NANO碳净化-超高效液相色谱-串联质谱法测定东北黑土壤中多农残含量

2017-10-17孟冰冰于洪春

分析科学学报 2017年1期

孟冰冰，于洪春*

(东北农业大学农学院植保系，黑龙江哈尔滨 150030)

东北黑土壤是非常珍贵的土壤资源，它具有质地疏松、高肥力、供肥能力强等特点[1]。但随着农药使用量及其种类的逐渐增加，使土壤结构发生了很大的变化，土壤污染问题逐渐引起关注。为了保障食品安全，需要有效地对土壤环境进行监控及检测[2 - 3]。基于土壤样品基质复杂，含有较多有机酸、金属离子和土壤微生物等[4 - 6]，在检测中样品净化成为分析中的重要环节。现有土壤中农药残留净化方式有固相萃取、凝胶渗透色谱(GPC)、液-液萃取和基质分散萃取法(QuECHERS)[7 - 13]等。

本研究建立了超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)法对土壤中31种农药进行定性和定量分析。主要采用NANO碳净化方式，NANO碳是以碳为基础的纳米材料，其表面疏水、多孔和独有的π电子系，容易和目标化合物发生π-π作用，因此NANO碳净化具有很强的吸附作用力和较大的吸附容量，是一种理想的吸附剂[14 - 17]。通过与上述4种净化方式进行比较可以得出，NANO碳净化方式节省了前处理操作时间，净化效果好，能够广泛应用于实际检测工作中。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

Agilent 1290-6430超高效液相色谱-串联质谱仪(美国，Agilent公司)；MassHunter 工作站；KQ-300GVDV超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)；Cleanert NANO碳净化柱为Agela品牌。

标准品：氟虫腈(Fipronil)、氟虫脲(Flufenoxuron)、伏杀磷(Phosalone)、哒螨灵(Pyridaben)、马拉硫磷(Malathion)、灭幼脲(chlorbenzuron)、杀扑磷(Methidathion)、辛硫磷(Phoxim)、噻虫嗪(Thiamethoxam)、甲拌磷(Phorate)、吡虫啉(Imidacloprid)、3-羟基克百威(Carbofuran-3-hydroxy)、灭线磷(Mocap)、抗蚜威(pirimicarb)、乐果(Dimethoate)、久效磷(Monocrotophos)、涕灭威砜(Aldicarb-sulfone)、克百威(Carbofuran)、敌敌畏(Dichlorovos)、氧化乐果(Omethoate)、残杀威(Propoxur)、涕灭威(Aldicarb)、甲萘威(carbaryl)、异丙威(isoprocarb)、多菌灵(Carbendazim)、乙酰甲胺磷(Acephate)、灭多威(Thiodicarb)、甲胺磷(Methamidophos)、啶虫脒(Acetamiprld)、仲丁威(Fenobucarb)、涕灭威亚砜(Aldicarb-sulfoxide)，均为德国Dr.品牌。

乙腈、甲醇(色谱纯)；NaCl(科密欧)；MgSO4(美国Agilent公司)；甲酸(Sigma)。实验用水为超纯水。

黑土壤样品采自东北哈尔滨郊区田地表层黑土壤，随机称取1 kg黑土壤样品，在通风干燥环境下将土壤样品平铺成2 cm厚度，晾干后，过20目尼龙筛，将过筛后的土壤样品研磨，并过100目尼龙筛，土壤样品保存于样品袋中，待用。

1.2 样品前处理

1.2.1样品提取准确称取10 g土壤样品，加入10 mL乙腈，漩混3 min，3 500 r/min离心5 min，将上清液转移至20 mL离心管中，加入1 g MgSO4和1 g NaCl，漩混3 min，3 500 r/min下离心5 min，取5 mL上清液，使用氮气吹干，用乙腈定容至2 mL。

1.2.2样品净化将已溶解样品的乙腈转移至NANO碳净化柱中，缓慢推出，反复抽推3次，滤液过0.22 μm 的针式滤膜，转移至进样瓶中，待上机检测。

1.3 仪器条件

采用甲醇稀释标准溶液至0.001～0.5 mg/L后，进行UPLC-MS/MS检测。液相参数设置如下：色谱柱为Agilent Extend-C18柱(50×2.1 mm,1.8 μm)；流动相为甲醇∶0.1%甲酸水溶液(15∶85,V/V)；流速为0.25 mL/min；进样量为5 μL；柱温箱温度为30 ℃。质谱参数设置如下：选用ESI+源；MRM扫描模式；毛细管电压为4 000 V；干燥器温度为350 ℃；运行时间为6 min，选择离子见表1。

表1 仪器参数

2 结果与讨论

2.1 NANO碳纳米净化柱净化原理

NANO碳净化柱在使用过程中不需要提前对净化柱进行活化，同时也不需要准备固相萃取装置和抽真空泵，可直接上样。当样品通过净化柱时，样品中的有机酸、色素和磷脂等杂质通过吸附作用被吸附到柱中，同时目标化合物通过推力流出，其净化方式简单、快捷、高效、净化效果好。其中碳原子以sp2杂化为主，并可形成sp3杂化键，所以同时具有sp2和sp3的混合杂化状态，能够形成具有p轨道混合交叠的大π键，容易与化合物产生共轭效应，形成具有大分子的共价键和的化合物。由于碳结构内部具有纳米级别的空间，表面张力大，对于很多有机化合物具有良好的吸附能力，并且空间容量较其它吸附剂要大，所以仅需少量试剂和较短的时间就能达到对样品的净化效果。

本研究中将传统液-液萃取法、固相萃取(SPE)法、凝胶渗透色谱(GPC)法、基质分散萃取(QuECHERS)法和NANO碳净化法进行比对。其中，使用SPE法进行前处理所需要时间为20 min，GPC为35 min，液-液萃取法40 min，QuECHERS为5 min，而使用NANO碳净化法的前处理净化时间仅需1 min。对这5种净化方式分别做加标回收实验，得到数据见表2。

表2 5种净化方法的加标回收率及RSD(%)

实验结果显示，使用GPC的回收率最好，其次是NANO碳净化法，这两种净化方式的回收率都比较稳定，31种农药的回收率差别小，其它三种净化方式的回收率较前两种净化方式差。但是GPC的净化时间较长，所以使用NANO碳净化法更有优势。从时间、回收率和精密度上综合考虑这5种净化方式，NANO碳净化法具有前处理时间短、回收率和精密度均良好等优势，实用性和有效性强。

图1 31种农药的色谱图Fig.1 Chromatograms of 31 kinds of pesticidesAccording to the order of peaks：1,Methamidophos；2,Acephate；2,Omethoate；4,Aldicarb-sulfoxide；5,Thiodicarb；6,Monocrotophos；7,Thiamethoxam；8,Carbofuran-3-hydroxy；9,Dimethoate；10.Carbendazim；11,Imidacloprid；12,Aldicarb；13,Aldicarb-sulfone；14,Propoxur；15,Dichlorovos；16,Carbofuran；17,Pirimicarb；18,Carbaryl；19,Isoprocarb；20,Methidathion；21,Fenobucarb；22,Malathion；23,Fipronil；24,Mocap；25,Chlorbenzuron；26,Phorate(Phorate)；27,Phosalone；28,Acetamiprld；29,Phoxim；30,Flufenoxuron；Pyridaben.

2.2 色谱柱的选择

选用C18色谱柱对31种农药进行分离，分别试验了Agilent ZORBAX XDB-C18色谱柱、Agilent Extend-C18色谱柱和Agilent Plus-C18色谱柱(规格均为50×2.1 mm,1.8 μm)。通过对三种色谱柱的考察，结果显示：Agilent Extend-C18色谱柱的双配位的键合技术，能够同时键合脂溶性化合物和水溶性化合物，1.8 μm的粒径提高了50 mm色谱柱的柱效，对31种农药的分离效果要比Agilent ZORBAX XDB-C18色谱柱和Agilent Plus-C18色谱柱好，因此选其作为分析柱。

2.3 仪器参数优化

流动相的选择对农药化合物的分离和离子化有一定的影响，为了确保31种农药残留离子化，本文选择对水、5 mmol/L乙酸胺和0.1%甲酸水溶液作为流动相进行比较，结果显示使用0.1%甲酸水溶液作为流动相能够使31种农药残留离子化效率最高，并且具有高的灵敏度，目标化合物峰形较好。

在液-质联用技术应用中，除了需要考虑目标化合物在色谱柱的分离效果外，还应当考虑化合物的离子化效率问题。本实验中31种农药残留全部使用电喷雾离子源ESI+模式，31种农药的色谱图见图1。

2.4 回收率和精密度

在土壤样品中进行0.005、0.05和0.5 mg/kg三水平加标回收试验，每一水平点做3组平行，得到结果见表3。

表3 UPLC-MS/MS测定31种农药的加标回收率和相对标准偏差(n=6)

根据表3得到31种农药的添加回收率在70%～120%之间，满足残留分析要求；RSD在0%～10%之间，能够满足日常对土壤样品中31种农药残留的检测，具有良好的稳定性和重现性。

2.3 标准曲线和及检出限

准确移取31种农药标准品储备液，分别稀释为0.001～0.5 mg/L系列标准溶液，以峰面积(y)为纵坐标，标准溶液浓度(x)为横坐标，得到标准曲线及相关系数见表4。通过将土壤样品进行提取、净化和采用UPLC-MS/MS法进行测定，根据信噪比(S/N)=3得到31种农药的检出限为0.001～0.003 mg/kg，根据S/N=10得到31种农药的定量限为0.003～0.033 mg/kg。