气相色谱质谱法检测稻田土壤中6种除草剂残留

2022-12-14郭伟伟孙志洪卢冠宇张淑华

中国测试 2022年11期

郭伟伟，孙志洪，卢冠宇，张淑华

(1. 沧州市生态环境监控中心，河北沧州 061000; 2. 河北省沧州生态环境监测中心，河北沧州 061000; 3. 国电联合动力技术有限公司，北京 100000; 4. 河北清泓检测技术服务有限公司，河北沧州 061000)

0 引言

除草剂是抑制或消灭杂草生长的一类农药，可减轻人工除草的劳动力，避免杂草和农作物争夺阳光、水、肥料，使农作物产量大幅度提高，但由于害虫的耐药性导致农药的超量、超范围使用、滥用现象日益严重[1-3]。农药随雨水流入地下水、河水，渗入土壤中，使自然环境受到了污染、生态环境遭到破坏[4-9]。这些过量的农药除草剂通过食物链进入人体，干扰人体的内分泌，影响人体行为、大脑及生殖器官的发育，并诱发癌症。EPTC（茵草敌）、禾草敌、毒草胺、丁氟消草、氟草胺、灭草灵为稻田常用的除草剂，适用于去除水稻稗草、牛毛草、异型莎草等，加强对稻田土壤中这几种除草剂进行监测对保护人体身体健康有着非常重要的意义[10-12]。

近几年，孟庆顺、孙丽研究了气相色谱法快速测定大米中禾草敌残留量[13]；黄惠威，刘凤银等综述了色谱法、免疫分析方法、电化学法、光度计法、生物检测法5种氟乐灵检测方法]进展情况[14，并对氟乐灵检测技术的发展进行展望，但土壤中有关农药杀虫剂残留的研究却很少。气相色谱联合三重四级杆质谱法由于其有良好的结构解析（特征离子信息）和定性能力，高检测灵敏度和低噪音等优势[14-18]，确保了定性定量结果更为准确、可靠，避免了假阳性结果的产生。本文研究建立了全自动固相萃取联合气相色谱-三重四级杆串联质谱仪监测稻田土壤中的EPTC、禾草敌、毒草胺、丁氟消草、氟草胺、灭草灵6种除草剂残留的分析方法。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

仪器：TQ8030型三重四级杆质谱联用仪（日本shimadzu公司）；2010plus型气相色谱（日本shimadzu公司）；AOC-20i自动进样器（日本shimadzu公司）；GCMS Solution Ver. 4.2数据处理软件（日本shimadzu公司）；VF-1701 MS 质谱专用柱（美国Agilent公司）；EXTRA屹尧科技全自动固相萃取仪（上海屹尧仪器科技发展有限公司)；Milli-Q 超纯水仪（美国 Millipore 公司）；MS1003S 型电子天平（瑞士 Mettler Toledo公司）；Allegra X-22R台式高速冷冻离心机（美国贝克曼公司）。

ENVI-Carb 萃取柱：500 mg/(6mL)，美国 supelco有限公司。

试剂：EPTC（编号：BW901445-100-N，浓度为100 µg/mL）：北京坛墨质检科技有限公司；禾草敌（编号：BW900588-100-D，浓度为 100 µg/mL）：北京坛墨质检科技有限公司；毒草胺（编号：BW901448-100-A，浓度为100 µg/mL）：北京坛墨质检科技有限公司；丁氟消草（编号：BW900353-100-N：浓度为100 µg/mL）：北京坛墨质检科技有限公司；氟草胺（编号：90981GB 浓度为 100 µg/mL）：北京坛墨质检科技有限公司；灭草灵（编号：P-061S，浓度为100 µg/mL）：AccuStandard 生物科技有限公司。

乙酸乙酯、二氯甲烷：均为色谱纯（美国Fisher公司）。

1.2 色谱质谱条件

进样口温度：260 ℃；色谱柱：VF-1701 MS（30 m×0.25 mm，0.25 µm）；恒线速度方式：36 cm/sec。

载气：氦气（纯度：99.999%）；进样方式：脉冲不分流进样；进样体积：1 µL；升温程序：初始温度70 ℃ ，25 ℃/min 升至 200 ℃ （保持 6 min），15 ℃/min 升至 320 ℃（保持 10 min）。

离子源：EI源；轰击能量：70 eV；调谐方式：DFTPP调谐；离子监测模式：MRM(多反应监测)。

离子源温度：250 ℃；接口温度：300 ℃；溶剂延迟时间：5.0 min。

1.3 溶液配制

样品制备随机采集一定量的稻田土壤样品，根据土壤环境监测技术规范（ΗJ/ T 166—2004）处理样品。将处理好的土壤样品置于干净的样品盒中密封备用。

称取5 g制备好的土壤样品至50 mL离心管中，加入10 mL的实验用水使样品完全浸润，20 mL的乙腈萃取样品。用匀浆机以10 000 r/min的速度匀浆1 min；加入5 g氯化钠并剧烈振荡样品，以使有机相与水相更容易分离。以8 000 r/min的速率在离心机上离心5 min。准确移取10 mL萃取液至全自动固相萃取仪样品瓶中，另取ENVI-Carb 萃取柱置萃取架上，设定预清洗程序并用乙酸乙酯+二氯甲烷(1+1)活化萃取小柱，再将样品液以流速10 mL/min经ENVI-Carb柱富集，最后用5 mL 乙酸乙酯+二氯甲烷(1+1)溶液洗脱，将洗脱液置50 ℃水浴氮吹仪吹至近干，1 mL乙酸乙酯溶解残渣，经0.22 µm有机滤膜过滤，即得样品溶液。

2 结果与讨论

2.1 萃取溶剂的选择

土壤是较为特殊的载体，由于其成分复杂，土壤中农药残留的提取较农产品中农药残留的提取更为困难。因此选择提取溶剂时必须考虑样品的特点。农药残留常用的提取溶剂有：乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮等。萃取溶剂选择时既要根据“相似相溶”原理，保证目标物的提取效率，又要考虑溶剂的安全性（不对分析人员和环境造成危害）。研究发现：丙酮作为萃取溶剂由于其本身溶剂极性较大，萃取时与水相分离不明显；乙腈对农药残留物的溶解性较好，然而萃取过程中发现共提物较多，导致干扰峰较多，影响目标物的灵敏度；乙酸乙酯和二氯甲烷也是较好的萃取溶剂。实验比较了单独用乙酸乙酯和二氯甲烷和采用两种溶剂混合的提取效果，结果显示：二氯甲烷/乙酸乙酯(V∶V, 1∶1)的混合溶剂对6种除草剂的提取效果最好。本文拟采用二氯甲烷/乙酸乙酯(V∶V, 1∶1)溶剂来提取样品。

2.2 净化方法的选择

土壤中农药残留净化的方式有QuEChERS净化法、固相萃取净化法和凝胶净化色谱法。QuEChERS 净化法减少了样品取样量和降低提取溶剂的使用量，有效缩短了分析时间，提高了工作效率；但是净化效果较差，容易污染色谱柱质谱离子源。凝胶净化色谱法虽然自动化程度高，净化效果好，但该净化方法耗时较长，操作难度较高，不利于推广。固相萃取法是通过选择合适的固相萃取柱净化提取液，该净化方法能显著减少溶剂的用量，简化样品的预处理过程，净化效果好、准确度高。因此，本文选择固相萃取法净化样品。

2.3 质谱参数的优化

TQ8030型三重四级杆质谱联用仪首先进样大浓度的标准溶液（10 µg/mL的6种除草剂混合标准液），选择Q3全扫描分析标准品的方法采集数据，确定6种农药的前体离子（前体离子的选择原则：分子量大、响应高且不与其他前体离子重合）。设定产物离子，选择碎片离子扫描模式，确定循环时间（一般0.3 s），调整结束时间以确保每组通道的离子个数均匀分配。运用MRM-Optimization-Tool优化文件，设定产物离子和优化碰撞电压，通过不断更换碰撞能量，得到各组分的最佳CE电压及离子丰度值。选择丰度值较高的一组离子对定量，另选2 对离子对定性。根据优化结果最终确立6种农药的多反应监测 (MRM) 分析方法。优化后的质谱参数见表1，空白及标准定量离子图见图1。

表1 质谱参数

图1 标准溶液的色谱质谱图

2.4 线性范围及检出限

将100 µg/mL的各农药标准溶液先配制成10 µg/mL的混标溶液，将该浓度的标准液依次稀释成 0.05 µg/mL，0.1 µg/mL，0.5 µg/mL，1.0 µg/mL，5 µg/mL的系列标准曲线溶液。按“1.2”项下色谱质谱条件及质谱优化参数考察方法的线性范围和检出限。以色谱质谱图各目标物定量离子的峰面积响应值为纵坐标（Y），相应的浓度为横坐标（X）绘制工作曲线。以3倍信号噪声的比值（S/N）作为方法检出限。具体结果见表2。

表2 农药线性范围及检出限

由上表可以看出， 5种农药在0.05～5.0 µg/mL范围内6种组分的峰面积同对应的浓度呈良好的线性关系，相关系数均大于0.995，可用于定量分析。

2.5 准确度和精密度

方法学中的准确度即考察样品的加标回收结果。取已制备均匀的空白土壤样品，准确加入6种农药的混合标准溶液，使其最终质量浓度分别处在0.1 mg/kg、0.5 mg/kg和2.0 mg/kg三个不同的浓度水平下、按照1.3.1项下的方法对样品进行萃取、净化，进样色谱质谱系统，做加标回收测试。方法学中的精密度一般考察其变异系数（即相对标准偏差RSD），因此，实验中将三水平的加标样品分别平行处理6份，考察6次进样结果的相对标准偏差。空白土壤样品及加标土壤样品的典型色谱图见图2和图3；具体测试结果见表3。

表3 准确度和精密度测试结果

图2 空白土壤样品溶液的色谱质谱图

图3 加标0.5 mg/kg土壤样品溶液的色谱质谱图

由表4中的测试结果可以看出，6种农药的加标回收率均在86.2%～108.6%之间，精密度6次测定结果的相对标准偏差在1.89%～4.05%之间，均在方法学允许范围内。

2.6 实际样品的检测

为考察本文建立的方法的适用性，随机抽取3处不同区域的稻田土壤，根据按1.3.1进行样品溶液的配制，进样气相色谱质谱系统采集相应的色谱质谱图。土壤中6种农药残留的实际检测结果详见表4。结果显示：3处土壤样品分别检出禾草敌、丁氟消草、氟草胺和灭草灵，检出结果均在检出限以内，其余农药均为检出。由此可见，此方法能满足土壤中农药检测灵敏度的要求。另外，稻田土壤①中用气相色谱法检出灭草灵（0.012 mg/kg），用本文建立的气相色谱串联质谱法对该样品重新检测，定量离子图发现：虽然在17.526 min出峰时间检出灭草灵的定量离子，但是其余两个定性离子均未出现（见图4），因此，该物质不能确认为灭草灵。