离子色谱法测定地下水中的草甘膦含量
2020-12-26蒋园园施雨瑶
蒋园园，施雨瑶，徐 蕾
（1.江苏省徐州环境监测中心,江苏 徐州 221000；2.南华大学核科学技术学院,湖南 衡阳 421001；3.江苏省生态环境地下水监测监控与污染预警重点实验室,江苏 徐州 221000）
0 引言
草甘膦（英文简称GLY），是一种广谱类有机磷除草剂，具有高效、低毒的特性，广泛应用于农业。由于草甘膦极性大易溶于水，不溶于有机溶剂，易与人体内的胆碱酯酶结合，可引起神经系统类疾病，严重的话会导致昏迷、中枢神经系统麻痹甚至是死亡[1]，因此建立快速检测地下水中草甘膦的方法具有重要意义。我国GB 5479—2006 《生活饮用水卫生标准》中规定饮用水中草甘膦的卫生标准限制为0.7 mg/L。
目前，文献报道水中草甘膦的分析方法主要有高效液相色谱法[2－3]、分光光度法[4]、离子色谱－质谱联用法[5]、离子色谱法[6]等。测定草甘膦主要采用的方法是高效液相色谱法，由于草甘膦化合物结构中无特征的吸收峰[7]，需要采取柱前或柱后衍生化，萃取和浓缩步骤，衍生化过程繁琐、耗时且柱后生成物不稳定，衍生试剂对人体有害[1－8]，与离子色谱法测定水中草甘膦方法过程简便易操作、快速、灵敏、准确相比，突出离子色谱法测定水中草甘膦的巨大优势。本文根据GB 5759—2006 《生活饮用水卫生标准》[9]、HJ/T 141—2018 《城镇供水水质标准检验方法》[6]和HJ 1071—2019 《水质 草甘膦的测定 高效液相色谱法》[10]的标准，选用瑞士万通940 阴离子色谱仪，运用瑞士万通英蓝样品前处理技术（MISP）和Dosino自动淋洗液配制系统开展了对地下水中草甘膦的测定方法研究，实验结果该方法自动化程度高、灵敏度高、准确性好、分离速度快、干扰少、前处理方法简单易操作。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
瑞士万通离子色谱仪（型号：940），919 IC Autosampler plus 自动进样器，色谱柱型号：Metrosep A Supp 5－250/4.0：阴离子保护柱型号：Metrosep A Supp 4/5 Guard 4.0；28509010 电导检测器：抑制器：MSMⅡ化学抑制器+MCS 二氧化碳抑制器：英蓝在线超滤装置；800 Dosino 自动淋洗液模块：FA1004电子天平(上海良平仪器有限公司)；Magic Net 3.0中文版色谱工作站；Na2CO3（日本东京nacalai tesque试药特级）；NaHCO3(日本东京nacalai tesque 试药特级)；H2SO4(国药集团化学试剂有限公司，优级纯)。
本实验所有溶液均用电阻率≥1825MΩ·m（25℃）的超纯水配制（艾科实验室超纯水机Exceed－Aa－32型），为无草甘膦的高纯水；草甘膦分析标准品，纯度99.5%（aladdin），草甘膦有证标准物质（北京坛墨质检科技有限公司）。
1.2 试验条件
色谱条件：瑞士万通940 离子色谱仪；淋洗液c（Na2CO3）∶c（NaHCO3）=6∶8，再生液为100 mmol/L的H2SO4：淋洗液流速0.80 mL/min：进样体积250 μL；柱温45℃；程序运行时间20 min；根据色谱峰的相对保留时间定性，峰面积定量。
1.3 标准溶液配制
先准确称取0.100 g 草甘膦标准品于棕色100 mL 容量瓶中，标准溶液质量浓度为1 000 mg/L。将质量浓度为1 000 mg/L 的草甘膦标准溶液稀释为10.0 mg/L 的草甘膦标准储备液。吸取0.05，0.10，0.20，0.40，1.00，2.00，4.00，10.00 mL 的草甘膦标准使用液于100 mL 容量瓶中，加去离子水稀释定容至标线、摇匀，配制成一系列不同浓度的草甘膦标准溶液，质量浓度分别为0.005，0.010，0.020，0.040，0.100，0.200，0.400，1.00 mg/L。
1.4 样品采集、保存和储藏
（1）样品采集应按照HJ/T 91 和HJ/T 164 的相关规定进行样品的采集。用棕色样品瓶采集，样品应满瓶采集。
（2）样品的保存和储藏
地下水样采集后应及时进行分析，如不能，应将样品放于0～4℃冷藏环境下避光保存，7 d 内要完成对样品的分析。
1.5 样品测定
运用瑞士万通英蓝样品前处理技术 （MISP）和Dosino 自动淋洗液配制系统对地下水样品进行分析，将含有草甘膦的标准样品色谱图与实际样品色谱图进行对比，根据保留时间定性，根据峰面积或者峰高定量。草甘膦的标准样品色谱图见图1。草甘膦的保留时间为16.50 min，峰形较好，无明显拖尾，符合正态分布。
图1 草甘膦标准样品离子色谱(质量浓度为1.00 mg·L-1)
1.6 抗干扰试验
按照GB/T 5750—2001《生活饮用水卫生规范》水质卫生规范常规项目限制要求3倍量加入地下水中常见的4种干扰阴离子，结果见图2。由图2可以看出，大于等于草甘膦3倍量的F－，Cl－，NO3－，SO42－4种阴离子均不干扰草甘膦的测定，且与草甘膦保留时间间隔较远，说明本方法有较好的选择性。
图2 草甘膦和4种常见地下水阴离子F-，Cl-，NO3-，SO42-离子色谱
2 结果与讨论
2.1 流动相浓度及流速的选择
2.1.1 流动相浓度的选择
万通940 阴离子色谱仪主要采用抑制型电导检测器测定水质中的阴离子，因此Na2CO3和NaHCO3是首选的淋洗液，在实验过程中通过改变Na2CO3和NaHCO3的浓度比例来确定检测草甘膦的最佳实验条件。本次实验中，首先固定了流动相流速0.80mL/min，尝试改变c（Na2CO3）∶c（NaHCO3）的比例，分别为0∶20，1∶18，2∶16，4∶12，6∶8，8∶4，10∶0，对比了系统压力P、草甘膦保留时间、与其它几种阴离子的分离度等条件，确定了c（Na2CO3）∶c（NaHCO3）最佳比例为6∶8，草甘膦出峰时间为16.5 min，系统柱压为13.1 MPa，很好避免了抑制器过饱和以及系统压力过大引起管路泄露的问题[11]。
2.1.2 流动相流速的选择
固定淋洗液c（Na2CO3）∶c（NaHCO3）=6∶8，改变淋洗液流速为0.60，0.65，0.70，0.75，0.80，0.85，0.90 mL/min。系统柱压大小与草甘膦在色谱柱中的保留时间见表1。实验表明，当系统流速为0.80 mL/min，淋洗液c（Na2CO3）∶c（NaHCO3）=6∶8 时，保留时间最短，柱压适中，为最佳流速，从而避免了流动相浓度和流速过大导致的基线电导过大的问题，也避免了基线电导过大引起方法检出限测定不准确的弊端[12－13]。
表1 系统、流速对柱压和保留时间的影响
2.2 方法的线性关系及方法检出限
按照上述测定草甘膦的最优实验条件，配制不同质量浓度的草甘膦标准溶液0.005，0.010，0.020，0.040，0.100，0.200，0.400，1.00 mg/L。以草甘膦标准质量浓度为横坐标，相应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线，见图3。由于在空白去离子水中未检出草甘膦，因此按照HJ 168—2010 《国家环境污染物监测方法标准制修订技术导则》 方法检出限的一般确定方法的规定，按上述测定草甘膦的最优实验条件，对浓度值为估计方法检出限值2～5倍的样品进行7次平行测定（n≥7），计算7 次平行测定的标准偏差（S），计算检出限公式为MDL=3.143S，检出限为0.002 mg/L，以检出限的4倍为方法的测定下限为0.008 mg/L。
图3 草甘膦标准曲线
2.3 准确度和精密度试验
对标准溶液为66.8 mg/L 的国家标准物有证物质草甘膦标准溶液稀释100倍平行测定7 次，计算其相对误差分别为0.30%，RSD为0.28%。对自配的草甘膦标准浓度1.00 mg/L 的标准点连续测定7 次，RSD为3.04%，说明离子色谱仪测定草甘膦的方法准确度和精密度都较高，符合GB/T 5750.4—2006标准，具体测试结果见表2。
表2 准确度和精密度测试结果
2.4 加标回收
对徐州市及市辖区的5 个点位的不同地下水水样进行加标回收测试，按本实验方法进行7 次重复测定，计算其RSD 和回收率，结果见表3。由表3可以看出，此方法的平均回收率在86.0%～96.0%，RSD 在0.510%～2.05%，表明此方法的重现性和准确度都较好，可以运用940 离子色谱仪开展对地下水中草甘膦含量的测定。
表3 样品加标回收率测试结果 mg·L－1
2.5 结果与讨论
本文运用了瑞士万通英蓝样品前处理技术（MISP）和Dosino 自动淋洗液配制系统开展了对地下水中草甘膦的测定的方法研究工作，该方法表明MISP 技术和Dosino 自动淋洗液配制系统大大提高了草甘膦检测工作的自动化程度，提高了实验室工作效率。MISP 技术在样品分析过程中展示了以下优点：①可完成对含有难过滤细小颗粒物的饮用水、地下水、地表水、工艺水、废水等样品的前处理过程；②避免样品带来的外源污染和不稳定性；③直接进样，在线分析。该方法采用Dosino 自动淋洗液配制系统有效避免了淋洗液配制过程中的手工误差、试剂氧化、不确定因素导致的错误的定性和定量分析，提高了分析数据的准确性和工作效率。
3 结论
本文通过优化实验条件，选用了抗干扰能力好且分离度较好的Metrosep A Supp 5-250 阴离子分离柱，采用瑞士万通英蓝样品前处理技术（MISP）和Dosino 自动淋洗液配制系统，选用最佳优化实验条件c（Na2CO3）∶c（NaHCO3）=6∶8 作为淋洗液，流速为0.80 mL/min，进样量为250 μL，检出限为0.002 mg/L，完全满足CJ/T 141—2018《城镇供水水质标准检验方法》标准要求，可以实现全程序自动化大规模地开展地下水中草甘膦的检测工作。
