固相萃取/气相色谱-质谱法测定海水中16种除草剂

韩典峰，宫向红，刘小静，任利华，乔　丹，罗晶晶，徐英江*，肖雷雷

(1.山东省海洋资源与环境研究院，山东省海洋生态修复重点实验室，山东　烟台　264006；2.上海海洋大学食品学院，上海　201306；3.中国科学院烟台海岸带研究所，海岸带生物学与生物资源利用重点实验室，山东　烟台　264003)



固相萃取/气相色谱-质谱法测定海水中16种除草剂

韩典峰1，宫向红1，刘小静1，任利华1，乔丹2，罗晶晶1，徐英江1*，肖雷雷3

(1.山东省海洋资源与环境研究院，山东省海洋生态修复重点实验室，山东烟台264006；2.上海海洋大学食品学院，上海201306；3.中国科学院烟台海岸带研究所，海岸带生物学与生物资源利用重点实验室，山东烟台264003)

建立了同时测定海水中16种除草剂的气相色谱-质谱检测方法。样品用固相萃取仪过HLB柱浓缩、净化，洗脱液氮吹至近干，乙酸乙酯定容，用气相色谱质谱仪选择离子监测模式(SIM)进行检测，外标法定量。该方法中草净津、二甲戊乐灵的检出限为10.0 ng/L，其余14种除草剂的检出限为5.0 ng/L；草净津、二甲戊乐灵的线性范围为4.0～200 μg/L，其余14种除草剂的线性范围均为2.0～100 μg/L；方法加标回收率为78.3%～115.0%，相对标准偏差为4.4%～9.9%。该方法操作简单，精确度高，适用于海水中16种除草剂的定性定量检测。

除草剂；海水；气相色谱-质谱法；固相萃取

除草剂是农业生产中必不可少的生产资料，自1942年首个有机化学除草剂问世以来，除草剂已发展出400多个品种[1]。目前，我国登记的化学除草剂有80余种，分属于12个化学类别，约占农药市场份额的44%[2]。除草剂在为人类农业生产做出巨大贡献的同时，其负面影响也日益突显。研究表明，除草剂影响浮游、底栖植物的光合作用和固氮作用，进而扰乱生态环境中的种群结构[3-5]。三嗪类除草剂阿特拉津可长期存在于作物、环境水体和土壤中[6]，对环境水体中藻类、动植物造成不利影响[7-9]。酰胺类除草剂异丙甲草胺对斜生栅藻和普通核小球藻具有生态毒性[10]，高浓度的丁草胺对杜氏盐藻有生长抑制作用[11]，美国环境保护署(EPA)已将乙草胺列入致癌可能性名单[12]。

除草剂主要通过液液萃取[13]、固相萃取[14]等方法进行提取净化，常用的检测方法有气相色谱法[15]、液相色谱法[16]、气相色谱-质谱法[17-18]、液相色谱-串联质谱法[19-20]等，研究对象以农产品和食品中除草剂的残留检测居多。近年来，我国已逐步建立起农产品和食品中部分除草剂的限量标准，但未对渔业水质、海洋水体作出明确限定，因此建立和完善海水中除草剂的检测方法显得尤为重要。本方法采用固相萃取/气相色谱-质谱法测定海水中的16中除草剂，方法简便高效、灵敏，可用于海水样品中除草剂的快速检测。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

6890N/5973N气相色谱-质谱仪(美国Agilent公司)；ASPEC GX-274自动固相萃取仪(法国Gilson公司)；N-EVAPTM112氮吹仪(美国Organomation Associates公司)；Milli-Q Gradient超纯水仪(美国Millipore公司)。

甲醇、丙酮、正己烷、乙酸乙酯(色谱级，德国Merck公司)；HLB固相萃取柱(60 mg/3 mL)、MCX固相萃取柱(60 mg/3 mL)购自美国Waters公司；C18固相萃取柱(500 mg/3 mL，美国Varian公司)；实验用水为去离子水。

扑灭津、阿特拉津、特丁津、西玛津、环草津、草净津、敌草净、扑草净、莠灭净、西草净、甲草胺、异丙甲草胺、乙草胺、丙草胺、丁草胺和二甲戊乐灵16种标准品：纯度均大于98.5%(莠灭净的纯度大于96.0%)，购于德国Dr.Ehrenstorfer公司。

标准溶液的配制：准确称取0.010 g 标准品，用甲醇溶解，定容至100 mL，配制成100 mg/L的标准储备液，使用前以乙酸乙酯稀释至所需质量浓度。

1.2样品的前处理

准确量取500 mL海水，用抽滤装置过0.45 μm混合纤维素滤膜，加入20 mL甲醇混匀，用自动固相萃取仪过HLB小柱(甲醇3 mL、纯水5 mL活化)进行富集，然后用5 mL纯水淋洗，5 mL正己烷-丙酮(体积比1∶1)混合溶液洗脱，洗脱液于氮吹仪上40 ℃吹至近干，以1 mL乙酸乙酯定容上机。

1.3仪器条件

1.3.1色谱条件色谱柱：J&W DB-17石英毛细柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气(高纯He)流速1.0 mL/min；进样口温度260 ℃，不分流进样，进样量1 μL；升温程序：50 ℃保持1 min，以20 ℃/min升至200 ℃，保持10 min，再以10 ℃/min升至240 ℃，最后以30 ℃/min升至300 ℃，保持3 min。

1.3.2质谱条件电子轰击(EI)离子源；电子能量70 eV；接口温度280 ℃；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；溶剂延迟10 min，选择离子监测(SIM)模式。

2　结果与讨论

2.1固相萃取条件的优化

固相萃取因实验条件简单、净化能力强而被广泛用于水样的前处理。固相萃取柱的选择主要取决于样品类型和被测物的性质，本方法比较了C18柱、HLB柱、MCX柱3种固相萃取柱对海水中16种除草剂的萃取效果。由于C18柱属于传统反相柱，对本方法中的16种除草剂均有吸附，但部分除草剂(扑草净、莠灭净)的回收率低于60%，不能满足实验要求。MCX柱是混合阳离子交换吸附柱，非极性溶剂上样会降低目标物在柱填料中的吸附作用，降低回收率；极性溶剂上样又不利于弱极性的三嗪类除草剂被MCX柱吸附，导致回收率低[21]。HLB柱是亲水-亲脂型反相固相萃取柱，吸附量大，可用于酸性、中性、碱性物质的通用性吸附，其对16种除草剂的回收率均大于75%，故选为本方法的固相萃取柱。

在使用固相萃取仪过HLB柱时，大量的水样通过固相萃取材料，会导致已平衡的固相萃取柱表面的碳链萎缩，萃取表面积减少，萃取效率降低，因此需加入少量水溶性有机溶剂(如甲醇等)混匀后过柱。但由于甲醇是良好的洗脱剂，过量加入会使目标物在吸附过程中损失，所以甲醇的加入量一般为总体积的1%～5%[22]。在反相固相萃取中，一般选择对目标物溶解度高的有机溶剂作为洗脱剂，同时要考虑溶剂的选择性、极性及洗脱强度，对于采用GC-MS检测的化合物，应选择易挥发的非极性溶剂作洗脱剂(如正己烷、氯仿等)，本方法选用正己烷-丙酮(体积比1∶1)混合溶液为洗脱剂，测试结果基本满足实验要求。

图1　16种除草剂标准溶液(40.0 μg/L)的选择离子 监测总离子流图Fig.1　Total ion chromatogram of 16 herbicides(40.0 μg/L) standard solution in SIM mode the peak number(1-16) denoted were the same as that in Table 1

2.2仪器条件的优化

分别将每种除草剂的标准溶液和16种除草剂混合标准溶液在扫描模式(SCAN)下进行测定，确定其质谱结构信息和保留时间，选择丰度高、碎片质量较大、干扰少的离子作为定量和定性离子(见表1)；根据选择的定量和定性离子，将16种除草剂混合标准溶液在选择离子监测(SIM)模式下进样，进一步优化质谱条件，进行定量分析。以乙草胺为例，先通过SCAN模式确定其保留时间为14.926 min，特征离子为m/z162，234，223，选取其中丰度最高的m/z162作为定量离子；继续使用SIM模式，只扫描m/z162，234，223特征离子用于定性和定量分析，可有效提高方法的灵敏度。16种除草剂标准溶液在SIM模式下的总离子流图见图1。

表1　16种除草剂的保留时间、相对分子质量、定量离子及定性离子

2.3线性关系

在优化条件下，分别配制不同浓度的16种除草剂混合标准溶液，其中草净津、二甲戊乐灵标准系列的浓度依次为4.0，10.0，50.0，100，200 μg/L，其余除草剂标准系列的浓度依次均为2.0，5.0，10.0，50.0，100 μg/L。将标准序列用优化后的选择离子监测方法上机测定，得到草净津、二甲戊乐灵的线性范围为4.0～200 μg/L，其余14种除草剂的线性范围均为2.0～100 μg/L，16种除草剂的相关系数均不小于0.999 0(见表2)。

表2　16种除草剂的线性方程、线性范围、相关系数、平均回收率和相对标准偏差

*:Y.peak area,X.content of herbicides(ng/L)

图2　加标海水样品(80.0 ng/L)的色谱图Fig.2　Chromatogram of spiked(80.0 ng/L) seawater sample the peak number(1-16) denoted were the same as that in Table 1

2.4回收率、精密度与检出限

根据已建立的方法进行空白海水加标回收实验，草净津、二甲戊乐灵的加标水平为10.0，50.0，100.0 ng/L，其余14种除草剂为5.0，25.0，100.0 ng/L，每个浓度设5个平行。实验结果显示，16种除草剂的平均回收率为78.3%～115.0%，相对标准偏差为4.4%～9.9%(见表2)。图2为加标海水样品的色谱图。在空白海水样品中添加16种除草剂混合标准溶液，利用本方法进行定量检测，以信噪比(S/N)≥3计算检出限，得草净津、二甲戊乐灵的检出限为10.0 ng/L，其余14种除草剂的检出限均为5.0 ng/L。

2.5实际海水样品的分析

利用建立的方法，对乳山近海15个站位夏冬季采集的海水样品进行检测。结果显示，阿特拉津、扑草净、莠灭净、西草净、二甲戊乐灵均有检出，其中阿特拉津的检出率为100%，浓度为17.2～52.6 ng/L；扑草净的检出率为90.0%，浓度为未检出～198 ng/L；莠灭净的检出率为86.7%，浓度为未检出～25.2 ng/L；西草净的检出率为86.7%，浓度为未检出～169 ng/L；部分站位还检出二甲戊乐灵，浓度为未检出～23.6 ng/L；其余11种除草剂均未检出。结果表明海水中已存在多种除草剂污染，其对海洋生态系统以及海产品食品安全的潜在影响不容忽视。

3　结　论

本文采用固相萃取法同时富集净化了海水中扑灭津等16种除草剂，用气相色谱-质谱仪在选择离子监测模式下进行定性和定量分析。本方法中16种目标物得到了良好的分离，方法操作简单、灵敏准确，满足痕量分析要求，并已成功应用于海水中除草剂的测定，在部分样品中检出了多种目标物。

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Determination of 16 Herbicides in Seawater by Solid Phase Extraction/Gas Chromatography-Mass Spectrometry

HAN Dian-feng1,GONG Xiang-hong1,LIU Xiao-jing1,REN Li-hua1,QIAO Dan2,LUO Jing-jing1,XU Ying-jiang1*,XIAO Lei-lei3

(1.Shandong Province Key Laboratory of Restoration for Marine Ecology,Shandong Marine Resource and Environment Research Institute,Yantai264006,China;2.College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai201306,China; 3.Key Laboratory of Coastal Biology and Utilization,Yantai Institute of Coastal Zone Research,Chinese Academy of Sciences,Yantai264003,China)

A method was established for the determination of 16 kinds of herbicides in seawater by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).The samples were concentrated,purified and eluted on an HLB solid phase extraction cartridge,and the elutions were evaporated to near dryness by nitrogen blow.Then the analytes were dissolved with ethyl acetate,determined by GC-MS in selected ion monitoring mode and quantified by the external standard method.The experimental results showed that good linearities for cynazine and pendimethalin existed in the range of 4.0-200 μg/L with their detection limits of 10.0 ng/L.The other 14 herbicides showed good linearities in the range of 2.0-100 μg/L,and their detection limits were all 5.0 ng/L.The average recoveries ranged from 78.3% to 115.0% with relative standard deviations of 4.4%-9.9%.The method is simple and accurate,and is specially suitable for the detection of 16 kinds of herbicides in seawater.

herbicides;seawater;gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS);solid phase extraction(SPE)

2015-12-20；

2016-01-05

山东省现代农业产业技术体系贝类产业创新团队(2016-2020);藻类产业创新团队(2016-2020)；山东省水生动物营养与饲料泰山学者岗位项目(2007-2012)

徐英江，硕士，副研究员，研究方向：水产品质量安全和海洋环境监测，Tel:0535-6939828，E-mail:xuyingjiang@yeah.net

doi:10.3969/j.issn.1004-4957.2016.07.010

O657.63；S482.4

A

1004-4957(2016)07-0839-05

研究简报