气相色谱法测定地下水中拟除虫菊酯有机氯百菌清等24种农药残留

郭晓辰，饶 竹，高 冉

(国家地质实验测试中心，北京 100037)

拟除虫菊酯、有机氯、百菌清、毒死蜱是目前广泛使用的农药，对人和环境具有一定毒性、持久性[1-2]。目前，针对肉类[3-6]、蔬果[5,7]、土壤[8-12]、蜂蜜[13]等对象的农药残留研究居多，但针对地下水中多种类农药残留同时测定的研究较少。地下水是重要的饮用水源和工农业用水源[14-16]，加强城市地下水有机污染物调查是环境保护的迫切需求。目前，国内外研究地下水中农药残留的主要前处理方法为固相萃取、液液萃取等，方法检出限可达到ng/L级别，但研究对象种类较为单一，难以实现多种类农药的同时分析。因此，建立一种准确快速、灵敏经济的拟除虫菊酯、有机氯农药、百菌清、毒死蜱多残留进行同时分析的方法，可提高分析效率，为地下水、地表水有机污染物监测、处理和防治提供重要依据。

拟除虫菊酯类[3,9,17]、有机氯[8,18-19]、百菌清[20]、毒死蜱[5,21]等常规分析方法主要有气相色谱法和气相色谱-质谱联用法。气相色谱-高分辨质谱联用法测定有机氯农药残留可达到0.2 ng/mL[22]，常规气相色谱-质谱联用法仪器检出限仅达到ng/mL级别，然而气相色谱-质谱联用法对于设备要求较高，不利于方法推广使用。气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)则能充分利用拟除虫菊酯类、有机氯、百菌清等农药具有的电负性，可以灵敏、稳定地测定此多种类目标化合物，同时成本较低，是一种可以广泛推广、适合大批量样品检测的分析方法。但目前GC-ECD分析方法用来检测这几类化合物主要采用分类检测，分析流程长、分析效率低。与此同时，拟除虫菊酯类农药分子量较大、沸点较高，多种菊酯类农药存在异构体，在气相色谱柱中停留时间过长，导致灵敏度远远低于有机氯农药，同一分析流程很不匹配，这是分析该类化合物的难点。本文改进色谱柱种类、进样口温度、柱压力控制方式、提取及净化等条件，主要利用Agilent 7890气相色谱的色谱柱程序升压功能解决拟除虫菊酯类低灵敏度的难题，实现了拟除虫菊酯类、有机氯、百菌清等多类别农药的同时、快速、准确测定。

1 实验部分

1.1 仪器与主要设备

Agilent 7890A气相色谱仪(美国Agilent公司)，配微池电子捕获检测器(μECD)。

固相萃取(SPE)装置(美国Waters公司)。

氮吹仪，配备数控恒温水浴(北京康林科技有限责任公司)。

ZD-4型调速多用振荡器(江苏金坛金城国胜实验仪器厂)。

Heidolph2旋转蒸发仪(德国海道尔夫有限公司)。

马弗炉(天津市宝尔发电热材料有限公司)。

1 L分液漏斗，配有聚四氟乙烯活塞。

1 L棕色玻璃样品瓶，配有聚四氟乙烯盖。

1.2 标准溶液和主要试剂

24种农药标准溶液：α-六六六、γ-六六六、β-六六六、δ-六六六、p,p’-DDE、o,p’-DDT、p,p’-DDD、p,p’-DDT混合标准溶液，浓度均为100 μg/mL，购自美国O2Si公司；六氯苯、七氯、百菌清、艾氏剂、毒死蜱、三氯杀螨醇、狄氏剂、联苯菊酯、甲氰菊酯、灭蚁灵、三氟氯氰菊酯、氯氰菊酯、氯菊酯、高效氰戊菊酯、氟胺氰菊酯、溴氰菊酯：浓度均为100 μg/mL，购自农业部环境保护科研监测所。

替代物标准溶液：2,4,5,6-四氯间二甲苯、二丁基氯菌酸酯混合溶液，浓度均为500 μg/mL，购自美国Sepulco公司，以正己烷配制为1.0 μg/mL备用。

24种农药混合标准溶液：将各标准溶液以一定比例配制于正己烷中，使六氯苯浓度为1.0 μg/mL，备用。

丙酮(纯度95%，美国Fisher公司)；正己烷(纯度95%，J&K Scientific公司)；二氯甲烷(纯度99.9%，韩国Duksan公司)；甲醇(纯度99.9%，J&K Scientific公司)；乙醚(纯度99.5%，中国天津市科密欧化学试剂有限公司)；乙酸乙酯(纯度99.9%，J&K Scientific公司)。以上试剂均为HPLC纯。

氯化钠(纯度≥99.5%)，无水硫酸钠(纯度≥99.0%)：均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司，均经过马弗炉700℃处理8 h，储存于干燥器中备用。

Florisil小柱，1 g/6 mL(美国Supelco公司)。

1.3 样品采集和处理

采用1 L棕色玻璃样品瓶采集水样，聚四氟乙烯盖密封。采集完成后须低温保存(4℃)，并尽快完成样品分析。

1.4 实验方法

1.4.1 样品提取

于1 L分液漏斗中加入30 g氯化钠，加入1000 mL水样品，摇匀，加入40 μL替代物、50 mL正己烷，振荡萃取5 min，静置10 min，将水层收集于原样品瓶中，有机相收集于平底烧瓶中，将水样重新倒入分液漏斗中，取25 mL正己烷进行第二次萃取，而后取25 mL正己烷进行第三次萃取，将三次萃取有机相合并，进行旋蒸、氮吹浓缩，正己烷定容至1.0 mL，于GC-ECD上机检测。如果地下水样品污染较重，需净化后测定。

1.4.2 样品净化

将样品提取液浓缩至约5 mL后，以Florisil小柱进行净化。使用10 mL正己烷-乙酸乙酯溶液(V/V，1∶1)活化小柱，10 mL正己烷洗涤小柱，上样并接收，15 mL正己烷-乙酸乙酯溶液(V/V，1∶1)淋洗小柱并抽干。将收集液旋蒸、氮吹浓缩，正己烷定容至1.0 mL，于GC-ECD上机检测。

1.4.3 色谱分析条件

分析色谱柱：RTX-CLPesticides 2(30 m×0.32 mm，0.25 μm，美国Restek公司)；进样口温度250℃，不分流进样；检测器温度350℃，尾吹流量30 mL/min，进样量1.0 μL。炉温升温程序：初始温度90℃保持0.5 min，以30℃/min升温至180℃保持2 min，以5℃/min升温至200℃保持2 min，以10 ℃/min升温至300℃保持3.5 min，以30℃/min升温至320℃保持3 min。柱压力变化程序：初始压力62.1 kPa，保持22 min，以344.8 kPa/min升压至96.6 kPa，保持5 min，以344.8 kPa/min降压至62.1 kPa直至分析流程结束。由上述色谱条件可得到图1所示的24种农药多残留标准品色谱图。

图1 24种农药多残留标准品色谱图

2 结果与讨论

2.1 色谱柱的选择

对于多组分、多类别化合物分析，色谱柱的选择非常重要。色谱柱填料类型、长度、直径、液膜厚度都可能是影响化合物分类、响应的重要因素。因此，为了达到较好分离效果，获得较高灵敏度，对比了RTX-CLPesticides 2与DB-5MS色谱柱对目标化合物的分离特性。

实验结果见图2。从图2看出DB-5MS色谱柱的分析时间较RTX-CLPesticides 2色谱柱短，但图中A、B、C、D四组峰分离效果不如RTX-CLPesticides 2色谱柱。DB-5MS是通用型色谱柱，而RTX-CLPesticides 2是有机氯专用分析色谱柱，较前者对多组分、多类别目标化合物有更好的分辨率，因此本方法选用RTX-CLPesticides 2色谱柱进行分析。

图2 RTX-CLPesticides 2色谱柱与DB-5MS色谱柱的色谱图对比

2.2 色谱柱流量控制的优化

2.2.1 色谱柱压力的优化

色谱柱压力影响组分分离度、灵敏度。实验测试了柱压为48.3、62.1、82.8 kPa的色谱图变化情况，图3结果表明柱压力越大，分析时间越短，峰响应值越高，而随着压力的上升，分离度较晚流出组分下降。晚流出色谱柱组分易受到柱压力变化的影响，而先流出组分对压力变化不敏感。同时为保护色谱柱、节省载气用量，因此，在本研究中色谱柱压力选择62.1 kPa。

图3 柱压力对分析灵敏度影响

2.2.2 阶升柱压的优化

由于拟虫菊酯类农药的沸点比较高，需要较高的色谱分离温度，且流出色谱柱较晚。而色谱柱温度升高会导致色谱峰展宽，同时高温下色谱柱柱流失加剧，基线抬高，影响检测灵敏度。薛慧峰[23]提出采用程序升压方法可缩短分析流程，本文借鉴该方法，利用Agilent 7890气相色谱检测器具有的阶升柱压功能解决拟虫菊酯类农药检测的这一难题，提升晚流出时间段柱压力，使高沸点化合物原本展宽的色谱峰变得更光锐，灵敏度随之增加。如图4所示，采用阶升柱压大大抑制了峰展宽，灵敏度大幅提高。由此可见，阶升柱压方式在缩短分析时间和解决高分子量物质气相色谱分析方面较传统的恒压控制方式更具优势。

图4 变压控制与恒压控制色谱图对比

2.3 进样口温度的优化

目标物物化性质决定了进样口温度的选择。当进样口温度为150℃时，晚流出色谱柱各组分由于未达到气化温度而不能被检测，但先流出的组分由于分子量小、气化温度较低，可被检测。当进样口温度达到一定值后，全部组分可以流出，但响应不再随温度变化而产生较大改变。以进样口温度250℃时各组分峰面积为基准，计算各个进样口温度状态下各组分峰面积比例系数变化趋势。晚流出色谱柱组分易受到进样口温度变化的影响，而先流出组分对进样口温度变化不敏感。由图5可知，进样口温度250℃时为最优分析条件，因此选择该温度为进样口温度条件。

2.4 液液萃取溶剂选择

本方法涉及有机氯、有机磷和拟除虫菊酯三类农药，其化合物物理化学性质相差较大，采用单一填料的固相萃取柱富集很难获得所有组分满意度回收率，故本方法采用液液萃取方法富集地下水中的有机污染物。以正己烷、二氯甲烷为萃取溶剂，分别对24种农药进行了对比研究。实验得到的加标实验回收率对比图见图6。从图6看出，正己烷进行液液萃取可得到较好加标回收率，二氯甲烷萃取加标回收率偏低。同时，李松等[14]在其研究中指出二氯甲烷毒性比正己烷强，容易造成实验室二次污染，故二氯甲烷未作为萃取溶剂使用。因此，综合以上结果，本方法选择正己烷作为液液萃取溶剂。

图6 萃取溶剂对目标物加标回收率的影响

2.5 固相萃取净化

地下水一般比较洁净，可以不需净化，直接浓缩测定。但是对于污染较重的样品需要净化，去除干扰物。Florisil柱净化是目前应用较广泛的一种净化方法，它可除去色素、油脂等杂质，减小对待测组分的干扰，保护GC-ECD仪器。因此，本课题对Florisil小柱固相萃取净化情况进行了研究，对比考察了不同洗脱溶剂对目标物回收率的影响。当选用正己烷-乙酸乙酯(V/V，1∶1)净化时，目标物回收情况较好。

2.6 仪器线性方程、相关系数及方法检出限

以24种农药混合标准溶液配制标准曲线，制作六氯苯浓度为0.50、2.50、15.0、25.0、50.0、100、200、500 ng/mL的标准曲线，经GC-ECD分析得到线性方程、相关系数列于表1。由表1可知，24种农药仪器线性范围较宽，且线性相关性较好。

表1 线性回归方程、相关系数、适用范围及方法检出限

2.7 方法加标回收率及精密度

为了考察方法检出限、准确度和精密度，分别进行了地下水加标实验。方法检出限为添加检出限附近浓度的待测目标物于1 L地下水样品中按照建立的样品测定方法进行样品提取、仪器分析测定。根据美国EPA SW-846规定，按照三倍信噪比确定方法检出限，4倍检出限确定定量限。其方法检出限见表1。方法准确度和精密度是采用低、中、高三个浓度水平7次1 L地下水加标实验，各个组分及替代物回收率均达到要求，且精密度较好，实验结果详见表2。低浓度基体加标回收率范围为80.3%～116%，精密度(RSD)范围为1.5%～6.8%；中间浓度回收率范围为79.9%～117%，RSD范围为1.3%～7.6%；高浓度回收率范围为85.7%～102%，RSD范围为1.1%～6.8%。方法准确度、稳定性可满足分析要求。

表2 基质加标回收率及精密度

3 样品分析

将建立的分析方法应用于山东、湖北、河北等某地实际地下水水样分析。检测结果表明：湖北某一个样品检测出α-六六六、γ-六六六、β-六六六、三氯杀螨醇等组分，检测结果分别为3.87、4.32、6.85、27.0 ng/L；山东省两个样品检出微量氯氰菊酯，检测结果分别为217、98.4 ng/L。其他样品未检测到待测组分。

在实际样品检测中发现已被禁用的六六六、滴滴涕类农药检出率较低，且均未超过地质调查地下水污染目标检出限要求，三氯杀螨醇、氯氰菊酯等限用或尚未被禁用的农药仅有个别检出。以上数据表明，我国对农药管控措施在地下水保护方面起到了相当大的作用，但部分地区地下水安全仍存在隐患。

4 结语

本文采用液液萃取-气相色谱-微池电子捕获检测器建立并优化了拟除虫菊酯、有机氯、百菌清、毒死蜱等24种农药残留分析方法，优选了色谱柱、进样口温度、柱压力控制方式、净化方式等分析条件，实现了多种类农药残留的快速、准确分析。

研究表明，在分析农药多残留方面，有机氯专用色谱柱(RTX-CLPesticides 2)对多组分、多类别目标化合物有更好的分辨率，较通用型色谱柱(DB-5MS)更具分析优势。对于拟除虫菊酯类高分子量、高沸点化合物，对进样口温度、柱压力的敏感性较小分子量化合物更高，分析所需进样口温度不宜过低，且需要采用柱程序升压技术来解决此类化合物因在气相色谱柱中停留时间过长而导致的低灵敏度、峰拖尾等技术难题。方法灵敏、准确、经济，分析通量高，易于推广，可完善地下水资源调查评价方法体系，为地下水、地表水有机污染物监测提供重要依据。

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