酸乙酯在QuEChERS法萃取水果和蔬菜中的農(nóng)藥殘留具有較高的效率。但乙酸乙酯也有一些缺陷：相比于乙腈，它更有可能提取出脂質(zhì)和蠟；對(duì)呈酸/堿性農(nóng)藥的回收率低；分散固相萃取凈化能力較低。而蔬菜中農(nóng)藥的提取溶劑大多采用甲醇，以及酸性的甲醇等。但甲醇和酸性甲醇的提取效率較差，可能是在甲醇-水溶液體系中，甲醇與水極易互溶，增大了共提取物的含量，從而降低了甲醇對(duì)農(nóng)藥的提取效率。此外，正己烷和丙酮也是常用的提取溶劑。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了如下幾組溶劑進(jìn)行提取試驗(yàn)：甲醇、乙腈、乙酸乙酯、正己烷、正己烷/丙酮（體積比分別為1∶1、4∶1、1∶4）、正己烷/乙酸乙酯（體積比分別為1∶1、4：1、1∶4），每組平行試驗(yàn)3次。結(jié)果顯示，甲醇溶液的提取液較為渾濁，推測(cè)原因是甲醇對(duì)很多物質(zhì)的溶解性較好，在提取過程中提取出較多的雜質(zhì)。乙腈對(duì)目標(biāo)物的提取回收率較低，一般也不用于氣質(zhì)檢測(cè)樣品的提取溶劑。乙酸乙酯則較易黏附于容器壁上，不利于4種有機(jī)氯農(nóng)藥與土樣的分離，從而導(dǎo)致溶液回收不完全、提取效率不高。用單一的正己烷提取時(shí)樣品基質(zhì)較雜，會(huì)導(dǎo)致假陽性樣品出現(xiàn)。而用正己烷/丙酮混合溶劑提取時(shí)，土壤樣品提取液中雜質(zhì)較少，色譜圖基質(zhì)干擾較小，基線平穩(wěn)。通過實(shí)際樣品的檢測(cè)結(jié)果表明正己烷和丙酮的混合溶劑組合對(duì)4種有機(jī)氯農(nóng)藥的提取效果優(yōu)于其他溶劑或組合，其中體積比為1∶1的正己烷/丙酮混合溶劑的回收率在65.3%~93.1%之間，體積比為4∶1的正己烷/丙酮混合溶劑的回收率在52.5%~75.4%之間，均達(dá)到了HJ 835-2017中的要求。綜合考慮，選用正己烷：丙酮（體積比1∶1）作試驗(yàn)的提取溶劑為最優(yōu)選項(xiàng)。

3.2 提取溶劑用量的選擇

使用的提取溶劑的用量較少，極有可能導(dǎo)致對(duì)目標(biāo)化合物的提取不完全，導(dǎo)致提取效率偏低。相反，提取溶劑的用量較多，會(huì)提高目標(biāo)化合物的提取效率，但同時(shí)也大大地稀釋了目標(biāo)物的質(zhì)量濃度，不利于低濃度樣品的檢出。此外，有機(jī)溶劑的大量使用也會(huì)造成不必要的成本浪費(fèi)、存在較大的安全隱患并對(duì)環(huán)境造成污染。因此，需要綜合考慮提取效率和成本來選擇出合適的提取溶劑用量，理想的分析方法應(yīng)在保證統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果可靠性的前提下選用最小的試劑使用量。

減小樣品量可以提高提取效率，減少材料消耗，降低成本。且在溶劑/樣品比例方面，樣品重量與溶劑體積為1∶1的比例被證明是足以實(shí)現(xiàn)定量提取。由于受到塑料離心管容積的限制，提取劑體積也受到影響，考慮到土壤樣品顆粒較大，實(shí)驗(yàn)土壤樣品量選擇5 g，提取劑體積分別為5、10、20、30 mL。結(jié)果表明：5 mL的溶劑加入后，根據(jù)QuEChERS流程得到的最終提取液體積太少，不方便儀器測(cè)試。使用正己烷/丙酮（1∶1）為10 mL時(shí)，對(duì)土樣中4種有機(jī)氯農(nóng)藥的回收率均可達(dá)60%以上。隨著提取溶劑用量的增加，α-六六六、γ-六六六的提取效率無明顯提升，七氯和α-氯丹的提取效率增加，但無顯著性差異。故土壤樣品量為5 g時(shí)，選用10 mL的溶劑用量。

3.3 無機(jī)鹽的使用

MgSO4、NaCl、Na2SO4等 常 用 無 機(jī) 鹽 對(duì) 提高極性化合物回收率的影響都被測(cè)試過。其中，MgSO4提供了最完整的液-液相分離，并能更好地結(jié)合大量的水。這是由于MgSO4的水化是放熱反應(yīng)，溫度可達(dá)40~45℃，有利于農(nóng)藥的提取。另一方面，MgSO4有助于有機(jī)層中殘留的水從樣品基質(zhì)中提取一些不需要的極性化合物。同時(shí)相較于無水Na2SO4，無水MgSO4具有更強(qiáng)的脫水效果、更細(xì)的顆粒，從而可更有效地提取農(nóng)藥，更適合當(dāng)作脫水劑。NaCl在單獨(dú)或與MgSO4結(jié)合使用時(shí)的會(huì)使回收率降低，但加入NaCl后可以得到更完整的相分離。主要原因是NaCl 的加入引起的鹽析效應(yīng)通常會(huì)導(dǎo)致極性化合物回收率的增加，能夠控制有機(jī)相中水的百分比。同時(shí)NaCl的引入還可以降低共萃取的基質(zhì)成分的量。因此，在實(shí)際操作中主要加入的無機(jī)鹽為MgSO4和NaCl。

MgSO4與NaCl的使用比例及MgSO4的使用量也很重要。為了結(jié)合絕大多數(shù)的水，MgSO4的添加量必須超過飽和濃度。而NaCl的加入雖然有助于控制萃取溶劑的極性，從而提高萃取的選擇性，但是鹽的過量加入會(huì)降低有機(jī)層對(duì)極性目標(biāo)物的分配力，故應(yīng)適當(dāng)控制其加入量。本項(xiàng)目分別以不同的無機(jī)鹽添加量比較了無水MgSO4和NaCl的回收效果。結(jié)果表明，當(dāng)加入量為4g/1g時(shí)，目標(biāo)物的回收率達(dá)到了滿意的水平（80.4%~117.8%），證明已加入足量的無機(jī)鹽，過飽和的無水MgSO4和NaCl促進(jìn)目標(biāo)物從有機(jī)相中分離，從而提高了提取效率。但由于隨NaCl用量的適當(dāng)增加，4種農(nóng)藥的色譜圖峰形的分叉現(xiàn)象顯著改善，峰面積顯著提高。故采用質(zhì)量比為4g/1g的無水MgSO4和NaCl作為脫水劑。

3.4 QuEChERS凈化條件的考察

土壤基質(zhì)較為復(fù)雜，含有較多的有機(jī)質(zhì)、腐殖酸和色素等雜質(zhì)。為了去除凈化步驟中的基體成分，QuEChERS的凈化需要先將適量的樣品萃取物加入到含有相對(duì)少量SPE吸收劑的離心管中，并對(duì)混合物進(jìn)行震蕩以增加SPE物質(zhì)的分布，以促進(jìn)清洗過程。最終，離心混合均勻的樣品，分離吸附劑和萃取上清液，移取上清液進(jìn)行上機(jī)分析。關(guān)鍵點(diǎn)在于如何選擇正確的吸附劑，以保留不需要的共萃取的基質(zhì)化合物，并允許目標(biāo)物保留在液相中。QuEChERS法中常用的凈化劑有PSA、GCB、C18等固相萃取柱常用填料。PSA結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)氨基，通過氫鍵的形成或離子交換作用，可去除基質(zhì)中的極性化合物如脂肪酸、部分有機(jī)酸、糖和色素等的干擾；C18能去除非極性干擾物如脂類、花青素、蠟類產(chǎn)生的影響；GCB的表面具有正六元環(huán)結(jié)構(gòu)，其對(duì)平面分子有極強(qiáng)的親和力，能有效去除水葉綠素和類胡蘿卜素等大分子雜質(zhì)，但由于會(huì)吸附平面環(huán)狀結(jié)構(gòu)的農(nóng)藥而造成回收率降低。對(duì)于土壤樣品而言，PSA能夠吸附土壤中很多極性基質(zhì)成分如糖類、脂肪酸等，而對(duì)農(nóng)藥殘留物無吸附作用；C18可以選擇性地吸附土壤中的有機(jī)質(zhì)和腐殖酸等雜質(zhì)；GCB可以吸附土壤中的色素；無水MgSO4則可用來吸附提取液中殘留的水分，改善目標(biāo)物的分配，進(jìn)而影響后續(xù)凈化劑的吸附效果，提供更好的凈化。

本試驗(yàn)參考6種商品化的QuEChERS分散固相萃取管中各種萃取劑的配方比（見表1），以不同量的MgSO4、PSA、GCB、C18和 無 水MgSO4為考察因素對(duì)凈化條件進(jìn)行了優(yōu)化。從實(shí)驗(yàn)過程可以明顯看出，GCB對(duì)色素有強(qiáng)大的吸附能力，提取液顏色很淺，但同時(shí)對(duì)部分農(nóng)藥也有一定的吸附（E和F試劑盒）。使用C和D試劑盒，加標(biāo)回收率為56.7%~107.8%，4個(gè)組份的定性峰超出范圍。針對(duì)2mL提取液，加入吸附劑PSA 25mg和無水MgSO4150mg（A試劑盒）即可獲得較好的凈化效果，總離子流圖的雜質(zhì)峰個(gè)數(shù)明顯少于C、D、E和F試劑盒，其中α-六六六的回收率達(dá)到96.0%，γ-六六六達(dá)到102.5%，七氯達(dá)到71.2%，α-氯丹達(dá)到118.3%。試劑盒B的加標(biāo)回收率為72.2%~106.1%，考慮成本，試劑盒A為最優(yōu)條件。

表1 6種不同配方的商品化萃取試劑盒配方

4 方法驗(yàn)證

4.1 精密度和回收率實(shí)驗(yàn)

取不含目標(biāo)物的土壤樣品，加入目標(biāo)物分別制作三個(gè)濃度水平的土壤樣品（低（0.10 ug/g）、中（2.0 μg/g）和高（6.0 μg/g））各7份進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，計(jì)算7次測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）和回收率。由實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，回收率為78.8%~91.4%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在15.0%~18.0%之間，方法回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差符合相關(guān)規(guī)范的要求，表明該方法具有良好的準(zhǔn)確度和精密度。

4.2 準(zhǔn)確度分析及不同方法比對(duì)

分別按HJ835-2017和QuEChERS快速分析方法對(duì)實(shí)際土壤樣品中的4種農(nóng)藥進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表2。

表2 準(zhǔn)確度及不同方法比對(duì)表

由表可以看出，采用QuEChERS快速分析方法對(duì)實(shí)際土壤樣品中的4種農(nóng)藥進(jìn)行分析的結(jié)果和HJ835-2017分析結(jié)果比較的相對(duì)偏差在3.87~12.39.均小于20%。四種目標(biāo)物在0.5ug/g濃度水平的回收率在78.0%~92.6%間。

4 結(jié)論

采用QuEChERS前處理方法，用正己烷/丙酮（1+1）做提取劑，加入一定量的去離子水和MgSO4和NaCl（4∶1），并通過超聲進(jìn)行輔助萃取，最終用氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定目標(biāo)物，可以同時(shí)檢測(cè)土壤中的α-六六六、γ-六六六、七氯和α-氯丹等4種有機(jī)氯農(nóng)藥，該方法操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高、成本較低、相對(duì)環(huán)境友好，能滿足批量樣品的檢測(cè)需求，可用于快速測(cè)定土壤中的有機(jī)氯類農(nóng)藥。