高效液相色谱法测定水中草甘膦的分析研究

张玲玲，徐小敏

（通辽环保投资有限公司，内蒙古 通辽 028000）

引言

随着环境污染问题的日益严重，对环境中有害物质进行监测和评估已经成为目前的首要任务。农药草甘膦因其广泛的杀虫效果和持久性，被大量应用于农业生产，但也引发了一系列的环境问题。因此，对其在环境中的分布和迁移行为进行深入研究，对于保护环境和人类健康具有重要意义。本研究旨在建立一种高效、准确的草甘膦检测方法，以实现对水环境中草甘膦的实时监测和评估。

1 高效液相色谱法概述

高效液相色谱法（HPLC）是一种分析化学技术，广泛应用于分离、定量和检测的混合物中的成分。HPLC技术已经成为许多领域的标准工具，包括化学、生物化学、制药学、环境科学和食品科学等。本文将详细叙述HPLC的工作原理、仪器配置、样品准备、柱选择、检测器类型以及应用领域等方面的内容，以方便技术人员更好地理解和利用这一强大的分析技术。

1.1 HPLC的工作原理

HPLC的核心原理是液相色谱分离，其基本思想是将待分离的混合物溶解在液相中，然后通过柱填充物对其成分进行分离。在HPLC中，样品通过高压泵被注入柱中，柱内填充了一种被称为固定相的材料，这种材料会与溶剂中的分析物发生相互作用。分子根据这些材料与固定相的亲和力以不同速度移动，然后分离出来。最后，通过检测器检测各个分离出的成分，并生成色谱图[1]。

1.2 HPLC仪器配置

HPLC系统包括多个重要组件，例如高压泵、进样器、柱和检测器。高压泵用于将溶剂送入柱中，通常在高压下进行操作，以确保流速和压力的稳定性。进样器用于将样品引入系统，通常采用自动化进样，以提高分析效率。柱是色谱分离的关键组件，柱内填充有不同类型的固定相，可以根据分析需求选择不同的柱材料。最后，检测器用于监测样品分离的进程并生成色谱图[2]。

1.3 样品准备

在HPLC分析中，样品准备是非常关键的步骤。通常，样品需要被溶解在适当的溶剂中，并经过过滤或离心等处理去除颗粒物质。由于样品的制备质量直接影响后续的分析结果，所以必须要仔细进行。

1.4 色谱柱的选择

色谱柱的选择对HPLC分析至关重要。不同类型的柱填充物可以实现不同的分离机制，包括反相、正相、离子交换、尺寸排除等。合适的柱填充物选择取决于分析物的性质和分离需求。

2 高效液相色谱法测定水中草甘膦的实验步骤

2.1 所需仪器和材料

在进行草甘膦的HPLC分析之前，需要准备以下仪器和材料：

（1）HPLC仪器：包括色谱柱、色谱泵、进样器、检测器和数据采集系统。这些设备用于分离、检测和记录样品中草甘膦的含量。

（2）色谱柱：选择一种适用于草甘膦分析的反相C18柱，常见尺寸为4.6 mm x 150 mm，粒径为5 μm。该柱具有选择性好、分离度高等特点，适合测定草甘膦的含量。

（3）样品溶剂：使用HPLC级别的甲醇和水作为样品溶剂。甲醇是一种常用的有机溶剂，能够溶解大多数有机物质；而水作为溶剂的空白对照，可以评估样品中的杂质含量。

（4）草甘膦标准品：用于建立标准曲线的纯度高的草甘膦标准品。标准品应具有准确的质量浓度和纯度，以确保实验结果的准确性和重复性。

（5）样品：需要测定草甘膦含量的水样。样品可以是不同来源的水，如自来水、地下水或废水等。另外，要确保样品采集时避免污染，并采取适当的保存方法。

（6）进样针头和过滤器：用于样品进样前的过滤。进样针头用于将样品注入色谱柱中，过滤器用于去除样品中的固体颗粒或杂质，以提高分析结果的准确性。

2.2 样品准备

将水样收集并存储于干净的密封容器中，确保水样不被污染。选择合适的容器可以防止水分蒸发和外界污染对样品的影响。如果水样中含有大量的悬浮颗粒或杂质，可以使用0.45 μm的微孔过滤器过滤样品，以去除杂质，微孔过滤器可有效去除大分子杂质和微生物等不溶性物质。另外，要准备一系列不同浓度的草甘膦标准溶液，用于建立标准曲线。标准溶液的浓度范围应覆盖实际水样中草甘膦的含量范围，通常可以选择浓度范围从低到高不同浓度的标准溶液进行测定[3]。

2.3 色谱条件

设置HPLC仪器的色谱条件如下：

（1）色谱柱：选择C18反相柱作为分析柱，其粒径为5 μm，适用于草甘膦的分析。C18柱具有较高的选择性和分离度，能够有效分离和检测目标化合物。

（2）流动相：使用甲醇-水混合物作为流动相。甲醇和水的体积比通常为80∶20，可以根据需要进行调整，以达到最佳的分离效果。此外，还可以添加一些缓冲剂或离子对试剂。以改善分离效果。

（3）流速：设定流速为1.0 mL/min，以保证良好的分离效果和峰形对称性。流速过快可能导致分离效果下降，而过慢则可能增加分析时间。

（4）检测器的波长：选择214 nm作为检测波长，这是草甘膦的最大吸收波长。通过检测器测量样品溶液在214 nm处的吸光度变化，定量分析草甘膦的含量。

（5）进样体积：进样体积通常设定为10～20 μL，以得到准确、可靠的定量结果。进样体积的选择应根据色谱柱的设计参数、样品的性质和浓度范围确定。

2.4 样品分析

启动HPLC仪器后，首先需要进行仪器的平衡操作，以确保仪器的稳定性和准确性。具体步骤包括打开色谱仪电源、设置流速、开启检测器等操作。待仪器稳定后，使用标准曲线中的草甘膦标准品进行校准。先注射不同浓度的标准溶液，记录吸收峰的峰面积或峰高度。然后注射经过过滤的水样，记录草甘膦峰的峰面积或峰高度。再根据标准曲线中的数据计算水样中草甘膦的浓度[4]。

需要注意的是，在实验过程中实验人员要严格控制操作条件和环境条件（如温度、湿度等），以避免这些条件对实验结果产生影响。同时，还应注意实验的安全措施，如正确使用实验器材、佩戴个人防护装备等，以确保实验过程的安全性和可靠性。

2.5 数据分析

通过比较水样中草甘膦的峰面积或峰高度与标准曲线上的对应数据，可以计算出水样中草甘膦的浓度。标准曲线的方程通常为线性回归方程为：

y=mx+b

其中，y是草甘膦的峰面积或峰高度，x是草甘膦的浓度，m是斜率，b是截距。通过该方程，可以将水样中草甘膦的峰面积或峰高度转化为浓度值。

通过表1中的数据以及标准曲线，我们可以计算出水样1中草甘膦的浓度为2.70 μg/mL，水样2中草甘膦的浓度为3.15 μg/mL。

表1 不同浓度的草甘膦标准品的分析数据及水样分析结果

3 高效液相色谱法测定水中草甘膦的应用建议

3.1 样品的采集和处理

在进行样品采集和处理时，首先要选择适当的采样点位，包括不同水源和可能受到农业活动影响的区域。这样可以确保所得到水样具有代表性，从而能够更加准确地反映水体中草甘膦的含量情况。其次，采用标准采样方法收集水样，并注意避免样品污染和交叉污染。使用合适的采样容器和保存条件，可以有效防止外部因素对样品的影响，保证样品的准确性和可靠性。然后，对采集到的水样进行预处理，如过滤、调整pH值等，以提高分析的准确性和可靠性。通过过滤去除大颗粒杂质和悬浮物，可以减少样品中的干扰物质；而调整pH值可以消除可能存在的酸碱反应或氧化还原反应的影响。最后，合理选择样品的保存方式和条件，确保样品在分析前的稳定性。常见的保存方式包括冷藏、冷冻和加入稳定剂等，这些方法可以有效地防止样品分解、氧化或吸附其他物质，从而保证样品质量的一致性。

3.2 色谱条件的优化

根据目标物的化学性质和分离要求，可以选择不同类型的色谱柱，如反相柱、正相柱或离子交换柱等。同时，考虑柱填料的选择和粒径大小等因素也非常重要，由于不同填料具有不同的选择性和保留性能，工作人员可以根据目标物的亲疏水性选择合适的填料。此外，还可以考虑添加一些特殊的功能化填料，如固定相添加剂或流动相调节剂等，以改善分离效果。另外，优化流动相的组成也是重要的一步。有机溶剂和缓冲液的比例以及pH值等参数都会影响目标物的保留和分离效果，通常可以根据目标物的特性和文献报道的经验数据进行调整，以达到最佳的分离效果。最后，根据草甘膦的特性选择合适的检测器，如紫外检测器或荧光检测器，并进行相应的参数调整。不同的检测器具有不同的灵敏度和响应范围，所以实验人员可以根据需要选择合适的检测器来获得准确的分析结果[5]。

3.3 标准曲线的建立和验证

建立准确可靠的标准曲线是高效液相色谱法测定水中草甘膦的关键步骤。第一，制备一系列浓度不同的草甘膦标准品溶液。可以通过逐步稀释高纯度的草甘膦标准品溶液来得到一系列浓度的标准品溶液，并确保标准品溶液的浓度范围覆盖待测样品中草甘膦的浓度范围。第二，针对每个标准品溶液进行进样量的优化，确保在线性范围内可以获得良好的峰形和信号强度。在此过程中，可以逐步尝试不同进样量，并观察峰形和信号强度的变化，选择最佳的进样量[6]。第三，通过适当的数据处理方法，如线性回归拟合，建立标准曲线。通过将每个标准品溶液的峰面积与其对应的浓度建立线性关系，得到标准曲线的方程。第四，验证标准曲线的准确性和可靠性，包括相关系数、回归方程和残差分析等。相关系数可以评估标准曲线的拟合程度，应趋近于1，而且回归方程的斜率和截距应与理论预期相符。

3.4 样品分析与数据处理

首先，根据前期优化的色谱条件进行样品进样分析，包括选择合适的色谱柱、流速、流动相组成等参数，并根据目标物的理化性质合理地进行调整。同时，要注意样品的保存和处理方式，以避免受到外界因素的干扰。例如，对于易挥发或不稳定的目标物，可以采用低温保存或冷冻干燥等方法来保持其稳定性。其次，根据建立的标准曲线，计算样品中草甘膦的含量。这可以通过将样品进样量与对应的峰面积值相乘，并除以标准曲线中对应浓度的点积得到[7]。在计算过程中，需要注意单位统一和精度控制，以保证计算结果的准确性和可靠性。此外，还可以利用质谱法等其他技术手段对样品进行进一步的定性和定量分析，以验证高效液相色谱法的结果。同时，为了保证分析结果的准确性，可以考虑进行样品的并行测试和重复测定。通过多次重复实验，可以获得更可靠的结果和更准确的平均值。

4 高效液相色谱法测定水中草甘膦的应用展望

4.1 环境监测与水质管理

高效液相色谱法在草甘膦分析中的应用将在环境监测和水质管理领域发挥关键作用。未来，随着人们水资源保护意识的不断提高，对水中污染物的监测要求也会更加严格。高效液相色谱法可以提供快速、准确、灵敏的草甘膦分析，因而有望成为水质监测的首选方法之一。同时，通过实时监测水体中草甘膦的浓度，可以更及时地采取措施应对水污染事件，并保护水资源的可持续利用。

4.2 农业生产与农药管理

在农业领域，草甘膦是一种广泛使用的除草剂，而高效液相色谱法的应用可以帮助农民更好地监测和管理草甘膦的使用。未来，农业生产将更加注重可持续性和环保性，因此需要确保农药的合理使用。高效液相色谱法可以用于检测土壤、农产品和水源中的草甘膦残留，帮助农民遵循农药使用规定，以减少其对环境的负面影响，进一步提高农产品的质量和安全性[8]。

4.3 食品安全与质量控制

随着人们对食品质量和安全性的关注不断增加，高效液相色谱法在食品分析中的应用也将得到进一步拓展。草甘膦作为一种可能残留在食品中的农药，需要对其进行严格的检测和控制。未来，高效液相色谱法可以用于分析食品样品中的草甘膦残留，以确保食品的安全和质量，这对于食品行业和监管部门来说都具有重要意义，可以提高食品质量的控制水平，增强人们对食品的信心。

5 结语

通过对草甘膦与二甲基胺反应进行优化，能够实现高灵敏度和选择性的分析，并且能够在水体中准确测定草甘膦的浓度。这一方法不仅具有高度的准确性和灵敏度，还具有操作简便、分析速度快的优势，适用于实际应用中的水质监测和环境保护。通过本研究，可以为解决草甘膦过量使用和不当排放可能带来的环境问题提供一种可靠的分析手段。未来，相关工作人员可以进一步拓展这一方法的应用范围，探索其在不同水体中的适用性，并考虑将其更广泛地应用于实际的水质监测项目中，进一步提高水质监测质量。