有机氯类农药(OCPs)是一类高效广谱杀虫剂,曾是各国杀虫剂中使用最广泛的一大类[1],这类农药化学性质稳定,脂溶性强,残效期长,严重危及人体健康。世界各国已于20世纪70年代末80年代初禁止使用此类农药,但目前仍然能在水、粮食、土壤、药材中检出该类农药。有机磷农药常被用作杀虫剂喷洒在果树、蔬菜上,虽然它比有机氯农药较易降解,残留期较短,但有机磷农药毒性较高,可残留在水果、蔬菜上或进入环境水体。饮用水中有机氯、有机磷农药的残留分析主要采用气相色谱法[2],不同种类需要分开检测,既浪费时间又容易引进误差,同时有机溶剂使用量大,危害检测人员身体健康,排放的废液也会对环境造成二次污染[3]。本方法用固相萃取小柱进行萃取、富集,并与GC/MS联用,有机溶剂使用量大大减少,同时建立了同时测定水中多种有机磷和有机氯农药残留的分析方法。
1 材料和方法 1.1 仪器和试剂仪器:气质联用仪(Thermo DSQ单四极杆GC/MS),固相萃取小柱PLS柱(200 mg/6 mL 30/pk;迪马科技),supelco固相萃取装置,色谱纯二氯甲烷,乙酸乙酯,甲醇,去离子水。
农药标准品:AccuStandard公司有机氯农药(17种)10 mg/L CAT:AE-00020 LOT:209071136-01;有机磷农药(7种)100 mg/L CAT:S18041-5 LOT:212061276;内标液:100 mg/L CAT:M-525.2-IS LOT:209071136-01(Acenaphthene-d10,Phenanthrene-d10)。
1.2 实验方法 1.2.1 样品的采集2012年丰水期(10月)、2013年枯水期(3月)分别采集江苏省部分地区13个水厂的水源水和出厂水各10 L,法国依云矿泉水作为现场采样空白,与采样同时注入贮样容器,随采集样品一起运送实验室分析,用于判断水样采集和运送过程是否污染。样品送到实验室后,加入约40~50 mg亚硫酸钠去除余氯(在加酸调pH前必须脱氯),放于冰箱中4℃保存。
1.2.2 样品处理萃取小柱的活化:PLS固相萃取小柱使用前分别用10 mL乙酸乙酯、二氯甲烷、甲醇和水润湿填充颗粒表面,进行活化。样品的富集:利用supelco固相萃取装置富集水样2 L,流速控制约为5 mL/min,富集完毕后,继续真空吸抽10 min,使柱子干燥,接着用氮气将填充颗粒表面吹干,约吹15 min左右。源水视水样清洁程度,较混浊的水样用玻璃纤维滤纸进行过滤,出厂水一般较清洁,可以直接进行抽滤。样品的洗脱:洗脱萃取柱时,保持连接管线相连,打开萃取装置顶部,将收集用的玻璃蒸发皿放在萃取柱之下。加5 mL乙酸乙酯到样品瓶中,摇晃样品瓶,清洗瓶子内部,打开真空泵,让乙酸乙酯流过聚四氟乙烯连接管线,并让乙酸乙酯浸泡萃取柱中的吸附剂30 s,在较低的真空压力下,让洗脱液慢慢滴流至蒸发皿中,接着用10 mL二氯甲烷洗脱,然后去掉连接管线,用两个6 mL的1 :1的二氯甲烷和乙酸乙酯混合液洗脱萃取柱。浓缩和定容:洗脱液用氮吹浓缩,用乙酸乙酯定容至1.0 mL。现场空白样品的制备富集方法同水样。
1.2.3 仪器条件色谱柱:HP-5MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);载气:高纯氦气(纯度≥99.999%);柱流速:1 mL/min。检测器:质谱检测器;进样口温度:250℃进样温度高敌百虫易分解;升温程序:初始温度50℃,保持1 min,以40℃/min升温至130℃,保持3 min;3℃/min升温至180℃,保持1 min;3℃/min升温至240℃,保持1 min;3℃/min升温至280℃,保持1 min;再20℃/min升温至300℃,保持5 min;质量范围:50~500 aum;电离方式:EI;电子能源:70 eV;接口温度:250℃;离子源温度:250℃;四级杆温度扫描方式:全扫描;溶剂延迟:3 min。按上述分析条件调节仪器,系统稳定后进样,进样体积:1.0 μL。
1.2.4 测定方法以各农药的保留时间和特征质量离子进行定性分析(表 1),以峰面积为定量指标,采用内标法计算样品中的农药残留量。
化合物名称 | 保留时间 | 定量离子 | 定性离子 | 内标物 |
敌敌畏 | 6.05 | 79 | 109,79,185 | 二氢苊-D10 |
内吸磷 | 15.35 | 88 | 88,60,114,170 | 菲-D10 |
六氯苯 | 18.29 | 142 | 284,107,142,24 | 菲-D10 |
α-六六六 | 18.31 | 181 | 109,181,219 | 菲-D10 |
乐果 | 19.34 | 87 | 87,93,125 | 菲-D10 |
林丹 | 20.46 | 109 | 109,181,219 | 菲-D10 |
β-六六六 | 20.64 | 109 | 109,181,219 | 菲-D10 |
δ-六六六 | 22.92 | 181 | 109,181,219 | 菲-D10 |
七氯 | 24.70 | 100 | 100,272,237 | 菲-D10 |
甲基对硫磷 | 24.80 | 109 | 109,125,263 | 菲-D10 |
艾氏剂 | 27.00 | 66 | 66,91,101,263 | 菲-D10 |
马拉硫磷 | 27.16 | 93 | 127,173,93 | 菲-D10 |
对硫磷 | 28.06 | 109 | 109,97,291 | 菲-D10 |
环氧七氯B | 29.82 | 81 | 81,91,353,263 | 菲-D10 |
环氧七氯A | 29.84 | 81 | 81,91,353,263 | 菲-D10 |
2, 4′-DDE | 31.77 | 105 | 105,176,210,246 | 菲-D10 |
杀虫畏 | 32.14 | 109 | 331,329,333,109 | 䓛-D12 |
米托坦 | 34.40 | 165 | 235,165 | 䓛-D12 |
异狄氏剂 | 35.29 | 81 | 81,113,263 | 䓛-D12 |
O, P′-DDT | 36.65 | 235 | 165,235,237 | 䓛-D12 |
4, 4′-DDD | 36.78 | 235 | 165,178,235 | 䓛-D12 |
P, P′-DDT | 38.99 | 235 | 165,235,237 | 䓛-D12 |
2, 3, 5, 6-四氯硝基苯 | 14.76 | 108 | 108,143,203 | 䓛-D12 |
2 结果与讨论 2.1 色谱柱及色谱条件的确定
在GC-MS-SIR中理想的总离子流图应该是各化合物能明显分离、均匀分布、峰形尖锐平滑的特征[4]。参考文献[5-7]和经过实际操作发现HP-5MS石英毛细管柱分离效果较好,故本实验确定分离毛细管柱为HP-5MS石英毛细管柱。通过改变升温程序发现不同的升温程序存在拖尾或分离不完全,多次试验,从升温的速率到样品峰的分离、同分异构体的分离,综合考虑确定升温程序(1.2.3色谱柱的内容),考虑到化合物较多,为了确保没有记忆效应,最后升至300℃,保持5 min。
2.2 萃取柱的选择固相萃取柱的选择对实验结果尤为重要,C18柱是高纯硅胶基质上单键键合十八烷基氯硅烷(-Si(CH3)2C18H37)的强疏水性填料,经端基封尾处理,典型的反相保留机理,是疏水性最强的硅胶基质吸附剂,对非极性化合物具有出色的强保留特性,对大多数有机物都有保留,是应用最为广泛的SPE吸附剂。ProElut PLS兼具亲水基团(吡咯烷酮基团)和疏水基团(二乙烯基苯),属于反相吸附剂,对极性化合物和非极性化合物均有较好的保留,具有亲水亲脂平衡的特性。本法单独采用C18小柱萃取,添加0.2 mg/L浓度水平标准溶液的回收率在30%~40%之间,单独采用PLS小柱萃取,添加0.2 mg/L浓度水平标准溶液的回收率为70%~118%,串联C18小柱与PLS小柱, 添加0.2 mg/L浓度水平标准溶液的回收率在75%~116%之间,与单用PLS小柱差异不大,考虑到操作与成本,建议单独用PLS小柱即可。
2.3 标准曲线和检出限分别量取有机氯农药、有机磷农药混合物标准贮备溶液(1 μg/mL)0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8 mL;每个点加入内标标准溶液(50 μg/mL)0.020 mL,然后用乙酸乙酯定容到1.0 mL。使其最终质量浓度分别为0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8 μg/mL,内标浓度为1.0 μg/mL。
用5种不同浓度的标准品(其中内标的浓度恒定)绘制标准曲线,该曲线的纵坐标为组分定量离子峰面积Ax与其浓度Cx之比,横坐标为内标的定量离子峰面积Ais与其浓度Cis之比。由此求得响应因子Rf。
实际样品在测定前加入同样浓度的内标,测得未知物的定量离子峰面积Ax后,通过校准曲线及公式(1) 计算实际样品浓度Cx。
$Cx = \left( {Ax \times Qis} \right) \div \left( {Ais \times Rf \times V} \right)$ | (1) |
式中:Cx—实际样品被测组分浓度,μg/L;
Ax—各组分定量离子峰面积;
Qis—加入水样中内标物量,μg;
Ais—内标物定量离子峰面积;
Rf—响应因子;
V—水样体积,L。
回归方程、相关系数,取水样2.0 L,以3倍的信嗓比(S/N)计算检出限见表 2。
化合物名称 | 回归方程 | 相关系数(γ) | 检出限(ng/L) |
敌敌畏 | Y=-0.0208702+0.868079X | 0.9970 | 0.3 |
内吸磷 | Y=-0.00944727+0.121572X | 0.9970 | 2.2 |
六氯苯 | Y=0.000965184+0.131106X | 0.9976 | 0.3 |
α-六六六 | Y=-0.00235469+0.167091X | 0.9995 | 0.3 |
乐果 | Y=0.00136915-0.00124071X | 0.9999 | 4.6 |
林丹 | Y=-0.000526532+0.09122X | 0.9995 | 0.6 |
β-六六六 | Y=-0.000468334+0.0911142X | 0.9995 | 0.6 |
δ-六六六 | Y=-0.00110248+0.0452865X | 0.9990 | 0.8 |
七氯 | Y=-0.00203041+0.231456X | 0.9995 | 0.4 |
甲基对硫磷 | Y=-0.000129575+0.0104249X | 0.9976 | 4.9 |
艾氏剂 | Y=-0.00134269+0.153115X | 0.9994 | 6.4 |
马拉硫磷 | Y=4.66247e-005+0.0187359X | 0.9980 | 1.2 |
对硫磷 | Y=-0.00352659+0.187517X | 0.9981 | 1.6 |
环氧七氯B | Y=-0.000968994+0.120265X | 0.9995 | 3.6 |
环氧七氯A | Y=-0.000917842+0.120172X | 0.9994 | 3.6 |
2, 4′-DDE | Y=-0.00254723+0.13622X | 0.9977 | 0.7 |
杀虫畏 | Y=-0.00468664+0.162794X | 0.9970 | 0.7 |
米托坦 | Y=-0.000773837+0.387998X | 0.9990 | 0.4 |
异狄氏剂 | Y=-0.000407361+0.0781155X | 0.9994 | 2.8 |
O, P′-DDT | Y=-0.00313212+0.234471X | 0.9988 | 0.7 |
4, 4′-DDD | Y=-0.0032076+0.235352X | 0.9986 | 0.4 |
P, P′-DDT | Y=-0.00290568+0.205911X | 0.9986 | 0.6 |
2, 3, 5, 6-四氯硝基苯 | Y=0.000671941+0.0985847X | 0.9980 | 0.6 |
2.4 方法准确度和精密度
取不含有机物的高纯水,添加0.2 mg/L混合标准溶液,每个水平进行6次平行测定,回收率和精密度计算结果列于表 3。
化合物名称 | 加标值 (mg/L) |
平均测定值 (mg/L) |
平均回收率 (%) |
RDS (%) |
敌敌畏 | 0.2 | 0.167 | 83.5 | 8.9 |
内吸磷 | 0.2 | 0.140 | 70.0 | 12.1 |
六氯苯 | 0.2 | 0.190 | 95.2 | 6.5 |
α-六六六 | 0.2 | 0.193 | 96.5 | 9.6 |
乐果 | 0.2 | 0.220 | 110 | 8.7 |
林丹 | 0.2 | 0.228 | 114 | 4.5 |
β-六六六 | 0.2 | 0.227 | 113.5 | 10.1 |
δ-六六六 | 0.2 | 0.179 | 89.5 | 12.3 |
七氯 | 0.2 | 0.182 | 91.0 | 11.2 |
甲基对硫磷 | 0.2 | 0.237 | 118.5 | 6.8 |
艾氏剂 | 0.2 | 0.168 | 84.0 | 6.9 |
对硫磷 | 0.2 | 0.236 | 118.0 | 10.2 |
环氧七氯B | 0.2 | 0.209 | 104.5 | 6.5 |
环氧七氯A | 0.2 | 0.204 | 102.0 | 6.5 |
2, 4’-DDE | 0.2 | 0.210 | 105.0 | 5.8 |
杀虫畏 | 0.2 | 0.220 | 110.0 | 6.9 |
马拉硫磷 | 0.2 | 0.191 | 95.5 | 8.5 |
米托坦 | 0.2 | 0.173 | 86.5 | 6.9 |
异狄氏剂 | 0.2 | 0.192 | 96.0 | 8.7 |
O, P′-DDT | 0.2 | 0.208 | 104.0 | 4.5 |
4, 4′-DDD | 0.2 | 0.207 | 103.5 | 6.5 |
P, P′-DDT | 0.2 | 0.207 | 103.5 | 5.7 |
2, 3, 5, 6-四氯硝基苯 | 0.2 | 0.205 | 102.5 | 8.8 |
2.5 测定结果
于2012年丰水期(10月)、2013年枯水期(3月)分别采集江苏省部分地区13个水厂的水源水和出厂水共49个水样,有机磷、有机氯农药检测范围、检出率情况见表 4。有机磷农药中敌敌畏检出率为100%、有机氯农药中β-六六六、林丹、检出率为58.3%~100%,28.0%~41.7%。在检出的敌敌畏、林丹、六六六、DDT(出厂水)以《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[8]作参考,均未超过标准范围。检出的杀虫畏(仅在源水中检出)、2, 3, 5, 6-四氯硝基苯(仅在源水中检出)在《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[8]未有规定限值,提示下一步工作可以进行环境安全风险监测与评价,同时也建议相关部门尽快制定相关项目的标准限值。
化合物名称 | 检测范围 (mg/L) |
丰水期检出 率(%) |
枯水期检出 率(%) |
敌敌畏 | 0.001~0.1615 | 100.0 | 100.0 |
2.3.5.6-四氯硝基苯 | < 0.0006~0.014 | 12.0 | 0 |
内吸磷 | < 0.0022 | 0 | 0 |
六氯苯 | < 0.0003 | 0 | 0 |
α-六六六 | < 0.0003~0.0045 | 28.0 | 0.0 |
乐果 | < 0.0046~0.046 | 16.0 | 0.0 |
林丹 | < 0.0006~0.021 | 28.0 | 41.7 |
β-六六六 | < 0.0006~0.0255 | 100.0 | 58.3 |
δ-六六六 | < 0.0008~0.0687 | 0 | 50 |
七氯 | < 0.00004 | 0 | 0 |
甲基对硫磷 | < 0.0049 | 0 | 0 |
艾氏剂 | < 0.0064 | 0 | 0 |
对硫磷 | < 0.0016 | 0 | 0 |
环氧七氯B | < 0.0036 | 0 | 0 |
环氧七氯A | < 0.0036 | 0 | 0 |
2, 4′-DDE | < 0.0007 | 0 | 0 |
杀虫畏 | < 0.0007~0.005 | 8.0 | 0 |
马拉硫磷 | < 0.0012 | 0 | 0 |
米托坦 | < 0.0004 | 0 | 0 |
异狄氏剂 | < 0.0028 | 0 | 0 |
O, P′-DDT | < 0.0007~0.0065 | 0 | 16.7 |
4, 4′-DDD | < 0.0004 | 0 | 0 |
P, P′-DDT | < 0.0006 | 0 | 0 |
3 结论
水样中有机磷、有机氯农药经固相萃取后得到有效富集,各化合物气相色谱分离效果较好。在0.2~1.0 mg/L浓度范围内,各组分检测响应值与浓度呈良好线性关系,相关系数均大于0.997。检出限(取水样2.0 L,以基线3倍噪音计,3 S/N)在0.3~6.4 ng/L范围内,在空白水样的基础上用标准加入法测得加样回收率在70.0%~118.0%,测定结果的相对标准偏差(n=6) 为4.5%~12.3%。该方法可一次性同时分析《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750-2006)[2]中所列23种有机氯、有机磷农药。
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[2] | 中华人民共和国卫生部, 中国国家标准化管理委员会. GB/T 5750-2006. 生活饮用水标准检验方法[S]. 北京: 中国标准出版社, 2007. |
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