自动索氏提取-固相萃取-气相色谱-串联质谱法测定土壤环境中5种杀螨剂的残留量

陈 静 ,张 伟 ,李明明 ,文凤伟

(1.山东省临沂生态环境监测中心,临沂 276001;2.山东省临沂市生态环境综合执法支队 兰山大队,临沂 276001)

植食性螨类害虫容易产生耐药性,短时间内使用同一种杀螨剂会导致药效降低,进而导致多种杀螨剂的超量使用,而喷洒在农作物上的过量杀螨剂会随雨水进入河流、土壤,对环境造成污染。大部分杀螨剂不容易降解,在动植物体内残留蓄积,通过食物链进入人体,对人体健康造成一定的危害。因此,监测土壤中的杀螨剂对环境和人体健康有着非常重要的意义。

文献[1]探讨了胶体金法快速检测蔬菜中哒螨灵、咪鲜胺、嘧霉胺残留的应用研究,而测定土壤中杀螨剂残留量的相关研究却鲜有报道。索氏提取法是一种经典的萃取方法,是利用溶剂回流和虹吸原理,使固体物质每一次都能被溶剂所提取,从而得到较高的提取效率[2-4]。气相色谱-串联质谱法(GCMS/MS)由于定性定量高效、准确等优势,目前在农药残留检测中应用广泛[5-7]。因此,本工作提出了自动索氏提取-固相萃取-GC-MS/MS 测定土壤环境中杀螨醚、虫螨畏、灭螨猛、杀螨酯和乙酯杀螨醇等5种杀螨剂残留量的方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

GC-2010型气相色谱仪;TQ-8050型三重四极杆串联质谱仪;IKA RV 10 digital数显型旋转蒸发仪;N-EVAP-24型氮吹仪;Sartorious 224型电子天平;BSXT-04 型索氏提取器;HLB 固相萃取小柱(500 mg/6 mL)。

虫螨畏、杀螨醚、灭螨猛、杀螨酯、乙酯杀螨醇单标准溶液:100 mg·L－1,编号依次为SB05-146－2008、SB05-313－2016、GSB05-2634－2010、SB05-001－2008、SB05-146－2008。

混合标准储备溶液:10 mg·L－1,吸取100 mg·L－1杀螨醚、虫螨畏、灭螨猛、杀螨酯和乙酯杀螨醇单标准溶液各1 mL至10 mL棕色容量瓶中,用甲醇定容,摇匀即得。使用时,用甲醇稀释至所需质量浓度。

二氯甲烷、无水乙醚、石油醚均为分析纯;甲醇为色谱纯。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 色谱条件

Rxi-5Sil MS 石英毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25μm);柱流量1.32 mL·min－1;载气为氦气(纯度99.999%);进样口温度230℃;进样时间1 min;高压进样压力250 k Pa;进样量1μL,不分流进样。柱升温程序:初始温度130 ℃,保持1 min;以25 ℃·min－1速率升温至200 ℃,保持1 min;以15 ℃·min－1速率升温至320 ℃,保持7 min。

1.2.2 质谱条件

电子轰击离子(EI)源;电离能量70 e V;离子源温度220 ℃,接口温度250 ℃;碰撞气为氩气(纯度99.999%);溶剂延迟时间4 min;扫描方式为多反应监测(MRM)模式;5种杀螨剂的质谱参数见表1。

表1 5种杀螨剂的质谱参数Tab.1 MS parameters of 5 acaricides

1.3 试验方法

随机采集一定量的土壤样品,根据NY/T 1121.1－2006《土壤检测 第1部分:土壤样品的采集、处理和贮存》处理样品。将处理好的土壤样品置于干净的样品盒中室温保存,密封备用。

称取5 g处理好的土壤样品,置于索氏提取器中,加入100 mL 二氯甲烷至索氏提取器体积的三分之二左右,于90 ℃水浴加热6 h,每小时循环3次,共提取18次,冷却。提取液于45 ℃水浴氮吹浓缩至10 mL左右后,转移至全自动固相萃取仪样品瓶中,再将提取液以12 mL·min－1流量经预先用甲醇活化好的HLB 固相萃取小柱净化,最后用5 mL甲醇洗脱。收集所有洗脱液,于60 ℃水浴氮吹至近干,用甲醇定容至1 mL,即得样品溶液,按照仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 前处理方法的选择

传统的索氏提取法由于存在溶剂使用量大、耗时长、器皿容易损坏等缺点,使用范围受限。自动索氏提取器的出现扩大了索氏提取的应用范围,与传统的索氏提取法相比,自动索氏提取法具有提取时间可控、操作步骤自动化、溶剂可回收等优点,被美国环保署列为提取有机物的标准方法之一(EPA3540C)。由于多数杀螨剂为脂溶性,可将样品中的脂肪和杀螨剂残留一并提取入有机溶剂中,再对提取液进行净化浓缩。因此,试验选用自动索氏提取法提取土壤中5种杀螨剂。

2.2 提取溶剂的选择

传统的索氏提取法一般用无水乙醚或石油醚提取脂肪;而本工作的研究对象为杀螨剂,可采用常用于提取农药残留的二氯甲烷、乙酸乙酯、乙腈为提取溶剂,又因乙酸乙酯和乙腈的沸点均较二氯甲烷高,二氯甲烷作为提取溶剂更适合。因此,保持其他条件不变,试验考察了提取溶剂分别为无水乙醚、石油醚和二氯甲烷时对加标土壤样品(加标量1.0 mg·kg－1)中5种杀螨剂回收率的影响,结果见表2。

表2 不同提取溶剂下的回收率结果Tab.2 Results of recovery with different extraction solvents

由表2可知:以无水乙醚和石油醚提取时,5种杀螨剂的回收率较低;以二氯甲烷提取时,5种杀螨剂回收率较高。因此,试验选择的提取溶剂为二氯甲烷。

2.3 质谱条件的选择

首先采用全氟三丁胺(PFTBA)调谐液对仪器进行调谐,以确保仪器的灵敏度、分辨率达到最佳状态,并对质量数和相对强度进行校正。调谐完毕后,一级质量分析器采用全扫描模式对10 mg·L－1混合标准储备溶液进行扫描,按照相对分子质量大、响应值高且不与其他化合物的母离子重合的原则确定各目标物的母离子及对应的保留时间;使用碰撞诱导解离使母离子裂解为产物离子,选择丰度较高一个离子定量,另选两个离子定性。保留时间结合定性离子可确保检测结果更加准确,避免假阳性结果的出现。打开“MRM_Optimization_Tool”文件,自动优化碰撞能量,得到各目标物的最佳碰撞能量及离子丰度比,最终确立MRM 方法。0.5 mg·L－1混合标准溶液的色谱图见图1。

图1 混合标准溶液的色谱图Fig.1 Chromatogram of the mixed standard solution

2.4 标准曲线、检出限和测定下限

移取适量的混合标准储备溶液,用甲醇逐级稀释,配制成0.01,0.05,0.1,0.5,1.0,2.0,5.0 mg·L－1混合标准溶液系列。按照仪器工作条件进行测定,以各目标物的质量浓度为横坐标,其对应的定量离子的色谱峰面积为纵坐标绘制标准曲线。结果显示,5 种杀螨剂标准曲线的线性范围均为0.01～5.0 mg·L－1,线性参数见表3。

在空白土壤样品中加入各目标物3～5倍信噪比值的标准溶液,同法处理3份样品,按照试验方法进行测定,分别以3倍信噪比(S/N)和10倍信噪比对应的质量分数作为检出限(3S/N)和测定下限(10S/N),结果见表3。

表3 线性参数、检出限和测定下限Tab.3 Linearity parameters,detection limits and lower limits of determination

2.5 精密度和回收试验

按照试验方法对空白土壤样品进行3个浓度水平的加标回收试验,每个浓度水平制备6份平行样品,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表4。

表4 精密度和回收试验结果(n＝6)Tab.4 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

2.6 样品分析

采集本地区稻田种植土壤、西蓝花种植土壤、小麦种植土壤、草莓种植土壤、大豆种植土壤样品共5份,按照试验方法进行分析,结果见表5。标准曲线线性范围最低点0.01 mg·L－1对应的质量分数为0.002 mg·kg－1。

由表5可知:西蓝花种植土壤、小麦种植土壤、草莓种植土壤、大豆种植土壤中分别检出杀螨醚、灭螨猛、杀螨酯和乙酯杀螨醇,稻田种植土壤中未检出目标物。

表5 样品分析结果Tab.5 Analytical results of the samples mg·kg－1

本工作提出了自动索氏提取-固相萃取-GCMS/MS测定土壤环境中杀螨醚、虫螨畏、灭螨猛、杀螨酯和乙酯杀螨醇残留量的方法。对前处理方法和提取溶剂进行了优化,考查了标准曲线、精密度与准确度(加标回收率)等方法学参数,结果表明,该方法快速、简便、定性定量结果准确,为土壤环境中农药残留的监测提供了技术参考。