液液萃取—气相色谱法同时测定地下水中16种有机氯农药

2016-03-13仇秀梅董学林刘亚东方晓青兰秀敏

环境污染与防治 2016年11期

仇秀梅董学林刘亚东宋洲方晓青兰秀敏

(1.湖北省地质实验测试中心，湖北武汉 430034;2.湖北城市建设职业技术学院，湖北武汉 430205)

有机氯农药(OCPs)是一类人工合成的高毒性、难分解、易残留有机化合物，曾作为杀虫剂在我国农业生产过程中大量使用，造成土壤中大量残留，并随着喷灌水、雨水的冲刷、淋溶、渗透等作用进入地表水或地下水中。大多数OCPs都已经被列为《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》中首批需要控制和减少的污染物[1]，如滴滴涕、氯丹、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、六氯苯等，可通过食物链富集，对生态环境和人类健康产生极大的危害。由于我国人均水资源严重不足，加上地表水污染严重，很多地区只能开发利用地下水，因此地下水中OCPs监测十分必要。

目前，水中OCPs的测定方法较多，如光学免疫法[2]、电化学酶联免疫法[3]、气相色谱(GC)法[4-6],[7]81-82、GC/质谱(MS)联用法[8-9]等。GC法因具有分离效果好、灵敏度高、分析速度快、经济等优点而备受青睐。OCPs水样的前处理方法主要有固相萃取法[10-11]、液液萃取(LLE)法[12-13]、固相微萃取法[14]等。LLE法是一种经典的方法，因成本低廉而使用率较高。在已有报道中，针对地表水、土壤、植物中OCPs测定的研究较多。在水中的OCPs测定方面，许桂苹等[15]用LLE—GC法定量测定邕江水中8种OCPs，方法检出限为0.020～0.075 μg/L，回收率为90.1%～101.2%；陆华[16]采用LLE—GC法同时测定地表水中17种OCPs，方法检出限为0.015～0.062 μg/L，回收率为72.8%～93.5%；梁素丹等[17]建立了LLE—GC法测定水体中16种OCPs的方法，检出限低至0.004～0.082 μg/L，并应用于珠海5个水库水源水中的OCPs测定。由于地下水中OCPs的污染水平相对地表水来说更低，因此对方法的检出限要求更高。

本研究进行了LLE—GC法用于同时测定地下水中16种OCPs的探索，通过优化衬管、进样口温度、载气流速、升温程序和检测器温度等条件，确定了最佳色谱条件，建立了一种快捷、高效、准确、灵敏的方法，并成功应用于实际地下水水样的测定。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

美国Agilent公司的7890B型GC仪，检测器为电子捕获检测器(ECD)；瑞典Biotage公司的Turbo VapⅡ型平行蒸发仪；美国Millipore公司的Milli-Q Direct 8型纯水机。

14种OCPs(α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、p,p’-滴滴伊、o,p’-滴滴涕、p,p’-滴滴滴、p,p’-滴滴涕、六氯苯、艾氏剂、七氯、环氧七氯β、狄氏剂、异狄氏剂)混合标准溶液，质量浓度为100.0 mg/L。顺式氯丹和反式氯丹混合标准溶液，质量浓度为100.0 mg/L。p,p’-滴滴涕、异狄氏剂标准溶液，质量浓度均为100.0 mg/L。替代物2,4,5,6-四氯间二甲苯标准溶液，质量浓度为500.0 mg/L。正己烷，农残级；丙酮，色谱纯；无水硫酸钠和氯化钠，分析纯，700 ℃煅烧6 h，冷却后备用。

1.2 标准溶液的配制

将14种OCPs混合标准溶液、顺式氯丹和反式氯丹混合标准溶液用正己烷稀释成质量浓度为2.0 mg/L的16种OPCs混合标准储备液。制作标准曲线时用正己烷将16种OCPs混合标准储备液稀释成质量浓度分别为1、5、10、20、40、60 μg/L的系列溶液，同时均加入质量浓度为50 μg/L的替代物。除衬管的优化过程外，其他色谱条件的优化过程所用OCPs质量浓度均为60 μg/L。衬管优化过程中，将p,p’-滴滴涕、异狄氏剂标准溶液用正己烷分别逐级稀释至100 μg/L，用于测定分解率，分解率的测定和计算方法参见文献[18]。上述所有溶液均于-18 ℃密封保存。

1.3 基本色谱条件

若无特别说明，基本色谱条件如下：色谱柱为美国Agilent公司的HP-5(30 m×0.32 mm×0.25 μm)，载气为氮气，流量为0.65 mL/min；进样口温度为250 ℃；进样量为1.0 μL；进样方式为脉冲不分流进样，脉冲压力为275.8 kPa，脉冲时间为0.75 min；升温程序为从120 ℃起以10 ℃/min升至220 ℃，保持16 min，继续以10 ℃/min升至250 ℃，保持2 min；隔垫吹扫模式为标准模式，流量为3.0 mL/min；检测器温度为320 ℃；尾吹气流量为30 mL/min。

1.4 水样前处理及测定

在预先用丙酮润洗过的1 L分液漏斗中加入30 g氯化钠，将1 L水样转入分液漏斗中，用15 mL丙酮分3次润洗水样瓶内壁，一并转入分液漏斗中。加入50 mL正己烷，振荡萃取5 min，静置10～30 min后，将有机相转入250 mL锥形瓶中，再向水相中加入25 mL正己烷重复萃取2次，合并3次的有机相作为萃取液。向萃取液中加入少量无水硫酸钠以去除有机相中的水分，过滤后在45 ℃、68.9 kPa条件下用平行蒸发仪浓缩至体积小于0.5 mL，用正己烷定容到1.0 mL，用最优化的色谱条件测定。

1.5 质量控制

用超纯水配制7个含16种OCPs且加标质量浓度为5 ng/L的平行样品，按照水样前处理及测定方法进行测定，检出限用式(1)进行计算。

MLD=3.143×S

(1)

式中：MDL为检出限，ng/L；S为测定的7个平行样品的标准偏差，ng/L。

用超纯水配制含16种OCPs且质量浓度分别为5、20、60 ng/L的加标样(含替代物质量浓度为50 ng/L)，按照水样前处理及测定方法进行测定，平行测定7次取平均值，并计算回收率及相对标准偏差(RSD)。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的优化

2.1.1 衬管

由于异狄氏剂和p,p’-滴滴涕易在进样口分解，其分解率与衬管的选择有关，因此在使用GC法分析OCPs时，应先测定异狄氏剂和p,p’-滴滴涕的分解率。对比研究了100 μg/L的p,p’-滴滴涕、异狄氏剂标准溶液在4 mm内径中空超高惰性不分流衬管(型号为5190-2292)和4 mm内径中空惰性不分流衬管(型号为5181-3316)两种衬管下的分解率。结果表明，p,p’-滴滴涕在型号为5190-2292和5181-3316的衬管中的分解率分别为1.15%、1.03%，均满足小于15%的质量控制要求[19]；异狄氏剂在型号为5181-3316的衬管中分解高达48.2%，而在型号为5190-2292的衬管中分解率仅为2.0%。因此，以下实验中均采用型号为5190-2292的4 mm内径中空超高惰性不分流衬管。

2.1.2 进样口温度

进样口温度过低，会导致目标化合物气化不完全；进样口温度过高，部分OCPs会发生分解，特别是异狄氏剂和p,p’-滴滴涕等[7]82-83。图1对比了进样口温度分别为230、250、280 ℃时，16种OCPs和替代物的响应情况。结果表明，绝大部分化合物的信号强度都在进样口温度为250 ℃时最强，优于《气相色谱法测定水中有机氯农药和多氯联苯类化合物》(SL 497—2010)的推荐温度280 ℃，因此本研究选用进样口温度为250 ℃。

注：1—2,4,5,6-四氯间二甲苯；2—α-六六六；3—六氯苯；4—β-六六六；5—γ-六六六；6—δ-六六六；7—七氯；8—艾氏剂；9—环氧七氯B；10—反式氯丹；11—顺式氯丹；12—p,p’-滴滴伊；13—狄氏剂；14—异狄氏剂；15—p,p’-滴滴滴；16—o,p’-滴滴涕；17—p,p’-滴滴涕。图2至图5同。

图1 不同进样口温度下的色谱图
Fig.1 Chromatogram under different inlet temperature

2.1.3 载气流速

色谱柱载气流速对保留时间、峰形和分离度均有影响，考察了0.40、0.65 mL/min两种载气流速下的目标化合物分离和响应情况，结果见图2。当载气流量为0.40 mL/min时，目标化合物出峰较慢，且信号强度较低；而当载气流量为0.65 mL/min时，目标化合物具有更好的分离度，峰形也更加尖锐，信号强度高，且出峰快。为此，色谱柱的载气流速设置为0.65 mL/min。

图2 不同载气流速下的色谱图Fig.2 Chromatogram under different carrier gas flow rate

2.1.4 升温程序

(1) 初始温度

SL 497—2010中推荐的色谱柱升温程序初始温度为150 ℃，本研究对比了初始温度为120、150 ℃对目标化合物分离情况的影响，结果如图3所示。由图3可见，初始温度为150 ℃时，α-六六六、六氯苯、β-六六六、γ-六六六分离效果较差，峰型也不尖锐，并且出现拖尾现象；而初始温度为120 ℃时，16种OCPs与替代物都可完全分离，峰形尖锐，信号强度也明显强于150 ℃时。因此，选择初始温度为120 ℃。

图3 不同初始温度下的色谱图Fig.3 Chromatogram under different initial temperature

图4 不同升温速率下的色谱图Fig.4 Chromatogram under different programming temperature rate

(2) 升温速率

研究了5、10、20 ℃/min 3种升温速率对目标化合物分离情况的影响，结果如图4所示。3种升温速率下大部分化合物均可以达到良好的分离效果。当升温速率为5 ℃/min时，p,p’-滴滴伊和狄氏剂的色谱峰分离效果不好，且出峰时间较晚；当升温速率为20 ℃/min时，α-六六六和六氯苯的色谱峰分离效果不好；当升温速率为10 ℃/min时，16种OCPs和替代物都能进行完全分离。因此，选择10 ℃/min作为最佳升温速率。

2.1.5 检测器温度

检测器温度应低于色谱柱的最高使用温度。由于HP-5色谱柱的最高使用温度为325 ℃，因此选择250、280、320 ℃3个检测器温度进行优化，结果如图5所示。由图5可见，大部分化合物都在检测器温度为320 ℃时信号强度最大，因此检测器温度选择320 ℃。

综上所述，优化后的最佳色谱条件为选用4 mm内径中空超高惰性不分流衬管；进样口温度250 ℃；载气流速0.65 mL/min；升温程序：从120 ℃开始以10 ℃/min升至220 ℃，保持16 min，继续以10 ℃/min升至250 ℃，保持2 min；检测器温度320 ℃。16种OCPs可以在27 min内快速、完全分离，实现同时测定。

2.2 方法性能评价

图5 不同检测器温度下的色谱图Fig.5 Chromatogram under different detection temperature

化合物保留时间/min线性回归方程1)R2检出限/(ng∙L-1)α-六六六10.876y=753.6x-15370.99811.0六氯苯11.102y=559.9x-1430.99961.2β-六六六11.486y=282.6x-1930.99971.0γ-六六六11.693y=677.8x-11370.99861.1δ-六六六12.276y=684.6x-11730.99751.5七氯13.843y=506.9x-9240.99730.9艾氏剂15.138y=631.1x-9360.99870.9环氧七氯B16.839y=547.0x-6080.99911.5反式氯丹18.021y=664.0x-8060.99901.1顺式氯丹18.881y=580.4x-5260.99950.8p,p’-滴滴伊20.047y=553.3x-9440.99701.1狄氏剂20.379y=497.5x-7480.99581.1异狄氏剂21.943y=379.3x-7170.99630.9p,p’-滴滴滴23.219y=394.3x-6050.99541.1o,p’-滴滴涕23.569y=267.7x-3800.99541.1p,p’-滴滴涕26.766y=340.3x-8500.99640.6

注：1)x为OCPs的质量浓度，μg/L；y为色谱峰面积。

表2 准确度和精密度

2.2.1 标准曲线及检出限

在2.1节得到的最佳色谱条件下，16种OCPs的标准曲线与检出限结果见表1。16种OCPs的R2均大于0.995 0，表明各目标化合物在1～60 μg/L线性关系良好。

16种OCPs的检出限为0.6～1.5 ng/L，低于SL 497—2010的检出限水平，也明显低于文献[7]、[13]、[16]、[17]、[20]的水平，能够适用于地下水中低浓度的OCPs测定。

2.2.2 准确度和精密度

表2显示，16种OCPs的低(5 ng/L)、中(20 ng/L)、高(60 ng/L)3个浓度的回收率达到80.1%～109.0%，RSD为2.1%～11.2%，方法的准确度和精密度均满足SL 497—2010的质量控制要求。替代物2,4,5,6-四氯间二甲苯的回收率达到了83.8%～90.4%,RSD为5.6%～6.4%。

3 实际水样的测定

在湖北某地下水采集了3个水样，分别为样品1、样品2和样品3，按照1.4节的方法进行测定，结果见表3。由表3可见，样品2中α-六六六被检出，检出质量浓度为7.1 ng/L；样品3中β-六六六和δ-六六六被检出，检出质量浓度分别为5.2、8.1 ng/L。由此可见，本研究建立的方法可以应用于实际地下水的测定。

表3 实际水样测定结果1)

注：1)nd表示未检出。

4 结论

采用正己烷液液萃取，联合GC法建立了一种准确、灵敏的地下水中16种OCPs的快速测定方法。优化后的最佳色谱条件为选用4 mm内径中空超高惰性不分流衬管；进样口温度250 ℃；载气流速0.65 mL/min；升温程序：从120 ℃开始以10 ℃/min升至220 ℃，保持16 min，继续以10 ℃/min升至250 ℃，保持2 min；检测器温度320 ℃。16种OCPs在1～60 μg/L线性关系良好，R2>0.995 0，检出限为0.6～1.5 ng/L，回收率达到80.1%～109.0%，RSD为2.1%～11.2%，符合SL 497—2010的质量控制要求，并能满足实际地下水水样的测定。

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