附蒸发光散射检测器的高效液相色谱法测定水溶性肥料中3种季铵盐类植物生长调节剂的含量

2022-04-24陈建波黄兰淇占绣萍赵莉

理化检验-化学分册 2022年3期

陈建波,黄兰淇,马琳,占绣萍,赵莉

(上海市农业技术推广服务中心,上海 201103)

植物生长调节剂对我国农业可持续发展具有较大的促进作用,我国已登记在册的植物生长调节剂有40多种,相关产品有800多种,适用的农作物有大豆、玉米、水稻、蔬菜、瓜果等[1]。相关生产企业在准入前需要取得农药登记证,相较于肥料登记,农药登记资质要求及成本高、周期长,登记难度大。为了降低成本、扩大使用范围,部分水溶性肥料生产企业会在产品中违法添加植物生长调节剂,如矮壮素、甲哌鎓等,这类产品未经试验验证,可能使农作物产生药害、残留超标等风险。因此,有必要对水溶性肥料中的植物生产调节剂含量进行监控。

水溶性肥料中植物生长调节剂的测定方法有液相色谱法[2]、液相色谱-串联质谱法[3-5],但上述方法的测定目标物中未包含矮壮素、甲哌鎓、氯化胆碱。此外,高效液相色谱-串联质谱法仪器昂贵,维护费用较高,一般的常量分析实验室不具备相应的分析条件。文献[6-7]中采用化学滴定法测定产品中矮壮素和甲哌鎓的含量,但该方法无法对3种化合物同时进行分离和测定,具有一定的局限性。还有文献采用液相色谱-串联质谱法[8-10]、离子色谱法[11]、生物传感器法[12]、毛细管电泳法[13]及拉曼光谱法[14]测定农产品中氯化胆碱、矮壮素、甲哌鎓的含量。液相色谱-串联质谱法的灵敏度高、可靠性强,但仪器昂贵、维护费用高;离子色谱法适用于在水中完全电离的化合物,操作简单、快速,但灵敏度偏低;生物传感器法专一性强,但无法同时检测多种化合物,在稳定性和重复性方面还需要提高;毛细管电泳法具有分离效率高、快速、样品用量少等优点,但目前缺乏灵敏度高的检测器;拉曼光谱法检测成本低,但由于仪器不够普及,不适合常规检测。另外,上述方法其研究对象为农产品,而非水溶性肥料。

矮壮素、甲哌鎓、氯化胆碱3种植物生长调节剂属于季铵盐类化合物(结构见图1),在溶液中以离子形式存在,在常规色谱柱上保留效果较差,且不能被紫外检测器检测[4-5]。而蒸发光散射检测器(ELSD)不同于液相色谱法的紫外检测器,与被测物官能团和光学性质无关,且受温度、梯度洗脱等试验条件的影响较小,适用于无紫外吸收、低挥发物质的检测[15],已广泛应用于单糖与二糖[16]、甜味剂[17]等化合物的检测,但尚无在水溶性肥料中测定氯化胆碱、矮壮素、甲哌鎓含量的报道。鉴于此,本工作采用强阳子交换色谱柱分离水溶性肥料中的氯化胆碱、矮壮素和甲哌鎓,用附ELSD的高效液相色谱法测定其含量,该方法无需复杂前处理过程,用水提取后即可直接测定,方法简单、快速、准确,能够满足水溶性肥料样品中3种植物生长调节剂的测定要求。

图1 氯化胆碱、矮壮素和甲哌鎓的结构Fig.1 Structures of choline chloride,chlormequat and mepiquat chloride

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 1260 型高效液相色谱仪,配Agilent 1260 infinity型ELSD 及Agilent Open Lab色谱工作站;Milli-Q 型超纯水纯化系统;2300T 型超声振荡器;AL204AL 型电子天平;TDL-5-A 型离心机;S220型pH 计。

混合标准储备溶液:1 000 mg·L－1,取约0.025 g(精确至0.000 1 g)各标准品,加入20 mL水,超声溶解1 min,用水定容至25 mL,配制成质量浓度为1 000 mg·L－1的混合标准储备溶液。其他所需质量浓度均由此溶液用水逐级稀释制得。

混合标准溶液系列:分别移取0.5,1.0,2.0,3.0,5.0 mL混合标准储备溶液,用水逐级稀释,配制成20,40,80,120,200 mg·L－1混合标准溶液系列。

氯化胆碱、矮壮素标准品的纯度均为99.0%,甲哌鎓标准品的纯度为96.1%;三乙胺、乙腈均为色谱纯;乙酸、乙酸铵均为分析纯;试验用水为超纯水。水溶性肥料采自某农资市场,共40批。

1.2 仪器工作条件

CNWSIL SCX COLUMN 强阳离子交换色谱柱(250 mm×4.6 mm,5μm),孔径为30 nm;柱温40 ℃;流动相为体积比90∶10的0.4%(体积分数,下同)三乙胺溶液(乙酸调节pH 至6.0)和乙腈的混合溶液,等度洗脱;流量1.0 mL·min－1;进样量20μL。ELSD 蒸发温度80 ℃,雾化温度80 ℃,雾化器流量1.8 L·min－1,增益值8。

1.3 试验方法

取1.0 g水溶性肥料样品,加入80 mL水,超声溶解10 min,冷却至室温,用水定容至100 mL,过0.22μm 滤膜,滤液按照仪器工作条件测定。如果样品中目标化合物含量较高,超过了线性范围,需要对样品进行适当稀释后再进样测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

在优化的试验条件下,质量浓度为100 mg·L－1混合标准溶液的色谱图见图2。

图2 混合标准溶液的色谱图Fig.2 Chromatogram of the mixed standard solution

由图2可知,氯化胆碱、矮壮素和甲哌鎓的色谱峰峰形对称,能达到很好分离。

2.2 流动相条件的选择

由于难挥发性盐会严重污染ELSD,应选择挥发性盐作为水相的添加剂,试验考察了水相分别为3.0 g·L－1乙酸铵溶液和0.4%三乙胺溶液时对3种植物生长调节剂分离效果的影响。结果显示,当使用3.0 g·L－1乙酸铵溶液时,目标化合物洗脱困难,色谱峰拖尾现象严重,峰形较差,而以0.4%三乙胺溶液作水相时,背景值降低,色谱分离效果较好。基于文献[18]可知,相对于乙酸铵,三乙胺更易与色谱柱中硅胶微粒上键合的磺酸基结合,从而能更快地将目标化合物从色谱柱上洗脱下来,因此试验选择以三乙胺作为水相中的添加剂。

为了提高分离效率,试验还优化了水相中三乙胺的用量、水相的酸度以及水相与有机相乙腈的体积比等因素。结果显示:当流动相为体积比90∶10的0.4%三乙胺溶液(乙酸调节pH 至6.0)和乙腈的混合溶液时,3种目标化合物色谱峰峰形较好,能够在13 min 内出峰,并且达到基线分离。

2.3 ELSD条件的选择

2.3.1 蒸发温度和雾化温度

文献[19]在考察ELSD 灵敏度的影响因素时发现,当蒸发温度过低时,流动相得不到充分挥发,背景噪声较高,而蒸发温度过高时,则可能带来更大的背景噪声。因此,试验比较了蒸发温度分别为40,60,80,100 ℃时的信噪比。结果表明,信噪比随蒸发温度的升高呈先升高后降低的趋势,当蒸发温度为80 ℃时,信噪比较高,因此试验选择的蒸发温度为80℃,为了获得较低的基线噪声和较高的灵敏度,雾化温度与蒸发温度保持一致。

2.3.2 增益值

一般情况下,当增益值增大,ELSD 信号值同步变大,但噪声也会明显增大,为获得最优增益值,试验考察了增益值分别为2,4,6,8,10时对信噪比的影响。结果表明:随着增益值的增大,信噪比逐渐变大,达到一定值后开始变小;当增益值为8时,信噪比较大。因此,试验确定的增益值为8。

2.3.3 雾化器流量

试验进一步考察了雾化器流量分别为1.4,1.6,1.8,2.0 L·min－1时对信噪比的影响。结果表明:随着雾化器流量的增加,信噪比随之增加;当雾化器流量达到1.8 L·min－1时,信噪比不再改变,基线噪声也较低。因此,试验选择雾化器流量为1.8 L·min－1。