气相色谱-串联质谱法测定土壤中甲拌磷和甲拌磷砜残留量

2022-07-15王伟童晓玲俞璐萍钟寒辉孙文闪杨晨曦赵月钧

浙江农业科学 2022年7期

王伟，童晓玲，俞璐萍，钟寒辉，孙文闪，杨晨曦，赵月钧

(绿城农科检测技术有限公司，浙江杭州 310000)

我国作为农业大国，农药使用量位居世界首位，其中有机磷类农药使用量占农药总使用量的60%以上[1-3]。甲拌磷是一种典型的广谱内吸性有机磷农药，因具有高效、低价等优势，被广泛应用于农业生产[4-5]。甲拌磷属于高毒类农药，人体过量摄入会抑制胆碱酯酶活性，造成神经生理功能紊乱，危害人类身体健康[6-8]。农业农村部已明确规定，禁止甲拌磷用于蔬菜、果树、茶叶及中药材生产。在甲拌磷施用过程中，未经植物吸收利用的部分会渗透进入土壤中，并长期残留。研究表明，甲拌磷在国内土壤中平均检出率高达13.72%，浓度范围为0～0.450 mg·kg-1[2]。土壤中残留的甲拌磷还会代谢产生甲拌磷砜，其毒性更强、残留更久[9]。土壤中残留的甲拌磷、甲拌磷砜还会随水转移至地表水、河流和湖泊中，形成二次污染，对生命安全造成威胁。

目前，常见的甲拌磷、甲拌磷砜检测方法主要有荧光光度法[10]、气相色谱法[5]、气相色谱-串联质谱法[11-15]、高效液相色谱法、液相色谱-串联质谱法[16]、超高效液相色谱-高分辨质谱法[17]等，检测样品主要为果蔬、茶叶、地表水和饮用水。虽可通过气相色谱法测定土壤中的甲拌磷，但气相色谱仪存在定性效果差、容易产生干扰等缺点。因此，本研究建立了一种气相色谱-串联质谱法同时测定土壤中甲拌磷和甲拌磷砜残留的方法，以期为土壤中甲拌磷和甲拌磷砜的同时测定提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

Agilent-7890B气相色谱仪；Agilengt-7000C质谱仪(美国安捷伦公司)；ST 16R型高速离心机(美国Thermo Fisher 公司)；BSA 2202S型电子天平(德国Sartorius 公司)；Troemner涡旋振荡仪(美国Henry Troemner公司)；全自动氮吹浓缩仪(杭州博睿科仪器有限公司)；KQ5200E超声波清洗机(昆山市超声仪器有限公司)；NH2固相萃取柱；0.22 μm有机膜。

乙腈、正己烷、丙酮、甲苯(色谱纯，美国Baker公司)；氯化钠(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；实验室用水为一级水；甲拌磷(CAS：298-02-2)、甲拌磷砜(CAS:2588-04-7)(100 μg·mL-1，1 mL，天津阿尔塔科技有限公司)。

1.2 前处理方法

标准溶液配制。准确量取甲拌磷和甲拌磷砜液态混标(100 μg·mL-1)各1.0 mL，转移至10 mL棕色容量瓶中，丙酮定容至刻度，配制成浓度为10 μg·mL-1的标准储备混合液。避光-18 ℃以下保存，有效期1 a。

样品制备。采集具有代表性土壤样品约500 g，经冷冻干燥、研磨处理后，过0.85 mm筛，筛后将土壤装入密封袋，于4 ℃冷藏备用。

提取。准确称取过筛后土壤样品5.00 g置于50 mL塑料离心管中，加入10 mL一级水，2 500 r·min-1涡旋混匀1 min，静置10 min后，加入15 mL乙腈，2 500 r·min-1涡旋混匀3 min，超声20 min；加入5 g氯化钠，2 500 r·min-1涡旋混匀3 min，8 000 r·min-1离心3 min，取出2 mL上清液置于10 mL刻度管中。

净化。用4 mL乙腈-甲苯溶液(3+1)预淋洗NH2固相萃取柱，弃去淋洗液。下接15 mL刻度试管，放入固定架中，将2 mL乙腈溶解的待净化样品倒入固相萃取柱中，再用2 mL乙腈-甲苯溶液(3+1)洗涤样液瓶，并将洗涤液移入柱中，重复3次。最后加入5 mL乙腈-甲苯溶液(3+1)洗脱，收集洗脱液，并在40 ℃水浴中氮吹至近干，用正己烷定容至2 mL，过0.22 μm有机相滤膜，待上机测定。

1.3 仪器工作条件

色谱条件。色谱柱为DB-5ms毛细管柱(15 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样量为1 μL；进样口温度250 ℃；载气为氦气。升温程序：初始温度80 ℃，以40 ℃·min-1升至190 ℃，保持0 min；20 ℃·min-1升至290 ℃，保持1.5 min。柱流量为2.3 mL·min-1，不分流进样。

质谱条件。离子源为电子轰击源(EI源)，离子源温度300 ℃，四级杆温度180 ℃，碰撞气流1.5 mL·min-1，溶剂延迟时间1.95 min，多反应监测(multiple reaction monitoring，MRM)扫描模式。甲拌磷(C7H17O2PS3)保留时间为3.804 min，定量离子对为230.9>128.9(25 eV)，定性离子对分别为128.9>65.0(15 eV)、260.0>75.0(5 eV)；甲拌磷砜(C7H17O4PS3)保留时间为5.115 min，定量离子对为153.0>97.0(10 eV)，定性离子对分别为124.9>96.9(5 eV)、199.0>96.9(15 eV)、199.0>143.0(10 eV)。

2 结果与分析

2.1 色谱条件和质谱条件的选择

为满足日常检测需求，同时参考GB/T 14552—2003标准，本试验选择常用于农残检测的DB-5MS石英毛细管色谱柱对甲拌磷和甲拌磷砜进行分离。

质谱条件优化时，试验首先选用全扫描模式(Q3 Scan)对甲拌磷和甲拌磷砜进行一级质谱分析，确定二者保留时间，并在质谱图中选择质荷比和绝对强度较大的离子为前体离子。设定3～45 eV(每3 eV为1个间隔)的碰撞能量，对选定的前体离子峰进行二级质谱分析(产物离子扫描)，根据二级质谱图，选择强度最大的离子为定量离子，强度次之的为定性离子。图1为甲拌磷、甲拌磷砜在MRM模式下的色谱图。

图1 MRM模式下甲拌磷、甲拌磷砜的色谱

2.2 提取溶剂的选择

甲拌磷溶于乙醇、乙醚、丙酮和乙腈等多数有机溶剂。本试验在选择提取试剂时考虑到乙腈可溶解大部分有机物，且自身化学稳定性高，不易造成挥发损失，在后续提取过程中加入氯化钠后乙腈与水分层明显，利于辨别有机相与水相，方便后续操作，并可减少基质干扰物的溶出，保证较好的提取效率[18]。

试验比较了乙腈用量为10、15和20 mL时对土壤样品中甲拌磷及甲拌磷砜的萃取效果。由表1可知，当乙腈用量为15 mL时，甲拌磷和甲拌磷砜的回收率最高。因此，选择15 mL乙腈为提取溶剂用量。

2.3 提取方式的选择

目前，对于甲拌磷的提取方式主要有匀浆提取法、超声提取法和振荡提取法等，土壤中甲拌磷多采用振荡提取法。本试验比较了超声提取法、匀浆提取法和振荡提取法3种提取方式对目标物提取的效果，结果表明，超声提取法振荡对土壤中甲拌磷及其代谢产物的提取效果最优异；其次为匀浆提取法，提取效果最差的为振荡提取法。超声提取法对甲拌磷和甲拌磷砜的平均回收率分别为98.2%和94.5%，匀浆提取法分别为94.9%和89.1%，振荡提取法分别为68.4%和82.3%。匀浆提取过程中，当土壤中混入细小石子时，会导致土壤样品不能完全混匀，且极易损坏高速均质机。振荡提取过程中，需先将土样浸泡6～8 h，振荡1 h。综上分析，超声提取法具有操作简便、重复性良好等优点，可提高工作效率，保证检测质量。故本试验选取超声提取法提取土壤中的目标化合物。

2.4 萃取柱的选择

试验选择检测常用于净化、富集的固相萃取柱，即Florisil萃取柱和NH2萃取柱，考察其对甲拌磷及其代谢产物的净化、富集效果。结果表明，经Florisil萃取柱净化后，土壤中的甲拌磷和甲拌磷砜均未出峰，究其原因，Florisil萃取柱虽可去除土壤中的部分有机干扰物和色素，但其主要适用于有机氯、菊酯类等极性较小的农药[19]。经NH2萃取柱净化后，甲拌磷和甲拌磷砜均出现轮廓清晰的峰型，且杂质峰较少，与此同时，进行回收率试验。NH2萃取柱净化对甲拌磷、甲拌磷砜的回收率不会产生明显的影响，故本试验选用NH2萃取柱对土壤中甲拌磷和甲拌磷砜进行净化。

2.5 线性关系、定量限和检出限

分别吸取对应量的标准混合液，用正己烷配制成质量浓度依次为0.01、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mg·L-1的系列标准液进行分析，分别以甲拌磷和甲拌磷砜的浓度为横坐标、以甲拌磷和甲拌磷砜的响应值为纵坐标绘制标准工作曲线。研究结果显示，甲拌磷和甲拌磷砜的线性关系良好，线性方程分别为Y=872 342X+1 546、Y=4 318 026X-107 856；相关系数(R2)分别为0.999 7、0.999 1。

通过对甲拌磷及其代谢产物质量浓度为1.5 mg·kg-1的土壤样进行分析测试，确定检出限和定量限。经计算，甲拌磷和甲拌磷砜的检出限分别为0.000 473和0.049 8 mg·kg-1，定量限分别为0.001 57和0.166 mg·kg-1。综上分析认为，本方法的线性范围广，灵敏度高。

2.6 准确度和精密度

按照本试验提供的前处理方法，对添加不同浓度(1.5、3.0、7.5 μg·kg-1)的目标化合物土壤样品进行测试，通过添加回收试验，确定方法的准确度和精密度，每个浓度6个平行。如表2所示，本方法的甲拌磷检出限为0.000 473 mg·kg-1，低于GB/T 14552—2003中土壤甲拌磷的检出限。综上所述，本方法的灵敏度、精密度和准确度满足土壤中甲拌磷测定方法的技术要求。