土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥分析測(cè)定方法研究

董 儒

（廣東省中山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣東中山 528400）

農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中雖有著重要的作用，但若不能合理控制農(nóng)藥使用量，就會(huì)帶來農(nóng)藥污染問題，破壞生態(tài)平衡，進(jìn)入人體后還會(huì)直接影響人體健康。有機(jī)氯農(nóng)藥曾是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最為廣泛的殺蟲劑，會(huì)在土壤等介質(zhì)中長(zhǎng)期殘留且難以降解，屬于典型的持久性有機(jī)污染物，對(duì)生物體具有致癌、致畸、致突變等風(fēng)險(xiǎn)。我國(guó)作為農(nóng)藥生產(chǎn)大國(guó)，農(nóng)藥生產(chǎn)占世界的1/3，但也有著嚴(yán)重的農(nóng)藥污染問題，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)農(nóng)藥污染場(chǎng)地就有1 200個(gè)以上。

土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥分析測(cè)定是土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中必要的手段。土壤作為一種重要的環(huán)境介質(zhì)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)，也是人類食物與生態(tài)環(huán)境安全的重要保障。因有機(jī)氯農(nóng)藥有易積累、不易降解、易導(dǎo)致慢性中毒、半衰期長(zhǎng)等特征，會(huì)對(duì)生物體有巨大的危害，世界上許多國(guó)家已經(jīng)禁用有機(jī)氯農(nóng)藥，我國(guó)也在1983年就禁用了有機(jī)氯類農(nóng)藥，但因這一類農(nóng)藥的殘留時(shí)間較長(zhǎng)，且降解速度慢，目前仍然能在土壤中檢測(cè)出。

在有機(jī)氯農(nóng)藥檢測(cè)中，主要經(jīng)過樣品預(yù)處理和檢測(cè)兩個(gè)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的處理方法在設(shè)備方面要求不高，適用于小型農(nóng)業(yè)企業(yè)。但傳統(tǒng)方法具有耗時(shí)長(zhǎng)、操作繁雜、易受外界干擾等缺點(diǎn)，逐漸被淘汰。隨著科技的進(jìn)步，分析儀器不斷更新?lián)Q代，分析方法持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)，對(duì)土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥的分析測(cè)定也變得更加高效、準(zhǔn)確。本文重點(diǎn)從預(yù)處理和檢測(cè)兩個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥分析測(cè)定的方法進(jìn)行研究總結(jié)。

1 樣品預(yù)處理方法

對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理的主要目的在于實(shí)現(xiàn)提取和凈化，以最大限度地消除雜質(zhì)的干擾，高濃度提取出樣品中有效成分，減少對(duì)檢測(cè)儀器損壞污染的同時(shí)，從源頭上減少實(shí)驗(yàn)誤差，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留提取和凈化方式有許多種，且通常這兩個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)同時(shí)進(jìn)行。

1.1 固相萃取法

固相萃取法是一種集濃縮、提取、采集為一體的新興技術(shù)，具有簡(jiǎn)單高效、回收率高、適用性廣、重現(xiàn)性高、安全性高等特點(diǎn)，因此廣受農(nóng)藥業(yè)的青睞。在使用這一方法后，可有效減少有機(jī)溶劑的含量，同時(shí)聯(lián)合色譜儀一起使用，可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。這一方法的原理是：利用固體吸附劑對(duì)樣品中的目標(biāo)化合物進(jìn)行吸附，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)化合物與雜質(zhì)的分離，之后通過加熱脫吸附等方式分離和富集目標(biāo)化合物。固相萃取法的優(yōu)勢(shì)是消耗試劑量少，且預(yù)處理時(shí)間短，費(fèi)用低，操作簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理。值得一提的是，固相萃取法的吸附劑，需要根據(jù)樣品及目標(biāo)化合物的特性來選擇，吸附劑極性與目標(biāo)化合物極性越接近，吸附效果越好。

1.2 基質(zhì)固相分散萃取法

基質(zhì)固相分散萃取法是基于固相萃取提煉原理上提出的一項(xiàng)技術(shù)，這一方法是將樣品直接與適量反相填料進(jìn)行研磨、混勻，制成半固態(tài)樁柱淋洗，之后根據(jù)分析物在聚合物或組織基質(zhì)中分散和溶劑的極性，快速分離分析物。這一提取方法的優(yōu)勢(shì)是能一次性將樣品凈化、提取、勻化，因此在土壤農(nóng)藥殘留提取中廣泛應(yīng)用，尤其是適用高毒性介質(zhì)的提取。

由于混合使用弗洛里硅土與硅藻土可獲得良好的土壤分散效果，因此也常用于基質(zhì)固相分散萃取中。有研究學(xué)者將硅藻土與硅鎂吸附劑攪勻使用，通過硅鎂吸附劑的凈化功能對(duì)弱極性化合物中的腐殖酸和色素等相關(guān)極性干擾物吸收，之后與硅藻土產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成基質(zhì)分散器，可同時(shí)完成提取和凈化。這一過程單一且自動(dòng)化程度較高，可在萃取池中完成土壤介質(zhì)的提取和凈化，耗時(shí)短，適用于土壤介質(zhì)的快速檢測(cè)，同時(shí)也有助于提高樣品初步分析的精度[1]。

1.3 凝膠滲透色譜法

凝膠滲透色譜法原理：利用不同分子量的待分離組分，借助具有分子篩選性質(zhì)的固定相來實(shí)現(xiàn)分離。最初是用在蛋白質(zhì)分離中，現(xiàn)如今也被廣泛應(yīng)用農(nóng)藥殘留凈化中，其具有適用范圍廣、凈化時(shí)間短、凈化容量大、循環(huán)使用等優(yōu)勢(shì)。另外，凝膠色譜滲透法的分離基礎(chǔ)是溶質(zhì)分子的大小、尺寸、填料柱的孔徑、孔隙率等，與樣品本身無關(guān)。因此，凝膠滲透色譜法對(duì)流動(dòng)相的要求較低，實(shí)驗(yàn)條件穩(wěn)定，分析速度快，溶質(zhì)回收率高，與其他方法對(duì)比，具有獨(dú)特的分離效果。有實(shí)驗(yàn)人員將凝膠滲透色譜聯(lián)合固相萃取法對(duì)土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥進(jìn)行凈化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，約95%的土壤樣品有機(jī)氯農(nóng)藥經(jīng)弗羅里硅土凈化柱凈化后可達(dá)到靈敏度的要求，但還有約5%的樣品有較多的機(jī)質(zhì)，經(jīng)弗羅里硅土凈化后值數(shù)仍然較高，但經(jīng)凝膠滲透色譜法凈化后有顯著的降低，能夠滿足測(cè)定的要求[2]。

1.4 超聲波提取法

超聲波提取法原理：用高頻率的聲波對(duì)提取試劑進(jìn)行振蕩，使其產(chǎn)生大量的微小氣泡，這些氣泡在與樣品表面接觸后會(huì)破裂，并形成瞬時(shí)高壓氣流，從而使農(nóng)藥殘留轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x狀態(tài)，之后再通過提取試劑進(jìn)行提取。這一方法主要是用超聲清洗儀進(jìn)行提取，其提取效率高，提取時(shí)間快，成本低。有研究學(xué)者利用超聲波提取法對(duì)土壤進(jìn)行了預(yù)處理，平均回收率為62.62%～95.40%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為6.6%～12%，且在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)展，用40mL二氯甲烷超聲萃取3min，重復(fù)4次，前三次可萃取的目標(biāo)化合物量占總量的98.05%，要想減少試劑用量，用120mL二氯甲烷共萃取3次便可獲得良好的回收率。

1.5 加速溶劑萃取法

加速溶劑萃取法是一種自動(dòng)化的提取方法，其原理為：通過高溫高壓作用升高提取試劑的沸點(diǎn)，使其以液體形態(tài)存在，可有效提升其溶解和擴(kuò)散的能力，使農(nóng)藥殘余快速?gòu)臉悠分袛U(kuò)散至表面，進(jìn)而獲得良好的萃取效果。另外，在高溫高壓作用下，會(huì)減小表面張力，這樣易于浸入樣品內(nèi)部，從而提高萃取的效率。這一方法的優(yōu)勢(shì)是萃取時(shí)間短、效率高，且提取試劑耗損小，可自動(dòng)化進(jìn)行樣品前處理，因此目前廣泛應(yīng)用于土壤農(nóng)藥殘留的分析前處理中。有實(shí)驗(yàn)人員考察了不同萃取溶劑、萃取溫度、萃取次數(shù)對(duì)土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥的影響，結(jié)果表明，二氯甲烷-正乙烷萃取液較干凈，呈透明淺黃色，受色素共萃物的影響，含有丙酮的萃取液顏色較深，萃取2次，90℃條件下化合物回收率為65%～105%，100℃條件下化合物回收率為58%～95%。

2 農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法

在科技進(jìn)步的推動(dòng)下，現(xiàn)如今農(nóng)藥類型多種多樣，且成分迥異，隨之也使得農(nóng)藥檢測(cè)技術(shù)不盡相同。在對(duì)土壤中農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)保證所采用的檢測(cè)方法快捷、簡(jiǎn)單、靈敏度高等。以下具體介紹幾種常用的農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法。

2.1 氣相色譜法

傳統(tǒng)的氣相色譜法對(duì)各種介質(zhì)中的有機(jī)氯農(nóng)藥分析測(cè)定，具有分離性強(qiáng)、儀器穩(wěn)定、重現(xiàn)性好、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、定量準(zhǔn)確、成本低等優(yōu)勢(shì)，但鑒于土壤中會(huì)存在大量的干擾物，若僅依靠保留時(shí)間來定性有機(jī)氯農(nóng)藥，容易導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)假陽性。對(duì)此，就需要借助其他方法來進(jìn)一步確認(rèn)檢測(cè)結(jié)果。全二維氣相色譜可利用色譜柱之間的極性差異來實(shí)現(xiàn)待測(cè)物質(zhì)的分離，可改善相似結(jié)果化合物的分離度。對(duì)比傳統(tǒng)的一維色譜法，全二維氣相色譜的定性可靠性高、容量大，尤其適用于復(fù)雜樣品的分析測(cè)定中，且能節(jié)省大量的分析時(shí)間和成本。有實(shí)驗(yàn)人員使用全二維氣相色譜檢測(cè)儀對(duì)土壤中24種有機(jī)氯類農(nóng)藥進(jìn)行分析測(cè)定，測(cè)得的回收率為80.7%～103.5%，測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.84%～10.12%。

2.2 氣相色譜質(zhì)譜法

對(duì)比氣相色譜法，氣相色譜與質(zhì)譜的聯(lián)用，能夠克服以往定性分析中的局限性，融合了氣相色譜高效分離與質(zhì)譜準(zhǔn)確測(cè)定的優(yōu)勢(shì)，且質(zhì)譜可選擇性地檢測(cè)目標(biāo)化合物的特征離子，選擇性高、干擾少的優(yōu)勢(shì)明顯。但氣相色譜質(zhì)譜法也有其局限性，主要是難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜介質(zhì)樣品的準(zhǔn)確定性和定量。隨著同位素技術(shù)的不斷發(fā)展，采用同位素稀釋技術(shù)進(jìn)行質(zhì)譜確認(rèn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的準(zhǔn)確定性和定量，有效彌補(bǔ)了氣相色譜質(zhì)譜法的不足，提高了這一方法的可靠性。有實(shí)驗(yàn)人員使用同位素氣相色譜質(zhì)譜法對(duì)土壤中23種有機(jī)氯農(nóng)藥進(jìn)行測(cè)定，該方法的回收率為60%～110%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5%～18%，檢出限為0.20～10.3μg/kg。

2.3 氣相色譜法-三重四級(jí)桿質(zhì)譜聯(lián)用法

這一方法是目前有機(jī)測(cè)試分析中較為先進(jìn)的技術(shù)，對(duì)比單級(jí)質(zhì)譜法，其可通過多重反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式進(jìn)一步確認(rèn)和區(qū)分一級(jí)質(zhì)譜無法區(qū)分的化合物與同分異構(gòu)體，且能有效消除基質(zhì)干擾、背景干擾，尤其是在低濃度水平的定性定量中有著顯著的優(yōu)勢(shì)。有實(shí)驗(yàn)人員就利用該方法對(duì)土壤中的有機(jī)氯農(nóng)藥進(jìn)行了檢測(cè)，有效排除了干擾，有良好的穩(wěn)定性，靈敏度與精密性高，且檢出限比國(guó)標(biāo)規(guī)定的方法的檢出限低。

2.4 高效液相色譜法

高效液相色譜法是在高沸點(diǎn)情況下對(duì)不穩(wěn)定農(nóng)藥檢測(cè)的方法。對(duì)比傳統(tǒng)的氣相色譜法，其檢測(cè)速度更快，分離功能更強(qiáng)。應(yīng)用這一方法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，待分離組分后，使樣品能快速進(jìn)入檢測(cè)器中檢測(cè)，之后從眾多的數(shù)據(jù)信息中挖掘出更具有分析研究?jī)r(jià)值的樣品信息。有實(shí)驗(yàn)人員采用高效液相色譜聯(lián)用質(zhì)譜法對(duì)土壤中的有機(jī)氯除草劑進(jìn)行測(cè)定，檢出限為0.002～0.25ng/mL，加標(biāo)回收率為84.8%～104.1%。

3 實(shí)驗(yàn)分析

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

采用氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)器（GC-ECD）檢測(cè)法，對(duì)土壤中20種有機(jī)氯農(nóng)藥進(jìn)行檢測(cè)。

3.1.1 樣品預(yù)處理

取農(nóng)田中土壤樣品一份，用木棒壓碎，將石塊、草根等雜物去除后在搪瓷盤攤平，之后室溫下風(fēng)干，用瑪瑙研體研細(xì)，過60目不銹鋼篩，充分混勻，置于密閉容器中冷藏保存。

取10g土壤樣品，加入10g無水硫酸鈉，充分混勻后加入回收率指示物，裝入索氏提取器中。用200mL丙酮和正己烷混合溶液（1∶1）浸泡加熱提取樣品，每小時(shí)提取4～6個(gè)，循環(huán)，并用活化銅片脫硫。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將萃取液濃縮至2mL。在玻璃層析柱中自下而上依次裝入石英棉、1～2cm高的無水硫酸鈉、5g弗羅里硅土、1～2cm高的無水硫酸鈉，制備成弗羅里硅土柱，用50mL正己烷浸潤(rùn)后將樣品濃縮液轉(zhuǎn)至層析柱，之后用50mL丙酮和正己烷混合溶液洗脫有機(jī)氯農(nóng)藥。洗脫液經(jīng)過蒸發(fā)儀濃縮至6mL后加入6mL正己烷，再濃縮至2mL，用氮吹儀吹至0.5mL并加入內(nèi)標(biāo)化合物。對(duì)預(yù)處理后的土壤樣品中的有機(jī)氯農(nóng)藥反復(fù)提取并凈化后，供GC-ECD檢測(cè)。

3.1.2 色譜條件

色譜柱：DM-5毛細(xì)管柱；載氣：高純氮?dú)?；柱流量?.20mL/min；吹掃流量：3.0mL/min；尾吹流量：30.0mL/min；進(jìn)樣口溫度：200℃；檢測(cè)器溫度：300℃。柱升溫程序：初始溫度60℃，保持2min。60℃至150℃速率為15℃/min；150℃至200℃速率為2℃/min，保持5min；200℃至206℃速率為2℃/min，保持5min；206℃至270℃速率為10℃/min，保持5min。定量方法：內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法；進(jìn)樣體積：1.0μL。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，土壤中20種有機(jī)氯類農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)曲線方程線性相關(guān)系數(shù)是0.9992～0.9999，檢出限為0.015～0.061ng/g，加標(biāo)回收率為79.7%～93.3%，方法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.41%～7.87%?？梢姡摲椒z出限較低，精密度和回收率較高，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，適用于土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥的測(cè)定分析。

表1 土壤中20種有機(jī)氯農(nóng)藥線性相關(guān)系數(shù)、檢出限、加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

4 結(jié)語

土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥分析測(cè)定主要有預(yù)處理和檢測(cè)兩個(gè)環(huán)節(jié)，在這兩個(gè)環(huán)節(jié)中可選用的檢測(cè)分析方法多種多樣，具體還需結(jié)合待測(cè)物性質(zhì)和特征來選擇，同時(shí)在選擇檢測(cè)方法時(shí)，也要充分考慮檢測(cè)方法的可行性、可靠性，主要用精密度、準(zhǔn)確度、靈敏度這三個(gè)指標(biāo)來衡量，從而選用更加高效、便捷、準(zhǔn)確的檢測(cè)方法，提高對(duì)有機(jī)氯農(nóng)藥檢測(cè)分析的效果。