同位素稀释-气相色谱-串联质谱法测定土壤中的指示性毒杀芬

张 兵, 吴嘉嘉, 刘国瑞, 高丽荣, 郑明辉

(中国科学院生态环境研究中心,北京100085)

同位素稀释-气相色谱-串联质谱法测定土壤中的指示性毒杀芬

张 兵, 吴嘉嘉, 刘国瑞, 高丽荣, 郑明辉＊

(中国科学院生态环境研究中心,北京100085)

建立了土壤样品中指示性毒杀芬Parlar N o.26(P26)、Parlar No.50(P50)和Parlar N o.62(P62)的同位素稀释-气相色谱-串联质谱(ID-GC-MS/MS)的分析方法。土壤样品使用压力溶剂萃取装置(PLE)提取,以丙酮-正己烷(1∶1,v/v)混合溶液为提取溶剂;提取液依次经由多层酸性硅胶柱和活化硅胶柱净化;洗脱液经氮吹浓缩至20μL后,利用GC-MS/MS的多反应监测(MRM)模式进行定性和定量。结果表明本方法可对样品中的P26、P50和P62进行分析,相对标准偏差(RSD)小于11%,回收率可以达到55%～110%;P26、P50和P62的仪器检出限分别为3.0、3.0和6.0pg。将该方法用于某地区农田表层土壤中3种指示性毒杀芬的检测,其中P26的含量为0.17

ng/g、P50为0.08ng/g、P62为0.09ng/g。此方法适用于土壤样品中指示性毒杀芬的分析。

同位素稀释法;气相色谱;串联质谱;指示性毒杀芬;土壤

Abstract:Although toxaphene is now banned in use,the analysis of toxaphene has attracted increasing interest due to its persistence and widespread atmospheric transport in the environment.A new method based on isotope dilution-gas Chromatography-tandem mass spectrometry(ID-GC-MS/MS)has been developed for the determination of three toxaphene specific congeners comprised of Parlar No.26(P26),Parlar N o.50(P50)and Parlar N o.62(P62)in soil.13C10-labeled indicator toxaphene solution was added to the sample prior to pretreatment.Then the sample was extracted using p ressurized liquid extraction(PLE)follow ed by purification on multilayer acidic silica column and neutral silica column.The eluent was concentrated under gentle nitrogen gas flow and spiked with the injection of internal standard of13C10-chlordane.I-dentification and quantification of the analytes were carried out in the multip le reaction m onitoring(MRM)m ode after the GC separation.The linear range was20-800μg/L for three congeners,limits of detection(LOD)ranged from3.0to6.0pg.The five point calibration curves show ed a good linearity for all the congeners(R2>0.99).The relative standard deviations(RSD s)were below11%for and the spiked recoveries were in the range of55%-110%.The developed analytical method is suitable for the determination of toxaphene specific congeners in soil.

Key words:isotope dilution;gas Chromatography(GC);tandem mass spectrometry(MS/MS);indicator toxaphene;soil

毒杀芬是一种广谱性杀虫剂,由5～10个氯取代的莰烯或莰烷组成,根据其结构式理论推断,它的同类物的数量多达32 768种[1]。在20世纪70年代,毒杀芬被用作滴滴涕(DD T)的替代品,为了保护农作物、家禽和家畜免受害虫和病毒侵害,曾经在世界范围内被广泛使用[2]。由于它具有较高的毒性、持久性和生物富集性,所以可在大气中进行远距离传输[3],在远离使用地点的海洋哺乳动物体内、鱼类甚至是人乳中都检测到了不同浓度的毒杀芬[4-6];毒杀芬已被列为《斯德哥尔摩公约》中首批控制的12种持久性有机污染物(persistent organic pollutants,PO Ps)之一。虽然毒杀芬同类物数量众多,但有研究[7]证明只有七氯～九氯的同系物会在脂肪中高富集,据文献报道,动物脂肪中的Parlar N o.26(P26)、Parlar N o.50(P50)和Parlar N o.62(P62)3种毒杀芬[8]的含量大约占总量的8%～50%,因此通常将这3种毒杀芬同类物作为指示性毒杀芬加以研究。毒杀芬与其他PO Ps性质相似,它的log Koc为2.5～6,会被土壤颗粒物吸附,土壤中的毒杀芬还可能污染地下水[9],所以毒杀芬被认为是最受关注的有机氯农药[10]。

环境中的毒杀芬残留量较低,因此需要高选择性、高灵敏度的检测方法。由于电子捕获检测器(ECD)对于含氯的有机物具有较高的灵敏度,因此安装ECD的气相色谱仪曾被广泛应用于环境介质中残留毒杀芬的定性和定量分析[11,12]。但由于ECD对目标化合物选择性不强,近年来在环境样品中毒杀芬的检测多采用气相色谱-质谱联用(GCMS)方法。de B oer等[13]利用负化学电离源GCMS技术在鱼和海洋哺乳动物等生物样品中检测到了不同浓度水平的毒杀芬。由于毒杀芬同类物数量众多,并且基质或其他相似物质可能会对目标化合物的测定产生严重干扰,易产生假阳性结果,因此需要更准确的分析方法。同位素稀释法(ID)被认为是环境介质中PO Ps定性和定量最准确的方法[14],目前在二恶英类和多氯联苯的分析方法中已得到广泛应用。2009年8月美国CIL公司推出13C10标记P26、P50和P62指示性毒杀芬标准品,为采用ID法进行毒杀芬检测提供了可能。基于GC-MS/MS技术检测毒杀芬的最新进展[8],我们建立了ID-GCMS/MS法检测土壤中指示性毒杀芬的分析方法。采用压力溶剂萃取(PLE)技术[15]对样品中的毒杀芬进行提取,利用多层酸性硅胶柱对样品进行净化,用活化硅胶柱消除样品中多氯联苯和其他有机氯农药的干扰,并对3种指示性毒杀芬同类物分析过程中的各项指标,如回收率、空白、基质加标和平行样等质量保证和质量控制的措施进行研究。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

7000A型三重四极杆串联质谱仪(美国Agilent公司);压力溶剂提取仪(美国FMS公司);氮吹浓缩仪(美国O rganomation Associates Inc.);旋转蒸发仪(瑞士BüCH I公司);冷冻干燥机(北京松源华兴科技公司)。

13C10-氯丹、13C10标记和非标记的P26、P50和P62标准物质(纯度99%,美国CIL公司);实验所用溶剂甲醇、丙酮、二氯甲烷、正己烷及甲苯均为农残级(美国J.T.Baker公司);硫酸(优级纯,北京北化精细化学品公司)。硅胶(100～200目,山东青岛海洋化工厂分厂)经甲醇和二氯甲烷柱淋洗后氮气吹干。硅胶使用前12h于180℃活化6h后,置于干燥器中待用;22%酸性硅胶:取活化后的硅胶78g逐滴加入浓硫酸22g,边加边振荡,使其分散均匀。将制备好的酸性硅胶放入试剂瓶中密封,保存在干燥器中;44%酸性硅胶:取活化后的硅胶78g,逐滴加入浓硫酸44g,边加边振荡,使其分散均匀。将制备好的酸性硅胶放入试剂瓶中密封,保存在干燥器中;无水硫酸钠:优级纯,使用前于马弗炉中660℃灼烧8h。

1.2 样品前处理

1.2.1 压力溶剂提取

将土壤样品冷冻干燥后,研磨,取20.0g加入10.0μg/L的13C10标记P26、P50和P62标准品的丙酮溶液,并与适量硅藻土混匀后转移至100mL提取筒中,将提取筒静置30m in后放入PLE提取筒的加热套内,以丙酮-正己烷(1∶1,v/v)混合溶液为提取溶剂。提取温度:100℃;系统压力:15M Pa;加热时间:15m in;氮吹时间:30s。循环2次。

1.2.2 多层酸性硅胶柱净化

将PLE提取液在旋转蒸发仪上浓缩至约2 mL,并转移至多层酸性硅胶柱上(200mm×10mm,干法装柱,从上到下依次为5.0g无水硫酸钠、2.5g活化硅胶、10.0g22%酸性硅胶和12.5g44%酸性硅胶),用100mL正己烷淋洗多层酸性柱,收集洗脱液,浓缩至2mL,准备过活化硅胶柱。

1.2.3 活化硅胶柱净化

将多层酸性硅胶柱淋洗浓缩液转移至活化硅胶柱上(200mm×10mm,干法装柱,从上到下依次为5.0g无水N a2SO4和8.0g活化硅胶),用45mL正己烷淋洗,去除多氯联苯及其他有机氯农药的干扰,再用50mL甲苯-正己烷(35∶65,v/v)溶液淋洗,收集洗脱液,氮吹浓缩至约20μL,然后加入10 ng的13C10-氯丹作为进样内标。

1.3 色谱条件

采用DB-5MS色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm);载气:氦气,恒流模式,流速1mL/m in;脉冲不分流进样1μL。进样口温度:230℃;传输线温度:290℃;程序升温:80℃保持2m in,以20℃/m in速率升至200℃,5℃/m in升至250℃保持7m in,再以10℃/m in的速率升至300℃。

1.4 质谱条件

电子轰击源(EI),电子能量:50eV,源温度:230℃,双四极杆温度:150℃,碰撞气:He2.25mL/m in、N21.5mL/m in。采用多反应监测(MRM)方式进行数据采集,毒杀芬同类物的监测离子(m/z)及碰撞电压(CE)如表1所示。

表1 M RM模式下指示性毒杀芬的监测离子及碰撞电压(CE)Table1 Compounds monitored mass and collision energy(CE),using electronicionization

1.5 质量保证与质量控制

PLE提取筒和玻璃器皿使用之前分别用丙酮、甲醇和二氯甲烷超声清洗干净,去除背景有机杂质,每个样品中均加入13C10同位素标记的P26、P50、P62和氯丹,以评价分析方法的回收率。

2 结果与讨论

2.1 校正曲线

根据文献报道的环境背景值样品中毒杀芬的含量范围,本实验确定并配制了3种指示性毒杀芬的标准溶液,其中同位素标记内标物13C10-P26、13C10-P50及13C10-P62的质量浓度为200μg/L,进样内标13C10标记的氯丹的质量浓度为200μg/L,工作曲线中P26、P50及P62的质量浓度范围为20～800 μg/L。经计算,各标记化合物和非标记化合物之间的相对响应值(RR)的相对标准偏差(RSD)在4%～15%之间,5点校正曲线具有良好的线性。

2.2 精密度和回收率

称取3份20.0g石英砂与适量的硅藻土均匀混合,分别加入质量浓度为400μg/L的P26、P50及P62的标准溶液和质量浓度为200μg/L的13C10-P26、13C10-P50及13C10-P62内标物,按1.2节所述的前处理方法,对加标的基质样品进行提取净化。分析结果表明,P26、P50和P62的质量浓度依次为(400±6.2)、(400±10.3)和(400±20.4)μg/L;同位素标记物的回收率为55%～110%;RSD为3.2%～10.1%。

2.3 空白试验

空白试验结果表明,样品提取时加入13C10-P26、13C10-P50和13C10-P62的同位素稀释剂溶液,回收率为65%～115%,空白样品中P26、P50及P62的含量低于方法检出限,不影响实际样品的定量。

2.4 方法检出限

将标准溶液稀释,进样1μL测试,以毒杀芬同类物的信噪比(S/N)约为3平行测定6次,计算P26、P50和P62的绝对检出限分别为3.0、3.0和6.0pg。

2.5 实际土壤样品的测定

采用ID法对某地区农田表层土壤中的指示性毒杀芬进行了分析,实验结果(见图1)表明,同位素内标13C10-P26、13C10-P50及13C10-P62的回收率为50%～110%。该土壤样品中指示性毒杀芬P26、P50和P60的含量分别为0.17、0.08和0.09ng/g。

图1 (a)实际土壤样品和(b)标准溶液中指示性毒杀芬的色谱图Fig.1 Chrom a togram s of P26,P50and P62in(a)a so il sam p le and(b)standa rd solu tion

3 结语

本研究建立了ID-GC-MS/MS检测指示性毒杀芬的分析方法。该方法灵敏,精密度高。对土壤样品的分析验证表明,该方法适用于环境土壤样品中的指示性毒杀芬P26、P50和P62的分析。

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Determination of indictor toxaphene in soil by isotope dilution-gaschromatography-tandem mass spectrometry

ZHANG Bing,WU Jiajia,LIU Guorui,GAO Lirong,ZHENG Minghui＊
(Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chinese Academ y of Sciences,Beijing 100085,China)

O658

A

1000-8713(2010)05-0456-04

＊通讯联系人:郑明辉,博士,研究员.Tel:(010)62849172,E-m ail:zhengm h@rcees.ac.cn.

中国科学院知识创新工程重要方向项目(No.KZCX2-Y W-JS406)和环保公益性行业科研专项项目(No.200909096).

2010-01-14

DO I:10.3724/SP.J.1123.2010.00456