旱田黄土中氯吡硫磷的超声辅助-机械振荡提取及紫外、气相检测方法比较研究

范春辉， 贺 磊， 王家宏， 马宏瑞， 唐志刚， 薛喜东

(1.陕西科技大学 资源与环境学院， 陕西 西安 710021； 2.南开大学 环境科学与工程学院， 天津 300071)

0 引言

氯吡硫磷(C9H11Cl3NO3PS)又名毒死蜱、乐斯本，是20世纪60年代中期美国陶氏化学公司研发的一种广谱杀虫剂[1]，已成为世界上生产量和使用量最大的农药品种之一，在我国多个地区得到了广泛应用.目前，田间喷洒农药的总体利用率相对较低，部分农药会富集于农产品体内和土壤体系中，造成较严重的农药残留污染，并最终通过食物链的循环危害人体健康[2].鉴于此，如何对农药残留进行有效检测，便成为一个亟待解决的首要问题.

气相色谱法灵敏度高、分析速度快、应用范围广，已成为农药类物质定量分析的重要方法[3].毛应明[4]利用SPE和GC-NPD方法研究了氯吡硫磷在小麦植株及其生长土壤中的残留特性，证实该方法对氯吡硫磷的最小检出量为1.2×10-12g.谢慧[5]通过GC-FPD建立了氯吡硫磷残留的测定方法，发现氯吡硫磷的保留时间为1.74 min，变异系数小于5%.但气相色谱法确实也存在某些不足之处，比如在测定不同样品时，需要不同类型的色谱柱和载气，导致实验操作过程略显繁琐，同时实验仪器比较昂贵，可能会限制该技术的实际推广和应用.氯吡硫磷有效成分的化学名称为O, O-二乙基-O- (3, 5, 6-三氯-2-吡啶基) 硫代磷酸酯，分子结构中含有生色团 (双键)，能够对紫外光产生特征吸收.因此，可以尝试使用紫外分光光度法测定氯吡硫磷含量.

目前，从土壤中提取农药残留的前处理方法有索氏提取、超临界流体萃取、超声波提取、加速溶剂萃取、机械振荡提取等，其中超声波辅助提取法效率高、时间短、操作易、成本低，更适用于批次土壤样品农药残留的连续提取[6].西北旱田黄土区是我国重要的粮食、蔬菜和水果产地，随着农业生产的不断发展，黄土农药污染状况愈发严重.氯吡硫磷是黄土区旱田广泛使用的农药品种，深入研究并建立适用于旱田黄土区氯吡硫磷残留提取的技术方法，对于明确典型地区氯吡硫磷残留的环境行为、寻求适合的污染环境修复技术都具有重要的理论和现实意义.本文首先尝试建立氯吡硫磷的紫外分光检测法，从灵敏度、准确度、精密度等方面检验方法的适用性，同时采用超声辅助-机械振荡法强化旱田黄土氯吡硫磷的提取效果并进行样品实测，力图为同类研究提供参考.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

紫外-可见分光光度计，气相色谱仪，数控超声波发生器，低速台式离心机，恒温振荡器，pH计.氯吡硫磷标准品，40%氯吡硫磷乳油.实验用水为桶装纯净水，其余试剂为分析纯或色谱纯.

1.2 供试土壤

供试土壤为黄土，采集于2013年3月，采集地点为陕西科技大学教学区南侧树林-草坪植被带.使用五点取样法采集0～20 cm土壤表层样品，挑出砂砾、石块、植物根茎等杂物，过1 mm孔径尼龙筛.将过筛后的1 kg土样装入聚乙烯塑料专用样品袋，贴标签，放于4 ℃冰箱中保存备用.供试土壤基本理化性质如下：pH值为8.10，有机质含量为22.92 g·kg-1，含水率为12.60%.

1.3 实验方法

1.3.1 氯吡硫磷最大吸收波长

以石油醚为溶剂，配制浓度为40 mg·L-1的氯吡硫磷溶液，在250～400 nm波长范围内进行扫描，确定氯吡硫磷的最大吸收波长.

1.3.2 氯吡硫磷标准曲线

称取0.1±0.001 g氯吡硫磷，以石油醚为溶剂定容至100 mL，即得1 g·L-1的氯吡硫磷储备液，保存于4 ℃冰箱中备用.使用时，将储备液稀释成浓度分别为10、20、30、40、50、60、70、80和90 mg·L-1的氯吡硫磷-石油醚溶液，在最大吸收波长下测定溶液吸光度，绘制标准曲线.

1.3.3 紫外法灵敏度分析

准确配制浓度分别为0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10、20、50、100和200 mg·L-1的氯吡硫磷-石油醚溶液，在以提高准确度、降低溶液浓度相对误差的前提下，分析紫外分光光度法对氯吡硫磷的浓度检出域和灵敏度.

1.3.4 紫外法与气相法可靠性比较

以石油醚为溶剂稀释储备液，分别配制浓度为25、37.5、62.5、75、100、120、125和150 mg·L-1的氯吡硫磷溶液.为了真实反映检测方法的可行性，人为调控氯吡硫磷溶液浓度间距不同.采用紫外分光光度法和气相色谱法验证结果的可靠性，每个样品做五次重复，以平均值为结果.其中氯吡硫磷气相色谱法的测定条件如下[7]：DB 1701石英毛细管柱30 m×0.53 mm×0.25 mm，电子检测器；进样口温度250 ℃，柱温250 ℃，检测器温度310 ℃；载气 (N2) 流速40 mL·min-1，进样量1μL.

1.3.5 旱田黄土氯吡硫磷的提取

分别取1±0.01 g风干过筛的黄土样品装入8个锥形瓶中，各加入5 mL纯净水改善土壤溶解性；将锥形瓶分为两组，每组4个.同时做空白对照.向每组锥形瓶中依次加入25 mL浓度分别为10 mg·L-1、30 mg·L-1、60 mg·L-1和90 mg·L-1的氯吡硫磷溶液，保鲜膜封口.平衡2 h后，其中一组于120 r·min-1摇床中振荡120 min (无超声辅助)，另外一组于超声辅助条件下强化提取效果，其中超声功率100 w、超声温度25 ℃、超声时间120 min.将实验得到的样品于5 000 r·min-1离心5 min，再用25 mL石油醚提取3次，紫外分光光度法测定溶液吸光度并计算氯吡硫磷回收率.

2 结果与讨论

2.1 氯吡硫磷最大吸收波长

氯吡硫磷分子具有双键结构和特征能级，能够吸收紫外光产生π→π*或n→π*跃迁.Hebert认为[8]：氯吡硫磷对于290 nm左右波长的紫外光具有吸收作用，可以通过紫外分光光度法测定氯吡硫磷含量.由图1可知：在紫外扫描波长为250～400 nm范围内发现一个较强吸收峰，峰形完整，基线平稳，平滑度较好，最大吸收波长λmax在292.5 nm，可以定性为氯吡硫磷吸收峰.

图1 氯吡硫磷的紫外吸收图谱

2.2 氯吡硫磷标准曲线

在292.5 nm波长下测得氯吡硫磷浓度与吸光度线性关系结果见图2.标准曲线的线性方程为y=0.009 2x-0.002 6，相关系数r为0.999 8.这说明在实验条件下，氯吡硫磷溶液浓度与吸光度线性关系良好，初步说明使用紫外分光光度法测定氯吡硫磷是可行的.

图2 氯吡硫磷标准曲线

2.3 紫外法灵敏度

灵敏度指在浓度线性范围内标准曲线的斜率，是衡量实验方法的重要技术指标.由表1可知：在氯吡硫磷浓度小于0.2 mg·L-1时，无法检测出氯吡硫磷的吸光度；而当氯吡硫磷浓度为100 mg·L-1时，吸光度值达到了0.873.氯吡硫磷在天然土壤中的半衰期从几天到几百天不等[9]，这表明土壤氯吡硫磷的残留浓度不会很高.在氯吡硫磷浓度为0.2～100 mg·L-1范围内，线性方程 (y=0.008 7x+0.011 9) 的拟合系数r为0.999 2.因此，本文所建立的紫外分光光度法对于检测中低浓度 (0.2～100 mg·L-1) 氯吡硫磷是可行的，可以预期有较大的实际应用潜力.

表1 氯吡硫磷紫外检测的灵敏度

2.4 紫外法可靠性

采用紫外分光光度法和气相色谱法测定氯吡硫磷含量，比较两种方法的可靠性，实验结果见表2和表3.研究发现：对于氯吡硫磷的定量分析，紫外法和气相法测定结果的绝对误差分别波动于-3.4～-0.3 mg·L-1和-4.16～1.32 mg·L-1之间，说明这两种方法的准确度都较高，紫外法测定结果略好.随着添加浓度的增加，绝对误差和相对误差值有增大的趋势，表明紫外法对中低浓度氯吡硫磷检测效果更好.紫外法和气相法测定过程的相对标准偏差较小，测定结果较集中，说明两种方法的精密度较好.总体来看，对于氯吡硫磷的测定，紫外法的分析结果是可以接受的.

表2 紫外法测定氯吡硫磷可靠性检验

表3 气相法测定氯吡硫磷可靠性检验

2.5 旱田黄土氯吡硫磷的提取

采用机械振荡和超声辅助-机械振荡法提取黄土氯吡硫磷结果见图3.实验结果表明：机械振荡法对氯吡硫磷的提取回收率为32.80%～45.20%，而超声辅助-机械振荡法的回收率为50.20%～61.70%.超声辅助能明显改善氯吡硫磷的提取效果，较低浓度氯吡硫磷的回收率略好.任丽萍[10]和郎印海[11]认为：超声辅助能提高土壤农药和有机卤化物的提取效率，原因在于超声波的空化作用能促进传质和吸附质在土壤表面的解吸效应.本文的研究也初步证明了这一点，但从实验结果来看，本文的氯吡硫磷回收率结果偏低.

对于土壤农药回收率过低的问题，诸多学者也得出了类似的研究结果.比如朱雪梅[12]采用索氏提取法得到的有机氯农药回收率在42.15%～84.18%之间，即使使用加速溶剂萃取法获得的结果也仅在72.18%～93.12%之间；采用不同净化方法测定水稻土中8种有机氯农药回收率仅为42.50%～84.80%[13].一般认为，影响土壤农药回收率的因素可能涉及到基质效应、操作过程的损失 (瓶壁吸附、萃取不完全、挥发降解等)、土壤组分的吸附效应等方面.笔者曾经研究过旱田黄土对氯吡硫磷的吸附行为，发现黄土原样和去除有机质后的旱田黄土对氯吡硫磷的吸附量分别为0.903 3 mg·g-1和0.537 3 mg·g-1，本文认为土壤组分 (尤其是有机组分) 的吸附作用是导致氯吡硫磷回收率偏低的重要因素.上述一系列研究说明：紫外分光光度法在测定旱田黄土氯吡硫磷方面是可行的，预期可以通过完善和改进提取条件增强该方法的实用性.

图3 机械振荡和超声辅助-机械振荡法对氯吡硫磷回收率的影响

3 结论

(1)紫外分光光度法测定氯吡硫磷是可行的，氯吡硫磷最大吸收波长在292.5 nm，标准曲线方程为y=0.009 2x-0.002 6，相关系数r为0.999 8.

(2)本文所建立的紫外分光光度法对于检测中低浓度 (0.2～100 mg·L-1) 氯吡硫磷效果更好，在准确度、精密度等方面能够取得与气相色谱法接近的实验效果.

(3)相比于常规的机械振荡法，超声辅助-机械振荡法能显著提高旱田黄土氯吡硫磷的回收率 (50.20%～61.70%)，认为土壤有机组分的吸附作用是导致氯吡硫磷回收率偏低的重要因素.

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