固相萃取-超高效液相色谱/串联质谱法同时测定水中27种磺酰脲类除草剂

吴春英，白 鹭，谷 风，陆文龙

(1.吉林化工学院资源与环境工程学院，吉林吉林 132022；2.清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京 100084)

磺酰脲类除草剂(Sulfonylureas Herbicides)自开发以来，因其超高效、低毒，低成本等特性得到广泛的推广应用。该类除草剂通过对植物体内的乙酰乳酸合成酶(ALS)的抑制，从而阻碍支链氨基酸(缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸)生物合成，抑制植物细胞的分裂和生长。但其在环境中的残留对人类造成潜在的危害，随着生产量和使用量的逐年增加，对环境的危害也越来越显著[1,2]。因此，建立一种快速、灵敏、可靠的定量检测方法是开展相关研究工作的重要基础。现有固相萃取等前处理和毛细管电泳、色谱或色谱-质谱联用法[3 - 8]等分析方法，尽管其中色谱-质谱联用法具有灵敏度高、线性范围宽等优点，但由于磺酰脲类除草剂分子结构各有差异，分析方法的单一性使得监测工作浪费了很多时间和财力。

本研究根据国内外磺酰脲类除草剂的生产和使用情况及在环境中的检出水平[5 - 10]，选取了典型的27种磺酰脲类除草剂作为研究对象，采用固相萃取及超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)法对水中目标物残留同时进行预处理和分离分析。该方法对萃取柱、淋洗液、色谱条件等进行优化，在保证高回收率的前提下，降低目标物的检测限，统一预处理方法，极大地缩短预处理时间，有效降低预处理成本。可应用于实际样品的检测，为磺酰脲类除草剂的去除等相关研究提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器与设备

选用带自动进样器的ACQUITY UPLC系统(Waters，USA)和Finnigan TSQ Quantum Discovery MAX质谱分析仪；12通道半自动反相固相萃取装置(Supelco，USA)；固相萃取(SPE)小柱Oasis HLB(6 cc/200mg)和净化用Plus C18小柱(6 cc/300mg)(Waters，USA)；N-EVAP12氮吹仪(Organomation，USA)。所用的玻璃纤维滤膜GF/B(1 μm)由英国Whatmans提供。

1.2 化学试剂

27种磺酰脲类除草剂(表1)的标准品及内标物邻苯二甲酸二甲酯均购自于Dr.Ehrenstorfer，Augsburg，Germany。各标准品的纯度均在98.1%以上，溶于乙腈配制1 g/L的各标准品储备液，置于-20 ℃保存。甲醇、乙酸、乙腈等均购自于Fisher公司(USA)，实验用所有溶剂均为色谱纯或以上级别。实验所用水均为超纯水(Ultra Pure Water，UPW)。

表1 目标物优化的MS/MS分析条件

*Quantitative ion.

1.3 样品预处理

将300 mL水样的pH值调至7.2～7.3，经玻璃纤维滤膜(GF/B)过滤，进行SPE以浓缩富集其中的目标物。进行萃取前分别用乙腈、超纯水活化SPE小柱，流速为10 mL/min。固相萃取结束后，SPE小柱串接Plus C18净化小柱进行洗脱，将洗脱液收集于10 mL棕色玻璃试管中，向其中加入100 ng/L邻苯二甲酸二甲酯作为内标用来定量，后在柔和氮气下吹干，再用1 mL乙腈溶解。再溶后离心(3 000 r/min，4 ℃)，取上清液置于200 μL内插管中以进行UPLC-MS/MS分析。

1.4 液相色谱与质谱条件

采用的色谱柱为ACQUITY UPLCTMBEH C18柱(100×2.1 mm，1.7 μm；Waters)。流动相为0.1%乙酸-甲醇(7∶3，V/V)。流速0.25 mL/min，无分流。柱温为50 ℃，进样量为10 μL。

质谱采用ESI源，高纯氮用作脱溶剂和雾化，采用氩气(99.998%)作碰撞气。脱溶剂时温度350 ℃，流速550 mL/min，锥孔气流速65 mL/min。源温设置为110 ℃以防溶剂再凝结，雾化器压力为310 kPa，检测方式为多反应监测(MRM)模式。

2 结果与讨论

2.1 流动相的选择

使用UPLC-MS/MS检测，对比了文献中报道较多的甲醇、乙腈以及和0.1%甲酸、0.1%乙酸溶液以不同比例作为流动相的结果[6 - 11]。当选用0.1%甲酸-甲醇作为流动相，多数目标物的峰形分叉，且个别目标物的响应值较小，如乙氧嘧磺隆和咪唑磺隆，并且甲酰胺磺隆和嘧磺隆未检出；选用0.1%乙酸-乙腈做流动相时，色谱峰形和分离度均能达到要求，甲酰胺磺隆和嘧磺隆虽然都能检出，但响应强度较弱；选用0.1%乙酸-甲醇(7∶3，V/V)时，色谱峰峰形和分离度都很好，且响应强度相对较小的甲酰胺磺隆和嘧磺隆，在100 μg/L浓度时均能获得较好的响应值(8.65×103、1.07×104)，结果明显优于0.1%甲酸-甲醇、0.1%乙酸-乙腈作为流动相的效果。因此，本研究选择0.1%乙酸-甲醇(7∶3，V/V)作为流动相。

2.2 色谱与质谱的优化

根据梯度洗脱结果，使用反相ACQUITY UPLCTMBEH C18柱分离的峰形尖锐对称，而且具有相同母离子及碎片离子的目标物能够完全分离，信噪比较高。因此本文选择该色谱柱作为分离柱。在流动相的反复对比中，选用0.1%乙酸-甲醇(7∶3，V/V)时分离效果最好，离子化效应最强，灵敏度最高。

MS系统采用QuanOptimize方式进行自动优化，用乙腈将27种目标物配成混标，进行全扫描模式，找出准确的[M+H]+分子离子峰，然后对其进行子离子扫描以获得二次碎裂产生的子离子。将分子离子和2个响应适中的子离子组成检测离子对，以MRM模式进行检测，优化每一目标物的MS/MS参数，包括电离模式、母离子、子离子、锥孔电压(CV)、碰撞能(CE)，得出主要分析参数如表1所示，离子检测模式均为ESI+。数据采集采用MRM模式，驻留时间为0.10 s，通道滞迟时间为0.25 s。对于每一电离模式，采用离子响应值最弱的目标物对系统进行调谐。

2.3 固相萃取条件的选择与优化

为提高分析的准确性和灵敏性，在预处理过程中，SPE小柱和淋洗溶剂进行了对比选择，主要选择两种小柱(Sep-Pak-C18和Oasis HLB)，根据目标物极性选择两种淋洗液(甲醇和乙腈)来进行对比，以标准品的回收率为评价指标[5 - 8]。通过对萃取小柱Sep-Pak-C18和Oasis HLB，淋洗液甲醇和乙腈萃取目标物的回收率及相对标准偏差(RSD)进行比较，当固相萃取小柱为Oasis HLB，淋洗液为乙腈时，各目标物的回收率均在79.5%(啶嘧磺隆)～128.6%(苯磺隆)之间，环丙嘧磺隆RSD最大，也只有9.9%。由此，本实验采用固相萃取柱Oasis HLB，淋洗液为乙腈。

2.4 线性范围与检出限

采用标准曲线法考察水样对27种磺酰脲类除草剂检测的基质效应，发现基质校准曲线的斜率比纯溶剂标准曲线的斜率小，即存在基质抑制效应。在水样中加入内标物对待测组分的测定无任何干扰，所以能最大限度地消除基质效应干扰。目标物定量是通过与内标的比较来实现，各目标物标准品在UPLC-MS/MS系统中有效的线性响应(R2> 0.999)浓度范围如表2所示，校准采用1～2 000 μg/L(10点)混标进行，混标中投加内标100 ng/L。分别以各目标物色谱峰的信噪比(S/N)=3和S/N=10确定其检出限(LOD)和定量限(LOQ)，结合所取样品体积及最终定容体积，得到水样中27种目标物检出限和定量限如表2所示。与文献比较具有较宽的线性范围，及较低的检出限和定量限[5 - 12]，方法灵敏度可满足水中目标物的分析检测。

表2 UPLC-MS/MS系统分析目标物的线性范围、检出限和定量限

(续表2)

y:peak area ratios of the triazine herbicides to the internal standard；x:mass concentration,μg/L.

2.5 回收率与精密度

在不同的基质中加入目标物的标准品以确定该基质中目标物的回收率。基质包括超纯水(UPW)，某污水处理厂(Wastewater Treatment Plant,WWTP，工艺为A2/O-MBR)进、出水。水样中加入维生素C，使其浓度为1 g/L，目的是防止各目标物分解。分别在0.05、0.1、1.0 μg/L添加水平下进行加标回收试验，测定平均回收率及精密度(RSD)。所有的回收率试验均做3份平行样品，并考虑扣减过程空白。目标物的回收率均在79.8%～124.5%，RSDs小于9.6%，结果见表3。

(续表3)

2.6 实际样品的测定

为了验证本方法在实际水样中的有效性，对自来水厂及某污水处理厂的出水、松花湖水、松花江水和校园生活污水中的27种磺酰脲类除草剂含量进行检测，结果如表4所示。实际样品中均能检出苯磺隆、噻吩磺隆、酰嘧磺隆、甲基二磺隆、四唑嘧磺隆和碘甲磺隆钠盐，且含量在所检出的目标物中较高，说明处理工艺对这六种磺酰脲类除草剂的去除仍有一定的局限性，也说明在东北农业地区上述六种磺酰脲类除草剂使用量较大，所以在农业的使用管理和水处理中对这六种该类除草剂应给予更多关注。

表4 实际水样中磺酰脲类除草剂的浓度(ng/L)

-:not detected.

3 结论

采用固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法的技术手段，建立了水中27种磺酰脲类除草剂的分析方法。结果表明，以0.1%乙酸-甲醇(7∶3，V/V)作为流动相时，目标物的分离效果较好。在最优条件下，目标物回收率为79.8%～124.5%，相对标准偏差为6.9%～9.6%，线性范围均在1～2 000 μg/L之间，各目标物标准品在UPLC-MS/MS系统中有效的线性相关(R2)为0.999以上，经实际样品测试，均有不同程度检出。表明该方法具有检测限低、回收率高、线性关系良好等优点，适用于水中多种目标物同时检测。