高效液相色譜法測(cè)定地表水中磺酰脲類除草劑的前處理方法比較

王筱潔,孫龍,金曉霞,褚琳琳*

(1.山東省威海生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,山東 威海 264200;2.迪嘉藥業(yè)集團(tuán)股份有限公司,山東 威海 264200)

磺酰脲類除草劑(Sulfonylurea herbicides,SUs)是一類對(duì)作物安全、對(duì)雜草高效,選擇性良好的除草劑[1-2],廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。SUs具有淋溶性強(qiáng)、揮發(fā)性低、光解性慢等特點(diǎn),極易隨降水滲透至地表及地下,對(duì)周邊土壤及水體造成污染[3]。由于環(huán)境中SUs殘留可能對(duì)某些動(dòng)植物有害,因此有必要建立一種檢測(cè)環(huán)境中SUs殘留的可靠方法?，F(xiàn)行測(cè)定SUs的方法主要有高效液相色譜(High-performance liquid chromatography,HPLC)[2,4-7]、氣相色譜(Gas chromatography,GC)[8]、高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(High performance liquid chromatography-mass spectrometry,HPLC-MS)[9-11]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(Gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)[12]等。由于大多數(shù)SUs在高溫下不穩(wěn)定,使用GC和GC-MS分析時(shí)要將樣品衍生化或水解[1],這一過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng),限制了GC和GC-MS在SUs測(cè)定中的應(yīng)用。HPLC-MS和HPLC均可實(shí)現(xiàn)快速、高效和高靈敏度地分析SUs樣品,但與HPLC-MS儀器相比,HPLC儀器的重現(xiàn)性好[13],普及度更高,是一種更易于推廣應(yīng)用的方法,因此本文選取HPLC完成樣品的檢測(cè)。

由于環(huán)境樣品中SUs的含量是微量的,分析前需要對(duì)樣品進(jìn)行提取和富集等預(yù)處理,在眾多前處理技術(shù)中,液液萃取法(Liquid-liquid extraction,LLE)是最為廣泛使用的方法,具有重現(xiàn)性好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。但是LLE法存在回收率欠佳、萃取劑耗量大、容易發(fā)生乳化、繁瑣費(fèi)時(shí)等缺點(diǎn)[14]。而固相萃取法(Solid-phase extraction,SPE)具有回收率高、萃取時(shí)間短、富集系數(shù)高、有機(jī)溶劑消耗低、易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)[15-16],但不同批次間重復(fù)性難以保證。本文擬使用LLE、SPE兩種法進(jìn)行樣品預(yù)處理,比較兩種前處理法的優(yōu)劣,并提供最佳前處理?xiàng)l件和最佳HPLC儀器條件,為監(jiān)測(cè)環(huán)境樣品中的SUs含量提供高效、快捷的檢測(cè)方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與試劑

甲醇(CH3OH,百靈威科技J&K,純度≥99.9%);乙腈(CH3CN,美國(guó)TEDIA天地試劑公司,色譜純,純度≥99.9%);二氯甲烷(CH2Cl2,德國(guó)默克(MERCK)有限公司,色譜純,純度≥99.9%);氯化鈉(NaCl,科密歐化學(xué)試劑有限公司,優(yōu)級(jí)純,含量≥99.8%);高純氮?dú)?N2,威海市新月化玻儀器有限公司,純度≥99.999%);磷酸(H3PO4,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,分析純);10種SUs標(biāo)準(zhǔn)溶液(北京北方偉業(yè)計(jì)量技術(shù)研究院,有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào):BWN5502-2016,煙嘧磺隆、噻吩磺隆、甲磺隆、甲嘧磺隆、醚苯磺隆、氯磺隆、胺苯磺隆、芐嘧磺隆、吡嘧磺隆、氯嘧磺隆濃度皆為100 mg/L,相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel=4%(k=2));實(shí)驗(yàn)用水皆為超純水。

1.2 儀器與設(shè)備

LC-20A型HPLC儀(日本島津公司),配SPD-20A型紫外可見(jiàn)雙波長(zhǎng)檢測(cè)器、SIL-20A型自動(dòng)進(jìn)樣器、LC-20AT型液相系統(tǒng)泵、日本GL Sciences公司C18液相色譜柱(產(chǎn)品編號(hào):5020-02746,柱尺寸:4.6 mm×250 mm,填料粒徑:5 μm);pHS-3C型精密pH計(jì);EYELA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀;OA-SYS型氮吹儀;C18固相萃取柱(天津博納艾杰爾科技有限公司,萃取柱體積為6 mL,填料質(zhì)量為1 000 mg);Q-POD型Milli-Q純水機(jī)(美國(guó)Millipore公司)。

1.3 樣品前處理

本工作樣品前處理參照HJ 1018—2019《水質(zhì) 磺酰脲農(nóng)藥的測(cè)定 高效液相色譜法》,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了部分改進(jìn)。(1)改進(jìn)樣品pH值。國(guó)標(biāo)方法規(guī)定pH值調(diào)節(jié)為3～6,范圍較廣。本工作經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出pH值為2.8時(shí)出峰效果最好,因此將pH值定為2.8;(2)LLE法將萃取體積從50 mL增加至90 mL,保證水樣中的SUs被萃取完全;(3)SPE法在洗脫步驟之前增加CH3OH浸泡步驟,使目標(biāo)物洗脫更完全;(4)濃縮溫度由60 ℃降低為30 ℃,減少目標(biāo)物的揮發(fā)。

1.3.1 LLE法

在250 mL威海市崮山水庫(kù)地表水樣中加入2.5 g NaCl、并加入一定量的磷酸將pH值調(diào)至2.8,震蕩使其充分溶解。倒入分液漏斗中分三次加入90 mL CH2Cl2,震蕩放氣,放氣后分別震搖2 min,靜置15 min,將萃取后的有機(jī)相合并于200 mL錐形瓶中,加入10 g無(wú)水Na2SO4除水后轉(zhuǎn)移至100 mL圓底燒瓶中,常溫旋蒸濃縮至5 mL左右,轉(zhuǎn)移至K-D濃縮瓶,在30 ℃下氮吹,吹干后用乙腈水(體積比1∶4)定容至1 mL進(jìn)行測(cè)定?？瞻讓?shí)驗(yàn)用超純水代替。

1.3.2 SPE法

活化SPE柱,分別用5 mL CH3OH、5 mL超純水預(yù)洗C18的SPE柱,活化過(guò)程中保持SPE柱濕潤(rùn);量取250 mL威海市崮山水庫(kù)地表水樣,用磷酸調(diào)節(jié)pH值至2.8,以2 mL/min的流速上樣;富集完畢后,以7 mL/min的流速繼續(xù)抽吸10 min,空氣干燥SPE柱;用5 mL CH3OH浸泡SPE柱5 min,再加入10 mL CH3OH,以2 mL/min的速度分2次洗脫,收集洗脫液至K-D濃縮瓶;使用氮吹儀在30 ℃低流速下將洗脫液N2吹至近干,加入CH3CN復(fù)溶,定容至1 mL待測(cè)?？瞻讓?shí)驗(yàn),以超純水代替試樣重復(fù)上述步驟。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

用移液器分別移取500,200,100 μL的SUs標(biāo)準(zhǔn)溶液于3只10 mL容量瓶中,CH3CN定容,得到質(zhì)量濃度為5.0,2.0,1.0 mg/L SUs標(biāo)準(zhǔn)溶液1～3;用移液器分別移取1 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液1,3于2只10 mL容量瓶中,用CH3CN定容至刻度線,得到質(zhì)量濃度為0.5,0.1 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液4,5,同理可配制質(zhì)量濃度為0.01,0.02,0.05 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液。本工作測(cè)試檢出限使用質(zhì)量濃度為0.01～0.5 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列1;測(cè)試精密度及準(zhǔn)確度使用0.1～5.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列2。

1.5 樣品檢測(cè)

使用超聲后的乙腈-磷酸水溶液作為流動(dòng)相,其中CH3CN與H2O體積比見(jiàn)表1,洗脫方式為梯度洗脫,流速設(shè)置為0.8 mL/min;SPD-20A檢測(cè)器波長(zhǎng)為230 nm;柱溫設(shè)定為30 ℃;進(jìn)樣體積設(shè)為20.0 μL。依次檢測(cè)空白實(shí)驗(yàn)、混合標(biāo)準(zhǔn)溶液、樣品。

表1 梯度洗脫程序

2 結(jié)果與討論

2.1 校準(zhǔn)曲線的建立

標(biāo)準(zhǔn)系列1SUs標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為0.01,0.02,0.05,0.1,0.5 mg/L,標(biāo)準(zhǔn)系列2SUs標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為0.1,0.5,1.0,2.0,5.0 mg/L。由低濃度到高濃度依次進(jìn)樣,以標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中目標(biāo)化合物的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),對(duì)應(yīng)峰面積為縱坐標(biāo),建立校準(zhǔn)曲線。不同目標(biāo)化合物的回歸方程及相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表2。由測(cè)試數(shù)據(jù)可知,所有目標(biāo)化合物相關(guān)系數(shù)r>0.999,線性良好。

表2 10種SUs回歸方程及相關(guān)系數(shù)

2.2 前處理方法比較

2.2.1 檢出限

在超純水樣品中加入SUs標(biāo)準(zhǔn)溶液,使其質(zhì)量濃度為0.1 μg/L,制備成7份空白加標(biāo)溶液用于方法檢出限的測(cè)定。具體前處理步驟參照1.3。計(jì)算公式如下:MDL=t(n-1,0.99)×s,當(dāng)n=7時(shí),t(6,0.99)=3.143。式中,MDL代表方法檢出限;n為樣品的平行測(cè)定次數(shù);t表示自由度為n-1,置信度為99%時(shí)的單側(cè)t分布值;s為平行測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)偏差。LLE法和SPE法的檢出限結(jié)果如表3所示。

表3 LLE法和SPE法測(cè)定水質(zhì)SUs的檢出限

結(jié)果表明,以LLE法為前處理方法,使用HPLC測(cè)定7份空白加標(biāo)試樣,計(jì)算出SUs的方法檢出限(MDL)為0.03～0.05 μg/L。以SPE法為前處理方法,測(cè)試同樣的加標(biāo)濃度,SUs方法檢出限為0.02～0.04 μg/L。由檢測(cè)結(jié)果可知,SPE法比LLE法檢出限稍低,在測(cè)試低濃度樣品時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。

2.2.2 精密度及準(zhǔn)確度

分別取三組威海市崮山水庫(kù)水樣各6份,用磷酸將水樣pH值調(diào)節(jié)為2.8,加入SUs標(biāo)準(zhǔn)溶液,使其在水樣中濃度分別為0.80,8.00,32.0 μg/L,加入2.5 g NaCl,震蕩使其充分溶解。參照1.3的前處理步驟進(jìn)行液液萃取和固相萃取,按照1.5檢測(cè)方法進(jìn)行測(cè)定,分別計(jì)算低、中、高三種濃度加標(biāo)樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差和加標(biāo)回收率。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4～5。

表4 LLE法測(cè)定地表水中SUs的精密度和準(zhǔn)確度

結(jié)果表明,使用LLE法作為前處理時(shí),10種SUs低、中、高三組濃度平均加標(biāo)回收率范圍分別為:80.8%～96.3%,89.0%～99.0%,79.6%～90.7%;相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為4.9%～12%,5.8%～8.0%,3.2%～9.7%。使用SPE法作為前處理時(shí),10種SUs三組濃度平均加標(biāo)回收率分別為:80.0%～104%,82.3%～97.1%,81.7%～92.5%;RSD分別為2.4%～8.5%,4.0%～7.8%,2.8%～11%。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部標(biāo)準(zhǔn)《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(HJ/T 91—2002)》規(guī)定,在例行地表水監(jiān)測(cè)中,對(duì)痕量有機(jī)污染物加標(biāo)回收率應(yīng)控制在60%～140%之間,本工作LLE法平均回收率介于80.8%～99.0%,SPE法為80.0%～104%,符合標(biāo)準(zhǔn)要求,準(zhǔn)確度高。與檢測(cè)SUs的其他相關(guān)文獻(xiàn)相比,姜蓮華等[17]使用SPE-HPLC法檢測(cè)地表水中的10種SUs,加標(biāo)量為0.2、10、30 μg/L時(shí),得到RSD范圍為1.91%～14.7%,加標(biāo)回收率介于90.2%～107.1%。RSD優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道,說(shuō)明實(shí)驗(yàn)過(guò)程具有更高的精密度,但是平均加標(biāo)回收率較低,原因可能是本工作選用的旋蒸溫度為30 ℃,高于文獻(xiàn)的20 ℃,使得部分樣品揮發(fā)損失,下一步工作將降低旋蒸溫度驗(yàn)證此結(jié)論,進(jìn)一步優(yōu)化萃取條件。

2.2.3 差異性檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證LLE法和SPE法測(cè)定地表水中SUs的含量是否有顯著性差異,采用F檢驗(yàn)法和t檢驗(yàn)法對(duì)表4、表5中6次加標(biāo)測(cè)定值進(jìn)行檢驗(yàn)。

表5 SPE法測(cè)定地表水中SUs的精密度和準(zhǔn)確度

表6 LLE法和SPE法測(cè)定地表水中SUs的差異性檢驗(yàn)

分析兩種前處理方法的3組加標(biāo)回收數(shù)據(jù)差異性得知,F檢驗(yàn)法結(jié)果顯示,用LLE法和SPE法對(duì)10種SUs進(jìn)行萃取,得出精密度的差別不明顯,而t檢驗(yàn)法表明,在進(jìn)行低濃度的測(cè)試時(shí),有4種目標(biāo)化合物具有顯著性差異。從檢測(cè)數(shù)據(jù)可知,低濃度區(qū)域,LLE法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差大多在5%以上,6個(gè)目標(biāo)化合物加標(biāo)回收率低于85%;而SPE法加標(biāo)回收率低于85%的目標(biāo)化合物只有3個(gè)。原因可能是LLE法步驟復(fù)雜,引入的不確定因素較多。其相比SPE多出的操作步驟有:(1)分三次添加萃取劑,從分液漏斗棄去水相時(shí)可能損失部分目標(biāo)物;(2)收集萃取液后需加無(wú)水Na2SO4進(jìn)行除水操作,部分目標(biāo)物可能被干燥劑吸附;(3)萃取液需轉(zhuǎn)移多次,每轉(zhuǎn)移一次可能損失部分樣品;(4)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)步驟蒸發(fā)過(guò)程中增加樣品損失的可能性。因此,LLE法操作較為復(fù)雜,對(duì)于實(shí)驗(yàn)人員要求較高,提高檢測(cè)人員技術(shù)水平能夠減小不確定度的引入,提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語(yǔ)

本工作運(yùn)用LLE法及SPE法兩種前處理方法對(duì)地表水中10種SUs進(jìn)行了測(cè)定。使用CH2Cl2為萃取劑,液-液萃取后上機(jī)檢測(cè),10種SUs的檢出限介于0.03～0.05 μg/L,平均回收率在80.8%～99.0%之間,RSD介于3.2%～12%;使用C18柱為SPE柱,CH3OH為洗脫劑進(jìn)行前處理,測(cè)得10種SUs檢出限范圍為0.02～0.04 μg/L,平均回收率為80.8%～104%,RSD在2.4%～11%之間。兩種前處理方法準(zhǔn)確度均能達(dá)到生態(tài)環(huán)境質(zhì)量控制一般要求(加標(biāo)回收率60%～140%)。此外,文中合理分析了檢測(cè)結(jié)果的差異性,解釋了差異性的來(lái)源,為HPLC法測(cè)定地表水中SUs含量提供了方法參考。