固相萃取-气质联用测定水中23种有机氯有机磷农药污染物
李凌, 张付刚, 李建, 杨海兵     
江苏省苏州市疾病预防控制中心
摘要: 目的 建立固相萃取-气质联用法同时测定水中多种有机磷、有机氯农药, 监测江苏省部分地区饮用水中有机氯、有机磷农药污染状况。方法 采集江苏省部分地区13个水厂的水源水和出厂水样, 用PLS固相萃取小柱富集水中的有机氯、有机磷农药, 用1:1的乙酸乙酯二氯甲烷洗脱, 采用气相色谱-质谱联用仪测定, 农药的保留时间和特征质量离子进行定性分析, 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。结果 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。检出限为0.3~6.4 ng/L, 加标回收率为70.0%~118.0%, 相对标准偏差(RSD)为4.5%~12.3%。共检测水源水和出厂水49个水样, 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%。结论 该方法可同时分析水中23种有机氯、有机磷农药; 江苏省部分地区饮用水中敌敌畏、β-六六六、林丹等检出率较高。提示今后应加强相关项目的环境安全风险监测与评价, 同时建议有关部门尽快制定相关项目的标准限值。
关键词: 饮用水     有机氯、有机磷农药     气相色谱-质谱联用     固相萃取          
Determination of 23 Organochlorine and Organophosphorus Pollutants in Water by Solid Phase Extraction and GC-MS
Li Ling, Zhang Fugang, Li Jian, Yang Haibing     
Abstract: Objectives To establish a quantitative method to detect the pollution of organochlorine and organophosphorus pesticide in drinking water in some regions of Jiangsu province with a method of combining solid phase extraction and gas chromatography-mass spectrometry. Methods Source water and finished water samples were collected from 13 water plants in Jiangsu province. Organochlorine and organophosphorus pesticides in drinking water samples were extracted by PLS solid-phase extraction column and then eluted by ethylacetate-methylene chloride (1:1), and were detected by gas chromatography-mass spectrometry.The specific retention times, qualifier and target ions, and the qualifier/target abundance ratio were used to identify individual pesticides. Quantifications were based on internal standard addition. Results The linear ranges of standard curves for target compounds were 0.2~1.0 ng/L and the R2 values were greater than 0.997.The detection limits, recovery rates and relative standard deviations (RSD) were 0.3~6.4 ng/L, 70.0%~118.0% and 4.5%~12.3%, respectively. In 49 source water and finished water samples, the detection rate of organophosphorus pesticide dichlorvos was 100% and the detection rates of organochlorine pesticide β-BHC and lindane were 58%~100% and 28.0%~41.7%, respectively. Conclusions The pollution of 23 kinds of organochlorine and organophosphorus pesticides could be detected by this method. Dichlorvos, β-BHC and lindane were detected in higher rates. Monitoring and evaluating the environmental risks of pesticide pollution should be strengthened, and relevant departments should be urged to develop standard limits for the residue of pesticides.
Key words: drinking water     organic chlorine     organic phosphorus     gas chromatography-mass spectrometry     solid-phase extraction    

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。

表 1 GC-MS定量分析方法及保留时间
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

表 2 方法的回归方程、相关系数及检出限
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

表 3 精密度和回收试验结果(n=6)
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。

表 4 有机磷、有机氯检出情况
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。

参考文献
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DOI:
中国疾病预防控制中心主办。
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李凌, 张付刚, 李建, 杨海兵
Li Ling, Zhang Fugang, Li Jian, Yang Haibing
固相萃取-气质联用测定水中23种有机氯有机磷农药污染物
Determination of 23 Organochlorine and Organophosphorus Pollutants in Water by Solid Phase Extraction and GC-MS
环境卫生学杂志, 2014, 4(3): 305-309
Journal of Environmental Hygiene, 2014, 4(3): 305-309
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