離子色譜法快速測(cè)定地下水中的草甘膦含量

王瑋瑩 張京 李麗 王蘊(yùn)平 王桂芳

收稿日期：2023-09-11；修回日期：2023-12-12

第一作者簡(jiǎn)介：王瑋瑩（1989- ），女，學(xué)士，工程師，主要從事實(shí)驗(yàn)測(cè)試、水質(zhì)檢測(cè)工作。E-mail：wwy-1231@163.com

引用格式：王瑋瑩，張京，李麗，王蘊(yùn)平，王桂芳，2024.離子色譜法快速測(cè)定地下水中的草甘膦含量［J］.城市地質(zhì)，19（2）：190-194

摘 要：文章提出了離子色譜法直接測(cè)定地下水中草甘膦的分析方法。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用AQUION型離子色譜儀，以Dionex IonPac AS17-C陰離子交換柱作為分析柱，用AG17-C作為陰離子保護(hù)柱。淋洗液為濃度30.00 mmol·L-1的KOH溶液，流速為1.00 mL·min-1，電流為75 mA，進(jìn)樣量為100 μL。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，這一方法準(zhǔn)確度高，且操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)成本低，適用于大批量地下水樣品的檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：離子色譜法；地下水；草甘膦

Determination of glyphosate in groundwater by ion chromatography

WANG Weiying1，2， ZHANG Jing1，2， LI Li1，2， WANG Yunping1，2， WANG Guifang1，2

（1.Beijing Institute of Geological Environment Monitoring， Beijing 100195， China；

2.Urban Groundwater Safety Prevention and Control Technology Innovation Base， Beijing 100195， China）

Abstract： A method for the direct determination of glyphosate in groundwater by ion chromatography is presented. In the experiment， Aquion Ion Chromatograph was used， Dionex IonPac AS17-C anion exchange column was used as the analytical column， and AG17-C as the anion protection column. The eluent was a KOH solution with a concentration of 30.00 mmol·L-1， a flow rate of 1.00 mL·min-1， an electric current of 75 mA and a sample volume of 100 mL. Through experimental analysis， the method is accurate， simple and low cost， suitable for the detection of a large number of groundwater samples.

Keywords： ion chromatography; groundwater; glyphosate

草甘膦是一種產(chǎn)量和用量都非常大的農(nóng)藥，又名草甘寧、鎮(zhèn)草寧、農(nóng)達(dá)、膦甘酸（韓宛汝，2018）。它的英文名是Glyphosate，化學(xué)名稱為N-（膦?；谆└拾彼?，化學(xué)式為C3H8NO5P（李冬，2016）。草甘膦是一種常用的有機(jī)磷類除草劑，純品為非揮發(fā)性白色固體、溶于水、難溶于大多數(shù)的有機(jī)溶劑（方素珍等，2017），具有較強(qiáng)的內(nèi)吸傳導(dǎo)性和廣譜的滅殺效果（郭浩然等，2018）。它經(jīng)由植物的吸收與傳導(dǎo)，逐漸積累于葉、莖、根等組織中，從而抑制苯丙氨酸、色氨酸以及酪氨酸等物質(zhì)的生物合成過(guò)程，導(dǎo)致植物的蛋白質(zhì)合成遭到嚴(yán)重阻礙，代謝出現(xiàn)失調(diào)，最終導(dǎo)致植物死亡（何漪等，2018）。草甘膦除草劑能夠有效地控制雜草的生長(zhǎng)，確保農(nóng)作物的良好生長(zhǎng)，且持效期長(zhǎng)、價(jià)格便宜（易靜等，2023），因此被廣大農(nóng)民和園藝師所青睞，施藥范圍越來(lái)越廣，主要應(yīng)用于橡膠、桑、茶、果園及甘蔗等種植地（申婷婷，2016）。

近年來(lái)，隨著社會(huì)對(duì)于環(huán)境保護(hù)的日益重視，由草甘膦引發(fā)的地下水環(huán)境污染問(wèn)題愈發(fā)受到關(guān)注。長(zhǎng)期大量使用導(dǎo)致農(nóng)田溝渠中草甘膦的殘留，久而久之，經(jīng)雨水沖刷或淋溶作用進(jìn)入地下水（戚榮平等，2011），對(duì)環(huán)境造成不良影響。因此，加強(qiáng)地下水中草甘膦含量的監(jiān)控，對(duì)于保障水環(huán)境和土壤質(zhì)量、農(nóng)產(chǎn)品安全及人民群眾的身心健康都具有十分重要的意義（楊金龍等，2020）。GB/T 14848-2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》毒理學(xué)指標(biāo)中有機(jī)指標(biāo)增加了草甘膦，并對(duì)其含量作出了濃度限值，一類地下水中草甘膦的含量小于等于0.1 μg·L-1、二類地下水中草甘膦的含量小于等于140 μg·L-1、三類地下水中草甘膦的含量小于等于700 μg·L-1、四類地下水中草甘膦的含量小于等于1400 μg·L-1、五類地下水中草甘膦的含量大于1400 μg·L-1。目前，草甘膦質(zhì)量濃度的測(cè)定主要有以下方法：高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法、高效液相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法、氣相色譜法、分光光度法等，推薦分析方法有液相色譜-紫外檢測(cè)器法和液相色譜-質(zhì)譜法（周小新等，2013）。這些檢測(cè)方法的前處理步驟繁瑣，測(cè)試分析需要的試劑較多，配制及操作過(guò)程也較為復(fù)雜，檢測(cè)成本昂貴且易對(duì)環(huán)境造成污染，不利于大批量樣品的分析測(cè)試。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，離子色譜法測(cè)定草甘膦操作簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確度和靈敏度高，適用于大規(guī)模樣品的檢測(cè)。

1? 材料與方法

1.1? 主要儀器設(shè)備與試劑耗材

儀器：AQUION型離子色譜儀。

陰離子交換柱：Dionex IonPac AS17-C（4 mm × 250 mm）。

KOH淋洗液濃度30.00 mmol·L-1，由淋洗發(fā)生器自動(dòng)稀釋配制。

草甘膦標(biāo)準(zhǔn)溶液：100 mg·L-1，北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司。

超純水由北京子涵世紀(jì)科技有限公司生產(chǎn)的超純水制備儀制備，電阻率>18.25 MΩ·cm。

氮?dú)猓焊呒兊獨(dú)?99.99%，廠家北京環(huán)宇京輝京城氣體科技有限公司。

聚醚砜過(guò)濾膜：直徑25 mm、孔徑0.22 μm，廠家天津市津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.2? 樣品采集與保存

草甘膦在礦物和玻璃表面具有極強(qiáng)的吸附作用（李荔等，2015），因此，在采集和儲(chǔ)存水樣時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用聚丙烯塑料瓶，同時(shí)需及時(shí)置于2～8℃冰箱中避光保存（向俊等，2023）。

1.3? 干擾及消除

水中余氯對(duì)草甘膦的檢測(cè)具有負(fù)干擾，在采樣時(shí)加入抗壞血酸可除去余氯（吳燕琴等，2012）。

1.4? 實(shí)驗(yàn)條件

室內(nèi)溫度：10～30℃；室內(nèi)濕度：35%～80%；柱溫：30℃；檢測(cè)池溫度：35℃；淋洗液濃度：30.00 mmol·L-1；流速：1.00 mL·min-1；抑制器電流：75 mA；進(jìn)樣量：100 μL；運(yùn)行時(shí)間：10 min。

1.5? 配制標(biāo)準(zhǔn)曲線

分別準(zhǔn)確移取0.00、0.05、0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00 mL的草甘膦標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL容量瓶中，用二次水定容至刻線，配制成濃度為0.000、0.050、0.100、0.200、0.400、0.600、0.800和1.000 mg·L-1的草甘膦標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.6? 樣品測(cè)定

地下水樣品經(jīng)孔徑為0.22 μm的濾膜過(guò)濾（王浩等，2022），去除懸浮顆粒等雜質(zhì)，然后再進(jìn)樣分析。待儀器調(diào)試完畢后，在優(yōu)化的儀器條件下，分別測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)系列、空白、質(zhì)控樣及水樣。以保留時(shí)間定性，以峰面積定量。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 色譜條件的選擇優(yōu)化

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，草甘膦為可電離物質(zhì)，在水溶液中帶負(fù)電荷（傅生會(huì)，2013），因此選用電導(dǎo)檢測(cè)器進(jìn)行測(cè)定，配備Dionex IonPac AS17-C（4 mm × 250 mm）型色譜柱能夠?qū)⒉莞熟⒘己玫胤蛛x出來(lái)，保留時(shí)間為6.791 min，分離效果見(jiàn)圖1。

2.2? 進(jìn)樣量的選擇

參考實(shí)驗(yàn)室日常分析地下水中氟化物、氯化物、溴化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽的條件和色譜柱說(shuō)明書(shū)，初步設(shè)置KOH淋洗液濃度為30.00 mmol·L-1，流速1.00 mL·min-1，抑制器電流為75 mA，柱溫為30 ℃。

當(dāng)選擇25 μL的定量環(huán)分析樣品時(shí)，濃度為0.050 mg·L-1的草甘膦標(biāo)準(zhǔn)溶液出峰不明顯。改成100?μL定量環(huán)進(jìn)樣，其余條件不變，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)系列測(cè)定，0.050 mg·L-1的草甘膦標(biāo)準(zhǔn)溶液出峰明顯，且峰形良好，故選擇100 μL的定量環(huán)進(jìn)樣分析。

2.3? 淋洗液的選擇

用碳酸鹽體系淋洗液對(duì)地下水中的草甘膦進(jìn)行分析時(shí)，由于碳酸鹽的背景值高、基線噪音大，導(dǎo)致檢出限高。故采用氫氧根體系淋洗液，將KOH淋洗液濃度設(shè)置為20.00、30.00、40.00 mmol·L-1，參照1.4節(jié)中的實(shí)驗(yàn)條件分別進(jìn)行測(cè)定。當(dāng)KOH淋洗液的濃度為20.00?mmol·L-1時(shí)，草甘膦的保留時(shí)間拖后；當(dāng)KOH淋洗液的濃度為40.00 mmol·L-1時(shí)，鑒于KOH容易吸收空氣中的二氧化碳，從而產(chǎn)生碳酸鹽，因此在5～6.2 min之間會(huì)出現(xiàn)雜峰，當(dāng)?shù)叵滤械牟莞熟⒑枯^高時(shí)，這種現(xiàn)象可能會(huì)對(duì)草甘膦的分離產(chǎn)生干擾；當(dāng)KOH淋洗液的濃度為30.00 mmol·L-1時(shí)，草甘膦的分離效果最好。為減少分析時(shí)間并保證分離效果，故設(shè)置KOH淋洗液的濃度為30.00 mmol·L-1。

2.4? 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

將濃度分別為0.000、0.050、0.100、0.200、0.400、0.600、0.800和1.000 mg·L-1的草甘膦標(biāo)準(zhǔn)溶液，依次進(jìn)樣。以標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算樣品中草甘膦的質(zhì)量濃度。草甘膦的線性回歸方程為y = 0.240 x-0.004，相關(guān)系數(shù)為0.999 8，線性關(guān)系良好（圖2）。

2.5? 檢出限的測(cè)定

根據(jù)HJ 168-2020《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》中檢出限的確定方法，計(jì)算本方法的檢出限。測(cè)定了7個(gè)空白樣（去離子水），未檢出目標(biāo)物，依據(jù)CJ/T 141-2018《水質(zhì)草甘膦 離子色譜法》，得到最低預(yù)設(shè)檢出限為0.011 mg·L-1。在7個(gè)空白水樣中加入了最低預(yù)設(shè)檢出限3倍的草甘膦標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成7個(gè)濃度為0.033 mg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)試結(jié)果分別為：0.030?8、0.029?6、0.029?9、0.029?6、0.029?9、0.030?2、0.030?4 mg·L-1。按公式MDL= t （6，0.99）×S計(jì)算檢出限。其中當(dāng)n = 7時(shí)，t（6，0.99）=3.143，S為7次樣品測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差。S=0.000 439，MDL=0.001 4，小于CJ/T 141-2018中規(guī)定的檢出限，故以標(biāo)準(zhǔn)中的檢出限0.011 mg·L-1作為本方法的檢出限。

2.6? 精密度的測(cè)定

對(duì)質(zhì)量濃度為0.050、0.400、1.000 mg·L-1的3個(gè)草甘膦溶液分別重復(fù)測(cè)定6次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.45%、0.13%、0.32%。3種濃度樣品的精密度測(cè)試結(jié)果顯示，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%（表1）。

2.7? 正確度的測(cè)定

1）質(zhì)控樣品的測(cè)定

將購(gòu)買(mǎi)的編號(hào)為BY400138的草甘膦有證標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行上機(jī)測(cè)試，重復(fù)測(cè)定3次。測(cè)試結(jié)果分別為67.0、67.7、67.6 mg·L-1，有證標(biāo)準(zhǔn)樣品的理論值為67.2±6.0 mg·L-1。3次測(cè)試結(jié)果均在理論值范圍內(nèi)，具有良好的正確度。

2）加標(biāo)回收率的測(cè)定

測(cè)定3個(gè)不同地下水樣品中的草甘膦含量，檢測(cè)結(jié)果未檢出，分別加入0.60、0.70、0.80 mg·L-1的草甘膦標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)，測(cè)得3個(gè)地下水的回收率范圍分別為99%～101%、97%～103%、98%～103%（表2）。

3? 結(jié)論

1）用離子色譜法測(cè)定地下水中的草甘膦質(zhì)量濃度具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.9998，檢出限為0.011 mg·L-1，滿足國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析質(zhì)量控制方法》（第四版）的規(guī)定。測(cè)定了低中高3種濃度樣品的精密度，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍在0.13%～1.45%。進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)樣品和加標(biāo)回收的測(cè)定，質(zhì)控樣品檢測(cè)結(jié)果均在理論值范圍內(nèi)。因此本實(shí)驗(yàn)方法具有較好的準(zhǔn)確度、重復(fù)性，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)規(guī)定。

2）本次試驗(yàn)通過(guò)質(zhì)量控制，保障了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性和精密度。同時(shí)通過(guò)以下方法探究最佳檢測(cè)條件，在保障試驗(yàn)準(zhǔn)確度的前提下，節(jié)約了時(shí)間成本。①通過(guò)提高進(jìn)樣量，實(shí)現(xiàn)了低濃度樣品的檢測(cè)。將進(jìn)樣量從25 μL增大到100 μL時(shí)，背景電導(dǎo)值明顯下降，基線更平穩(wěn)，使得低濃度樣品的分析更具準(zhǔn)確度和靈敏度。②通過(guò)調(diào)整淋洗液的濃度，平衡了樣品的保留時(shí)間和分離效果。良好的分離效果是保障測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素之一。當(dāng)降低淋洗液濃度時(shí)，可提高樣品的分離度；當(dāng)增大淋洗液濃度時(shí)，可降低草甘膦的保留時(shí)間。

3）離子色譜法測(cè)定地下水中的草甘膦滿足相關(guān)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、污染控制排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，具有較高的靈敏度。這種方法的應(yīng)用能夠大幅簡(jiǎn)化檢測(cè)流程、減少工作量、縮短樣品的檢測(cè)時(shí)間、提高工作效率。

參考文獻(xiàn)

方素珍，謝維平，2017.離子色譜法測(cè)定飲用水中的草甘膦含量［J］.海峽預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志， 23（6）：63-65.

傅生會(huì)，2013.離子色譜法同時(shí)測(cè)定飲用水中的5種無(wú)機(jī)陰離子［Ｊ］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，36（S1）：265-267.

郭浩然，蔡文妍，劉炘，朱寶立，2018.草甘膦生物毒性研究進(jìn)展［J］.農(nóng)藥科學(xué)與管理，36（3）：212-215.

韓宛汝，2018.離子色譜法測(cè)定水中草甘膦［J］.供水技術(shù)，12（1）：56-58.

何漪，王敏，李廣益，劉月月，常通，殷茂榮，2018.高效液相色譜法和離子色譜法測(cè)定水中草甘膦的對(duì)比研究［J］.食品科技，43（9）：337-340.

李冬，2016.883離子色譜儀測(cè)定飲用水中草甘膦［J］.化工管理23：185.

李荔，張巍，徐建華，吳嘉志，2015.離子色譜法檢測(cè)飲用水中的草甘膦［Ｊ］．中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，25（8）：1 155-1 158．

戚榮平，邱曉楓，孟琪，桑嫻，王劍，2011.離子色譜法測(cè)定水中草甘膦含量［Ｊ］.中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，21（4）：820-821.

申婷婷， 2016.離子色譜法測(cè)定水中草甘膦的不確定度［J］.資源節(jié)約與環(huán)保（5）：48-49.

王浩，許新發(fā)，成靜清，周祖昊，褚俊英，張靜文，2022.水資源保護(hù)利用“四水四定”：基本認(rèn)知與關(guān)鍵技術(shù)體系［Ｊ］.水資源保護(hù)，39（1）：1-7.

吳燕琴，郭梁鉆，謝麗章，2012.飲用水中草甘膦的離子色譜法測(cè)定［Ｊ］．廣東化工，39（6）：224-225．

向俊，尚云濤，2023.離子色譜法在水質(zhì)分析中的應(yīng)用研究進(jìn)展［Ｊ］.環(huán)境與發(fā)展，26（6）：95-97.

楊金龍，王靜媛，李蘇杭，2020.離子色譜法測(cè)定水中草甘膦的方法研究［Ｊ］．環(huán)境與發(fā)展，32（11）：124-126．

易靜，李志孟，羅杰鴻，2023.草甘膦不同液相檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中衍生條件的優(yōu)化改進(jìn)［Ｊ］. 四川化工，26（3）：45-47.

周小新，周虹，凌霞，2013.離子色譜法測(cè)定生活飲用水中的草甘膦含量［Ｊ］．江蘇預(yù)防醫(yī)學(xué)，24（3）：25-27.