加速溶剂萃取-气相色谱-负化学离子化质谱法测定土壤中有机磷农药

林长青，张纯淳，李钟瑜，高 鹏

1．上海市普陀区环境监测站，上海 200062

2．岛津企业管理(中国)有限公司，上海 200052

有机磷农药具有广谱高效、残留期短、价格低廉等特点，是我国使用范围最广，使用量最大的一类农药。土壤中的残留农药可以通过食物链的方式转移，直接危害人类的健康［1］。因此，建立合适的土壤中有机磷农药分析方法，具有非常重要的意义。

索氏提取、机械振荡提取、超声波萃取等［2］是目前从固态样品中提取有机磷农药的几种主要前处理方法。传统索氏提取或机械振荡提取，操作烦琐、耗时长、溶剂用量大、对人体健康造成危害［2-4］。加速溶剂萃取(ASE)是近几年发展起来的一种新型前处理技术，它采用高温高压模式，增强溶剂的穿透能力，增加物质溶解度和溶质扩散效率，具有回收率高、用时短、选择性好、干扰小、溶剂用量少及自动化程度高等优点，在环境样品分析中得到了广泛应用［4-7］。有研究表明［8-10］，对于敌敌畏、乐果、久效磷、二嗪农等几种不稳定的农药，ASE方法的回收率可达到80%以上。

气相色谱法(GC)是有机磷农药的常用检测方法，但只能依据保留时间来定性，样品基质复杂时，抗干扰能力较差［11-13］，会造成结果的假阳性。而使用气相色谱-电子轰击质谱法(GC-EI-MS)进行检测时，虽然能较好地对有机磷农药进行定性和定量分析，但容易受到试样基体的干扰而降低方法的灵敏度［7，14-16］。尤其是当基质较为复杂的情况下，产生的碎片离子峰较多，所以检测较低含量的农药有一定困难。负化学电离(NCI)作为一种软电离技术，通过将四级杆分析器的电压反相，能够选择负离子，是一种灵敏度高、选择性强的电离技术［17-21］。文章通过ASE萃取土壤中11种有机磷农药，分别使用GC-EI-MS和GC-NCI-MS进行分析测定，并进行了2种方法的比较。

1 实验部分

1.1 仪器

GCMS-QP2010 Ultra型气相色谱质谱联用仪，配电子轰击电离(EI)和NCI离子源，日本;Rtx-5Sil MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，美国;ASE350型加速溶剂萃取仪，配34 mL萃取池，美国;Hei-VAP型旋转蒸发仪，德国;载气为99.999%氦气，辅助气为99.999%氮气，NCI反应气为99.999%甲烷气。

1.2 标准溶液及试剂

丙酮、正己烷：农残级，美国;无水硫酸钠：分析纯，江苏;硅藻土：粒径550μm，美国;11种有机磷标准溶液(敌敌畏、甲拌磷、乐果、二嗪农、甲基对硫磷、马拉硫磷、对硫磷、杀扑磷、杀虫畏、丙溴磷、乙硫磷)：质量浓度为1 000 μg/mL，美国。用丙酮配制成100 μg/mL储备液，储存于冰箱中，使用前用丙酮稀释成适当浓度的标准溶液。

1.3 样品前处理

称取20 g土壤样品，与适量硅藻土混合均匀后装入萃取池中。萃取溶剂为正己烷-丙酮(体积比1∶1，下同)混合溶剂，萃取温度为80℃，加热时间为5 min，静态时间为5 min，洗脱时间为120 s，循环次数为2次。按上述条件萃取后，加入少量无水硫酸钠干燥。萃取液用旋转蒸发仪在40℃水浴中旋蒸至近干，再用丙酮定容至1 mL，转移至进样小瓶，待测。

1.4 仪器条件

进样口温度250℃，进样量1 μL，不分流进样;载气控制模式为恒线速度40 cm/s;柱温程序为50℃保持1 min，以25℃/min的速率升温至120℃，再以10℃/min的速率升温至230℃，保持1 min，最后以20℃/min的速率升温至300℃，保持2 min。

离子化方式为EI和NCI;离子源温度230℃;色谱-质谱接口温度280℃;溶剂延迟时间5 min;采集方式为选择离子扫描模式(SIM)，外标法定量。

2 结果与讨论

2.1 加速溶剂萃取条件的优化

2.1.1 萃取溶剂的选择

分别选择了丙酮、正己烷-丙酮(1∶1)、二氯甲烷-丙酮(1∶1)作为萃取溶剂。实验结果表明，用二氯甲烷-丙酮(1∶1)与正己烷-丙酮(1∶1)分别作为萃取溶剂时，萃取效率基本相当，且均优于纯丙酮。综合考虑试剂毒性和萃取效率2个方面因素，以正己烷-丙酮(1∶1)混合溶剂作为萃取溶剂。

2.1.2 萃取温度和时间的选择

有机磷农药的稳定性较差，较高温度下(100℃)或加压时间较长(10 min)时，会发生分解［22］。因此萃取温度和静态时间分别选取了60、80℃和5、8 min进行加标回收率比较，最终确定萃取温度80℃，静态时间8 min。敌敌畏的回收率均较低，即使降低萃取温度至60℃，回收率提高也不明显。这主要是由于敌敌畏极易挥发，在氮吹浓缩过程中造成了损失［23］。当改用旋转蒸发仪在真空密闭条件下对萃取液进行浓缩时，敌敌畏的回收率可达到80%以上。

2.2 特征离子的选择

EI法对大部分化合物都有响应，且在离子化过程中，样品分子会碎裂成若干碎片离子，色谱图较复杂。而NCI法主要生成分子离子峰，且NCI法只对含电负性基团的化合物有响应，对其他化合物没有响应，选择性较强，所以NCI法的色谱图较纯净。分别用EI法和NCI法分析了质量浓度为10 μg/L的有机磷农药的混合标准溶液，得到各自的总离子流图，见图1。

图1 有机磷农药标准溶液(10 μg/L)的总离子流图

在选定的实验条件下，首先通过全扫描方式得到总离子流图，然后根据分析物的质谱图选择相应的特征离子进行选择离子扫描，目标化合物的特征离子见表1。可以看出，对于同样浓度的标准溶液，NCI法的灵敏度高于EI法，基质的干扰也减少了。

表1 各组分名称、保留时间及特征离子

2.3 反应气的压力调节

实验选择甲烷作为NCI法的反应气。实验结果表明，甲烷气的压力与仪器灵敏度关系密切。甲烷气的压力越大，仪器灵敏度越高。考虑到甲烷气压力升高，会降低质谱的真空度，最终调节反应气的压力为400 kPa。在此压力条件下，仪器的灵敏度较高，质谱的真空度保持在2×10－3Pa左右。

2.4 线性回归方程

将标准溶液配制成质量浓度为10、20、50、100、200、500 μg/L 的标准曲线，用 EI法进行分析，以各组分的峰面积(y)对质量浓度(x)绘制EI法的标准曲线。将标准溶液配制成质量浓度为0.5、1、2、5、10 μg/L 的标准曲线，绘制 NCI法的标准曲线。从表2可见，在相应的浓度范围内，2种方法的线性良好，相关系数均大于0.998。

表2 有机磷农药的线性方程、相关系数

2.5 方法检出限

根据标准偏差计算方法检出限(MDL)，平行实验7次，按选定方法进行萃取和检测，以5.0×10－4mg/kg的空白土壤加标计算EI法的检出限，以2.5×10－5mg/kg的空白土壤加标计算NCI法的检出限。从表3可以看出，对11种有机磷农药，NCI法的最低检出限为5.0×10－6～2.0×10－5mg/kg。与EI法相比，可降低一个数量级。

2.6 加标回收率测试

取空白土壤样品20 g，以低、中、高3个水平，加入不同浓度有机磷农药混合标准溶液，按照前处理步骤和仪器工作条件进行分析测定，每种浓度加标样平行分析5次，计算加标回收率和标准偏差结果见表4、表5。

表3 方法检出限的比较 mg/kg

表4 NCI法有机磷农药的回收率及重现性结果 %

表5 EI法有机磷农药的回收率及重现性结果

3 结论

采用EI法和NCI法分析有机磷农药均能满足分析需求。GC-EI-MS由于不需要甲烷作为反应气，操作相对简单，适用性强。GC-NCI-MS分析有机磷农药，检出限可降低一个数量级，且选择性较强，特别适用于土壤中痕量有机磷农药残留的分析。由于分析成本较高，目前GC-NCI-MS的应用还不广泛。但对于含有电负性基团的有机磷农药来说，GC-NCI-MS可用于该类化合物的痕量检测，是农药残留分析领域非常有发展前景的分析方法。

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