离子色谱法测定土壤中草甘膦的提取溶液选择

童彩环，秦海芝，万喜喜

(宁波市华测检测技术有限公司，浙江 宁波 315000)

草甘膦是一种非选择性的广谱除草剂，自上市以来，在我国范围内得到广泛应用[1]。与其他农药不同，草甘膦具有3种极性官能团(氨基、磷酸和亚基)，易被土壤中的有机物、矿物质和金属离子吸附[2-3]。草甘膦在多种土壤中降解半衰期从几天到几个月甚至几年不等[4-5]，从而延长了其向农作物、地下水和地表水中转移的风险期[6-8]。因此，有必要对土壤中残留的草甘膦进行精确测定，以便预测其对周围环境的潜在影响。草甘膦是一种多元酸，在pH值为4.00～14.00 的条件下，以阴离子的形式存在，不溶于有机溶剂，缺乏荧光团和发色团，采用气相色谱法、气相色谱-串联质谱法、高效液相色谱法、高效液相色谱-串联质谱法、紫外-可见分光光度法等方法进行分析时须进行复杂的衍生过程[7-9]，相比之下，离子色谱法可避免复杂的衍生过程，直接对样品进行分析，虽然其不适用于部分食品中草甘膦的分析，但可用于大量的土壤样品检测[10-12]。

目前，用于提取土壤中草甘膦的溶剂主要有水、磷酸、碱(氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、硼酸钠、磷酸二氢钾)和混合溶液(四硼酸钠和磷酸钾溶液、磷酸钠和柠檬酸三钠水溶液)等[9，13-15]，其中多数不能适用于离子色谱法。现选择我国较典型的辽宁棕壤、河南黄潮土、四川紫色土、湖北水稻土、江西红壤、广东水稻土、黑龙江黑土、新疆灰钙土、陕西黄绵土和安徽潮土10种土壤作为样品，以水和氢氧化钠(NaOH)(pH值=9.00～14.00)作为提取液，采用离子色谱法对草甘膦进行分析，以期为不同类型的土壤中草甘膦提取液的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 土壤样品

选用辽宁棕壤、河南黄潮土等10种我国较为典型的土壤样品，认定机构为中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所和农业部全国农业技术推广服务中心，其基本理化性质见表1。

表1 实验土壤理化性质

1.2 仪器与试剂

仪器：ICS-1100型离子色谱仪(美国Dionex公司)；L550型高速离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司)；SB25-12DT型超声波清洗机(宁波新芝生物科技股份有限公司)；FiveEasy PlusTMFE28型 pH计[梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司]。

试剂：草甘膦标准品(1 000 mg/L，分析纯，美国O2si公司)；实验用水均为去离子水。

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理

准确称取5.0 g土壤样品(精确至0.01 g)于50 mL具塞聚乙烯离心管中，加入30 mL提取液，充分振荡5 min，超声提取30 min，以4 000 r/min离心20 min，将上清液转移至另一支离心管中，用水定容至50 mL，经0.22 μm一次性水系微孔滤膜针筒过滤器过滤。当样品中氯离子、硫酸根离子和有机物浓度过大影响测定时，还须经Ag柱、Ba柱和C18柱进行预处理。

1.3.2 仪器条件

IonPac AS11-HC分析柱(4 mm×250 mm)，IonPac AS11-HC保护柱(4 mm×50 mm)，AERS-4 mm阴离子电化学抑制器，均购自美国戴安公司；抑制电流：75 mA；柱温：35 ℃；NaOH淋洗液浓度：30 mmol /L；洗脱方式：等度洗脱；进样方式：自动进样；流量：1.5 mL/min；定量环进样量：250 μL；单个样品的运行时间：15 min；检测方式：电导检测；定量方式：峰面积定量。

2 结果与讨论

2.1 以水作为提取液

以水作为提取液对10种土壤样品进行分析和加标回收实验，在10种土壤样品中均未检出草甘膦，加标实验结果见表2。由表2可见，新疆灰钙土和四川紫色土(石灰性紫色土)的加标回收率最高，分别为90%和79%，而其他土壤的加标回收率均<60%，其中辽宁棕壤、湖北水稻土、江西红壤、广东水稻土和黑龙江黑土的回收率均<10%。

表2 以水作为提取液时草甘膦加标回收实验结果(n=3)①

由以上实验可知，pH值较大的土壤其回收率相对较高，pH值<8.00的土壤其回收率均<10%，这与已有的研究结果一致。Druart等[16]研究发现，当土壤样品pH值=8.387时，采用水作为提取液效果较好；Gill等[9]研究发现，当土壤样品pH值=8.70～9.50时，采用水作为提取液效果较好；刘拉平等[17]研究发现，当土壤样品pH值分别为6.80，7.99和7.97时，采用水作为提取液其回收率=14%。Gimsing等[18]认为土壤的pH值似乎是决定土壤吸附草甘膦的量的唯一重要因素，而其他因素如有机质、黏土含量和黏土组分对草甘膦的吸附没有影响。但陕西黄绵土的pH值比四川紫色土和河南黄潮土大，回收率却较低，可见以水作为提取液时，除土壤pH值外，土壤中其他因素也会影响草甘膦的浸出。

根据影响草甘膦吸附的3个主要因素(土壤pH值、有机质和阳离子交换量)，通过R语言进行相关性分析，得到公式(1)，R2=0.748 4，调整后R2为0.622 6。

提取率=19.659 4(pH土-pH提取液)-0.274 9×OM-0.993 0×CEC+50.385 4

(1)

式中：pH土——土壤的pH值；pH提取液——提取液的pH值；OM——有机质的质量分数，g/kg；CEC——阳离子交换量，cmol/kg。

2.2 以NaOH溶液作为提取液

因多数土壤的pH值=4.00～9.00，所以选择pH 值=9.00～14.00的NaOH溶液作为提取液，加标实验结果见表3。

表3 以NaOH作为提取液时草甘膦加标回收实验结果(n=3)①

由表3可见，随着提取液pH值的升高，10种土壤样品的回收率出现了不同程度的升高，且每种土壤出现较大回收率(≥80%)所需提取液的pH值各不相同，其中新疆灰钙土和四川紫色土在提取液pH值=9.00时，开始出现较高的回收率(91%和80%)，河南黄潮土在提取液pH值=10时，开始出现较高的回收率(82%)，陕西黄绵土在提取液pH值≈12.60时，才开始出现90%的回收率，其余所测土壤在提取液pH值=12.00时，均达到85%～98%的回收率。随着提取液pH值的升高，自身pH值较小的土壤回收率变化幅度较大，江西红壤变化最大。

所测土壤一旦达到较大的回收率，随着提取液pH值的进一步提高，回收率也不会出现下降的现象。Gimsing等[18]、WANG等[19]、杨宏伟等[20]和Zhou等[21]研究发现，不同土壤在pH值=6.00～8.00，1.00～12.00，3.00～9.00和2.00～10.00的条件下，草甘膦的吸附量与pH值呈负相关，这与杨宏伟等[20]发现pH值=9.10的杭锦2号土壤在提取液pH值=3.00～9.00时，回收率先增大后减小的结论不同。因为本实验所用提取液pH值均>土壤pH值，没有出现类似的现象。

通过R语言进行相关性分析，得到公式(2)，R2为0.646 4，调整后R2为0.614 9。

提取率=19.468 6×pH提取液+12.148 9×pH土+0.239 9×OM-0.679 7×CEC-228.855 1

(2)

但当提取液pH值从12继续上升时，随着样品中其他各离子提取量的增加，会影响草甘膦的分离，以pH值=12.0～13.0的1.0 g/L(pH值≈12.40)，1.5 g/L(pH值≈12.60)和2.5 g/L(pH值≈12.80)的NaOH溶液为提取液，不同土壤的色谱图见图1(a)(b)(c)。由图1可见，当提取液的质量浓度为1.5 g/L时，部分土壤样品中草甘膦的分离度开始受影响，至提取液为2.5 g/L时，多数土壤样品中草甘膦的分离均受影响。杨健等[11]发现使用1%的氢氧化钾作为提取液，提取后干扰较多，不适用于草甘膦的提取。其他研究也表明，高浓度的碱(pH值>13.00)作为提取液对草甘膦的提取也存在干扰[16，22-23]，所以提取液的pH值应选择能达到较高提取率的最小pH值为宜。

图1 不同pH值的NaOH提取液用于多种土壤样品提取的离子色谱图

3 结语

以水和NaOH(pH值= 9.00～14.00)作为提取液对10种土壤样品中草甘膦进行加标回收实验。其中石灰性紫色土和灰钙土以水为作为提取液可获得较高的提取率，但其他土壤，尤其是pH值<8的土壤其提取率较低。采用pH值=9.00～14.00的NaOH作为提取液，随着提取液pH值的提高，土壤的回收率随之提高，一旦到达较大提取率，随着pH值的升高，回收率不会继续提高，但干扰会增多。因此针对不同土壤的理化性质，可以参考回收率相关性分析选择适合的提取液。