固相萃取-超高效液相色谱-三重四极杆质谱联用同时测定水中菊酯类农药多残留

2017-10-17吴春英陆文龙

分析科学学报 2017年1期

吴春英，谷风，白鹭，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)

菊酯类农药是仅次于有机磷农药的主要杀虫剂，由于其广谱、高效、低毒、易分解的特性被广泛应用于农业生产和日常生活[1 - 3]。但其通过农田排水、降雨淋洗等地表水径流作用大量进入水体中，被动植物吸收进入人体食物链，而菊酯类农药的生物毒性、内分泌干扰性和“三致”效应等，对人类健康具有潜在的风险[2 - 4]。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。已有的气相色谱(GC)、液相色谱(LC)及其与质谱(MS)联用等分析方法[5 - 13]，基本上都是用固相萃取(SPE)等前处理和GC、LC、或GC-MS、LC-MS相结合，尽管其中GC-MS和LC-MS法具有检测限低、灵敏度高、线性范围宽等优点，但由于菊酯类农药种类多、结构复杂，分析方法的单一性使得监测工作成本非常高[5 - 10]。

本研究根据国内外菊酯类农药的生产和使用情况及在环境中的检出水平(0.02～600 μg/L)[5,7 - 9,15]，及我国国家标准(GB 3838-2002)《地表水环境质量标准》中规定地表水中溴氰菊酯的限量值为0.02 mg/L，选取了20种典型的菊酯类农药作为研究对象，采用固相萃取-超高效液相色谱-三重四极杆质谱(UPLC-MS/MS)联用技术，通过对萃取柱、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，有效降低检测成本。该方法可应用于实际样品的检测，为水中菊酯类农药的去除等相关研究提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器与设备

色谱、质谱仪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；色谱柱采用反相ACQUITY UPLCTMBEH C18柱(100×2.1 mm,1.7 μm;Waters,Switzerland)；12通道半自动固相萃取装置(Supelco，USA)；SPE小柱Oasis HLB(6 cc/200mg)和净化用Plus C18小柱(6 cc/300mg)购自于Waters，USA；N-EVAP12氮吹仪(Organomation，USA)；CF16RXII型离心机(日本)。所用的玻璃纤维滤膜GF/B(1 μm)由英国Whatman提供。

1.2 化学试剂

实验所用20种菊酯类农药标准品及内标物反式-氯氰菊酯-d6(trans-Cypermethrin-d6)均购自于Dr.Ehrenstorfer，Augsburg，Germany，见表1。各标准品的纯度在98%以上，溶于正己烷，配制成1 g/L的各标准品储备液，置于-20 ℃避光保存。正己烷、丙酮、甲醇、乙酸乙酯、乙酸和乙腈等均购自于Fisher，实验所用溶剂均为色谱纯或以上级别。所用水均为超纯水(Ultra Pure Water-UPW)。

1.3 样品的预处理

用稀HCl将样品的pH值调至5.5，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。SPE小柱须经丙酮及UPW活化，SPE流速为10 mL/min。萃取结束后，串接Plus C18净化小柱进行洗脱，洗脱液为正己烷-丙酮(9∶1，V/V)，将洗脱液收集于10 mL棕色玻璃试管中，向其中加入内标后，氮吹，再用1 mL正己烷溶解。再溶后离心(4 ℃、3 000 r/min、15 min)，取上清液置于200 μL内插管中，以进行UPLC-MS/MS分析。

1.4 高效液相色谱与质谱条件

UPLC分析所用的流动相A为0.1%乙酸水溶液，流动相B为乙腈。流速为0.40 mL/min，无分流。梯度淋洗：0～2 min，70%A；2～5 min，50%A；5～10 min，30%A；10～20 min，10%A；20～21 min，10～70%A；21～30 min，70%A。由于MS是采用多反应监测模式(MRM)，检测不需要目标物间完全分离。在下一次进样前，使色谱柱先平衡9 min。柱温为40 ℃，进样量为10 μL。

质谱分析采用电喷雾离子源(ESI)，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355 ℃，流速550 mL/min，锥孔气流速70 mL/min。源温为110 ℃以防溶剂再凝结，雾化器压力为310 kPa，检测方式为MRM。

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、乙腈以及和甲酸、乙酸不同比例的溶液作为流动相的结果[11 - 16]。当选用0.1%甲酸-甲醇作为流动相，多数目标物的峰形出现拖尾且分叉；当选用0.1%甲酸-乙腈作为流动相时，色谱峰形和分离度都较好，但个别目标物的响应值较小，如高效氯氰菊酯和杀螨菊酯，并且氟胺氰菊酯未检出；选用0.1%乙酸-乙腈为7∶3(V/V)时，色谱峰和分离度都很好，且响应强度相对较小的高效氯氰菊酯、杀螨菊酯及氟胺氰菊酯，在100 μg/L浓度时均获得较好的响应值，结果明显优于0.1%甲酸-甲醇和0.1%甲酸-乙腈作为流动相的效果。因此，本研究选择0.1%乙酸-乙腈(7∶3,V/V)为流动相。

2.2 色谱与质谱条件的优化

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。因此本研究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-乙腈为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，用正己烷将20种菊酯类农药配成混标，采用全扫描模式，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。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(Cone Voltage，CV)、碰撞能(Collision Energy，CE)，电离模式均采用ESI+得出主要分析参数如表1所示。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

为提高分析的灵敏度和准确度，在目标物的萃取过程中，对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)，根据目标物的极性选择三种淋洗液(乙酸乙酯、正己烷和丙酮)来进行对比，以标准品的回收率为评价指标[6 - 13]。通过对萃取小柱Sep-Pak-C18和Oasis HLB，淋洗

表1 目标物优化的MS/MS分析条件

*Quantitative ion.

液乙酸乙酯、正己烷和丙酮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，淋洗液为正己烷-丙酮(9∶1，V/V)时，各目标物的回收率均在75.6%(四溴菊酯)～125.5%(氟氯氰菊酯)之间，RSD最大是氟氯苯菊酯，也只有7.9%。且与其他萃取小柱和洗脱液相比具有吸附速率快、洗脱完全、抗基质干扰性能好等处理效果[5 - 6,8]。由此，实验采用固相萃取柱Oasis HLB，淋洗液为正己烷-丙酮(9∶1，V/V)。

2.4 基质效应评价

基质效应是来源于样品中内源性组分和样品处理过程中引入的杂质对目标物检测结果的影响，它可影响线性关系、检出限(LOD)、定量限(LOQ)等指标。本实验采用标准曲线法考察了水样对20种菊酯类农药检测的基质效应。结果表明，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，内标物可抵消质谱离子化时的基质效应。因此，能最大限度地消除基质效应干扰，采用基质匹配标准曲线和内标法进行定量，可得到目标物的准确测定结果。

2.5 线性范围与检测限

样品中目标物的定量是通过与内标物反式-氯氰菊酯-d6的比较来实现，即以各目标物定量离子的峰面积与内标定量离子的峰面积之比(y)对其质量浓度(x,μg/L)进行线性回归,得到线性方程及相关系数。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反式-氯氰菊酯-d6。分别以各目标物色谱峰的信噪比(S/N)=3和S/N=10确定其检出限和定量限浓度，结合所取样品体积及最终定容体积，可得水样中20种菊酯类农药的检出限和定量限如表2所示。并且与文献相比具有较宽的线性范围，及较低的检出限和定量限[10 - 15]，方法灵敏度可满足水中目标物的同时检测。

表2 UPCL-MS/MS系统分析目标物的线性方程、线性范围、检出限(LODs)和定量限(LOQs)

2.6 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UPW，某污水处理厂(Wastewater Treatment Plant-WWTP，工艺为A2/O-MBR)进水(Influent：Inf.)、出水(Effluent：Eff.)。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4份平行样品，并考虑扣减过程空白。目标物的回收率均在73.4%～124.5%，RSDs不大于9.1%，见表3。

表3 不同基质中的目标物回收率和精密度

2.7 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进、出水、松花江水和校园生活污水中的20种菊酯类农药含量进行实际检测。实际样品中均能检出氯氰菊酯、溴氰菊酯、联苯菊酯、杀螨菊酯和醚菊酯，且含量在所检出的目标物中较高，说明处理工艺对这五种菊酯类农药的去除仍有一定的局限性，也说明在东北农业地区上述五种菊酯类农药使用量比较大，所以在日常农业生活的使用管理和水处理中应给予更多关注。