微波萃取-固相萃取净化-气相色谱法测定土壤中有机氯农药

李敬玖,谢洪勇,王　婕,孙志国,陈卫东,李　强(.上海第二工业大学环境与材料工程学院,上海009;.上海华测品标检测技术有限公司,上海006)



微波萃取-固相萃取净化-气相色谱法测定土壤中有机氯农药

李敬玖1,谢洪勇1,王婕1,孙志国1,陈卫东2,李强2
(1.上海第二工业大学环境与材料工程学院,上海201209;
2.上海华测品标检测技术有限公司,上海201206)

摘要:采用微波萃取-固相萃取(SPE)净化-气相色谱法测定土壤中21种痕量半挥发性有机氯农药(OCPs)。以丙酮-正己烷(体积比为1:1)作为萃取溶剂,所得萃取液浓缩至1 mL,通过CARB/NH2固相萃取柱进行纯化。用丙酮-正己烷(体积比为1:4)混合溶剂将有机氯农药从萃取柱中洗脱,洗脱液浓缩至1 mL后用气相色谱法测定。加入标样对OCPs进行回收,回收率在72%～109%之间,测定值的相对标准偏差(n = 6)均小于5%。测得21种OCPs的检出限在0.05～0.5µg/kg之间。实际土壤样品的测定结果表明:α-六六六(含量为0.15～0.16µg/kg)、β-六六六(含量为0.32～1.07µg/kg)、β-硫丹(含量为0.20～0.23µg/kg)及异狄氏醛(含量为0.65µg/kg),均有少量检出。

关键词:有机氯农药;微波萃取;气相色谱;固相萃取;土壤

0　引言

有机氯农药(Organochlorine Pesticides,OCPs)被广泛应用于防治植物病虫害,属于持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants,POPs)的一类。OCPs按原料不同可分为四类:苯(如DDT、六六六、杀螨剂)、环戊二烯(如氯丹、七氯、艾氏剂)、松节油(如莰烯类杀虫剂、毒杀芬)和萜烯(如冰片基氯)。由于其化学性质稳定、不易分解,容易残留在土壤、水体和大气中,且具有高脂溶性,容易通过食物链在生物体内富集,对环境、动物以及人体产生危害[1],因此分析检测环境样品中残留的有机氯农药一直是研究的热点。

OCPs的检测方法以色谱法为主[2],需要提前对样品进行提取和除杂。常用的提取方法有索氏抽提[3]、超声波提取[4]、加速溶剂萃取[5-6]、微波萃取[7-8]等。索氏抽提法具有较高的OCPs回收率,但萃取剂消耗量大且自动化程度低。超声波萃取法操作简单、萃取剂用量少,但会使某些待测组分分解。加速溶剂萃取法和微波萃取法是两种较新的萃取方法,具有萃取效率高、耗时短、萃取剂用量少等特点,而且仪器自动化程度高、操作简便。目前报道的除杂净化方法有浓硫酸磺化净化[9]、凝胶渗透色谱净化[3,5]、固相萃取柱净化[10-11]等。单一使用浓硫酸磺化净化效果不佳,且仅适用于部分目标化合物的检测。凝胶渗透色谱净化技术是将溶质按相对分子质量大小进行分离,能有效去除复杂样品中的大分子干扰物。与其他方法相比,固相萃取(SPE)净化技术采用选择性吸附、选择性洗脱的方式对样品进行分离、净化和富集,不仅净化效果好、操作简便,而且搭配不同填料和洗脱溶剂可以满足各种净化要求。

本文采用微波萃取的提取方法,大大节省了萃取试剂和样品的前处理时间,配合CARB/NH2固相萃取柱净化,提高了净化效率,可同时检测21种OCPs。

1　实验部分

1.1试剂与仪器

1.1.1试剂

16种OCPs混合标准溶液:α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、七氯、艾氏剂、环氧七氯、α-硫丹、β-硫丹、p,p′-DDE(1,1-dichloro-2,2-bis(p-chlorophenyl)ethylene)、p,p′-DDD(1,1-dichloro-2,2-bis(p-chlorophenyl)-ethane)、p,p′-DDT(1,1,1-trichloro-2,2-bis(p-chlorophenyl)-ethane)、狄氏剂、异狄氏剂、异狄氏醛、硫丹硫酸盐,质量浓度为2 g/L;六氯苯标准溶液,质量浓度为1 g/L;灭蚁灵、氯丹(α-氯丹、γ-氯丹)标准溶液,质量浓度为100 mg/L。以上试剂均购自美国百灵威公司。o,p′-DDT(1-Chlor-2-[2,2,2-trichlor-1-(4-chlorphenyl)ethyl]benzol)标准溶液,质量浓度为100 mg/L,购自环境保护样品研究所。正己烷,色谱纯,购自美国霍尼韦尔公司。丙酮,色谱纯,购自上海阿达玛斯贝塔公司。无水Na2SO4,分析纯,购自江苏强盛功能化学股份有限公司。

1.1.2仪器

气相色谱仪-电子捕获检测器(GC-ECD):岛津GC2010plus,AOC-20s自动进样器,VF-17MS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25µm)。微波快速溶剂萃取系统:MARS 240/50,美国CEM公司。旋转蒸发仪:EYELA N-1100,上海爱朗仪器公司。浓缩氮吹仪:Turbo vap II,瑞典Biotage公司。12孔固相萃取装置,德国CNW公司。ProElut CARB/NH2固相萃取柱,北京迪马公司。

1.2实验过程

1.2.1微波萃取

将无水Na2SO4在300°C干燥箱中干燥4 h后,放入干燥器内冷却至室温,装入玻璃瓶中备用。将土壤样品风干研磨,过100目筛备用。称取5 g土壤样品和5 g无水Na2SO4于聚四氟乙烯萃取管中,加入丙酮-正己烷混合萃取溶液(体积比为1 :4)20 mL。将上述混合液放入微波消解仪中,在萃取功率为400 W的条件下,设定萃取温度120°C,萃取60 min。待冷却至常温常压后,将萃取溶液转移至旋蒸瓶中,在45°C水浴环境中,旋蒸浓缩至1 mL左右。

1.2.2SPE净化

使用CARB/NH2固相萃取柱净化,以去除提取液中的干扰物质。第一步活化萃取柱,将CARB/NH2固相萃取柱放置在SPE装置上,取5 mL的丙酮-正己烷混合溶液(体积比为1 :4)加入萃取柱,SPE装置连接真空泵,以1 mL/min的流量抽真空,待液面与固相物质持平时关闭活塞,使用同样方法再加入5 mL正己烷,同时避免柱床变干;第二步上样,将旋蒸浓缩后的提取液全部转移至已活化的固相萃取柱中,用真空泵以1 mL/min的流量抽真空,待液面距离固相表面约1 mm时,关闭活塞,弃去洗出液;第三步洗脱,向萃取柱中连续加入丙酮-正己烷混合溶液(体积比为1 :4),真空泵以1 mL/min的流量抽真空,收集30 mL洗脱液,用高纯氮气吹至近干,再用正己烷定容至1 mL,最后转移至进样瓶待测。

1.2.3色谱条件

进样口温度250°C;检测器温度250°C;以高纯氮作为载气,毛细管柱内流量0.58 mL/min;分流进样,分流比为10 :1;进样体积为1µL。色谱柱升温程序:柱温160°C保持2 min ,然后以5°C/min程序升温至220°C,再以2°C/min升至240°C,保持18 min。

2　结果与讨论

2.1定性方法

配置质量浓度分别为200µg/L的21种OCPs的混合标准溶液,直接进样。对照混合标样标准谱图,根据各物质的色谱峰保留时间(tR)定性,得到有机氯农药标准色谱图见图1。

2.2OCPs标准曲线与检出限

用正己烷将16种有机氯混合标准溶液(质量浓度为2 g/L)、六氯苯标准溶液(质量浓度为1 g/L)、灭蚁灵标准溶液(质量浓度为100 mg/L)、氯丹(α-氯丹、γ-氯丹)标准溶液(质量浓度为100 mg/L)和o,p′-DDT标准溶液(质量浓度为100 mg/L)依次稀释,配置成质量浓度分别为50µg/L、100µg/L、200µg/L、500µg/L、1 mg/L的混合标准溶液系列,在实验既定的色谱条件下测定。以质量浓度为横坐标、峰面积为纵坐标绘制标准曲线,得出回归方程。测定稀释浓度为5µg/L的混合标准溶液,用3倍仪器噪声所对应的有机氯农药含量为萃取液的检出限。保留时间、回归方程、相关系数和仪器检出限的结果见表1。经仪器信噪比验证,21种有机氯农药检出限在0.05～0.50µg/kg之间。

图1　有机氯农药标准色谱图Fig.1 Standard chromatogram of OCPs

表1　OCPs标准曲线与仪器检出限Tab.1 Standard curve and detection limits of OCPs

2.3加标回收率与精密度

将硅藻土作为空白土壤,在相同的分析条件下进行空白实验,结果显示无有机氯农药检出,说明实验过程未引入干扰成分。选用不含待测化合物的硅藻土作为空白基质样品,向其中加入质量浓度为400µg/L的OCPs混合标准溶液,测定2个平行模拟样品,根据回归方程得出测定结果,分别计算加标回收率1与加标回收率2,结果见表2。除因异狄氏醛化合物特性造成的损失,因六氯苯沸点低而造成浓缩过程中的损失以外,有机氯农药加标回收率在72%～109%之间,符合痕量分析70%～130%的回收率要求。测定6份250µg/L的混合OCPs标准溶液,根据回归方程得出测定结果的相对标准差(RSD),结果表明样品中各目标化合物的RSD为0.7%～1.13%。

2.4土壤样品分析

用本方法对上海市奉贤区某农田5个土壤样品进行分析,分析结果见表3。土壤样品中六氯苯、γ-六六六、δ-六六六、七氯、艾氏剂、环氧七氯、α-氯丹、γ-氯丹、α-硫丹、p,p′-DDE、p,p′-DDD、p,p′-DDT、狄氏剂、异狄氏剂、硫丹硫酸盐、灭蚁灵均未检出。样品1中α-六六六也未检出(因小于检出限,未列出)。实验结果表明,上述5个农田土壤样品中各种有机氯农药的浓度均小于《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)[12]中一级标准的限值,符合农业用地标准。

表2　OCPs加标回收率与方法精密度Tab.2 Recovery rate and the method precision of OCPs

表3　土壤样品的OCPs浓度表Tab.3 The OCPs concentration of soil samples

3　结论

采用微波萃取,CARB/NH2固相萃取柱净化,利用GC-ECD同时测定土壤中21种OCPs。OCPs的加标回收率为72%～109%,相对标准差0.7%～1.13%,检出限为0.05～0.50µg/kg。该方法准确度好、精度高,具有节省萃取试剂、缩短检测时间、简化前处理步骤等特点。对实际土壤样品进行测定的结果表明,样品净化效果明显,各目标物分离效果好,该方法适用于土壤中OCPs的检测分析。

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Determination of Organochlorine Pesticides in Soil by Gas Chromatographic with Microwave Extraction and Solid Phase Extraction Purification

LI Jingjiu1,XIE Hongyong1,WANG Jie1,SUN Zhiguo1CHEN Weidong2,LI Qiang2
(1.School of Environmental and Materials Engineering,Shanghai Polytechnic University,Shanghai 201209,P.R.China;2.Shanghai Huace Product Standard Testing Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201206,P.R.China)

Abstract:Twenty one organochlorine pesticides(OCPs)presented in soil as pollutants,were determined by gas chromatographic with microwave extraction and solid phase extraction(SPE).Acetone and n-hexane(ratio in volume was 1:1)was used as extraction solvent and the extract was concentrated to 1 mL,which was then purified on the solid phase extraction column and eluted from the column with mixed solvent of acetone and n-hexane(ratio in volume was 1:4).The eluate was concentrated to 1 mL and used for gas chromatography determination.Recovery was tested by addition of OCPs standards and the recovery rate ranged from 72% to 109%.Values of RSD’s(n = 6)for all the 21 OCPs were less than 5%.Detection limits ranged from 0.05 to 0.5µg/kg.The determination results of the soil samples showed that α-hexachlorocyclohexane,β-hexachlorocyclohexane,β-endosulfan and endrin were detected little with the content of 0.15～0.16µg/kg,0.32～1.07µg/kg,0.20～0.23µg/kg and 0.65µg/kg respectively.

Keywords:organochlorine pesticides(OCPs);microwave extraction;gas chromatography;solid phase extraction(SPE);soil

基金项目:上海自然科学基金项目(No.15ZR1416900)资助

通信作者:谢洪勇(1961–),男,辽宁凤城人,教授,博士,主要研究方向为纳米材料和环境工程。电子邮箱hyxie@sspu.edu.cn。

收稿日期:2015-09-29

文章编号:1001-4543(2016)01-0032-05

中图分类号:X592

文献标志码:A