快速溶剂萃取-分子筛脱水净化-气质联用法测土壤有机氯农药

秦明友

上海市金山区环境监测站，上海 200540

有机氯农药(OCPs)是一类被世界各国广泛使用的用于防治植物病虫害的组成成分中含有机氯元素的高效合成杀虫剂，由于其价格低廉，杀虫效果好，曾被全世界广泛应用，其中使用最早、应用最广的产品为六六六和滴滴涕。这类农药杀虫效果好，在农作物和森林病虫害的预防防治方面作出很大贡献，但该类农药的氯苯结构性质稳定，在生物体内和自然界半衰期长、降解速度慢，在环境和生物体内容易蓄积和残留，对环境产生严重的化学污染，对人类健康构成直接或潜在的危害。OCPs的测定主要有气相色谱法［1-4］、酶联免疫法［5］、薄层色谱扫描法［6］、毛细管超临界流体色谱法(MC-SFC)［7］、多维气相色谱-红外光谱-质谱联用技术法(MDGC-IR-MS)［8］、固相微萃取气相色谱-原子发射光谱联用技术法(GC-AES)［9］等。

土壤样品基质较为复杂，各种共萃取物会给目标化合物的分析带来较大影响(如色素、脂肪、脂肪酸、蛋白质、糖类、硫和脂类化合物等)。为了避免样品测定的干扰、提高灵敏度，必须对样品进行净化，通常使用的净化方法主要有浓硫酸净化、固相萃取柱净化、凝胶渗透色谱(GPC)净化等。浓硫酸净化是传统方法，成本较低，但步骤繁琐，有机溶剂用量大，需调节溶液的pH，多次处理易造成目标化合物的损失;固相萃取柱净化需使用有机溶剂，萃取柱是一次性用品，使用成本较高，并且容易堵塞;GPC净化仪器相当昂贵，且消耗大量的有机溶剂，造成二次污染。实验用分子筛进行净化，该分子筛用聚四氟乙烯作原料，制成一定大小的微孔，该净化方法是一种物理方法，净化容大，操作简单，成本低，不使用有机溶剂，是一种环境友好型净化方法。

浓缩前对样品进行脱水是样品制备必不可少的步骤，目前，国内外常用 Na2SO4脱水［10］，Na2SO4使用前需在400℃下加热数小时，脱水前用溶剂清洗去除杂质，脱水后也要用溶剂清洗目标化合物，Na2SO4脱水是一种化学吸附过程，水分处理能力有限，且不能处理乳状液，Na2SO4加入量也很难控制，量少水分除不完全，量多浪费试剂，且使用后的Na2SO4不易有效处理。鉴于此，研究采用分子筛新技术进行脱水，将亲有机物而疏水的材料涂于分子筛微孔之间形成疏水性膜，使有机物能通过而水不能通过，该脱水方法是一种物理方法，除水无容量限制，能处理乳化样品，操作简单，样品转移次数少，使用前后无需任何处理，无溶剂残留，不增加有机溶剂的用量，脱水效果好，是一种环境友好型前处理脱水方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 7890A/5975C GC-MS气质联用仪(美国);色谱柱 DB-624(30m×0.25mm×0.14 μm);DIONEX ASE150快速溶剂萃取仪;LABCONCORapidVapN2/48自动氮吹仪;Millipore synergy纯水机;Horizon technology分子筛脱水净化杯。

OCPs标液编号为 GBW(E)060133，50 μg/mL;OCPs土壤标准为 Wibby Soil/HW Pestticides 7047-14(147 ～486 μg/kg);超纯水电阻率为18.25 MΩ·cm;甲醇为DUKSAN色谱纯;丙酮为J＆K Superpure;正己烷为CNW色谱纯;高纯氦气和高纯氮气，纯度均大于99.999%。

1.2 仪器条件

气相色谱的条件为 50℃保持0.5 min，25℃/min升到100℃，保持2 min，60℃/min升到260℃，保持 7min;He为恒流，流速为1.0 mL/min;进样口温度为250℃，不分流模式，总流量14 mL/min，隔垫吹扫流量3 mL/min;MS接口温度为250℃。

快速溶剂萃取条件为炉温100℃;压力为1 500 psi;加热时间为5 min;静止时间为12 min;冲洗体积为萃取池的60%;氮吹为1 Mpa/60 s;正己烷和丙酮(体积比为1∶1)。

1.3 实验方法

1.3.1 样品的制备

将土壤样品风干后用研钵研磨，过300 μm筛后测定其含水率，准确称取土壤样品20.0 g，加入20 g硅藻土混均(如加标准溶液则需静置过夜)，转移到33 mL萃取池中，装入快速溶剂萃取仪进行萃取，收集萃取液。

将萃取液转移至分子筛脱水净化杯进行脱水和净化，用自动氮吹仪氮吹杯收集脱水净化液，放入自动氮吹仪进氮吹浓缩，反复冲洗2～3次氮吹杯，当浓缩体积小于1 mL时停止氮吹，加正己烷定容至1.00 mL备用。

1.3.2 样品的测定

将制备好的样品用GC-MS选择离子模式进行分析，保留时间和特征离子定性，外标法定量。

2 结果与讨论

2.1 色谱图

OCPs的色谱图见图1。

图1 目标化合物的色谱图

由图1可知，通过色谱条件优化的目标化合物能完全分离开，目标化合物的保留时间和选择离子见表1。

表1 保留时间及选择离子

2.2 条件的优化

2.2.1 萃取温度的选择

ASE是一种固-液萃取模式，目标化合物在固体物质中被萃取出来主要受5种因素影响。①扩散度:根据 Stokes-Einstein方程D=kT/6ηπa(D为扩散度，k为比例常数，T为温度，η为粘度，a为活性)，扩散度随温度的增加而增加;②粘度:根据Andrade方程lnη=A+B/T(η为粘度，T为温度)，粘度随温度的增加而降低，粘度的降低表示溶剂更容易进入样品颗粒的微孔;③表面张力:根据公式σ=a-bT，表面张力与温度成反比关系，即温度越低表面张力越小，溶剂更容易进入固体样品;④溶解度:大部分物质的溶解度都随温度的升高而增大;⑤物理吸附力和化学作用力:温度升高可以使溶剂与溶剂、溶剂与样品之间的物理吸附力(如吸附或解析作用力等)降低，也可使氢键和离子键力等化学作用力减弱。

因此，提高温度可以增加扩散力、降低粘度、提高溶解度、降低物理和化学结合力、降低表面张力，从而加快萃取进程和萃取效率。

向硅藻土中加入OCPs标准溶液，使土壤中OCPs的浓度为50.0 μg/kg，放置过夜后用ASE萃取，萃取剂用丙酮和正己烷(体积比为1∶1)，萃取温度分别为60、80、100、120℃，将萃取液浓缩定量至1.00 mL，再按优化的色谱条件测定(图2)。

图2 温度对萃取回收率的影响

由图2可知，随着温度升高OCPs的回收率也随之增大，当温度大于100℃时回收率达95%左右，并趋于稳定，选用100℃为萃取温度。

2.2.2 萃取压力的选择

升高压力有利于溶剂进入低压封闭的微孔，同时使溶剂在高温下仍保持液态并快速充满萃取池。向硅藻土中加入OCPs标准溶液，使土壤中OCPs的浓度为50.0 μg/kg，放置过夜后用ASE进行萃取，萃取剂用丙酮和正己烷(体积比为1∶1)，萃取压力分别设置为1 000、1 500、2 000 psi，将萃取液浓缩定量至1.00 mL，再按优化的色谱条件进行测定(图3)，由图3可知，萃取压力对萃取效率的影响不大，选用1 500 psi为萃取压力。

图3 压力对萃取回收率的影响

2.2.3 萃取剂的选择

提高溶剂萃取效率的另一个重要因素是溶剂的选择，需要依据“相似相溶”的原理，极性溶剂用于极性分析物，非极性溶剂用于非极性分析物。向硅藻土中加入OCPs标准溶液，使土壤中OCPs的浓度为50.0 μg/kg，放置过夜后分别用丙酮、二氯甲烷、正己烷和乙酸乙酯作溶剂，用ASE萃取，将萃取液浓缩定量至1.0 mL，再按优化的色谱条件进行测定(表2)。

表2 不同萃取剂回收率表

由表2可知，乙酸乙酯的萃取效果要明显差于其他几种溶剂，而正己烷、丙酮和二氯甲烷的萃取效率差不多，但考虑二氯甲烷毒性比较大，故实验选用丙酮和正己烷作为萃取剂。

2.2.4 样品颗粒度大小的选择

样品颗粒度的大小也是影响萃取效率的因素，将样品研磨至小颗粒可以增加样品的比表面积，有利于溶剂萃取，但颗粒太小容易造成堵塞，因此选用300 μm的土壤颗粒进行萃取。

2.2.5 分子筛脱水率实验

通过称量分子筛脱水杯过滤10 mL丙酮和正己烷(体积比为1∶1)前后的重量，计算出分子筛的脱水率(表3，杯号为1～3)。把0.5 mL水加入脱水杯中称其重量，加10 mL萃取剂混均过滤后再称量其重量(表3，杯号为4～6)，结果表明，分子筛脱水杯的脱水效率大于95%。

表3 分子筛脱水率表

2.2.6 标准曲线

用甲醇将 OCPs标液配制成0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 μg/mL 的校准曲线溶液，把校准曲线的浓度换算成20 g土壤中OCPs的浓度分别为 0.002 5、0.005、0.01、0.025、0.05、0.1、0.25、0.5 mg/kg。用GC-MS选择离子模式进行分析，外标法进行定量，所得工作曲线、相关系数、线性范围和检出限见表4。

表4 标准曲线表

由表4可以看出，方法检出限为0.000 4～0.000 7 mg/kg，相关系为0.998以上，表明方法有很好的灵敏度和线性关系。

2.2.7 精密度和准确度实验

用硅藻土制成高、中、低3个浓度级别的样品，进行加标回收和精密度实验，每种浓度各测定6次，实验结果见表5。由表5可以看出，方法的加标回收率为84.3% ～101.5%，相对标准偏差为0.6% ～11.4%，表明方法准确可靠，能够满足实际样品的分析测定要求。

2.2.8 样品的测定

按实验方法，在泸州市古蔺县、泸县和纳溪区的某村落分别取4个土壤样品，风干后按优化的方法进行测定，测定结果见表6，质量控制结果见表7、表8，由实验结果可以看出，实际样品质量控制结果符合土壤测定要求，方法可以用于实际土壤样品的测定。

表5 精密度和加标回收率表(n=6)

表6 土壤测定结果汇总表 μg/kg

表7 土壤测定质量控制结果

表8 标准土测定结果

3 结论

用丙酮和正己烷(体积比为1∶1)作溶剂，在100℃和1 500 psi的压力下，用快速溶剂萃取仪从土壤中萃取出OCPs，用分子筛进行脱水和净化，GC-MS选择模式进行分析，用保留时间和选择离子定性，外标法定量对土壤中OCPs进行测定。方法的检出限为0.000 4～0.000 7 mg/kg，相关系数在0.998以上。对进口标准土进行了测定，回收率为 77.1% ～105.2%，相对误差为－22.9% ～5.2%，测定结果在证书允许误差范围内。用硅藻土制成高、中、低3个浓度级别的加标回收和精密度实验，加标回收率为84.3% ～101.5%，相对标准偏差为0.6% ～11.4%，实际样品质量控制结果也符合土壤测定要求，因此方法可用于实际土壤的测定。

［1］储险峰，徐洁，康长安，等．中空纤维膜萃取-气相色谱法测定水中有机氯农药［J］．中国环境监测，2014，30(3):140-143．

［2］黄思静，汪义杰，许振成．快速溶剂萃取-气相色谱-串联质谱法测定底泥中的有机氯农药［J］．中国环境监测，2013，29(4):130-134．

［3］桂建业，齐继祥，陈宗宇．加速溶剂萃取气相色谱负化学离子源质谱法分析土壤中有机氯农药［J］．中国环境监测，2012，28(5):92-95．

［4］董冀川，杨琼．气相色谱法同时分析测定土壤中15种有机氯农药残留［J］．中国环境监测，2009，28(4):7-10．

［5］董玉华，刘仁沿，许道艳，等．酶联免疫吸附方法分析海水和贝类中的滴滴涕及代谢物［J］．水产科学，2007，28(4):229-233．

［6］Biplob D，Yusuf S A，Pranab D，et al．Organochlorine pesticide residues in catfish，Tachysurus thalassinus(Ruppell，1835)，from the South Patches of the Bay of Bengal［J］．Environmental Pollution，2002，120(2):255-259．

［7］Jablonska A，Hansen M．Inhibition of tumour cellinduced angiogenesis by retinoids［J］．Chromatography A，1993，647:343-350．

［8］Krock K A，Wilkins C L．Qualitative analysis of contaminated environmental extracts by multidimensional gas chromatography with infrared and mass spectral detection(MDGC-IR-MS)［J］．Chromatography A，1996，726:167-178．

［9］Campillo N，Penalver R，Aguinaga N，et al．Solid phase microextraction and gas chromatography with atomicemission detection for multiresidue determination of pesticides in honey［J］．Analytica Chimica Acta，2006，562:9-15.

［10］GB/T 14550—93 土壤质量 六六六和滴滴涕的测定 气相色谱法［S］．