微量注射器中有机氯农药和多氯联苯类化合物的残留与清洗研究

魏 峰，胡璟珂

(中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京210016)

近年来随着国家对环境污染的日益重视和各种污染物分析测试需求的不断增加，特别是在有机污染分析测试领域，高准确度和高精密度的5 μL～1 mL的微量注射器越来越多地应用在准确定量转移微量液体方面，例如多种色谱和质谱仪器的进样装置和有机标准溶液配制等均需用到微量注射器，此外还应用在液相微萃取等新技术中［1-3］。注射器最早应用于医学，医用注射器的污染也早已受到重视［4-6］，但是在有机污染物分析领域，只有少量文献在气相色谱仪的手动进样中研究了微量注射器的使用方法和清洗维护［7-8］。随着有机痕量分析对准确度、精密度、自动化等要求的不断提高，研究有机化合物在微量注射器中的残留情况和清洗效果愈显重要。事实上，无论是自动进样器，还是标准溶液配制，微量注射器在接触到较高浓度的有机化合物后，都需要及时有效的清洗，否则会造成交叉污染，也会影响注射器甚至配套仪器的使用寿命。虽然一些微量注射器厂商在产品说明中介绍了清洗方法，但是针对不同浓度和类型的化合物，该采用什么清洗方法、清洗次数以及清洗效果如何并没有进一步说明。因此，系统研究微量注射器中有机化合物的残留和清洗，对于保证分析的准确度、精密度以及延长微量注射器的使用寿命都是有意义的。

本文借助配自动进样器和微池电子捕获检测器(μECD)的气相色谱仪，选择有机氯农药(OCPs)和多氯联苯(PCBs)两类常用的环境有机污染物，针对微量注射器应用的几个问题作了较为系统的研究，包括:不同品牌的微量注射器清洗效果有何差异，不同体积的溶剂清洗效果有何差异，不同种类的有机化合物清洗效果有何差异，不同浓度的有机化合物清洗难度有何差异，并总结得出了三条清洗规律。此外，还探讨了这些规律在标准溶液配制过程中和在气相色谱仪方法设置中的应用。

1 实验部分

1.1 仪器设备

Agilent 6890N气相色谱仪(美国Agilent公司):配μECD检测器和自动进样器。

氮气:纯度≥99.999%(上海BOC公司)。

微量注射器:1 mL和100 μL，有进口A、进口B和国产C共三个品牌。

1.2 标准溶液和主要试剂

正己烷和丙酮:农残级(美国Tedia公司)。

20种 OCPs混合标准溶液(美国 Supelco公司)。

六氯苯(HCB)和 PCBs标准溶液(美国Accustandard公司)。PCBs混合标准溶液由单一标准溶液配制而成。

1.3 实验方法

从冰箱取出标准溶液，充分振荡静置后倒出少许密封好，平衡至室温(20℃左右为宜)，备用。吸取少量标准溶液润针2次，吸取满刻度标准溶液后打入废液缸。按实验设计体积吸取正己烷溶剂后倒置微量注射器，缓缓拉动活塞杆超过满刻度，然后用小瓶收集清洗液作为第一针，重复以上清洗过程分别作为第二针、第三针、…，收集的清洗液不少于0.5mL。

2 结果与讨论

2.1 不同品牌微量注射器的清洗效果

选取了3个品牌的100 μL微量注射器(分别是进口品牌A和B，国产品牌C)，吸取1 μg/mL的20种有机氯农药类混合标准溶液100 μL，分别用100 μL正己烷清洗5针，清洗液中残留的有机化合物浓度见表1。不难看出，品牌A的清洗效果最好，清洗第5针后所有目标待测组分均低于检出限。品牌B的清洗效果略差，但是明显好于品牌C。品牌C的第5次清洗液中大部分待测组分仍然检出，具有造成交叉污染的可能性。选取1 mL微量注射器用0.2 mL正己烷清洗的结果也表明，品牌C的微量注射器容易残留更多的有机氯农药类化合物。可见，不同品牌的微量注射器清洗的难易程度不同，这可能与其制作材料和工艺等因素有关。品牌C的微量注射器虽然价格便宜，但是未必能够满足有机痕量分析的要求。在针对不同的目标化合物选择微量注射器时，最好预先通过实验证明所选微量注射器能够满足要求。

由表1还可以看出，三个品牌第一针各个化合物的残留浓度差异较大，部分化合物残留浓度相差近6倍，这可能是由于上机分析需要多次收集100 μL清洗液从而容易产生误差造成的，所以本文之后的实验全部采用品牌A的1 mL微量注射器。

表1 3个品牌微量注射器吸取20种有机氯农药类化合物的清洗效果Table 1 Cleaning effect of three brands of microsyringe absorbing 20 kinds of OCPs

2.2 不同体积溶剂的清洗效果

选取性能最好的A品牌1 mL微量注射器，吸取1 μg/mL的20种有机氯农药类混合标准溶液1 mL，采用不同体积的正己烷溶剂清洗，第一针清洗液中的有机氯农药浓度见表2。在4个不同的清洗体积(0.1 mL、0.2 mL、0.5 mL 和 1 mL)中，0.1 mL清洗液中各待测组分的浓度最高，1 mL清洗液的最低。与标准溶液相比，1 mL清洗液中有机氯农药的浓度稀释了约99倍，而0.5 mL、0.2 mL和0.1 mL清洗液中有机化合物浓度分别稀释了约48倍、18倍和9倍。可见稀释倍数与清洗液体积成正比。

表2 不同体积的第一针清洗液中有机化合物浓度Table 2 Concentration of organic contaminants in first cleaning solvent with different volume

虽然稀释倍数差异很大，但是计算发现4个体积的清洗液带出的化合物的量却差异不大。1 mL、0.5 mL、0.2 mL和0.1 mL第一针清洗液中带出的化合物分别为10.1 ng、10.3 ng、11.2 ng 和11.8 ng，清洗液体积与第一针清洗液中带出的化合物甚至呈现轻微负相关。比较分析其原因可能是与清洗液在微量注射器中停留的时间长短有关，这尚待进一步研究证实。由于带出化合物的量相差不大，所以清洗液体积成为决定稀释倍数的关键。如果以带出化合物的量作为衡量清洗效果的依据，0.1～1 mL之间的正己烷体积清洗效果差异很小，所以选用0.1 mL正己烷清洗更具有成本优势。而更少体积的正己烷清洗是否更具有成本优势还需要进一步研究证实。考虑到如果选用0.1 mL的体积需要多次收集清洗液，容易产生较大误差，因此本文后面的实验采用了0.2 mL体积的清洗液。

2.3 微量注射器中不同类别标准溶液的残留清洗效果

为了检验不同标准溶液在微量注射器中的残留清洗情况，分别吸取1 μg/mL的20种OCPs混合标准溶液和1 μg/mL的10种PCBs混合标准溶液各1 mL后，采用0.2 mL正己烷清洗，前3针的清洗效果见表3。1 μg/mL的20种OCPs混合标准溶液和1 μg/mL的10种PCBs混合标准在1 mL微量注射器中的残留量分别是11.78 ng和12.18 ng，约占吸取量的1%左右。清洗情况也非常相似，均为两针清洗干净，其中第一针带出的化合物的量均略大于残留量的94%。相同浓度的不同标准溶液在微量注射器中的残留和清洗情况类似，这也可能是因为OCPs类和PCBs类化合物的性质比较接近而且都采用正己烷介质的缘故。

2.4 更高浓度的标准溶液清洗效果

前文研究了较为常用的1 μg/mL有机氯混合标准和多氯联苯混合标准在微量注射器中的残留和清洗情况，但是实际操作中微量注射器也经常用来转移更高浓度的标准溶液，在此还试验了更高浓度标准溶液的清洗情况。在已有的标准溶液中选择20 μg/mL 的 OCPs混合标准溶液和 500 μg/mL 的HCB标准溶液来考察两个更高数量级的标准溶液在微量注射器中的残留和清洗情况。

表4和表5分别是微量注射器转移20 μg/mL的OCPs混合标准溶液和500 μg/mL的HCB标准溶液后采用0.2 mL正己烷清洗的情况。由表4可以看出，微量注射器吸取20 μg/mL的OCPs混合标准后，虽然大部分有机化合物在第5针清洗液中未检出，但是部分待测组分在第8针甚至第10针中仍然能够检出。由表5可以看出，微量注射器吸取500 μg/mL的HCB后，即便是第20针的清洗液中也有低浓度的HCB检出。这与表3中前两针的清洗效果的情况截然不同。可见，吸取标准溶液的浓度越高，清洗的难度越大，甚至洗不干净。

表3 20种OCPs和10种PCBs混合标准前三针的清洗效果Table 3 Cleaning effect of three cleaning solvent of 20 OCPs and 10 PCBs standard solutions

表4 微量注射器对高浓度OCPs混合标准溶液的清洗效果Table 4 Cleaning effect of OCPs standard solution in microsyringe

表5 微量注射器对高浓度六氯苯(HCB)标准溶液的清洗效果Table 5 Cleaning effect of HCB standard solution with high concentration in microsyringe

2.5 微量注射器中有机化合物的清洗规律探讨

虽然与吸取低浓度标准溶液后只需两三针清洗不同，但是吸取更高浓度的标准溶液后残留和清洗的规律还是相似的。这主要表现在:①虽然吸取20 μg/mL的 OCPs混合标准溶液和 500 μg/mL的HCBs标准溶液后1 mL微量注射器中的残留量与吸取总量的比例均小于1 μg/mL的OCPs混合标准溶液，但是也接近1%。因此，本文认为1 mL微量注射器中的残留量为吸取量的1%左右，残留量与吸取量之比有随着吸取标准溶液浓度增大而减小的趋势。②与1 μg/mL的OCPs混合标准溶液第1针清洗液的情况相似，20 μg/mL的OCPs混合标准溶液和500 μg/mL的HCBs标准溶液第1针带出的化合物的量均超过残留量的90%。③从表1和表3可以看出，前两针对低浓度的标准溶液的清洗效果明显。从表4和表5可以看出，第1针对高浓度标准溶液的清洗效果最好，第2针次之，前两针的稀释倍数大约在20倍左右，第3针则降到10倍左右，第5针以后清洗效果不明显。因此总的来说，微量注射器的清洗效果是越来越差，稀释倍数越来越小。

3 清洗规律的应用

3.1 清洗规律在配制标准溶液过程中的应用

对于所在实验室经常使用的某浓度标准溶液，可以计算得出的残留量并参考本文的清洗规律，通过实验获得一个洗净针数，再加上几针作为洗净次数写入作业指导书，例如可针对Accustandard公司的1 μg/mL的PCBs标准溶液，洗净次数可设为0.1 mL正己烷清洗5次。对于一些浓度高于500 μg/mL的标准溶液本文并未研究，根据本文的清洗规律推断清洗将更加困难。例如市售OCPs混合标准溶液的浓度是2000 μg/mL，如果仅用正己烷清洗可能比较困难。Hamilton公司推荐使用高纯水和高级别丙酮来清洗不易除去的残留，考虑到气相色谱仪进样应尽量避免水以及标准配制过程中洗针后要接着使用，而水和正己烷不能互溶且水不易挥发，本文推荐使用农残级或色谱级丙酮清洗几针后再用正己烷清洗。此外，清洗过程中应避免活塞从微量注射器中拔出，并需要避免使用可能对活塞头造成损伤的二氯甲烷等卤代烃溶剂。

3.2 清洗规律在气相色谱仪方法设置中的应用

为了维护进样针和仪器系统的清洁，应该根据实际情况适当改变测试方法的洗针程序和优化进样序列。通常洗针程序可以设置为:进样前用溶剂A(例如正己烷)清洗3针，用样品润洗3针，猛推(赶气泡)3针，进样后用溶剂B(例如丙酮)洗3针。但是如果遇到高浓度样品(例如可以造成平头峰)时，微量注射器中的有机化合物很可能无法清洗干净，这势必会污染整个分析系统并造成交叉污染。为了预防这种情况，应该尽量了解样品信息并采取改变洗针程序和优化进样序列等措施。如果不了解样品的背景资料，也可结合前处理的情况根据经验粗略判断，在测定疑似的高浓度样品后进正己烷溶液，并适当增加连续校准溶液的次数，减少造成交叉污染的可能性。如果了解样品的背景资料，尽量判断找出可能含有高浓度目标化合物的样品。对于通过进样或判断找出的高浓度样品最好单独分析处理，在方法上可以增加洗针程序中溶剂A和溶剂B的次数，在序列上每一个原样后面均需进几次正己烷溶剂，并在原样进样后马上更换瓶盖防止目标化合物浓度发生变化。值得注意的是，由于样品中目标化合物的浓度可能差异很大，有时需要稀释几个浓度才能准确定量。

4 结语

本文较为系统地研究了微量注射器中有机化合物的残留和清洗问题，结果表明:①不同品牌微量注射器的清洗难度差异明显，品牌A的微量注射器最容易清洗，而品牌C的则更容易残留有机氯农药类和多氯联苯类化合物。②清洗液体积(0.1 mL、0.2 mL、0.5 mL 和1 mL)与稀释倍数(9、18、48 和99)成正比，原因是不同体积的清洗液带出的化合物的量差别不大，带出化合物的量甚至与清洗液体积负相关。因此本文推荐使用0.1 mL正己烷清洗1 mL微量注射器。③相同浓度的有机氯农药和多氯联苯类化合物在微量注射器中的残留和清洗情况类似，这可能是它们理化性质相近的缘故。④吸取标准溶液的浓度越高，清洗的难度越大，仅用正己烷有可能洗不干净。根据这些结果本文总结出了三条清洗规律:①1 mL微量注射器中的残留量约为吸取量的1%左右;②第1针洗出化合物的量超过残留量的90%;③第1针洗出化合物最多，之后几针顺序减少，第5针以后清洗效果不明显。因此微量注射器的清洗效果是越来越差，稀释倍数越来越小。这些清洗规律可以应用在标准溶液配制和气相色谱仪方法设置过程中，从而更加有效地预防污染和节约成本。

本文尚有一些不足之处:一是由于多次收集0.1 mL清洗液可能造成误差，本文对0.1 mL及更小容量的微量注射器和更小体积清洗液的研究太少，小于0.1 mL的正己烷清洗是否更具有成本优势尚待进一步研究证实。二是对于超过500 μg/mL的有机氯农药类或多氯联苯类标准在微量注射器中的残留和清洗还需进一步研究。三是从化合物的理化性质及注射器材料等因素探讨化合物的清洗难易的机理也将是下一步工作的研究重点。

［1］Han D D， KyungH R.Trendsin liquid-phase microextraction，and its application to environmental and biological samples［J］.Microchim Acta，2012，176:1-22.

［2］Shahab S F，Yadollah Y，Naader B.Headspace solvent microextraction and gas chromatographic determination of some polycyclic aromatic hydrocarbons in water samples［J］.Analytica Chimica Acta，2003，489:21-31.

［3］王素利，杨素萍，刘丰茂，薛佳莹，尤祥伟.液相微萃取技术在农药残留分析中的应用研究进展［J］.农药学学报，2012，14(5):461-474.

［4］路雪芹，梁红霞.加药注射器使用方法与细菌污染相关性实验研究［J］.护理研究，2004，18(1):157.

［5］夏余芝.医用注射器结构不合理性的分析［J］.疾病控制杂志，2004，8(5):450-451.

［6］王希平.关于安全注射器安全性能的研究——兼论“安全注射器的评定标准”［J］.中国医疗器械信息，2006，12(11):46-65.

［7］程新民.微量注射器的正确使用及对色谱分析的影响［J］.石油化工，1990，19(9):636-638.

［8］郭晓君，曹占文，李建忠.粮油检验的气相色谱法中微量注射器的使用方法［J］.吉林粮食高等专科学校学报，2001，16(2):1-3.