全自动固相萃取-凝胶净化-气相色谱-串联质谱检测耕地水渠中5种农药残留方法的建立

陈 阳

(河南省南阳生态环境监测中心，河南 南阳 473000)

0 引 言

农作物在栽培、成长过程中，会受到外界诸如虫害、草害、病毒等的影响，因此需要施用农药防治病虫害。螺螨酯、肟菌酯、吡唑醚菌酯、2,4-滴丁酯和七氟菊酯均为农作物常用农药，如螺螨酯对害螨的卵、幼螨、若螨具有良好的杀伤效果；2,4-滴丁酯主要用于防除禾本科作物田中的双子叶杂草、莎草、及某些恶性杂草等[1-6]。近年来，一些农户为了使作物提高收成，超量超范围使用以上这些农药。然而农药在使用过程中真正起到杀虫杀菌作用的只有20%左右，60%～80%散落到环境中，大部分通过水系统循环作用，流入耕地水渠等地表水中，造成耕地水渠水的污染。被污染的耕地水渠水随着地表径流，流入地下水或水库，造成水源水的污染，进而通过食物链的传递，对人的身体健康造成影响。据不完全调查，全国至少有近1 500万公顷耕地受到农药的污染，其中多数集中在经济较发达的地区，因此保持对耕地水渠水中农药残留的监测[7-10]，对保护环境和人们身体健康具有十分重要的意义[11-12]。

目前，部分学者研究了地表水中菊酯类、有机磷类农药残留，如：钟陶陶，研究了固相萃取-气相色谱-ECD法检测地表水中3种常见菊酯类农药残留的分析方法[13]；陈欢等，研究了固相微萃取-便携式GC/MS快速测定水中痕量有机磷农药残留的分析方法[14]。较少关于耕地水渠源头中农药残留的研究。螺螨酯、肟菌酯、吡唑醚菌酯为近年来常用的杀菌剂，2,4-滴丁酯和七氟菊酯是常用的除草剂。近年来，蔬菜水果中的农药残留的相关报道较多，而关于水质中农药残留的监测较少[15-18]。本文以蔬菜水果中的相关农残检测方法为依据，开发了全自动固相萃取法结合凝胶净化色谱-气相色谱-三重四级杆串联质谱富集耕地水渠水中的螺螨酯、肟菌酯、吡唑醚菌酯、2,4-滴丁酯和七氟菊酯的分析方法。实验表明，此方法净化效果好、检测准确度高，可以用于耕地水渠水中农药残留的监测。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

仪器：2010plus型气相色谱-TQ8040型三重四级杆质谱联用仪（日本岛津公司）；Rxi-5Sil MS质谱专用柱（日本岛津公司）；Fotector-02HT高通量全自动固相萃取仪（睿科集团股份有限公司）；J2 Accuprep 型自动凝胶渗透色谱仪（美国J2 scientific公司）。

HLB 固相萃取柱，500 mg/6 mL（天津博纳艾杰尔）；Florisil固相萃取柱，500 mg/6 mL（天津博纳艾杰尔）；ENVI-Carb 柱，500 mg/6 mL（天津博纳艾杰尔）。

试剂：螺螨酯（编号：BW901358-100-N）、肟菌酯（编号：GBW(E)082952）、吡唑醚菌酯（编号：BW901360-100-B）、2,4-滴丁酯（编号：GBW(E)082597）和七氟菊酯（编号：BW900110-100-N）标准溶液，浓度为100 µg/mL（北京坛墨质检科技有限公司）；乙酸乙酯、乙腈、二氯甲烷，均为色谱纯（美国TEDIA公司）；氢氧化钠、盐酸，均为分析纯（国药化学试剂有限公司）。

1.2 仪器条件

色谱参数 进样口温度：230 ℃；检测器温度：250 ℃；色谱柱：Rxi-5Sil MS（30 m×0.25 mm，0.25 µm，日本岛津公司）；柱流量：1.6 mL/min；载气：高纯氦气（纯度：99.999%）；进样方式：不分流进样；进样量：1 µL；升温程序：初始温度 60 ℃，保持 1 min，以25 ℃/min 升至 200 ℃，保持 8 min；再以 15 ℃/min升至 300 ℃，保持 10 min。

质谱参数 离子源：电子轰击离子源（EI源）；轰击能量：70 eV；离子源温度：230 ℃；接口温度：280 ℃；溶剂延迟时间：3.0 min；碰撞气：高纯氩气（纯度：99.999%）；调谐方式：DFTPP 调谐； 离子监测模式：MRM(多反应监测)。

1.3 溶液配制

1.3.1 样品溶液

样品预处理：将采集到的耕地水渠水样1 000 mL置于干净的试剂瓶中，过滤去除肉眼可见悬浮于水中的杂质。为消除酸碱性对农药残留的提取产生影响，用0.5 mol/L的盐酸或0.5 mol/L的氢氧化钠溶液调节水样pH至近中性，备用。

提取：取预处理好的水样500 mL置固相萃取样品瓶中，ENVI-Carb固相萃取小柱（规格：500 mg/6 mL）置固相萃取架上。以 10 mL 纯化水和 10 mL乙腈溶液依次活化萃取小柱。取上述水样500 mL，以12 mL/min的速度经固相萃取柱富集。最后用10 mL乙腈溶液洗脱，合并收集的洗脱液，待GPC净化。

净化：将收集到的萃取液全部转移到GPC净化瓶中，按以下条件设置GPC净化参数：溶剂为二氯甲烷，流量为 5 mL/min，收集 9～10 min 的淋洗液，于50 ℃水浴式氮吹仪中氮吹至近干，用1 mL乙酸乙酯溶液溶解，0.22 µm滤膜过滤，进样色谱质谱仪检测。

1.3.2 标准溶液

标准储备溶液：取100 µg/mL的螺螨酯、肟菌酯、吡唑醚菌酯、2,4-滴丁酯和七氟菊酯标准品溶液各1 mL，用乙酸乙酯溶解配制成质量浓度10 µg/mL的混合标准储备溶液，于2～8 ℃冷藏备用。

标准曲线溶液：精密移取10 µg/mL的混合标准储备溶液适量，用乙酸乙酯依次配制成浓度分别为 0.01，0.05，0.1，0.5，1.0，2.0 µg/mL 的标准曲线溶液，待进样色谱质谱仪。

2 结果与讨论

2.1 质谱参数的确定

在优化质谱参数时，首先设置质谱扫描模式为全扫描模式（Q3 Scan），对“1.3.2”项下 10 µg/mL 的混合标准储备溶液进行扫描。确定螺螨酯、肟菌酯、吡唑醚菌酯、2,4-滴丁酯和七氟菊酯的母离子和保留时间。选择产物离子扫描方法（Production ion），根据母离子保留时间，对母离子分时间、分时段进行产物离子扫描。打开“MRM_Optimization_Tool”表中的“MRM Optimization”工作表，设定 MRM Transition 数（MRM 定量离子和定性离子对数）及产物离子质量数范围。自动优化碰撞电压。在“Result of Optimization (Table)”得到各组分的最佳CE 电压及碎片离子。选择响应较高的离子为定量离子，另选择两个作为定性离子。设定优化后的离子比率，电压等参数，建立5种杀菌剂的MRM扫描方法。具体质谱参数见表1；定量离子图见图1。

表1 五种农药的保留时间和监测离子

图1 5种农药残留的定量谱图

2.2 固相萃取柱的选择

农药萃取过程中固定相的种类是影响萃取结果的重要因素。本文保持其他检测条件不变，选择萃取柱类型为ENVI -Carb柱、Florisil柱和HLB柱，分别对同等浓度的加标水样进行萃取，净化完毕后进样气相色谱质谱分析，采集对应的色谱质谱图，计算加标回收结果。结果发现；选择HLB萃取柱和Florisil柱时，2,4-滴丁酯和螺螨酯的回收率较低；选择ENVI -Carb柱萃取时，上述5种种农药加标回收均得到满意的结果（如表2所示）。因此，实验选择ENVI -Carb柱萃取样品。

表2 不同萃取柱的回收率结果

2.3 净化方法的选择

目前用于农药残留净化的方法，有固相萃取法、QuEChERS法和凝胶净化色谱法。固相萃取法是通过选择合适的固相萃取柱净化提取液，该法试剂消耗量较大，操作步骤繁琐；QuEChERS 净化是基于基质分散萃取的净化模式，常用PSA、GCB和C18作为净化的分散吸附剂。这种净化方法所用溶剂量少，前处理简单、快速，但是净化效果较差。凝胶净化色谱法采用凝胶净化柱对提取液进行净化，根据待测农药出峰时间范围，截取该时间段的洗脱液；此方法自动化程度高，净化效果好，检测准确度高。本文对以上3种净化方法进行了加标回收实验，结果见表3，可知凝胶净化色谱法的回收率最优，因此选择该方法净化样品。

表3 不同净化方法的回收率结果

2.4 线性范围及检出限

按“1.2”项下色谱质谱条件设置仪器参数。待色谱质谱各条件准备就绪后，进样“1.3.2”项下0.01，0.05，0.1，0.5，1.0，2.0 µg/mL 的系列标准曲线溶液，采集色谱质谱图。由对应的色谱质谱图中5种农药定量离子对应的峰面积响应值为纵坐标（Y），相应的质量浓度为横坐标（X）制作工作曲线。以3倍信号噪声的比值（S/N）作为方法检出限，10倍信噪比定义定量限。具体结果见表4。

表4 农药线性范围、线性方程、相关系数及检出限

由表可以看出，5 种农药在 0.01～2.0 µg/mL 范围内线性关系良好，相关系数(r2)均大于0.995，对应检出限均在1.25～4.23 µg/L范围内。

2.5 回收率和精密度测试

取待测水样 500 mL，选择线性浓度（0.01～2.0 µg/mL）内低（0.05 µg/mL）、中（0.1 µg/mL）、高加标量（1.0 µg/mL）3个不同浓度点加入样品中按照1.4处理样品，做加标回收测试。3个浓度点的样品平行进样6次，考察精密度6次测定结果的相对标准偏差(RSD)（n=6）。5种农药残留的加标回收与精密度测试结果见表5。

表5 加标回收和精密度测试结果（n=6）

由表可知，5种农药残留的加标回收率均在90.9%～101.3%之间，精密度6次测定结果的相对标准偏差在1.68%～4.03%之间。

2.6 实际样品的检测

为考察文中所建立的方法的实用性，随机抽取不同地点的3处农耕水（样品编号：①、②、③）按“1.3.1”进行样品处理，再按“1.2”仪器条件分别进样1 µL，采集相应的色谱质谱图并计算水质中5种农药的残留量。实际检测结果见表6。结果3处农耕水样中中均有农药残留检出且均在定量限以下，此数据对本地农户合理使用农药具有较好的指示作用。

表6 实际样品测定结果 mg/kg

3 结束语

本文利用固相萃取结合凝胶净化技术，建立了耕地水渠中的螺螨酯、肟菌酯、吡唑醚菌酯、2,4-滴丁酯和七氟菊酯农药残留分析的GC-MS/MS检测方法。现阶段，未见关于耕地水渠中的螺螨酯等农药检测报道，部分学者研究了螺螨酯在土壤中残留的分析检测方法，但研究的农药种类较少，不能更为全面地表现农药的污染状况。文中对固相萃取柱和净化方法的选择进行了讨论，对质谱参数进行了优化，考察了方法的线性、检出限、回收率与精密度等参数，并对实际样品进行了测试。结果表明，该方法自动化程度高，定性定量结果准确，为水渠水中农药的监测提供一种新的分析方法。