同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法测定土壤中痕量有机氯农药残留

黄文军, 高丽荣, 弓爱君, 李 成, 王 璞,付 珊, 肖 珂, 张 兵, 刘文彬

(1.中国科学院生态环境研究中心,北京100085;2.北京科技大学应用科学学院化学系,北京100083)

同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法测定土壤中痕量有机氯农药残留

黄文军1,2, 高丽荣1＊, 弓爱君2, 李 成1, 王 璞1,付 珊1, 肖 珂1, 张 兵1, 刘文彬1

(1.中国科学院生态环境研究中心,北京100085;2.北京科技大学应用科学学院化学系,北京100083)

建立了同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱测定土壤中痕量有机氯农药残留的分析方法。采用加速溶剂法萃取土壤样品,以正己烷/丙酮(体积比为1∶1)为提取溶剂,提取液经过Florisil硅土固相萃取小柱净化后,采用高分辨DB-5MS毛细管色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)分离,以保留时间和同位素特征离子丰度比定性,同位素峰面积比定量。实验结果表明,方法的回收率为77.3%～114.5%,相对标准偏差(RSD)≤10.81%(n=5),检出限均小于0.04pg/g。应用该方法检测某地区表层土壤中的有机氯农药,结果表明该方法适合测定环境土壤背景中痕量有机氯残留。

高分辨气相色谱-高分辨质谱;同位素稀释;有机氯农药;土壤

Abstract:A method for the determination of trace organochlorine pesticides(OCPs)in soil using isotope dilution and high resolution gas Chromatography-high resolution mass spectrometry(ID-HRGC-HRMS)was developed.The sam p le was extracted by accelerated solvent extractor(ASE)and cleaned-up by a Florisil solid phase extraction(SPE)cartridge.The analytes were separated by HRGC on a DB-5MS column(30m×0.25mm×0.25μm)and determined by HRMS.The identifications of OCPs were based on the retention time of13C-labelled standard and the abundance ratio of the two exact mass-to-charge ratios.The quantitative analysis was perform ed using the ratios of the integrated areas of the13C-labelled standards.This method has the recoveries ranging from77.3%to114.5%and the relative standard deviations(RSD)less than10.81%(n=5).The limits of detection(LOD s)of this method for all OCPs were lower than0.04pg/g.The results indicated that the method is rap id,selective and sensitive for precise determination requirements of organochlorine pesticides at trace level in soil.

Key words:high resolution gas Chromatography-high resolution mass spectrometry(HRGCHRMS);isotope dilution;organochlorine pesticide;soil

持久性有机污染物(PO Ps)具有高毒性和难降解等特点,并易于在人体和生物体内富集,从而给人类和生态环境带来危害。《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》于2004年11月对我国正式生效。认识我国PO Ps环境污染现状,提出适合我国国情的PO Ps环境污染控制战略是我国作为缔约方履约的重要内容。

首批列入斯德哥尔摩公约的12种持久性有机污染物包括六氯苯、滴滴涕、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、毒杀芬、七氯、氯丹、灭蚁灵类等9种有机氯农药(OCPs)。目前,国内外对环境介质中痕量的有机氯农药的残留分析已有很多文献报道,其中主要采用加速溶剂萃取法(ASE)[1-5]和固相萃取(SPE)技术[6-9]对样品进行前处理,采用气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)或气相色谱-质谱联用仪(GCMS)进行检测[10-12]。GC-ECD具有较高的灵敏度和检出限,但ECD只能利用保留时间定性,而环境样品基质复杂,其他干扰物有可能干扰目标物的测定,从而引起测定结果偏高。目前,环境背景中有机氯农药的检测主要利用气相色谱或者气相色谱-低分辨质谱联用技术[9-15],但气相色谱-低分辨质谱对环境样品中有机氯农药的检出限偏高,而大部分样品中有机氯农药残留水平低于检出限,因而难以满足环境样品中痕量有机氯农药分析测试的需求。同位素稀释-高分辨气相色谱-高分辨质谱法(ID-HRGC-HRMS)具有高灵敏度、高质量测量精度、低检出限、低定量限和高选择性等优势,成为痕量PO Ps分析的“终极定值法”。本文采用加速溶剂萃取(ASE)技术对样品中的有机氯农药进行提取,利用SPE技术对提取液进行净化,采用ID-HRGCHRMS进行分析,并对方法的回收率、精密度、空白和基质加标等进行了考察。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

D FS高分辨气相色谱-高分辨质谱联用仪(美国Therm o Fisher Scientific公司);ASE300加速溶剂萃取仪(美国Dionex公司);氮吹浓缩仪(美国O rganom ation Associates公司);旋转蒸发仪(瑞士BüCH I公司);固相萃取装置(美国Supelco公司);Florisil固相小柱(500m g,6mL,天津博纳艾杰尔科技有限公司)。

13C标记的OCPs标准溶液(LCS,含23种13C标记的OCPs)、内标溶液(ISS,含13C标记的PCB15,PCB70)以及校正标准溶液(CS,包括CS1,CS2,CS3,CS4,CS5,CS6,含LCS和ISS),纯度均高于98%(美国C IL公司)。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);无水硫酸钠(分析纯,天津市津科精细化工研究所),在660℃下灼烧8h后置于干燥器中备用。

1.2 样品前处理

1.2.1 样品提取的ASE条件

土壤样品经冷冻干燥后充分研磨,准确称取2.0g,并加入2.0μL的LCS,静置平衡2h,与2.0 g硅藻土混匀,置于33mL的不锈钢萃取池中进行ASE处理。萃取溶剂为正己烷和丙酮(体积比为1∶1),温度为100℃,压力为10.34M Pa(1 500psi),静态萃取时间为8m in,循环2次,淋洗溶剂的体积为60%萃取池体积,氮气吹扫时间为120s。得到的萃取液待净化。

1.2.2 样品净化

将萃取液旋转蒸发浓缩至2mL,转移至经12 mL二氯甲烷/丙酮(体积比为9∶1)溶液淋洗的Florisil小柱进行净化处理。用10mL正己烷/丙酮(体积比为9∶1)溶液洗脱,接收洗脱液并用氮气吹至约0.2mL,转移到样品瓶中,然后用细小的氮气流将样品吹至近干,最后加入1.0ng的13C标记的ISS和10μL壬烷,混匀后供分析。

1.3 HRGC-HRM S条件

1.3.1 色谱条件

色谱柱:DB-5MS色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm,安捷伦公司);载气:氦气(纯度≥99.999%);恒流模式,流速1.0mL/m in;进样方式:不分流进样。进样量:1μL;进样口温度:260℃,传输线温度:270℃;色谱柱升温程序:初始温度60℃,保持1.5m in,以12℃/m in的升温速率升至140℃,再以6℃/m in的升温速率升至300℃,保持1m in。图1为200μg/L23种有机氯农药标准溶液的总离子流色谱图。

图1 有机氯农药标准溶液(200μg/L)的总离子流色谱图Fig.1 Totalioncurrent chromatogram of200μg/L organochlorine pesticide standard solution For peak identifications,see Table2.

1.3.2 质谱条件

采用电子轰击离子源(EI),电子能量:35eV;离子源温度:230℃;采用选择离子监测(S IM)方式,对[M]+、[M+2]+和[M+4]+特征离子(见表1)进行精确选择检测[16],通过各个目标化合物(包括同位素内标物)的保留时间、特征离子及其特征离子峰之间的比值进行定性分析;通过同位素的峰面积比值进行定量分析。

表1 ID-HRGC-HRM S中有机氯农药的同位素特征离子Table1 mass parameters for major organochlorine pesticides by ID-HRGC-HRM S

2 结果和讨论

2.1 样品的净化

对多种有机氯农药进行同步净化的方法要不使分析物产生分解。目前,有机氯农药提取后的净化方法主要有柱色谱法、浓硫酸磺化法等。实验中发现磺化法不适合于狄氏剂、异狄氏剂,而使用柱色谱净化可选用硅胶或Florisil硅土进行净化。Florisil硅土可分离基质中的非平面多氯联苯(PCBs)、非极性化合物、联苯类、氯苯、酚类、多环芳烃(PAHs)、滴滴伊(DD E)、灭鼠灵及其他农药等;未键合的活性硅胶具有一定的酸性,适合分离结构相似的化合物。通过比较不同色谱柱的净化效果,发现使用Florisil硅土对有机氯农药具有较好的净化和分离效果。

2.2 回收率和精密度

取10.0g石英砂与10.0g的硅藻土混匀,加入50μL10μg/L的标准溶液和同位素标记物,按照以上实验方法对其进行分析,平行测定5组,计算各目标物的回收率和相对标准偏差(RSD),结果见表2。

表2 有机氯农药的线性范围、保留时间、回收率、精密度、检出限及线性相关系数Table2 Linear ranges,retention times(tR),recoveries,precisions(RSD),limits of detection(LOD)and correlation coefficients(r)of OCPs

表2 (续)Table2 (Con tinued)

2.3 线性范围、相关系数和检出限

用系列校正标准溶液(质量浓度分别为0.4,2,10,40,200,800μg/L)进样,利用同位素内标法,以目标化合物与同位素指示物的峰面积比Y对其质量浓度X(μg/L)进行线性回归。根据3倍信噪比(S/N)计算方法的检出限,各目标化合物的线性范围、相关系数和检出限见表2。

从表2可以看出,在0.4～800μg/L范围内,23种有机氯农药呈现出良好的线性关系,方法的回收率为77.3%～114.5%,RSD≤10.81%,准确度和精密度均达到农药残留检测的要求。

2.4 实际样品分析

将所建立的方法用于3份实际土壤样品的分析,实验过程中13C标记有机氯农药同位素内标的回收率为55.7%～109.4%,实际土壤样品中OCPs的检测结果见表3。从检测结果来看,七氯、艾氏剂、顺式环氧七氯和异狄氏剂均未检出;有机氯农药在2号样品中的检出含量相对较小,因此,该方法能够适用于实际样品中痕量水平的有机氯农药残留检测。

表3 实际土壤样品中有机氯农药的含量Table3 Contents of OC Ps in soil samplesng/kg

3 结语

本文建立了同位素稀释-高分辨气相色谱-高分辨质谱测定土壤中多种有机氯农药残留的方法。方法具有灵敏度高、选择性强、质量检测精度高的特点。通过实际样品的分析验证,表明该方法能够适用于土壤中痕量水平有机氯农药残留的分析。

[1] Hussen A,Westbom R,Megersa N,et al.Anal B ioanal Chem,2006,386(5):1525

[2] W ang X,Piao X,Chen J,et al.Chem osphere,2006,64(9):1514

[3] Hussen A,W estbom R,M egersa N,et al.J Chromatogr A,2007,1152:247

[4] He J,Balasubram anian R,Karthikeyan S,et al.Chem o-sphere,2009,75(5):640

[5] Barriada-Pereira M,Gonz C M,M uniategui-Lorenzo S,et al.Talanta,2007,71(3):1345

[6] Kang J H,Park H,Chang Y S,et al.Chem osphere,2008,73(10):1625

[7] Vagi M C,Petsas A S,Kostopoulou M N,et al.Desalination,2007,210:146

[8] Santos F J,Galceran M T.Trends Anal Chem,2002,21:672

[9] Barriada-Pereira M,Gonález-Castro M J,Muniategui-Lorenzo S,et al.J Chromatogr A,2004,1061:133

[10] Rubio M G,M edina A R,Reguera MI.M icrochemJ,2007,85(2):257

[11] Guo Q,Lv X,Tan L,et al.Chin J NatM ed,2009,7(3):210

[12] J ia L J,Deng Y Y.Chinese Journal of Chromatography(贾丽娟,邓芸芸.色谱),2008,26(6):697

[13] Chang S,Doong R.Chem osphere,2006,62(11):1869

[14] Zou X M,Lin Z G,Peng S N,et al.Chinese Journal of Chromatography(邹西梅,林竹光,彭淑女,等.色谱),2009,27(2):169

[15] Lou Z Y,Chen Z M,Luo F J,et al.Chinese Journal of Chromatography(楼正云,陈宗懋,罗逢健,等.色谱),2008,26(5):568

[16] Kum ar K S,Watanabe K,Takem ori H,et al.Arch Environ Contam Toxicol,2005,48(4):538

Determination of trace organochlorine pesticides in soil using isotope dilution-high resolution gas chromatography high resolution mass spectrometry

HUANG Wenjun1,2,GAO Lirong1＊,GONG A ijun2,LI Cheng1,WANG Pu1,FU Shan1,XIAO Ke1,ZHANG B ing1,L IU W enbin1
(1.Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100085,China;2.Department of Chemistry,School of App lied Science,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China)

O658

A

1000-8713(2010)05-0460-05

＊通讯联系人:高丽荣,博士,副研究员,从事持久性有机污染物分析方法及环境行为研究.Tel:(010)62849356,E-m ail:gaolrong@yahoo.com.cn.

国家科技支撑计划项目(No.2007BAC27B01)和科技基础性工作专项资金项目(No.2008FY210100).

2010-01-14

DO I:10.3724/SP.J.1123.2010.00460