全自动固相萃取-气相色谱质谱法监测地表水中的5种有机磷类农药残留量

安 静

(海东市环境监测站,青海 海东 810699)

0 引 言

我国是农药使用及生产大国，每年农药使用量在60万吨左右，据统计，实际起作用的农药约占10%～20%，大约75%以上直接进入环境中；大部分农药由于其高毒性、难降解性、高稳定性而易于在环境和生物体内富集，有机磷类农药属于有机磷酸酯类化合物，是我国目前应用最为广泛的杀虫剂，在保护农作物的同时，大部分残留在土壤、空气和地表水中，大量有机磷农药随着水系统的循环而进入地表水中，从而造成地表水中有机磷类农药污染，然而生产和使用的有机磷类农药大多数属于高毒性或中等毒性农药，人和牲畜误食后，容易造成急性中毒等症状，严重危害人类的生存环境和身体健康[1-5]。

由于地表水中有机磷类农药残留浓度很低，对地表水中残留的农药一般在前处理都需要进行分离、富集预处理[6-9]；固相萃取技术[10-12]是近年来发展逐步成熟的前处理方法，具有富集目标物、剔除干扰物、提高检测灵敏度等优点，传统的液液萃取，前处理过程冗长，试剂用量大，对实验人员身体造成影响；凝胶净化色谱萃取，仪器价格贵、实验成本高，不利于方法的推广应用；本实验建立一种利用全自动固相萃取提取、净化地表水中5种有机磷类农药，GC-MS法[13-15]定性定量检测的分析方法。鉴于水作为基质外标法与内标法对检测结果影响不是很大，本文选择外标法定量。和其他方法相比，本文所建立的全自动固相萃取结合气相色谱串联质谱技术具有前处理简单、检出限低、环境污染小、定性定量结果准确等优点，适用于地表水中有机磷农药的监测。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

仪器：QP-2020型气相色谱质谱联用仪（日本岛津）；HP-5MS石英毛细管色谱柱（美国安捷伦）；DSY-VI型氮吹仪（北京东方精华苑）；电子天平：BSA-224 型（德国赛多利斯）；horizon SPE-DEX4790型全自动固相萃取仪（美国horizon公司）；H205 R型台式高速冷冻离心机（湖南湘仪）；Milli-Q型纯水仪（美国 Milli Pore）；Florisil固相萃取柱：容量为 500 mg/6 mL（上海安谱）；C18 柱，容量 500 mg/6 mL（天津博纳艾杰尔）；HLB(Hydrophile Lipophilic Balance)固相萃取柱，500 mg/6 mL（天津博纳艾杰尔）。

试剂：对硫磷、甲基对硫磷、马拉硫磷、内吸磷、乐果标准溶液：浓度为100 μg/mL（农业部环境保护科研监测所）；丙酮、乙酸乙酯、甲醇、环己烷：均为色谱纯（美国TEDIA公司）；氢氧化钠、盐酸：分析纯（国药化学试剂有限公司）。

1.2 溶液配制

标准曲线溶液：分别准确吸取100 μg/mL的对硫磷、甲基对硫磷、马拉硫磷、内吸磷、乐果标准溶液各1 mL到10 mL容量瓶中，用丙酮溶解并定容至刻度，得到 10 μg/mL 混标液；精密移取 10 μg/mL混标液适量，配制浓度分别为 0.02，0.05，0.1，0.2，1.0，2.0 μg/mL的系列标准曲线溶液，用丙酮定容至刻度，摇匀。

1.3 仪器工作条件

色谱参数，进样口温度：230 ℃；检测器温度：260 ℃；色谱柱：HP-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技）； 柱流量：1.8 mL/min；载气：高纯氦气（纯度：99.999%）；恒流模式；升温程序：初始温度 60 ℃，保持 2 min，以 20 ℃/min 升至 180 ℃，保持 6 min；再以 15 ℃/min 升至 280 ℃，保持 12 min；进样方式：不分流进样；进样体积：1.0 μL。

质谱参数，离子源：EI源；轰击能量：70 eV；离子源温度：240 ℃；接口温度：270 ℃；碰撞气：氩气（纯度：99.999%）；溶剂延迟时间：2.5 min；检测方式：离子监测模式，MRM(多反应监测)。

1.4 样品处理

样品预处理：采集地表水样 2 000 mL，放入棕色玻璃试剂瓶中静置、过夜。将上清液用0.45 μm滤膜过滤。为防止水样的酸碱度对待测农残的稳定性产生影响，预先将过滤后的水样用酸（0.1 mol/L的盐酸）或碱（0.1 mol/L的氢氧化钠）调至近中性。

样品富集：依次用 10 mL 甲醇、10 mL 甲醇∶丙酮（V甲醇∶V丙酮=1∶3）溶液活化固相萃取柱；再取预处理好的地表水样品500 mL，以流量为12 mL/min的速度过固相萃取柱；然后用20 mL甲醇：丙酮（V甲醇∶V丙酮=1∶3）洗脱，合并收集洗脱液；洗脱液于氮吹仪（50 ℃）吹至近干，用丙酮定容至 1 mL，即得。

2 结果与讨论

2.1 质谱参数的确定

选择10 μg/mL对硫磷、甲基对硫磷、马拉硫磷、内吸磷、乐果的混合标准储备液，采用全扫描模式进行扫描，得到5种农药的母离子。对母离子进行碎片离子扫描，同时，不停变换碰撞能量优化电压，以便获得较高的灵敏度。选择响应最高的一对离子作为定量离子对，再选择2对离子作为定性离子对。同等实验条件下，水样品中待测物质的色谱保留时间与标准工作液相同，且在所选离子对均出现,与标准品对应离子的丰度比值在允许范围内则可判定样品中存在某种农药。以排除假阳性样品的存在。5种农药的保留时间及相应离子见表1。

表1 5种农药的保留时间和监测离子

2.2 固相萃取柱的选择

固相萃取是样品通过萃取柱，待测物被吸附到小柱的固定相上，然后用溶剂将待测物洗脱下来进行分析。萃取中选择的固定相的种类是影响萃取结果的重要因素。本文分别选择萃取柱固定相类型分别为C18柱、Florisil柱和HLB柱来考察5种农残的萃取效果。结果表明，C18柱萃取时5种有机磷类农药回收率均偏低，Florisil柱萃取时，对色素的净化较好，但得到的回收率也不高。HLB固定相萃取时净化效果好，且各农药的回收率均大于85%。原因可能是HLB基于PVB的聚合物填料，而C18是硅胶基的硅烷化填料，Florisil柱填料主要为弗罗里矽土，后两种填料对有机磷的吸附较大，从而导致回收率偏低。具体检测结果见表2。因此，本文选择HLB柱作为萃取5种农药的萃取柱。

表2 不同萃取柱的回收率结果

2.3 洗脱溶剂的选择

洗脱溶剂是用于将吸附在萃取柱上的目标待测物洗脱下来。洗脱溶剂的选择至关重要，它直接决定样品的净化程度和待测物的洗脱效果。丙酮、乙酸乙酯、甲醇、环己烷是常用的洗脱溶剂。本实验对该4种洗脱溶剂均做了测试。乙酸乙酯萃取时共提取物较多，有干扰峰；环己烷提取时5种有机磷的回收率均较低；丙酮作为洗脱溶剂净化效果好，而甲醇作为洗脱剂洗脱效果好且速度较快。用丙酮与甲醇的混合溶剂萃取结合了各自的优点，且回收率也比单个溶剂回收率高，详见表3。因此本文最终选择甲醇∶丙酮（V甲醇∶V丙酮=1∶3）的混合溶剂作为最终的洗脱溶剂。

表3 不同溶剂萃取的回收率结果

2.4 线性范围及检出限

取1.2项下配制的标准曲线溶液，待仪器稳定30 min后，按照1.3色谱质谱条件进行分析。以5种农药的质量浓度为横坐标,峰面积响应值为纵坐标,做线性方程。以3倍信号与噪声比（S/N）计算农药的检出限。典型标准谱图如图1所示，农药线性范围、线性方程、相关系数、方法检出限见表4。

图1 5种有机磷农药标准谱图

由表4可以看出，5种农药在0.02～2.0 μg/mL线性范围内呈良好的线性关系，相关系数均大于0.995，且灵敏度高，农药检出限均在 0.008～0.018 μg/mL范围内。

表4 5种农药线性范围、线性方程、相关系数及检出限

2.5 回收率和精密度测试

取地表水水样500 mL，定量加入5种农药残留的混标液，在标准线性浓度范围内选择低（0.05 μg/mL）、中（0.1 μg/mL）、高加标量（1 μg/mL）3 个不同浓度点考察加标回收结果。典型的样品加标谱图及样品测试谱图分别如图2与图3所示。可以看出，5种有机磷农药分离度良好；水作为基质其所含物质对目标物检测基本无干扰,水样中5种有机磷农药成分未检出。按照1.4处理样品，每个浓度水平的加标样品平行进样6次，考察精密度6次测定结果的相对标准偏差。 具体检测结果见表5。由表5 可以看出，5种农残3个浓度点的加标回收率在82.7%～94.8%之间，方法精密度RSD在1.62%～4.26%之间，表明该方法准确度和精密度高，符合分析测试的要求。

图2 样品加标谱图

图3 样品测试谱图

表5 加标回收和精密度测试结果（n=6）

2.6 重复性测定

精密量取饮用水样品500 mL，加入一定量混和标准储备溶液,使5种农药的最终浓度为0.1 μg/mL按照1.4平行处理6份水样，按照1.3仪器参数设定好仪器，待仪器基线信号稳定后进样色谱质谱系统。计算6份样品检测结果的相对标准偏差，具体检测结果见表6。 由表6可以看出：5种有机磷农药6次重复性测定结果RSD ＜ 5%，表明方法重复性较好。

2.7 实际样品的测定

抽取本地区水库蓄水5份，农田水5份，小河水5份，运用本文建立的方法对5种有机磷残留进行检测。结果显示：水库水和小河水中5种有机磷农药均未检出；农田水中有两份水样分别检出马拉硫磷和内吸磷，但结果均在检出限以内。说明本地区饮用水未受到污染，但是仍要注意预防农田水的污染情况。

表6 重复性试验结果

3 结束语

本文利用固相萃取技术，建立全自动固相萃取-气相色谱质谱法监测地表水中的5种有机磷类农药残留量的检测方法。文中对多反应监测（MRM）模式相关质谱参数进行了优化，对固相萃取柱和萃取溶剂的选择进行了讨论。比较了3种固相萃取柱5种有机磷农药测定的影响；考察了方法的线性、检出限、回收率与精密度、重复性等参数。结果表明，该方法线性范围良好，方法的精密度与重复性测试结果均小于5%，回收率测试中5种农药的平均回收率均在82.7%～94.8%，该方法灵敏度高、选择性好、检测结果准确，满足分析测试的要求，自动化程度高，适用于地表水中有机磷农药的监测。