土壤中七氯等4种有机氯农药的QuEChERS快速分析方法探讨

陈 玟

（福建省地质矿产局三明实验室，福建 三明 365000）

1 引言

QuEChERS方法是结合固相萃取法和基质固相分散技术的衍生检测方法，是在水环境中基于乙腈的液体分配，用乙腈盐析萃取固体样品；然后在净化过程中用N-丙基乙二胺（PSA）分散固相萃取（d-SPE）除去大部分残留的基质干扰。QuEChERS法特别适用于测定各种食品基质中的极性、中极性和非极性农药残留。与传统的液液萃取、固相萃取等样品前处理技术相比，QuEChERS方法的优势在于适用广、效率高、溶剂用量少、操作及装置简单、回收率高。

2 实验部分

2.1 试剂和仪器

甲醇、乙腈、丙酮、乙酸乙酯、正己烷（农残级，Merck）；PSA、GCB、C18（博纳艾杰）；氯化钠、无水硫酸镁（分析纯，国药）。

气质联用仪（7890B-5977B）；涡旋混合仪（WH-3型）；超声波清洗机（YQ-1000C型）。

2.2 基本实验步骤

称取5.0 g土壤于50 mL具盖塑料离心管中，加入一定量的提取溶剂，并添加标准溶液，充分混匀提取后，再将样品在35 ℃水浴条件下缓慢振荡吹干，去除溶剂。加入一定量的水和无机盐的混合物，使溶剂与混合物分离，接着采用涡旋、超声等辅助方式使样品被提取剂充分萃取后于5000 r/min的转速离心5 min。移取部分上清液于洁净离心管中，加入PSA、GCB、C18、无水MgSO4等QuEChERS净化剂，再次采用涡旋等方式保证其充分混匀并净化，离心后取上清液过0.45 μm有机相滤膜，待上机检测。分别量取适量农药标准混合储备液，并用正己烷稀释定容，于4 ℃保存备用，并配成100、500、1000、2000、5000 μg/L共5个浓度的标准曲线，供GC-MS分析测试，现配现用。

2.3 仪器工作条件

色谱条件：HP-5 MS毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口温度：250 ℃；进样方式：不分流进样；进样量：1 μL；柱流速为1.0 mL/min；载气：高纯氦气（纯度为99.999%）；柱温采用程序升温：初始温度：120 ℃，保持2min，以12 ℃/mim至180℃，保持5min，再以7 ℃/mim至240 ℃，保持1 min，再以1 ℃/mim至250 ℃，保持2 min。

质谱条件：EI源：70ev；离子源温度：230 ℃；四级杆温度：150 ℃；传输线温度是280 ℃；采集方式：全扫描（Scan）和选择离子检测（SIM）；溶剂延迟：5 min。配制农药混标溶液，先采用Scan模式，扫描得到各目标物的定量离子和定性离子等参数，再用SIM作定量数据处理。

2.4 定性定量分析

配制农药混标溶液，先采用Scan模式，通过样品中目标物与校准系列中目标物的保留时间、质谱图、碎片离子质荷比及其丰度等信息比较。多次分析标准溶液得到目标物的保留时间均值，以平均保留时间±3 倍的标准偏差为保留时间窗口，样品中目标物的保留时间应在其范围内对目标物进行定性，根据定量离子的峰面积，采用外标法进行定量。

3 QuEChERS前处理因素讨论

3.1 提取溶剂种类的选择

在QuEChERS农药的残留分析方法中，较多是选用一些水溶性有机溶剂如：丙酮、乙酸乙酯、甲醇以及酸性的甲醇、乙醇和乙腈进行了盐析萃取/分配。其中乙腈是作为QuEChERS法的推荐溶剂，拥有选择性大，涉及的农药分析物范围很广，与色谱应用的兼容性好等众多优点。但缺点在于从基质中提取的共萃取物较少；有较大的溶剂膨胀体积，会干扰气相的氮检测器的灵敏度；且乙腈的挥发性较弱，从而使蒸发浓缩步骤更耗时。其他非卤代溶剂，如乙酸乙酯在QuEChERS法萃取水果和蔬菜中的农药残留具有较高的效率。但乙酸乙酯也有一些缺陷：相比于乙腈，它更有可能提取出脂质和蜡；对呈酸/碱性农药的回收率低；分散固相萃取净化能力较低。而蔬菜中农药的提取溶剂大多采用甲醇，以及酸性的甲醇等。但甲醇和酸性甲醇的提取效率较差，可能是在甲醇-水溶液体系中，甲醇与水极易互溶，增大了共提取物的含量，从而降低了甲醇对农药的提取效率。此外，正己烷和丙酮也是常用的提取溶剂。

本项目设计了如下几组溶剂进行提取试验：甲醇、乙腈、乙酸乙酯、正己烷、正己烷/丙酮（体积比分别为1∶1、4∶1、1∶4）、正己烷/乙酸乙酯（体积比分别为1∶1、4：1、1∶4），每组平行试验3次。结果显示，甲醇溶液的提取液较为浑浊，推测原因是甲醇对很多物质的溶解性较好，在提取过程中提取出较多的杂质。乙腈对目标物的提取回收率较低，一般也不用于气质检测样品的提取溶剂。乙酸乙酯则较易黏附于容器壁上，不利于4种有机氯农药与土样的分离，从而导致溶液回收不完全、提取效率不高。用单一的正己烷提取时样品基质较杂，会导致假阳性样品出现。而用正己烷/丙酮混合溶剂提取时，土壤样品提取液中杂质较少，色谱图基质干扰较小，基线平稳。通过实际样品的检测结果表明正己烷和丙酮的混合溶剂组合对4种有机氯农药的提取效果优于其他溶剂或组合，其中体积比为1∶1的正己烷/丙酮混合溶剂的回收率在65.3%~93.1%之间，体积比为4∶1的正己烷/丙酮混合溶剂的回收率在52.5%~75.4%之间，均达到了HJ 835-2017中的要求。综合考虑，选用正己烷：丙酮（体积比1∶1）作试验的提取溶剂为最优选项。

3.2 提取溶剂用量的选择

使用的提取溶剂的用量较少，极有可能导致对目标化合物的提取不完全，导致提取效率偏低。相反，提取溶剂的用量较多，会提高目标化合物的提取效率，但同时也大大地稀释了目标物的质量浓度，不利于低浓度样品的检出。此外，有机溶剂的大量使用也会造成不必要的成本浪费、存在较大的安全隐患并对环境造成污染。因此，需要综合考虑提取效率和成本来选择出合适的提取溶剂用量，理想的分析方法应在保证统计数据结果可靠性的前提下选用最小的试剂使用量。

减小样品量可以提高提取效率，减少材料消耗，降低成本。且在溶剂/样品比例方面，样品重量与溶剂体积为1∶1的比例被证明是足以实现定量提取。由于受到塑料离心管容积的限制，提取剂体积也受到影响，考虑到土壤样品颗粒较大，实验土壤样品量选择5 g，提取剂体积分别为5、10、20、30 mL。结果表明：5 mL的溶剂加入后，根据QuEChERS流程得到的最终提取液体积太少，不方便仪器测试。使用正己烷/丙酮（1∶1）为10 mL时，对土样中4种有机氯农药的回收率均可达60%以上。随着提取溶剂用量的增加，α-六六六、γ-六六六的提取效率无明显提升，七氯和α-氯丹的提取效率增加，但无显著性差异。故土壤样品量为5 g时，选用10 mL的溶剂用量。

3.3 无机盐的使用

MgSO4、NaCl、Na2SO4等 常 用 无 机 盐 对 提高极性化合物回收率的影响都被测试过。其中，MgSO4提供了最完整的液-液相分离，并能更好地结合大量的水。这是由于MgSO4的水化是放热反应，温度可达40~45℃，有利于农药的提取。另一方面，MgSO4有助于有机层中残留的水从样品基质中提取一些不需要的极性化合物。同时相较于无水Na2SO4，无水MgSO4具有更强的脱水效果、更细的颗粒，从而可更有效地提取农药，更适合当作脱水剂。NaCl在单独或与MgSO4结合使用时的会使回收率降低，但加入NaCl后可以得到更完整的相分离。主要原因是NaCl 的加入引起的盐析效应通常会导致极性化合物回收率的增加，能够控制有机相中水的百分比。同时NaCl的引入还可以降低共萃取的基质成分的量。因此，在实际操作中主要加入的无机盐为MgSO4和NaCl。

MgSO4与NaCl的使用比例及MgSO4的使用量也很重要。为了结合绝大多数的水，MgSO4的添加量必须超过饱和浓度。而NaCl的加入虽然有助于控制萃取溶剂的极性，从而提高萃取的选择性，但是盐的过量加入会降低有机层对极性目标物的分配力，故应适当控制其加入量。本项目分别以不同的无机盐添加量比较了无水MgSO4和NaCl的回收效果。结果表明，当加入量为4g/1g时，目标物的回收率达到了满意的水平（80.4%~117.8%），证明已加入足量的无机盐，过饱和的无水MgSO4和NaCl促进目标物从有机相中分离，从而提高了提取效率。但由于随NaCl用量的适当增加，4种农药的色谱图峰形的分叉现象显著改善，峰面积显著提高。故采用质量比为4g/1g的无水MgSO4和NaCl作为脱水剂。

3.4 QuEChERS净化条件的考察

土壤基质较为复杂，含有较多的有机质、腐殖酸和色素等杂质。为了去除净化步骤中的基体成分，QuEChERS的净化需要先将适量的样品萃取物加入到含有相对少量SPE吸收剂的离心管中，并对混合物进行震荡以增加SPE物质的分布，以促进清洗过程。最终，离心混合均匀的样品，分离吸附剂和萃取上清液，移取上清液进行上机分析。关键点在于如何选择正确的吸附剂，以保留不需要的共萃取的基质化合物，并允许目标物保留在液相中。QuEChERS法中常用的净化剂有PSA、GCB、C18等固相萃取柱常用填料。PSA结构中含有两个氨基，通过氢键的形成或离子交换作用，可去除基质中的极性化合物如脂肪酸、部分有机酸、糖和色素等的干扰；C18能去除非极性干扰物如脂类、花青素、蜡类产生的影响；GCB的表面具有正六元环结构，其对平面分子有极强的亲和力，能有效去除水叶绿素和类胡萝卜素等大分子杂质，但由于会吸附平面环状结构的农药而造成回收率降低。对于土壤样品而言，PSA能够吸附土壤中很多极性基质成分如糖类、脂肪酸等，而对农药残留物无吸附作用；C18可以选择性地吸附土壤中的有机质和腐殖酸等杂质；GCB可以吸附土壤中的色素；无水MgSO4则可用来吸附提取液中残留的水分，改善目标物的分配，进而影响后续净化剂的吸附效果，提供更好的净化。

本试验参考6种商品化的QuEChERS分散固相萃取管中各种萃取剂的配方比（见表1），以不同量的MgSO4、PSA、GCB、C18和 无 水MgSO4为考察因素对净化条件进行了优化。从实验过程可以明显看出，GCB对色素有强大的吸附能力，提取液颜色很浅，但同时对部分农药也有一定的吸附（E和F试剂盒）。使用C和D试剂盒，加标回收率为56.7%~107.8%，4个组份的定性峰超出范围。针对2mL提取液，加入吸附剂PSA 25mg和无水MgSO4150mg（A试剂盒）即可获得较好的净化效果，总离子流图的杂质峰个数明显少于C、D、E和F试剂盒，其中α-六六六的回收率达到96.0%，γ-六六六达到102.5%，七氯达到71.2%，α-氯丹达到118.3%。试剂盒B的加标回收率为72.2%~106.1%，考虑成本，试剂盒A为最优条件。

表1 6种不同配方的商品化萃取试剂盒配方

4 方法验证

4.1 精密度和回收率实验

取不含目标物的土壤样品，加入目标物分别制作三个浓度水平的土壤样品（低（0.10 ug/g）、中（2.0 μg/g）和高（6.0 μg/g））各7份进行加标回收试验，计算7次测定结果的相对标准偏差（RSD）和回收率。由实际检测数据结果统计，回收率为78.8%~91.4%，相对标准偏差在15.0%~18.0%之间，方法回收率及相对标准偏差符合相关规范的要求，表明该方法具有良好的准确度和精密度。

4.2 准确度分析及不同方法比对

分别按HJ835-2017和QuEChERS快速分析方法对实际土壤样品中的4种农药进行测定，结果见表2。

表2 准确度及不同方法比对表

由表可以看出，采用QuEChERS快速分析方法对实际土壤样品中的4种农药进行分析的结果和HJ835-2017分析结果比较的相对偏差在3.87~12.39.均小于20%。四种目标物在0.5ug/g浓度水平的回收率在78.0%~92.6%间。

4 结论

采用QuEChERS前处理方法，用正己烷/丙酮（1+1）做提取剂，加入一定量的去离子水和MgSO4和NaCl（4∶1），并通过超声进行辅助萃取，最终用气相色谱-质谱法测定目标物，可以同时检测土壤中的α-六六六、γ-六六六、七氯和α-氯丹等4种有机氯农药，该方法操作简单、准确度高、成本较低、相对环境友好，能满足批量样品的检测需求，可用于快速测定土壤中的有机氯类农药。