固相萃取-气相色谱质谱法同时测定海洋沉积物中16种除草剂

徐英江，韩典峰，黄会，乔丹，董晓晓，张华威，刘慧慧，张秀珍*

(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)

固相萃取-气相色谱质谱法同时测定海洋沉积物中16种除草剂

徐英江1，韩典峰1，黄会1，乔丹2，董晓晓1，张华威1，刘慧慧1，张秀珍1*

(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)

建立了同时测定海洋沉积物中16种除草剂的固相萃取-气相色谱质谱检测方法。样品经乙酸乙酯-二氯甲烷(3∶2；V/V)混合溶液提取，浓缩，甲醇复溶，加入纯水稀释，过HLB固相萃取柱富集、净化，洗脱液氮吹浓缩，乙酸乙酯定容上机，用气相色谱质谱仪(GC/MS)选择离子监测模式定性定量分析，外标法定量。方法中二甲戊乐灵、草净津检出限为1.5 μg/kg，其余14种除草剂检出限均为0.8 μg/kg；二甲戊乐灵、草净津线性范围为4.0～200.0 μg/L，其余14种除草剂线性范围均为2.0～100.0 μg/L；方法加标回收率为74.2%～97.3%，相对标准偏差为5.83%～11.6%。该方法灵敏准确，适用于海洋沉积物中16种除草剂的定性定量检测，对加强渔业生态环境保护提供技术支持。[中国渔业质量与标准，2016,6(3):34-40]

除草剂；沉积物；固相萃取；气相色谱-质谱法(GC/MS)

除草剂是农业生产中广泛使用的一种农药。自首例化学合成除草剂2,4-D问世以来，有机除草剂种类不断增加，中国农药市场也先后有近百种除草剂产品，其中主要以三嗪类、酰胺类、磺酰脲类和苯氧羧酸类为主[1]。除草剂的大规模使用，可对渔业水质、沉积物和生物体造成不利影响，甚至引发生态安全和食品安全问题。有研究表明水体和土壤中的丁草胺、乙草胺和苄嘧磺隆的残留可对水产养殖环境和生态环境造成破坏[2-3]；三氮苯类除草剂阿特拉津可在环境水体和土壤中长期残留，对贝类神经毒性指示物乙酰胆碱酯酶等有一定影响[4]，并可显著降低大叶藻幼苗的总叶绿素含量[5]；二硝基苯胺类除草剂二甲戊乐灵[6-7]可对大马哈鱼抗氧化体系和免疫系统造成破坏。

目前，国内外对除草剂的检测方法主要有气相色谱法[8]、液相色谱法[9-10]、气相色谱质谱法[11]和液相色谱串联质谱法[12]等，常用的提取净化方法有液液萃取[13]、固相萃取[14-15]、凝胶色谱净化[16-17]等方法。相对于传统的气相色谱法和液相色谱法，质谱分析方法前处理条件简单，选择性好，检测限低，而其中气相色谱质谱仪维护简单，使用成本较低，广泛用于痕量检测中。本研究经超声提取和固相萃取净化，采用气相色谱质谱法测定海洋沉积物中16种除草剂含量，方法操作简单，灵敏准确，能满足海洋沉积物中除草剂残留检测的要求，可为加强渔业生态环境保护，确保水产品质量安全提供技术支持。

1 材料和方法

1.1 仪器与试剂

6890 N/5973 N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)；KQ-600E超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)；R215旋转蒸发仪(瑞士Buchi公司)。

乙酸乙酯、二氯甲烷、甲醇、丙酮、正己烷(均为色谱级，德国Merck公司)；HLB固相萃取柱(60 mg/3 mL，美国Waters公司)；C18固相萃取柱(500 mg/3 mL，美国Varian公司)；石墨化碳柱(500 mg/6 mL，美国Agilent公司)；氨基柱(500 mg/3 mL，德国CNW公司)；实验用水均为超纯水。

扑灭津(propazine)、阿特拉津(atrazine)、特丁津(terbuthylazine)、西玛津(simazine)、乙草胺(acetochlor)、甲草胺(alachlor)、环草津(cyprazine)、敌草净(desmetryn)、扑草净(prometryn)、莠灭净(ametryn)、异丙甲草胺(me-tolachlor)、西草净(simetryn)、二甲戊乐灵(pendimethalin)、丁草胺(butachlor)、草净津(cynazine)和丙草胺(pretiachlor)等16种标准品(纯度均>98.5%，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标准储备液，使用前用乙酸乙酯稀释至所需质量浓度。

1.2 样品的前处理

实验用沉积物样品采自黄河口邻近海域，为粉砂质。称取3.0 g(精确至0.01 g)冷冻干燥后的样品于50 mL离心管中，加入乙酸乙酯-二氯甲烷(3∶2，V/V)混合溶液25 mL，漩涡混匀30 s，超声提取20 min，4 500 r/min离心20 min，将上清液转至150 mL鸡心瓶中，再加入乙酸乙酯-二氯甲烷(3∶2，V/V)混合溶液20 mL重复提取一次，合并上清液。将提取液于40 ℃下旋蒸至干，加入甲醇1 mL复溶，再加入纯水20 mL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，然后用纯水5 mL淋洗，正己烷-丙酮(1∶1，V/V)混合溶液5 mL洗脱，洗脱液于氮吹仪上40 ℃吹至近干，乙酸乙酯1 mL定容，过0.22 μm滤膜后上机。

1.3 仪器条件

1.3.1 色谱条件

色谱柱为J&W DB-17石英毛细柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气(高纯He)流速为1.0 mL/min；进样口温度为260 ℃，不分流进样，进样量为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；电子能量为70 eV；接口温度为280 ℃；离子源温度为230 ℃；四极杆温度为150 ℃；溶剂延迟10 min；选择离子监测模式(SIM)。

表1 16种除草剂的保留时间、定性离子和定量离子

2 结果与讨论

2.1 仪器条件的确定

2.1.1 色谱柱的选择

气相色谱法的分离是利用要待测组分在流动相(载气)和固定相两相间的分配差异(即不同的分配系数)来实现的，DB-17毛细管柱固定相为(50% 苯基)-甲基聚硅氧烷，为中等极性，是理想的验证分析用色谱柱，本研究所检测的除草剂组分大部分为极性化合物，故尝试采用DB-17毛细管柱。

2.1.2 色谱质谱条件的确定

在扫描(SCAN)模式下进样，对每种除草剂标准溶液进行扫描，得到每种除草剂的保留时间和质谱结构信息，选择干扰少、丰度高、碎片质量大的离子作为特征离子(表1)；继续使用SCAN模式对16种除草剂混合标准溶液进行扫描，优化每种除草剂的保留时间和特征离子，再根据样品基质干扰情况对所选择的特征离子进一步优化，以丰度高、没有干扰的离子作为定量离子，建立选择离子监测(SIM)方法(图1)；SIM模式可在特定时间区间内只对目标化合物的特征离子进行扫描，用于定量分析，可有效提高方法的灵敏度。

图1 16种除草剂标准溶液(40.0 μg·L-1)选择离子监测总离子流图Fig.1 Total ions chromatogram of 16 herbicides standard solutions (40.0 μg·L-1) in SIM mode

2.2 提取试剂的选择

已有研究[18-21]表明，用于除草剂的提取试剂主要有乙酸乙酯、甲醇、乙腈、丙酮、二氯甲烷等，不同的样品基质、不同的目标物，提取剂的种类也不同。沉积物样品成分复杂，用极性溶剂乙腈或丙酮提取，提取液中会含有较多杂质，后期净化困难，因此选用弱极性的乙酸乙酯、二氯甲烷进行提取实验。结果表明，乙酸乙酯对三嗪类除草剂提取效果好，但部分酰胺类除草剂的回收率不能满足要求；二氯甲烷对酰胺类和二硝基苯胺类除草剂提取效果较好，而部分三嗪类除草剂回收率低。因此，尝试采用乙酸乙酯、二氯甲烷混合溶剂进行提取，经实验，采用乙酸乙酯-二氯甲烷(3∶2，V/V)混合溶液提取得到了很好的效果。

2.3 固相萃取条件的优化

固相萃取是一种基于色谱分离的样品前处理技术，通过选择适当的固相萃取柱及过柱方法，使目标物得到有效的富集和净化。本方法对C18柱、HLB柱、石墨化碳串联氨基柱3种固相萃取柱萃取沉积物中16种除草剂的效果进行比较。3种固相萃取柱对16种除草剂均有保留；但C18柱对部分除草剂的回收率较低，石墨化碳串联氨基柱使用不方便且成本较高；而HLB固相萃取柱填料是一种新型大孔聚合物，既有亲脂性的官能团，具有反相吸附特性，又有亲水性的官能团，具备保留极性化合物的能力，对本研究中的16种除草剂均有较好的吸附和回收，故选作本方法固相萃取柱。甲醇是反相柱良好的洗脱剂，可以在三嗪类除草剂的检测中用作固相萃取的洗脱剂，因此样品复溶后过HLB柱时，较高比例的甲醇会使目标物在过柱过程中损失，本实验加入一定量的纯水稀释，使甲醇的含量为1%～5%[22]，保证了目标物的回收率。

2.4 线性关系

分别配制不同质量浓度的16种除草剂混合标准溶液，其中二甲戊乐灵、草净津标准系列浓度依次为4.0、10.0、50.0、100.0和200.0 μg/L，其余14种除草剂标准系列浓度依次为2.0、5.0、10.0、50.0和100.0 μg/L。将标准序列用优化后的SIM方法上机测定，得到16种除草剂混合标准溶液序列的线性方程、线性范围和相关系数(表2)。

2.5 方法的检出限、回收率和精密度

在空白沉积物样品中添加除草剂混合标准溶液，利用本研究中确定的方法进行检测分析，以GC/MS信噪比≥3作为检出限，得出本方法检出限：二甲戊乐灵、草净津为1.5 μg/kg，其余14种除草剂均为0.8 μg/kg。

采用本研究所建立的方法，分别在二甲戊乐灵、草净津为2.0、10.0和50.0 μg/kg 3个水平，其余14种除草剂为1.0、5.0和25.0 μg/kg 3个水平下进行空白样品加标回收实验，每个水平设5个平行。结果显示，16种除草剂平均回收率在74.2%～97.3%之间，相对标准偏差为5.83%～11.6%(表3)。沉积物空白样品和加标样品谱图见图2。

表2 16种除草剂的线性方程、线性范围和相关系数

表3 16种除草剂加标水平、平均回收率和相对标准偏差

续表3 Tab.3 continued

图2 沉积物样品空白谱图(A)和加标(15.0 μg·kg-1)谱图(B)1：扑灭津；2：阿特拉津；3：特丁津；4：西玛津；5：乙草胺；6：甲草胺；7：环草津；8：敌草净；9：扑草净；10：莠灭净；11：异丙甲草胺；12：西草净；13：二甲戊乐灵；14：丁草胺；15：草净津；16：丙草胺。Fig.2 Chromatograms of blank (A) and spiked (B, 15.0 μg·kg-1) sample of sediment1: Propazine; 2: Atrazine; 3: Terbuthylazine; 4: Simazine; 5: Acetochlor; 6: Alachlor;7: Cyprazine; 8:Desmetryn; 9: Prometryn; 10: Ametryn; 11: Me-tolachlor; 12: Simetryn; 13: Pendimethalin;14: Butachlor; 15:Cynazine; 16: Pretiachlor.

3 结论

本研究建立了同时测定海洋沉积物中扑灭津、阿特拉津、特丁津、西玛津、环草津、敌草净、扑草净、莠灭净、异丙甲草胺、西草净、草净津、二甲戊乐灵、甲草胺、乙草胺、丁草胺和丙草胺的固相萃取-气相色谱质谱检测方法。二甲戊乐灵、草净津检出限为1.5 μg/kg，其余14种除草剂检出限均为0.8 μg/kg；二甲戊乐灵、草净津线性范围为4.0～200.0 μg/L，其余14种除草剂线性范围均为2.0～100.0 μg/L；方法平均回收率在74.2%～97.3%之间，相对标准偏差为5.83%～11.6%。该方法操作简单，快速准确，适用于海洋沉积物中16种除草剂的定性定量检测。

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Simultaneous determination of 16 herbicides in marine sediments by SPE-GC/MS

XU Yingjiang1, HAN Dianfeng1, HUANG Hui1, QIAO Dan2, DONG Xiaoxiao1,ZHANG Huawei1, LIU Huihui1, ZHANG Xiuzhen1*

(1. Shandong Province Key Laboratory of Restoration for Marine Ecology, Shandong Marine Resource and Environment Research Institute,Yantai 264006, China;2. College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

A method for determination of 16 herbicides in marine sediments by solid phase extraction-gas chromatography mass spectrometry was established. The samples were extracted with ethyl acetate and dichloromethane (3∶2,V/V). The extracts were evaporated to dry, dissolved by 1 mL methanol, and diluted by 20 mL water. Then the diluents were loaded to the HLB solid phase extraction cartridges, and the elutions were evaporated to dry at 40 ℃ by nitrogen blow. The analytes were dissolved with 1 mL ethyl acetate and determined by GC/MS in selected ion monitoring (SIM) mode. Pendimethalin and cynazine showed good linearity in the range of 4.0～200.0 μg/L, and the detection limits were 1.5 μg/kg. The other 14 herbicides showed good linearity in the range of 2.0～100.0 μg/L, and the detection limits are 0.8 μg/kg. The average recoveries ranged from 74.2%～97.3% with relative standard deviations from 5.83%～11.6%. In conclusion, the method is sensitive and accurate, suitable for the determination of 16 herbicides in marine sediments, and can provide technical support for the protection of fishery environment. [Chinese Fishery Quality and Standards, 2016, 6(3):34-40]

herbicides; sediments; solid phase extraction (SPE); gas chromatography mass spectrometry (GC/MS)

ZHANG Xiuzhen, zxz0535501@126.com

2016-01-16；接收日期：2016-03-25

山东省现代农业产业技术体系建设专项资金(SDAIT-19，SDAIT-26)；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(1979-)，男，硕士，副研究员，研究方向为水产品质量安全和海洋环境监测研究，xuyingjiang@yeah.net 通信作者：张秀珍，研究员，研究方向为水产品质量安全与标准化，zxz0535501@126.com

S94

A

2095-1833(2016)03-0034-07