气相色谱-质谱法测定水-沉积物系统中13种拟除虫菊酯类农药

何 健, 豆叶枝, 李菊颖, 余 佳, 张悦清,曹 莉, 许 静, 孔德洋

(生态环境部 南京环境科学研究所，国家环境保护农药环境评价与污染控制重点实验室，南京 210042)

拟除虫菊酯类农药具有活性较高、易于降解和低毒广谱等特点，广泛用于渔业生产[1-3]。随着其大量使用，会对生态环境造成污染[4-5]。研究表明：拟除虫菊酯类农药在进入水体后会直接进入水生生物的皮肤和血液中，导致组织病变，并且干扰神经传导[6]。随着拟除虫菊酯类农药在水-沉积物系统中的不断富集，可能会对生态环境和人体健康造成危害[7]。故拟除虫菊酯类农药在水-沉积物系统中的残留情况需引起重视。

目前，关于拟除虫菊酯类农药残留的分析方法主要集中在食品领域，关于水-沉积物系统的分析方法较少[8]。水中拟除虫菊酯类农药的前处理方法有液-液萃取和固相萃取等，但由于液-液萃取容易对环境造成二次污染，且不适合分析复杂、量大的实际水样。固相萃取法适用于水量较大的实际样品，且该方法可以将农药的萃取、浓缩等多种功能汇集于一体，从而提升萃取效率[9]。钟陶陶[10]采用固相萃取法提取地表水中3种常见菊酯类农药，结果显示，使用氨基柱对水样进行净化富集时，回收率良好且灵敏度较高。因此本研究选择固相萃取法提取水体中的拟除虫菊酯类农药。常用的沉积物中拟除虫菊酯类农药的前处理方法有固液萃取、索式提取、微波萃取和加速溶剂萃取法等，其中加速溶剂萃取法具有提取效率高、消耗溶剂少和污染小等特点[11-13]，因此本研究采用加速溶剂萃取法提取沉积物中拟除虫菊酯类农药。

本研究在上述前处理方法基础上，建立了气相色谱-质谱法（GC-MS）测定水-沉积物系统中13种拟除虫菊酯类农药，旨在为评价水-沉积物系统环境安全提供基础依据。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

气相色谱-质谱联用分析仪 (Agilent 7890A-5975C，美国Agilent公司)；快速溶剂提取仪(ASE 350，美国DIONEX公司)；旋转蒸发器 (R-205，瑞士Bϋchi公司)；氮气浓缩仪 (N-EVAP112，美国Orgamonation Associates公司)；均质器(T25，德国IKA公司)；振荡器 (SA 300，日本Yamato公司)；冷冻干燥仪 (CTFD-18S，青岛永合创信公司)。

13种拟除虫菊酯标准品 (Dr. Ehrenstorfer)；内标物 (菲-d8、苝-d12、13C-PCB209) (AccuStandard公司)；正己烷、甲醇、丙酮、二氯甲烷和乙酸乙酯 (色谱纯，德国默克公司)；Sep-Pak Vac C18柱(6 mL，500 mg，美国Waters公司)；Oasis HLB小柱 (6 mL，200 mg，美国Waters公司)；硅藻土、弗罗里硅土 (国药集团)。

1.2 检测条件

色谱条件：DB-5MS毛细管色谱柱 (30 m ×0.25 mm，0.25 μm，美国Agilent 公司)；流速1.0 mL/min；进样口温度290 ℃；进样量1 μL；柱温升温程序：80 ℃保持2 min，然后以20 ℃/min升温至180 ℃，再以10 ℃/min升温至290 ℃，保持5 min。

质谱条件：电子轰击离子源 (EI) 能量70 eV；离子源温度230 ℃；接口温度280 ℃；选择离子扫描 (SIM) 模式；碰撞气压力为氩气 (200 kPa)。

1.3 标准溶液配制

拟除虫菊酯类农药标准溶液配制：分别取13种拟除虫菊酯标准品各1 mL于100 mL容量瓶中，用正己烷配制成质量浓度为1 mg/L的标准储备液，于2～4 ℃冷藏备用。

内标物溶液配制：分别取适量内标物至50 mL容量瓶中，用正己烷配制成10 mg/L的内标混合溶液。

1.4 样品提取方法

1.4.1 水样提取方法 依次用二氯甲烷、乙酸乙酯和甲醇各5 mL活化C18固相萃取柱。1 000 mL水样中加入10 mL甲醇，上样，富集完成后用10 mL水淋洗，氮吹30 min，分别用5 mL二氯甲烷和5 mL乙酸乙酯洗脱；收集洗脱液并氮吹至近干时，立即用少量二氯甲烷冲洗管壁，加至浓缩管的2～3 mL处，氮吹，该步重复2～3次。加入50 μL内标混合溶液，定容至1 mL，待GC-MS分析。

1.4.2 沉积物样品提取方法 将沉积物平铺于物料盘，放入冷肼中，打开冻干机预冻1 h左右，开启真空计和真空泵开始冻干样品，待样品冻干后取出待用。称取5 g硅藻土于34 mL萃取池中，再准确称取10 g冻干后的样品和5 g弗罗里硅土，在研钵中混合均匀，置于萃取池中的硅藻土上层。采用V(正己烷) :V(丙酮) = 1 : 1混合溶剂，于80 ℃下预热5 min，静态提取8 min，压强10 MPa，循环2次，用溶剂快速冲洗样品，氮气吹扫收集全部提取液。提取结束后，转入浓缩瓶中，氮吹浓缩并过0.22 μm有机滤膜，加入50 μL内标混合溶液，定容至1 mL，待GC-MS分析。

2 结果与分析

2.1 质谱参数优化

通过样品中目标物与标准系列中目标物的保留时间、质谱图、碎片离子质荷比及其丰度等信息比较，对目标物进行定性。在目标物定性判断的基础上，根据定量离子的峰面积，采用内标法定量。优化后的各化合物质谱参数见表1，典型标准谱图见图1。

表1 目标化合物的保留时间、定量离子及定性离子Table 1 MS parameters for pyrethroids

2.2 水样前处理方法优化

2.2.1 固相萃取柱的选择 在上样速率5.0 mL/min的条件下，比较了HLB和C18固相萃取柱对目标化合物的萃取效率。由图2A可以看出：当采用C18柱时，13种拟除虫菊酯类农药的回收率为86%～93%，当采用HLB柱时回收率为71%～76%，因此本试验选择C18固相萃取柱对水样进行提取。

2.2.2 上样速度的选择 大量水样如果直接通过C18固相萃取柱，会影响目标物提取效果，随着水样量的加大，萃取效率会降低。因此，在对水样固相萃取前，按一定比例加入甲醇，可以有效保证活化性能，试验结果表明效果良好。由于环境水样中菊酯类农药的浓度一般很低，所需富集水样量大，故水样过柱是前处理过程中耗时最长的一步，因此本研究对上样速度进行了优化。选择C18固相萃取柱，将1 000 mL水样分别以3.0、5.0、8.0和10.0 mL/min的流速上样。结果 (图2B)发现：当流速为3.0 mL/min和5.0 mL/min时样品回收率较高，当流速为8.0 mL/min时回收率较低，当流速为10.0 mL/min时回收率最低，原因是流量过快导致各组分与吸附剂不能有效接触，没有得到有效分离，从而导致回收率降低。综合考虑萃取回收率和时间，最终选择上样速度为5.0 mL/min。

2.3 沉积物前处理方法优化

2.3.1 提取溶剂的选择 选择正己烷和丙酮进行提取。通过比较单一溶剂和混合溶剂的提取效果发现：正己烷提取效率太低，而丙酮由于极性大，会将样品中杂质一同提取出来，干扰峰太多。分别选用V(正己烷) :V(丙酮) = 9 : 1、8 : 2、7 : 3和5 : 5混合后进行提取。由图3A可知：当用V(正己烷) :V(丙酮) = 5 : 5混合溶剂提取时，13种拟除虫菊酯的回收率最高，故萃取溶剂选择V(正己烷) :V(丙酮) = 5 : 5。

2.3.2 提取时间的选择 比较了5、8、l0和15 min不同提取时间下13种拟除虫菊酯类农药的回收率。由图3B可知：随提取时间延长，13种拟除虫菊酯类农药的提取率升高，但除5 min处理外，各处理间差异不明显，考虑到节约时间和成本，故提取时间设定为8 min。

2.3.3 提取温度的选择 研究了40、60、80和100 ℃不同提取温度对萃取效率的影响。由图3C知：拟除虫菊酯类农药的提取率在40 ℃时最低，100 ℃时与80 ℃时相当，从节约成本角度考虑，选择提取温度为80 ℃。

2.4 方法的线性范围、检出限和定量限

采用内标-校准曲线法定量，用空白样品提取液配制一定浓度系列的基质匹配标准溶液。由表2可知：13种拟除虫菊酯类农药在一定浓度范围内线性关系良好。根据3倍信噪比确定检出限(LOD)，定量限 (LOQ) 为最低添加浓度。结果表明：13种拟除虫菊酯类农药的LOD为1.0～7.0 μg/L，在水中的LOQ为0.50 μg/L，在沉积物中的LOQ为5.0 μg/kg。

表2 目标化合物的线性范围、决定系数及检出限Table 2 Standard calibration curves, correlation coefficients, and LOD of 13 pyrethroids

2.5 方法的准确度与精密度

向空白水样和沉积物中分别添加13种拟除虫菊酯类农药的混合标准溶液。水样中添加水平分别为0.50、5.0和50 μg/L；沉积物中添加水平分别为5.0、10和50 μg/kg。将添加后的样品静置30 min，待农药被样品充分吸收后，按1.4节的方法进行处理，每个水平重复6次。由表3可知：13种拟除虫菊酯类农药在水样中的添加回收率为83%～104%，相对标准偏差 (RSD) 为0.73%～6.8%；在沉积物中的添加回收率为73%～92%，RSD为0.63%～5.3%，表明该方法精密度和准确度良好。

表3 13种拟除虫菊酯类农药在水和沉积物中的添加回收率及相对标准偏差 (n = 6)Table 3 Recoveries and RSDs of 13 pyrethroids in water and sediment (n = 6)

2.6 实际样品测定

选择在南京市固城湖大湖区采集9个点位的水样和沉积物样品，采用建立的气相色谱-质谱法测定水-沉积物系统中13种拟除虫菊酯类农药。由表4可知：11种组分部分检出，检出率为22%～100%，水中高效氯氟氰菊酯的检出量最高，为12 μg/L；沉积物中联苯菊酯的检出量最高，为60 μg/kg。我国目前尚无沉积物中拟除虫菊酯类农药的区域筛选值标准，Tang等[14]研究了全球环境中拟除虫菊酯类农药残留情况。结果表明，全球地表水中共检测出23种拟除虫菊酯类农药，其中中国共检出16种，其他国家和地区检出11种，且全球地表水中拟除虫菊酯类农药浓度最高达13 000 μg/L；沉积物中共发现13种拟除虫菊酯类农药，其中中国检出8种，其他国家和地区检出13种。总体上，沉积物中拟除虫菊酯类农药的含量高于地表水中，最高含量达3.76 × 105μg/kg。与之相比，本研究采集的水-沉积物样品中拟除虫菊酯类农药的检出浓度处于较低水平。

表4 实际样品中拟除虫菊酯类农药测定结果Table 4 Determination results of pyrethroid pesticides in actual samples

3 结论

本研究通过优化前处理参数以及气相色谱-质谱法检测条件，建立了水-沉积物中13种拟除虫菊酯类农药的分析方法。该方法具有快速、简便、灵敏度高、重现性好，以及准确度高和精密度好等优点，可用于水-沉积物系统中拟除虫菊酯类农药的环境监测。