气相色谱法同时检测土壤中11种农药残留

2015-10-16吴哲宽覃光炯饶雄飞杨艳华兰明荣

分析科学学报 2015年5期

吴哲宽，覃光炯，余振，饶雄飞，杨艳华，兰明荣

(湖北省烟草科学研究院，湖北武汉 430030)

随着现代农业的发展，农药的使用越来越频繁和广泛，其在环境中的残留和累积会通过生物富集和食物链等途径进入人体，对人类健康造成严重威胁[1]。有机氯农药曾作为杀虫剂广泛应用于农业生产中[2]，我国虽于1983年起停止了有机氯农药的生产和使用，但因有机氯农药稳定性强、不易降解的特点，其在环境和生物样品中的残留仍不容忽视[3]。拟除虫菊酯作为一类广谱杀虫剂，比有机氯、有机磷类农药的杀虫效率更强，且对人体危害更小，在农业生产中得到了广泛的应用[4]。敌草索等除草剂和氟节胺等植物生长调节剂也因广泛使用造成对环境及人体的潜在威胁[5]。为了进行环境污染监控及人类健康状况风险评估，对环境样品中的农药残留进行分析十分必要。

气相色谱法(GC)分析速度快、分离效率高；多种农药能通过GC实现较好的分离，并在不同类型的检测器上有良好的响应[6]。但是，在实际样品分析时，通常存在样品基体复杂，目标农药含量极低，不能直接引入仪器进行分析等问题。因此，在仪器分析前，通常需要对待测样品进行合适的前处理，以达到分离基质、富集目标分析物并使其以适于仪器分析的形式用于后续检测[7]。弗洛里硅土(Florisil)是硅胶键合氧化镁的吸附剂，主要由SiO2、MgO和Na2SO4三种成分组成，可以从非极性溶液中萃取极性化合物，用于从非水溶液中吸附低极性以及中等极性化合物；其大颗粒填料适用于大体积样品的快速处理，且具有重现性好、空白低、回收率高等优点，已被用于食品、生物及环境样品中的农药残留前处理[8]。本文将土壤样品用正己烷-乙酸乙酯混合溶剂进行超声提取，提取液经弗洛里硅土小柱净化后，引入气相色谱仪，以电子捕获检测器(ECD)进行检测，达到了对不同类型农药进行同时分析测定的目的。该方法提高了检测效率，有效降低了样品及试剂消耗。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

Agilent7890A型气相色谱仪(美国，Agilent公司)，配备63Ni-ECD检测器；TDL80-2B型高速离心机(上海安亭科学仪器厂)；SK8210HP型超声振荡器(上海科导超声仪器有限公司)；弗洛里硅土固相萃取小柱(美国，Supelco公司)。

敌草索、环氧七氯、氟节胺、α-硫丹、o,p′-DDD、p,p′-DDD、β-硫丹、p,p′-DDT、联苯菊酯、甲氧DDT、高效氯氟氰菊酯、灭蚁灵(内标)12种农药标准品，均购于农业部环境保护科研检测所。将11种目标分析物配制成浓度为0.5 mg/L和5 mg/L的混合储备溶液，采用正己烷稀释制备2.5、5、10、20、50、100、200 μg/L的系列混合标准溶液，备用。正己烷、乙酸乙酯、丙酮(农残级，Sigma公司)；铜粉(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；无水Na2SO4(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，650 ℃灼烧4 h后，贮存于干燥器内备用。

1.2 土壤样品前处理

土壤样品自然风干后，磨碎过孔径0.25 mm筛。称取2.5 g样品和1.5 g活化处理过的铜粉于50 mL具塞锥形瓶中，加入正己烷∶乙酸乙酯=1∶1(V/V)的混合溶剂10 mL，以及灭蚁灵内标液40 μL，超声提取30 min，再加入2 g无水Na2SO4至锥形瓶中，充分振荡。将提取液全部转移至离心管中，在4 000 r/min条件下离心10 min。取上清液5 mL至浓缩瓶中，在旋转蒸发仪(水浴温度<40 ℃)上小心浓缩至近干。向浓缩瓶中加入2 mL正己烷，旋转浓缩瓶以溶解内壁上的残留。

弗洛里硅土固相萃取小柱用5 mL正己烷预淋洗，然后将上述提取液转移上柱，即刻开始收集流出组分。取10 mL正己烷分多次清洗浓缩瓶内壁，并转移上柱。流出组分合并收集至另一浓缩瓶中，在旋转蒸发仪(水浴温度<40 ℃)上浓缩至1 mL，经0.22 μm有机相滤膜过滤后，待测。

1.3 色谱条件

色谱柱为SP-35毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm，美国Supelco公司)；载气为氦气，流速1 mL/min；尾吹气为氮气，流速30 mL/min。柱升温程序：初始温度50 ℃保持1 min，以25 ℃/min速率升至150 ℃；以25 ℃/min速率升至260 ℃，保持5 min；以10 ℃/min速度升至290 ℃，保持15 min；进样量2 μL，进样模式为脉冲不分流。

2 结果与讨论

2.1 萃取条件的优化

2.1.1萃取溶剂常见的有机氯和拟除虫菊酯类农药多为弱极性，常用的萃取溶剂有正己烷、丙酮、乙酸乙酯、正己烷与丙酮或乙酸乙酯的混合溶剂等。本实验考察了正己烷(Hex)、丙酮(Ace)、乙酸乙酯(Eac)、正己烷-丙酮(1∶1,V/V)和正己烷-乙酸乙酯(1∶1,V/V) 5种溶剂对11种目标农药的提取回收率。图1为上述萃取溶剂对环氧七氯、氟节胺、p,p′-DDD、联苯菊酯4种农药的提取效率。可以看到，与其他四种溶剂相比，正己烷-乙酸乙酯有较高的回收率和较好的重现性，故后续实验选择正己烷-乙酸乙酯作为萃取溶剂。

2.1.2超声时间考察了超声时间对11种农药萃取效率的影响，结果表明超声时间对11种农药萃取效率的影响趋势一致。图2为环氧七氯、氟节胺、o,p′-DDD、联苯菊酯在不同超声时间条件下的响应信号。可以看出，各目标分析物的萃取效率随着超声时间的增加而增加，并且在30 min时基本达到萃取平衡，故选择超声时间为30 min。

图1 不同溶剂对目标分析物的萃取效率(目标分析物的浓度20 μg/L)Fig.1 Extraction efficiency of diffirent solvents for target analytes(each analyte of 20 μg/L)

图2 超声时间的影响(目标分析物的浓度10 μg/L)Fig.2 Effect of ultrasonic time(each analyte of 10 μg/L)

2.2 土壤基质的影响

在优化的萃取条件下，称取0、1、2.5、5 g空白土壤样品，分别加入20 μg/L的目标分析物,经过溶剂萃取-气相色谱分析，结果表明土壤基质对11种目标分析物的影响趋势一致。土壤基质对目标分析物的信号没有明显影响。综合考虑，选择土壤样品量为2.5 g。

2.3 方法的分析性能

在优化的实验条件下，考察了方法的分析性能。以各物质的峰面积进行定量，11种农药的标准曲线、线性范围、相关系数和检出限如表1所示。

表1 11种农药的标准曲线、线性范围、相关系数和检出限Table 1 Linear equation,linear range,correlation coefficient and limit of detection for 11 pesticides

图3 空白样品加标色谱图Fig.3 Chromatogram of sample spiked standards 1.Chlorthal-dimethyl，2.Heptachlor epoxides，3.Flumetralin，4.α -Endosulfan，5.o,p′-DDD，6.p,p′-DDD，7.β-Endosulfan，8.p,p′-DDT，9.Bifenthrin，10.Methoxychlor，11.Cyhalothrin.

2.4 方法准确度的验证

以不含目标分析物的土壤样品作为空白样品，对该方法进行加标回收实验。在空白样品中加入已知浓度的混合标准样品，分别考察低、中、高三个添加水平。按照1.2的操作步骤进行提取、净化，按1.3色谱条件测定，重复实验5次。空白样品加标色谱图见图3。方法的加标回收率为79.8%～115.8%，RSD为1.4%～11.3%，满足土壤实际检测的需求。