固相萃取-液相色谱/质谱法测定地下水中三嗪类和酰胺类除草剂残留

左海英，张 琳，刘 菲

(1．中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京 100083；2．中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北 正定 050803)

三嗪类除草剂是早在20世纪50年代推出的传统除草剂之一。它通过光合系统Ⅱ(PSⅡ)以D1蛋白为靶标，抑制植物的光合作用而发挥作用，这类除草剂曾在农业上被广泛应用，但其用量较大，残留较长。酰胺类除草剂是一种高效的触杀性除草剂，该类化合物具有高生物活性、高选择性，推广使用剂量下对作物安全，在植物体内或土壤中易降解。这些农药由于地表径流，常造成地表水污染，并对人类、动植物和水生生物造成不利影响(干扰人类内源激素等)[1-4]。因此，美国环境保护署(US EPA)将莠去津、西玛津等三嗪类除草剂列入优先控制污染物名单，规定饮用水中莠去津含量不得超过3 μg/L，西玛津含量不得超过4 μg/L。欧盟规定饮用水中单一农药浓度不得超过0.1 μg/L,总浓度不得超过0.5 μg/L。我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)则规定地表水中莠去津的标准限值为2 μg/L。美国对丁草胺、乙草胺、异丙草胺等酰胺类除草剂也有极为严格的管理，例如对异丙甲草胺曾一度停止使用。

目前，检测水中有机污染物残留的前处理方法主要有液液萃取[5-7]、固相萃取[8-12]、加速溶剂萃取[13-15]等。液液萃取法的优点是操作简单，但有机溶剂消耗量大，对环境和操作人员的污染较大，而且操作过程费时费力，正逐渐被淘汰。固相萃取虽然较难掌握(相对液液萃取)，但是不需要大量的萃取溶剂(只需要少量的洗脱溶剂)，处理过程中也不会产生乳化现象，因此固相萃取水中半挥发性有机物得到了广泛的推广。在仪器分析方面，主要有气相色谱仪(GC)[16-17]、气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)[7,13,18]、高效液相色谱仪(HPLC)[19-21]、液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)[22-25]等。沸点较高的半挥发性有机物需经过衍生以后才能使用GC-MS或LC-MS测定；液相色谱仪虽然可以浓缩后直接进样检测，但是在定性方面具有一定的缺陷。因此，LC-MS既可以浓缩后直接进样检测，在定性方面又具有优势，是水中半挥发性有机物检测的不错选择。

本文应用固相萃取方法处理样品，采用快速液相色谱柱，液相色谱-质谱法快速测定地下水中14种三嗪类和2种酰胺类除草剂(吡草胺、异丙草胺)。实验考察了定量离子扫描时间、富集柱洗脱溶剂、净化柱等因素对三嗪类和酰胺类除草剂测定的影响，以满足日常检测工作的需要。

1 实验部分

1.1 仪器与主要试剂

液相色谱-质谱联用仪(液相色谱：型号LC-20AD，日本岛津公司；质谱：型号3200Q，美国AB公司)。K-D浓缩装置(美国Supelco公司)，C18固相萃取柱(美国Supelco公司)，氟罗里硅土柱(1 g，6 mL，美国Varian公司)，硅胶柱(1 g，6 mL，美国Varian公司)。

标准品：莠灭净、阿特拉津、氰草津、去乙基阿特拉津、去异丙基阿特拉津、环嗪酮、吡草胺、异丙草胺、嗪草酮、扑灭通、扑草净、扑灭津、另丁津、西玛津、草净津、特丁津。以上标准购自美国Supelco公司。

二氯甲烷、丙酮、甲醇：均为农残级(美国TEDIA公司)；氯化钠(优级纯，北京化工厂)；无水硫酸钠(优级纯，天津市巴斯夫化工有限公司)。

1.2 样品前处理

依次用5 mL二氯甲烷、5 mL甲醇和5 mL 纯水活化C18小柱，然后上样，用活化后的C18小柱富集，用二氯甲烷-丙酮(体积比4∶1)洗脱，洗脱液液经无水硫酸钠脱水后，K-D浓缩装置浓缩至约1 mL，氮吹至近干态，补加甲醇至1 mL，上机待测。

1.3 气相色谱-质谱分析条件

1.3.1 色谱条件

液相色谱柱：岛津Shim-Pack XR-ODS(2.0 mm×50 mm,粒径2.2 μm)；流动相：A相为水(0.1%甲酸)，B相为甲醇(0.1%甲酸)，流速0.5 mL/min，流动相梯度洗脱程序见表1。

表1 流动相梯度洗脱程序

1.3.2 质谱条件

电喷雾离子源，正离子扫描方式，电喷雾电压4500 V，离子源温度650℃，雾化气流速：60 L/min、60 L/min (两路)，气帘气流速25.0 L/min。定量离子对、定性离子对、去簇电压(CE)和碰撞气能量(DP)见表2。

表2 质谱检测条件

2 结果与讨论

2.1 固相萃取柱的选择

选用Varian C18柱、CNW Poly-Sery PSD柱、Merck LiChrolut EN柱、Waters Oasis HLB柱4种小柱，进行目标化合物固相萃取的回收率对比实验。C18柱吸附剂为硅胶上键合十八烷基，用于反相萃取，适合非极性化合物到中等极性化合物，Poly-SeryPSD作为一种高交联度、中性的、特殊洁净的苯乙烯/二乙烯苯共聚物，通常用于反相条件下保留含有亲水基团的疏水性化合物，而Merk LiChrolut EN固相萃取小柱的填料为苯乙烯二乙烯基苯共聚物(PS-DVB )，Waters Oasis HLB柱采用的是亲水亲脂平衡的水可浸润性反相吸附剂。这两种小柱均有较大的比表面积，是C18柱吸附能力的数倍或数十倍。具体数据见表3，由表3可知，本文选用Waters Oasis HLB柱。

表3 固相萃取小柱的回收率对比

2.2 富集柱洗脱溶剂的选择

相似相溶是有机化学中最基本的原理之一，根据这一原理，采用不同洗脱溶剂对本方法中的目标化合物进行洗脱，各目标化合物回收结果如表4所示。从表4可以看出，对于三嗪类除草剂，采用正己烷洗脱时，回收率较低，只有60%左右，采用一定极性的溶剂(含混合溶剂)时，回收率均在70%以上，部分项目能够达到90%左右；对于酰胺类除草剂，采用非极性的正己烷或弱极性的二氯甲烷时，其回收率基本在80%以下，采用二氯甲烷-丙酮混合溶剂(V∶V=4∶1)时，回收率明显升高，采用极性较大的二氯甲烷-丙酮(V∶V=1∶4)或纯丙酮溶剂时，回收率达到较高水平，基本保持在80%以上。

表4 不同洗脱条件对回收率的影响

2.3 净化柱的选择

在萃取的过程中，一些干扰物质可能会被一起萃取出来，由于质谱是一种灵敏度很高的检测器，这些共萃取物有可能使基线升高甚至影响目标化合物的定性和定量。常用的商用净化柱有氟罗里硅土柱、石墨炭黑柱和硅胶柱等。硅胶具有比表面积大、孔隙率高、吸附能力强等性质，对极性大分子物质具有较强的亲和能力，常用来分离净化土壤中的有机氯和多环芳烃化合物[26]。氟罗里硅土是环境样品中农药残留量测试过程中最常用的一种净化剂，其净化机制主要是对不同极性组分吸附强弱程度不一。首先将吸附性弱的干扰组分淋洗排出，再选择适当极性的活脱液将待测组分选择性地从吸附柱中洗脱出来，而吸附性强的干扰组分依然留在柱中，最终达到净化待测组分的目的。石墨炭黑柱多用于色素的去除。本方法主要用于地下水，多数情况下不需要去除色素，因此采用氟罗里硅土柱和硅胶柱分别对萃取后的水样进行净化，结果如表5所示。由表5的数据对比可以看出，净化前目标化合物的回收率普遍偏高，经氟罗里硅土柱净化后，目标化合物的回收率降低到合理水平，但是经硅胶柱净化后，吡草胺和异丙草胺的回收率仍偏高，因此本方法采用氟罗里硅土柱对萃取液进行净化。

表5 不同净化条件对回收率的影响

2.4 定量离子扫描时间的影响

为了提高仪器的稳定性，本方法中质谱的扫描时间采用定量定性离子扫描时间不同的方式。本方法对比了定量定性离子扫描时间相同与不同对目标化合物响应信号(以目标化合物的峰面积为参考)的影响。当定量离子与定性离子的扫描时间相同时，设定扫描时间为20 s；当定量离子与定性离子的扫描时间不同时，设定定量离子的扫描时间为30 s，定性离子的扫描时间为15 s。在两种扫描方式下，分别测定7个相同浓度的样品，对比同一目标化合物在两种扫描方式的响应信号可知：适当延长定量离子的扫描时间，可以降低大部分目标化合物的相对标准偏差(RSD)，因此可以提高仪器的稳定性(见表6)。

表6 两种扫描方式下目标化合物的相对标准偏差对比

2.5 方法的准确度、精密度和检出限

取1 L纯水，加入目标化合物，使其浓度分别为0.50 μg/L、1.50 μg/L、5.00 μg/L，按照前面所述要求进行样品前处理后，上机测定。考察7个平行样品的平均回收率、精密度(RSD)，并根据0.50 μg/L样品的10倍标准偏差计算固相萃取法的方法检出限，所得结果列于表7～表9。在低、中、高三种添加浓度下，回收率均满足要求，目标化合物的检出限均小于0.40 μg/L。

3 实际应用

根据地下水中半挥发性有机污染物的取样标准，采集河北正定地下水样品，进行实际样品检测，并进行加标样品和空白监控样品的质量监控，结果表明：正定地下水样品中没有目标化合物检测，空白监控样品无目标化合物检出，加标监控样品中各目标化合物的回收率在81.3%～110.6%，满足质量监控的要求。

表7 目标化合物的准确度、精密度和检出限(加标浓度为0.50 μg/L)

表8 目标化合物的准确度和精密度(加标浓度为1.50 μg/L)

表9 目标化合物的准确度和精密度(加标浓度为5.00 μg/L)

4 结语

本文以HLB柱为固相萃取柱，以二氯甲烷-丙酮混合液(V∶V=4∶1)为洗脱试剂，氟罗里硅土柱为净化柱，采用液相色谱-质谱法能在5.10 min内检测出水体中14种三嗪类和2种酰胺类除草剂。14种三嗪类除草剂和2种酰胺类除草剂的检出限均小于0.40 μg/L。

本方法虽然色谱峰重叠较多，但方法操作简便，仪器分析时间为5.10 min，与现有的高效液相色谱仪器分析时间(15 min以上)[27]相比，仪器检测时间短，测定结果准确可靠，检出限低，能够满足日常环境水样中农药残留分析检测的需要。

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