全自动固相萃取分子筛脱水气质联用法测定水中有机磷农药残留

秦明友（上海市金山区环境监测站，上海200540）

全自动固相萃取分子筛脱水气质联用法测定水中有机磷农药残留

秦明友
（上海市金山区环境监测站，上海200540）

摘要：建立了气相色谱质谱联用法测定水中有机磷农药残留的方法，样品用全自动固相萃取分子筛脱水进行预处理，对固相萃取盘的类型进行了比选，试验了萃取盘的穿透性，优化了萃取条件，用丙酮和甲基叔丁基醚（MTBE）作萃取剂，用DVB萃取盘进行萃取。方法相关系数（r2）为0.9930～0.9991，检出限为0.000006～0.000018 mg/L，方法用于饮用水、工业废水和生污水中有机磷农药的测定，对高、中、低浓度的样品进行加标回收测定（n=6），精密度为2.7%～16.7%，平均加标回收率为71.7%～101.2%。方法具有良好精密度、准确度和灵敏度，前处理方法简单快速，环境友好。

关键词院有机磷农药；分子筛脱水；自动固相萃取；气相色谱/质谱；水

有机磷农药是一类高效、广谱的杀虫剂,具有成本低、药效高、品种多、选择性好、防治范围广等特点，但都具有高毒或剧毒,对人体有极大的危害。研究表明，在日常施用农药的过程中，只有1%作用于靶标生物，其余的残留于土壤或通过径流进入水环境，并且有机磷农药有较长的残存期，严重污染水环境，特别是集中式生活饮用水。因此，分析检测地表水中有机磷农药残留量具有较大的现实意义。目前,有机磷农药残留主要采用气相色谱法[1-5]、液相色谱法[6-9]、气相色谱质谱法[10-12]和液相色谱质谱法[13]，因气相色谱良好的分离功能和质谱良好的定性能力而广泛应用于有机磷农残的测定，但如果制备的样品中有水，要损伤质谱仪和降低质谱仪的灵敏度，另外有水存在时，水与有机溶剂不互溶，当定容到1 mL时有机溶剂中目标化物的的浓度就不准确，因此在样品处理过程中要除去萃取液中的水。传统的脱水方法用Na2SO4脱水，该方法要将Na2SO4在400℃下烘烤4 h，脱水前要用溶剂润洗，脱水完后还要用有机溶剂冲洗，方法操作繁锁，消耗试剂Na2SO4，同时也消耗了更多的有机溶剂，污染了环境，增加了氮吹浓缩时间，同时也增多了样品转移次数，从而降低了回收率。本实验选用分子筛脱水，该分子筛用聚四氟乙烯作原料，做成一定大小的微孔，再用一些亲有机物而疏水的材料涂于微孔之间，使有机物能通过微孔而水不能通过。方法操作简单，样品转移次数少，不增加有机溶剂的量，脱水效果好，是一种环境友好型的前处理脱水方法。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

美国Agilent 7890A/5975C GC/MS联用仪；色谱柱DB-624 30 m×0.25 mm×0.14 um; Horizontechnology SPE-DEX4790自动固相萃取仪；LABCONCO RapidVap N2/48自动氮吹仪；Millipore synergy纯水机；Horizon 47 mm C18、DVB、HLB萃取盘；分子筛脱水杯。

有机磷农药：AccuStandard 100 ug/mL 1 mL(敌敌畏(dichlorvos)，内吸噒-S(demeton-s)，乐果(dimethoate)，内吸磷-O (demeton-o)，甲基对硫磷(parathion-methyl)，马拉硫磷(malathion)，对硫磷(parathion) )；菲D10（Ph-D10,内标物）：Dr. Ehrenstorfer GmbH25mg；PCB209（十氯联苯，替代物）：Dr. Ehrenstorfer GmbH 20 mg；超纯水：电阻率为18.25 mΩ·cm甲醇：DUKSAN色谱纯；丙酮J&K Superpure；MTBE（甲基叔丁基醚）：CNW色谱纯；高纯氦气（＞99.999%）；高纯氮气（＞99.999%）。

1.2仪器条件

1.2.1色谱条件

50℃保持0.5 min，25℃/min到100℃，保持2 min，60 ℃/min到260℃，保持7 min；He为恒流，流速为1.0 mL/min进样口温度250℃,不分流模式，总流量14 mL/min，隔垫吹扫流量3 mL/min；MS接口温度250℃。

1.2.2质谱条件

EI离子源，70 EV，离子源温度280℃，四级杆温度150℃，增益系数5，溶剂延迟时间为8.0 min，数据采集模式选择离子模式（SIM）。

1.2.3自动固相萃取条件

萃取盘活化：丙酮浸泡90 min，干吹90 min；甲醇浸泡90 min，干吹90 min；水浸泡90 min，干吹90 min。

萃取盘干吹：8 min。

萃取盘洗脱：丙酮浸泡90 min，干吹60 min；MTBE浸泡90 min，干吹60 min；MTBE浸泡90 min，干吹120 min；MTBE浸泡90 min，干吹120 min。

1.2.4自动氮吹仪条件

氮吹仪振荡速度：最大值的60%，氮吹温度：30℃。

1.3实验方法

1.3.1样品的制备

取500 mL经0.45 um微孔滤膜过滤后水样（清洁地表水不用过滤），加入一定量的替代物PCB209，装入自动固相萃取仪的进样瓶，按优化的萃取条件进行萃取，萃取液（大约5 mL左右）转移至脱水杯中进行脱水，用自动氮吹仪的氮吹杯（带有定量刻度线）收集脱水后的萃取液，用1 mL甲基叔丁基醚洗脱水杯两次，甲基叔丁基醚一并收集在氮吹杯中。将氮吹杯放入自动氮吹仪，按优化的氮吹条件进行氮吹，当浓缩至0.8 mL左右时，停止氮吹，加入内标物菲D10，用甲基叔丁基醚定容至1.00 mL，转移至1.5 mL进样瓶中备用。

1.3.2样品的测定

将制备好的样品用GC/MS选择离子模式进分析，保留时间和特征离子定性，菲D10作内标用内标法进行定量。

2　结果与讨论

2.1色谱图

目标化合物的色谱图见图1，目标化合物保留时间和选择离子见表1。

表1　保留时间及选择离子

图1　目标化合物的色谱图

2.2条件的优化

2.2.1色谱质谱

离子源温度升高和增益系数的增大可使质谱响应显著增大，有机磷农药的质谱响应信号较弱，为提高方法灵敏度，将离子源温度设定为280℃，增益系设置为5。

2.2.2样品处理

（1）萃取介质的选择

固相萃取中固定相的性质是影响萃取效率的重要因素，按实验步骤对分别用固定相为C18、HLB和DVB的萃取盘对0.00001、0.0001和0.001 mg/L的有机磷农药溶液分别进行三次平行测定，其三次测定的平均回收率见表2，从表中分析可知，DVB萃取盘的萃取效果要明显优于C18和HLB萃取盘，

本实验选用DVB萃取盘进行萃取实验。

表2　不同萃取介质的回收率

（2）萃取盘穿透性实验

在分析低浓度样品时，需要富集大体积的水样，当样品超过一定体积时，富集到固相萃取盘上的目标化合物会被洗脱一部分下来，导致回收率下降。对2 L (该萃取仪器的最大进样体积) 0.001 mg/L的高浓度有机磷浓药溶液进行萃取，将萃取后的溶液再进行萃取分析，均未发现目标化合物，因此本方法可富集至少2 L的样品时目标化合物不被洗脱。

（3）萃取剂的选择

常见的萃取剂有环已烷、正已烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮和甲基叔丁基醚等，本文参美国EPA8141B[14]中所用萃取剂，即用丙酮和甲基叔丁基醚作为萃取剂。

（4）干吹时间的选择

萃取盘是否吹干直接影响萃取效果，如果萃取盘没吹干，水会因表面张力以及与有机溶剂极性的差导致萃取盘堵塞，使萃取效率降低，分用1、2、3、5、8、10 min试验了干吹时间的影响，结果表明，当干吹时间少于3 min时，萃取盘容易被堵塞导致萃取不能进行，为了保证萃取盘被充分吹干以便获得更好的萃取效率，实验选用8 min为干吹时间。

（5）洗脱浸泡时间

试验了洗脱浸泡时间对回收率的影响，由于horizon全自动固相萃取仪的洗脱液体积是不能优化的，只能优化浸泡时间，用0.0001 mg/L的有机磷溶液进行萃取，二氯甲烷和乙酸乙酯分别浸泡30、60、90、120 min后进行回收率测定。试验发现，60 min以后回收率达到最大，考虑到萃取效率和缩短萃取时间，本实验选用丙酮浸泡90 min洗脱一次，MTBE浸泡90 min洗脱三次。

（6）脱水方式的选择

样品中如果有水，要损伤质谱仪和降低质谱仪的灵敏度，另外有水存在时，水与有机溶剂不互溶，当定容到1 mL时有机溶剂中目标化物的的浓度就不准确，因此在样品处理过程中要除去萃取液中的水。传

统的脱水方法用Na2SO4脱水，该方法要将Na2SO4在400℃下烘烤4 h，脱水前要用溶剂润洗，脱水完后还要用有机溶剂冲洗，方法操作繁锁，消耗试剂Na2SO4，同时也消耗了更多的有机溶剂，污染了环境，增加了氮吹浓缩时间，同时也增多了样转移次数，从而降低了回收率。本实验选用分子筛脱水，该分子筛用聚四氟乙烯作原料，做成一定大小的微孔，再用一些亲有机物而疏水的材料涂于微孔之间，使有机物能通过微孔而水不能通过。方法操作简单，样品只转移一次，不增加有机溶剂的量，脱水效果好，是一种环境友好型的前处理脱水方法。

（7）自动氮吹条件的选择

自动氮吹仪的振荡速度太快，溶剂挥发太快容易带走少量目标化合物。振荡速度太慢，氮吹时间加长，本实验选振荡速度为仪器最大值的60%，氮吹温度的升高可使浓缩速度加快，但随温度的升高回收率有所下降，本实验选用30℃为氮吹温度。

2.3标准曲线

用甲醇将有机磷农药和替代物PCB209配制成1.0 ug/mL的混合使用液，内标物菲D10配制成1.0 ug/mL的使用液，分别取有机磷和替代物混合溶液5、10、20、50、100、200、500 uL用甲醇定容到1 mL再加入5 uL菲D10内标溶液，则校准曲线的浓度分别为0.005、0.01、0.02、0.05、0.10、0.20、0.50 ug/mL，把校准曲线换算成500 mL水样中工作曲线的质量浓度分别为0.00001、0.00002、0.00004、0.0001、0.0002、0.0004、0.001 mg/L。用GC/MS选择离子模式进行分析，内标法进行定量，所得工作曲线、相关系数、线性范围和检出限见表3。由表3可见，方法检出限在0.000006～0.000018 mg/L之间，相关系为0.9930～0.9991之间，表明方法有很好的灵敏度和线性关系。

表3　标准曲线表

方法检出限按《环境监测分析方法标准制修订技术导则》[15]进行测定，按照样品分析步骤，对估计方法检出限浓度的样品进行7次平行测定，计算7次平行测定的标准偏差S，再按公式MDL（检出限）=St （n-1, 0.99）, t6, 0.99 =3.143计算检出限，如果7次测定的平均值与MDL的比值在2～5之

间，则此MDL为该物质方法检出限，如果比值不在2～5范围内，则增加或减少浓度重复以上步骤，直至比值在2～5范围内，此时的结果为方法检出限。

表4　精密度和加标回收率表(=6)

表4　精密度和加标回收率表(=6)

注：均值1、均值2、均值3的加标浓度分别为0.00001、0.0001、0.001 mg/L。

化合物　均值1 / ( m g / L ) 平均回收率/ % R S D / % 均值2 / ( m g / L ) 平均回收率/ % R S D / % 均值3 / ( m g / L ) 平均回收率/ % R S D / % D i c h l o r v o s　0 . 0 0 0 0 0 8 1　8 0 . 6　7 . 8　0 . 0 0 0 0 8 5　8 4 . 8　5 . 5　0 . 0 0 0 8 8 8　8 8 . 8　2 . 5 D e m e t o n -s　0 . 0 0 0 0 0 8 8　8 8 . 4　1 2 . 4　0 . 0 0 0 0 9 3　9 3 . 0　5 . 3　0 . 0 0 1 0 0 1　1 0 0 . 1　2 . 3 D i m e t h o a t e　0 . 0 0 0 0 0 8 2　8 2 . 2　1 9 . 7　0 . 0 0 0 0 8 0　8 0 . 5　8 . 8　0 . 0 0 1 1 0 3　1 1 0 . 3　2 . 5 D e m e t o n -o　0 . 0 0 0 0 0 9 8　9 7 . 6　7 . 6　0 . 0 0 0 1 0 3　1 0 3 . 3　4 . 5　0 . 0 0 1 1 4 8　1 1 4 . 8　8 . 8 P a r a t h i o n -m e t h y l 0 . 0 0 0 0 0 9 7　9 6 . 8　9 . 2　0 . 0 0 0 1 0 6　1 0 5 . 9　9 . 8　0 . 0 0 1 1 4 4　1 1 4 . 4　4 . 8 M a l a t h i o n　0 . 0 0 0 0 0 8 6　8 6 . 2　1 4 . 7　0 . 0 0 0 0 8 8　8 8 . 5　7 . 3　0 . 0 0 1 1 1 4　1 1 1 . 4　3 . 0 P a r a t h i o n　0 . 0 0 0 0 0 9 9　9 8 . 6　1 2 . 1　0 . 0 0 0 1 0 5　1 0 5 . 0　4 . 0　0 . 0 0 1 1 3 0　1 1 3 . 0　5 . 5 P C B 2 0 9　0 . 0 0 0 0 0 9 0　8 9 . 7　1 3 . 3　0 . 0 0 0 0 9 2　9 2 . 2　6 . 5　0 . 0 0 1 0 4 1　1 0 4 . 1　3 . 6

表5　实际样品分析结果表(=6)

表5　实际样品分析结果表(=6)

注：均值1、均值2、均值3分别是饮用水、工业废水和生活污水样品加标后有机磷的测定均值。

化合物　均值1 /(mg/L) 平均回收率/% RSD/% 均值2 /(mg/L) 平均回收率/% RSD/% 均值3 /(mg/L) 平均回收率/% RSD/% Dichlorvos　0.0000172　85.7　4.0　0.0000160　80.1　6.7　0.0000175　87.6　11.2 Demeton-s　0.0000184　92.2　6.5　0.0000169　84.6　8.7　0.0000182　91.0　11.2 Dimethoate　0.0000192　95.8　9.4　0.0000190　95.0　9.8　0.0000143　71.7　15.7 Demeton-o　0.0000181　90.7　7.5　0.0000184　91.8　11.1　0.0000202　101.2　8.5 Parathion-methyl 0.0000145　72.4　10.9　0.0000181　90.6　7.4　0.0000201　100.5　10.5 Malathion　0.0000187　93.1　7.8　0.0000159　79.4　16.4　0.0000162　80.8　16.7 Parathion　0.0000172　85.8　11.4　0.0000185　92.6　2.7　0.0000201　100.5　6.3

2.4精密度和准确度试验

按《环境监测分析方法标准制修订技术导则》[15]，用超纯水做了高、中、低三个浓度级别的加标回收和精密度试验，每种浓度各测定6次，试验结果见表4。由表4可见，方法的加标回收率为80.6%～114.8%之间，相对标准偏差为2.3%～ 19.7%之间，表明方法准确可靠，能满足分析要求。

3　样品的测定

按实验方法，对泸州某饮用水断面、某污水厂出水口污水和某化工厂污水处理设施出口废水样进行了测试和加标回收分析,每种样品平行做两个样均未检出目标化物，按《环境监测分析方法标准制修订技术导则》[15]通过基体加标使样品中目标化物的浓度为0.00002 mg/L，平行分析6个加标样，分析结果见表5。由表5可知，此法用于实际水样中有机磷残留的测定回收率在71.7%～101.2%之间，相对标准偏差在2.7% ～ 16.7%之间，表明方法准确可靠，满足分析要求，可用于地表水、生活污水和工业废水中有机磷农药残留的测定。

4　结论

本文建立了全自动固相圆盘萃取，分子筛脱水技术对水中有机磷农药残留进行提取分离，用GC/MS进行测定。方法自

动化程度高，精密度好，进样量大，萃取时间少，溶剂用量少，回收率高，准确度高。方法使用分子筛脱水新技术，操作简单，样品转移次数少，不增加有机溶剂的用量，脱水效果好。整个前处理过程简单快速，是一种绿色的环境友好前处理方法。方法用于地表水、工业废水和生活污水中有机磷农药残留的测定平均回率为71.7% ～ 101.2%，相对标准偏差为2.7% ～ 16.7%（=6），精密度和准确度均能满足实际样品分析要求。

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Using Automated Solid Phase Extractionand Molecular Sieve Dehydration Coupled with Gas Chromatography/Mass Spectrometry

QIN Ming-you
(Jinshan Environmental Protection Monitoring Station, Shanghai 200540,China)

Abstract:Automated solid phase extraction and molecular sieve dehydration coupled with gas chromatog-raphy/mass spectrometry (GC/MS) was used to determine the residues of organophosphorous pesticides in water samples.The extraction disk penetrating was tested and the extraction condition was optimized. Using acetone and methyl tert-butyl ether（MTBE）as the eluen and DVB disk as the extraction disk, the pro-posed method has been successfully applied for the determination of organophosphorous pesticides residues in drinking water, industrial wastewater and raw sewage with satisfactory results for its sensitivity, precision and repeatability. The average recoveries were between 71.7%-101.2% with RSD of 2.7%-16.7%(n=6). The limits of detection was between 0.000006～0.000018 mg/L.

Key words:organophosphorous pesticides; molecular sieve dehydration; automated solid Phase extraction; gas chromatography/Mass spectrometry; water

作者简介：第一秦明友（1975-），男，四川泸县人，博士，高级工程师，主要从事环境监测和仪器分析工作。

收稿日期：2014原08原05

中图分类号院韵661.1

文献标志码院A

文章编号：1671-1602（2015）08-0037-07