气相色谱-串联质谱法测定土壤中5 种蚜虫防治用药

潘正一

(连云港市灌南生态环境监测站，江苏连云港 222500)

抗蚜威、噻虫嗪、啶虫脒、联苯菊酯和噻嗪酮是防治蚜虫病害的常用农药，10%啶虫脒乳油、25%噻嗪酮可湿性粉剂等对蚜虫防治效果较好。据统计，所施用的农药仅10%～20%起到杀虫作用，大部分农药通过沉降作用和生态系统循环进入土壤中，造成土壤环境污染，破坏土壤生态系统，严重危及人类的生存环境[1-6]，因此有必要对土壤中蚜虫防治用药抗蚜威、噻虫嗪、啶虫脒、联苯菊酯和噻嗪酮残留进行监测，根据监测数据指导农药的合理使用。

美国农药部Anastassiades 教授等提出的样品处理QuEChERS 原则[7-8]，具有试剂用量少、处理速度快等特点，现常用于土壤、食品、地表水中农、兽药残留的检测。黄思琦、郭珍玲等[9]研究液相色谱-串联质谱法测定模拟稻田环境中水、土壤和水稻植株中二氯喹啉酸残留的分析方法；灏兢等[10]研究了气相色谱法快速测定土壤中8 种有机氯农药的分析方法。常用于农药检测的方法有液相色谱法[11]、气相色谱法[12]、气相色谱-质谱联用法[13]、液相色谱-质谱联用法[14]等方法。其中液相色谱法、气相色谱法灵敏度偏低，且易出现假阳性检测结果；液相色谱-质谱法常用于沸点较高的农药残留检测，对于联苯菊酯、噻虫嗪等沸点较低的农药适用性较差，气相色谱-质谱法不仅可以用于啶虫脒、抗蚜威等的检测，对低沸点的联苯菊酯、噻虫嗪等灵敏度更高。目前，针对土壤中蚜虫专用农药残留检测的研究已有报道[15-19]，但其研究对象均为蔬菜、水果，且研究的农药种类较少。笔者以土壤为研究对象，采用基于QuEChERS 原则的样品处理方法，建立了测定土壤中抗蚜威、噻虫嗪、啶虫脒、联苯菊酯和噻嗪酮5 种蚜虫防治用药残留的气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS)方法。该方法操作简便，检测结果准确，对环境影响小，可以合理地指导蚜虫专用农药的施用，保护人们身体健康和环境安全，同时可为国家标准的制定提供技术参考。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱仪：2010 plus 型，日本岛津公司。

三重四级杆质谱仪：TQ-8030 型，日本岛津公司。

水浴式氮吹仪：ZX-DC 型，北京众信佳仪公司。

大容量台式高速冷冻离心机：Neofuge 18R 型，上海力申科学仪器有限公司。

电子分析天平：赛多利斯bsa5201-cw 型，感量为0.1 g，瑞士梅特勒托利多仪器有限公司。

抗蚜威、噻虫嗪、啶虫脒、联苯菊酯和噻嗪酮标准溶液：质量浓度均为100 μg/mL，编号分别为GBW(E) 083170)、BWN 5117-2016、GBW(E)083206、GBW(E) 083321、GBW(E) 083326，杭州吉顺生物科技公司。

乙腈、正己烷：均为色谱春，美国默克公司。

净化管：25 mL，内含MgSO4、PSA(N-丙基乙二胺)和C18(十八烷基键合硅胶)，上海月旭科技有限公司。

氯化钠：分析纯，上海化学试剂厂。

实验用水为纯化水。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 色谱仪

色谱柱：DB-5 ms 柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技有限公司)；进样口温度：240 ℃；进样体积：1 μL；载气：氦气，体积分数不小于99.999%，流量为1.45 mL/min；进样方式：不分流进样；升温程序见表1。

表1 升温程序

1.2.2 质谱仪

离子源：EI 源；轰击能量：55 eV；接口温度：260 ℃；离子源温度：250 ℃；溶剂延迟时间：3 min；碰撞气：氩气，体积分数不小于99.999%；检测方式：多反应监测(MRM)；5 种农药的质谱参数见表2。

表2 5 种农药的质谱参数

1.3 溶液配制

5 种农药混合标准溶液：抗蚜威、噻虫嗪、啶虫脒、联苯菊酯、噻嗪酮的质量浓度均为5.0 μg/mL，准确量取抗蚜威、噻虫嗪、啶虫脒、联苯菊酯和噻嗪酮标准溶液各0.5 mL，置于同一只10.0 mL 量瓶中，用正己烷定容至标线，摇匀。

5 种农药基质匹配系列混合校准溶液：取上述5 种农药混合标准溶液适量，用正己烷稀释、定容，配制成5 种农药的质量浓度均分别为0.02、0.05、0.1、0.5、1.0、2.0 μg/mL 的系列混合标准溶液；在已吹至近干的空白基质样品中分别加入上述系列混合标准溶液各1.0 mL，用0.22 μm 滤膜过滤，得基质匹配系列混合校准溶液。

1.4 样品处理

样品预处理：随机采集土壤样品1 000 g，去除石块、植物根茎残留等异物，平铺在托盘中，于25～35 ℃空气中自然风干，反复碾碎过筛后，置干净的容器中，盖好备用。

提取：称取上述预处理后的土壤样品10.0 g，置于50 mL 离心管中，依次加入8.0 mL 纯化水、25 mL 乙腈、2.0 g 氯化钠，旋涡混合并强力振摇1 min，以8 000 r/min 转速冷冻离心5 min。

净化：取上述离心后的上清液，全部转移至50 mL 容量瓶中，加入乙腈定容至标线，混匀；将溶液全部转移至50 mL 净化管中，涡旋混匀1 min，以8 000 r/min 转速冷冻离心5 min；准确移取10.0 mL上清液，置于水浴氮吹仪（温度控制在45 ℃）中浓缩至近干，加入正己烷定容至1.0 mL，溶液经0.22 μm 滤膜过滤后待测。

1.5 实验方法

按照1.2 仪器工作条件，分别对5 种农药基质匹配系列混合校准溶液和样品溶液进行测定，以各农药的色谱保留时间和定性离子对定性；以定量离子的色谱峰面积为纵坐标、对应农药的质量浓度为横坐标绘制校正曲线，外标法定量。待测农药的质量浓度应在线性范围内，超出质量浓度线性范围的样品应稀释至适当倍数后进行测定。

2 结果与讨论

2.1 提取溶剂选择

提取土壤中农药常用的溶剂有甲醇、乙腈、丙酮、乙酸乙酯等，其中甲醇极性最强，乙酸乙酯极性最弱，抗蚜威、噻虫嗪、啶虫脒、联苯菊酯和噻嗪酮均为中等极性。以抗蚜威、噻虫嗪、啶虫脒、联苯菊酯和噻嗪酮加标质量浓度均为0.05 μg/mL 的土壤样品为试验对象，分别考察上述4 种提取溶剂对5 种农药的提取效果，结果见表3。

表3 不同提取溶剂的提取率 %

由表3 可知，以甲醇和乙酸乙酯作为提取溶剂时，5 种农药的提取率均较低；以丙酮作为提取溶剂时，噻嗪酮的提取率偏低；以乙腈作为提取溶剂时，5 种农药的提取率均较佳，故选择乙腈为提取溶剂。

2.2 样品处理方法选择

目前，常用于农药的样品处理方法主要有固相萃取法和超声提取法。超声提取法适合基质简单干净的样品，土壤样品基质复杂且含水量低，不适合采用超声提取法。固相萃取法净化效果好，但操作过程耗时较长。基于QuEChERS 原则的分散固相处理方法近年来得到广泛应用，该方法萃取时间短暂，净化效果好，对环境和实验人员影响较小。以5 种农药加标质量浓度均为0.05 μg/mL 的样品溶液为试验对象，分别考察固相萃取法和基于QuEChERS原则的分散固相法的提取效果，结果见表4。由表4可知，分散固相法的提取率优于固相萃取法，而且采用固相萃取法时，样品处理时间为41 min，采用分散固相法时，样品处理时间仅需20 min，综合考虑，选择基于QuEChERS 原则的分散固相法对样品进行处理。

表4 不同样品处理方法的提取率和提取时间

2.3 基质效应消除

土壤样品基质复杂，基质效应对测定结果产生较大的影响，因此需要采取措施消除基质干扰，确保检测结果的准确性。目前用于消除基质干扰的方法主要有同位素内标法、基质匹配法等[20]，其中基质匹配法是目前消除基质效应最常用的方法。在1.2 仪器工作条件下，对5 种农药加标质量浓度均为0.05 μg/mL 的样品溶液进行测定，分别采用标准曲线法和基质匹配校正曲线法定量，结果表明，采用标准曲线法定量时，抗蚜威、噻虫嗪、啶虫脒3 种农药出现显著的基质增强效应，联苯菊酯和噻嗪酮的基质效应影响不大；采用校正曲线法定量时，5 种农药的色谱峰形较好。两种定量方法5 种农药的回收率见表5。

表5 不同定量方法5 种农药的回收率 %

由表5 可知，校正曲线法测定结果准确度较高，因此采用校正曲线法消除基质干扰。

2.4 质谱参数优化

取5 种农药混合标准溶液，以全扫描模式采集Q3Scan 数据，根据相对分子质量大、响应值高且尽量不与其它化合物的前体离子重合的原则，确定各目标物的前体离子。对前体离子再进行产物离子扫描，找到母离子对应的碎片离子。选择响应值较高的2 个碎片离子，其中一个作为定量离子，另外一个作为定性离子，利用MRM-Optimization-Tool 工具自动优化碰撞电压，得到各目标物的最佳碰撞电压及离子丰度比。5 种农药的质谱参数见表2。

在优化的仪器工作条件下，空白样品溶液、5 种农药混合标准溶液、加标样品溶液色谱图如图1 所示。由图1 可以看出，5 种农药色谱峰及其与基质色谱峰分离度良好，可用于定量分析。

图1 空白样品溶液、5 种农药混合标准溶液、加标样品溶液色谱图

2.5 线性方程与检出限

在1.2 仪器工作条件下，分别测定5 种农药基质匹配系列混合校准溶液。以5 种农药的质量浓度为横坐标(X，μg/mL)、各农药定量离子色谱峰面积为纵坐标(Y)进行线性回归，计算线性方程和相关系数。选择5 种农药质量浓度均为0.02 μg/mL 的基质匹配混合校准溶液，用正己烷逐级稀释，在1.2仪器工作条件下分别进行测定，以3 倍信号噪比对应的质量浓度作为方法检出限，根据称样量和定容体积换算成样品中的含量，以质量分数表示。

5 种农药的质量浓度线性范围、线性方程、相关系数及检出限见表6。由表6 可知，5 种农药的质量浓度在0.02～2.0 μg/mL 范围内与色谱峰面积线性关系良好，相关系数均大于0.995；检出限分别为5.0、5.8、4.2、8.0、4.7 μg/kg。

表6 5 种农药质量浓度线性范围、线性方程、相关系数及检出限

2.6 加标回收与精密度试验

在空白土壤样品中加入适量的5 种农药的混合标准溶液，配制成低(0.02 μg/mL)、中(0.1 μg/mL)、高(1.0 μg/mL)三种质量浓度水平的加标样品，按1.4 样品处理方法，每种质量浓度水平的加标样品平行处理6 份，在1.2 仪器工作条件下分别测定，结果见表7。

表7 加标回收与精密度试验结果

续表7

由表7 可知，5 种农药的加标回收率为85.7%～103.7%，测定结果的相对标准偏差均小于5.0%(n=6)，表明该方法测量准确度、精密度均较高，满足分析要求。

3 结语

建立了测定土壤中抗蚜威、噻虫嗪、啶虫脒、联苯菊酯和噻嗪酮5 种蚜虫防治用药残留的GC-MS/MS 分析方法。该方法样品处理简单，溶剂用量少，净化效果好，定性、定量结果准确，适用于土壤中微量农药残留的检测。