水质中草甘膦检测方法比对研究

杨硕 刘莲莲 付晓燕 李哲民 张旭鸿

（辽宁省大连生态环境监测中心，辽宁大连 116023）

1 引言

草甘膦，又名农达、膦甘酸，是当今世界上生产量较大的农药品种之一，该化合物无挥发性，具有强极性，极易溶于水，难溶于有机溶剂，其结晶呈白色。草甘膦具有P－C－N 键，此类结构的化合物皆可用作除草剂或植物生长调节剂。目前，全球草甘膦使用量每年增长速度高达20%，需求量仍然巨大，各国仍在进一步扩大生产能力，以此来满足各行业对草甘膦的需求［1］。草甘膦毒性水平低，除草效率高，可利用叶面喷施手段达到除草效果。随着技术的不断发展，草甘膦由起初主要应用于非粮食作物土壤除草，近年来已转向粮食作物土壤的除草应用，除此之外，其应用范围也包括农业、园艺和造林等。草甘膦对植物中5－烯醇丙酮莽草酸－3－膦酸（EPSP）盐合成酶活性进行抑制干扰，这是草甘膦对所有绿色植物都有防除功效的主要原因。一般情况下，植物施药后24～28 h 即可作用于根茎，一年生杂草、多年生杂草施药后分别在2～4，7～10 d 显示出受害症状［2］。草甘膦进入环境后，在生态环境中循环残留较多，动物体内吸收后免疫系统易被破坏，进而导致生殖问题、神经问题等重大疾病。草甘膦在生态环境中易产生不良影响，对动物安全、人体健康等构成巨大威胁，所以对于水质中草甘膦的检测方法进行研究具有非常重要的意义。

2 草甘膦检测方法

2.1 前处理方法

检测草甘膦的前处理方法有液液萃取法、固相萃取法、分散固相萃取法和支撑液膜萃取法等。其中，液液萃取法利用不同组分在萃取溶剂中溶解度的差异，对目标物进行分离和提取，操作简易，应用范围广，但是相对于其他前处理方法，其有机溶剂消耗较大，耗时较长；固相萃取法是利用小柱填料吸附目标化合物后，采用洗脱液吸附，从而分离和富集目标化合物的方法，此方法溶剂用量小、回收率较高，但萃取时间长，操作过程复杂，吸附剂品种选择性小［3］；分散固相萃取技术是一种新兴的样品前处理方法，无淋洗和洗脱等步骤，操作简便快速，但成本较高，应用范围小；支撑液膜萃取法将溶剂萃取和膜分离进行结合，该方法选择性好，富集性高，操作快速稳定，在检测技术领域中已被应用［4］。

2.2 检测方法

2.2.1 离子色谱法

离子色谱法前处理操作简单，水样经过滤直接进样，检测方法快捷方便，具有快速、灵敏、选择性好等特点，与其他方法相比，其节省了大量的人力物力，同时检测过程不产生有机废液，降低了检测过程中的化学试剂危害，无论对工作人员还是环境都更加安全、快捷。因此，当水样基体干扰少且草甘膦浓度较高时，离子色谱法更有优势［5］。

2.2.2 高效液相色谱法

高效液相色谱法是一种高效、高速、高自动化的分离分析技术，其分析速度快、灵敏度高、定量精确，检出限更低，适合草甘膦含量低的水样检测，且由于其特异性比较强，更适合成分复杂水样（如地下水）的检测，但在草甘膦残留检测的前处理中需采用衍生化、固相萃取、液液萃取等多种前处理步骤，操作比较繁琐，且测定过程所用有毒有害的有机溶剂较多，因此在实验过程中要注意安全。

2.2.3 气相色谱法

气相色谱法以气体为流动相，采用毛细管色谱柱对目标化合物进行分离检测，该方法分析速度快、分离效果好，但在草甘膦残留检测的前处理中需衍生化，步骤繁琐，方法灵敏度低。

2.2.4 气相色谱—串联质谱法

气相色谱—串联质谱法将色谱的高分离度和质谱的高灵敏度结合起来，提高了对草甘膦除草剂进行定性与定量的准确度和灵敏度，但在草甘膦残留检测的前处理中需衍生化，步骤繁琐。

2.2.5 液相色谱—串联质谱法

液相色谱—串联质谱法与液相色谱法相比，定性能力更强，选择性、灵敏度更好，但由于仪器价格昂贵，在实验室不易推广，该方法并未广泛应用。与离子色谱法相比，该方法会产生更多的有机废液，对环境造成一定影响。

其他常见的水质中草甘膦检测方法还包括毛细管电泳法、酶联免疫法、分子印迹传感器法、化学分析法、分光光度法、化学发光法和漫反射光谱法等。其中化学分析法和分光光度法虽然简单易行，但灵敏度低、检测范围小［3］。

综上所述，目前绝大多数的实验室更容易实现采用离子色谱法和高效液相色谱法检测水质中的草甘膦，本文将对这2 种检测方法进行对比研究。

3 离子色谱法与高效液相色谱法

3.1 离子色谱法

3.1.1 方法原理

待检水样进入分离柱后，其中的草甘膦与有离子交换功能的平衡离子争夺色谱柱上离子交换位置。使用氢氧化钾淋洗液淋洗，将草甘膦从色谱柱上洗脱分离，经检测器得到去色谱峰，以保留时间定性、峰面积定量［6］。

3.1.2 主要仪器

DIONEX AQUION 离子色谱仪；Milli－Q 超纯水系统；滤膜孔径0.45 μm 水洗尼龙材质样品过滤膜等。

3.1.3 试剂与配置

草甘膦标准溶液；超纯水；氢氧化钾淋洗液。

3.1.4 试验方法

3.1.4.1 样品处理

硬质玻璃瓶采样，1 L 样品中加入0.02 g 抗坏血酸，主要为消除余氯，以防干扰草甘膦的测定，避光4 ℃冷藏，保存。于24 h 内进行测定，测定前，水样要经过0.45 μm 滤膜实现初步的过滤处理［7］。

3.1.4.2 仪器设置

启动检测程序，排气操作后开泵，当系统压力稳定时，打开抑制器，当导电信号低于1，且小数点后2位始终处于不变状态，表示此时仪器状态平稳，可准备检测［8］。

3.2 高效液相色谱法

3.2.1 方法原理

样品在酸性条件下加入柠檬酸三钠，过滤净化，其中的草甘膦与9－芴甲基氯甲酸酯衍生反应后生成荧光产物，使用二氯甲烷对其进行液液萃取，可去除衍生化副产物，将待检样品用具有荧光检测器的液相色谱进行检测，用保留时间定性、外标法定量，以此来确定样品中草甘膦的浓度水平。

3.2.2 主要仪器

高效液相色谱仪（安捷伦LC1200）；色谱柱（Agilent TC－C18，250 mm× 4.6 mm，5.0 μm）；水平振荡器；十八烷基硅胶萃取柱（500 mg/6 mL）；聚乙烯塑料（PE）管（10 mL）。

3.2.3 试剂与配置

柠檬酸三钠；四硼酸钠；9－芴甲基氯甲酸酯；乙腈；甲醇；二氯甲烷；盐酸；磷酸；氢氧化钠；草甘膦标准溶液（1 000 mg/L）。

3.2.4 试验方法

3.2.4.1 样品处理

（1）固相萃取

量取样品10 mL，加入29.3 mg 柠檬酸三钠待检。依次用甲醇和纯水对固相萃取柱进行活化，将待检样品以1 滴/s 的速度通过固相萃取柱，收集。

（2）衍生化反应

取收集液2.00 mL 于PE 管中，加入0.50 mL 四硼酸钠溶液及1.00 mL 9－芴甲基氯甲酸酯乙腈溶液，摇匀置于水平振荡器，40 ℃衍生1 h。

（3）液液萃取

样品衍生后加入二氯甲烷5 mL，萃取，取水相层，经滤膜过滤，收集检测。

3.2.4.2 仪器设置

液动相为磷酸溶液，流速为1.0 mL/min，柱温为30 ℃，进样量为20 μL，激发波长为254 nm，检测波长为302 nm，梯度洗脱程序［9］详见表1。

表1 梯度洗脱程序

4 结果分析

4.1 线性方程与检出限

分别取适量的草甘膦标准使用液，用水稀释，制备不同梯度的草甘膦质量浓度，经过衍生化反应、液液萃取净化、过滤等前处理过程，配制成标准系列，获得校准曲线结果。再通过配制7 个草甘膦空白加标平行样品，按照样品分析的全过程（包括前处理）进行测定，可以分别得到2 种检测方法的检出限与线性方程，详见表2。

表2 草甘膦检测方法检出限与线性方程比较

4.2 精密度与正确度

随机抽取地表水试样，并对其进行样品加标（高浓度、低浓度加标各1 份），利用2 种检测方法分别开展平行测定操作，分别计算其相对标准偏差、加标回收率，以此可知2 种检测方法的精密度与正确度，具体结果见表3。

表3 草甘膦检测方法精密度与正确度比较 %

5 结语

从本文研究可得，针对草甘膦的检测，离子色谱法与高效液相色谱法的方法原理、前处理方式、分析操作都截然不同。在前处理方式、实验耗材方面，高效液相色谱法需要经过固相萃取、衍生、液液萃取净化等多种复杂操作步骤，相比较而言，离子色谱法更为简便快捷，材料损耗更少，样品处理时间更短。在方法灵敏度方面，高效液相色谱法的检出限为0.001 mg/L，可达到离子色谱法的10%；在准确度方面，高效液相色谱法的相对标准偏差为0.5%～1.2%，略优于离子色谱法的0.9%～1.4%；在正确度方面，高效液相色谱法的加标回收率为83.0%～102.0%，离子色谱法的加标回收率为95.4%～105.0%，两者相近。对于草甘膦浓度较高的水样检测，离子色谱法简便快捷，更为适合，而对于草甘膦浓度较低的水样检测，应该选择灵敏度高、精密度好的高效液相色谱法。