SPE-GC-MS法测定地下水中26种有机氯农药

袁鹏辉，陈明晓，2，董军，范晓静，高帅，马超，2，王青华

(1. 山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014；2. 重质油国家重点实验室，中国石油大学，北京 102249)

SPE-GC-MS法测定地下水中26种有机氯农药

袁鹏辉1，陈明晓1，2，董军1，范晓静1，高帅1，马超1，2，王青华1

(1. 山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014；2. 重质油国家重点实验室，中国石油大学，北京 102249)

采用固相萃取(SPE)技术，结合气相色谱/质谱(GC-MS)选择离子检测法(SIM)对水样中26种有机氯农药(OCPs)进行提取、净化、浓缩前处理，优选了固相萃取小柱填料及萃取、净化条件，优化了GC-MS的工作参数，建立了地下水中26种有机氯农药的SPE-GC-MS分析方法。针对不同的组分，本法加标回收率为76.422%～112.512%， 相对标准偏差为4.905%～15.524%，检出限为0.014～0.089 μg/L。该方法操作简单，消耗费用低，分析速度快，具有较高的灵敏度和回收率。

固相萃取；色谱/质谱联用；选择离子检测；有机氯农药

随着农业和化工业的快速发展，地下水资源受污染程度日趋严重。有机氯农药类(OCPs)化学性质比较稳定，脂溶性强，不易分解，具有较强的持续性和迁移性，部分可以通过食物链富集，严重危害人体健康[1-5]。因此，开展地下水中OCPs残留的快速检测分析技术研究具有重要意义。

目前，水中OCPs残留多采用分类检测，这些分析方法不仅周期长、时效性差，而且需要不同的仪器或检测器，测试成本高。此外，采用液液萃取不仅有机溶剂消耗大，而且废液排放还会造成二次污染[3， 5-9]。而固相萃取法(SPE)则具有选择性高、方便快速、回收率高、溶剂用量少、重复性好、安全、便于自动化操作等突出优点[3，5，7]。 气相色谱/质谱(GM-MS)则综合了色谱高分离效能和质谱高准确性的特点，具有强大的分离、分辨与鉴定能力，在有机污染物多组分同时检测方面具有独特的优势。现将SPE技术与GC-MS选择离子检测(SIM)法相结合，建立能同时测定水样中26种OCPs的SPE-GC-MS法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

7890B-5977气相色谱/质谱联用仪(Agilent公司，美国)，配备Agilent 7650A自动进样器；RE-52AA旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)；MP220 pH计(Mettler公司，瑞士)；BK-360B超声波清洗器(巴克超声设备有限公司)；24道固相萃取装置(Supelco公司，美国)；Cleanert S C18固相萃取小柱(500 mg/6 mL，博纳艾杰尔科技公司)；Mile-Q超纯水系统(Millipore公司，美国)，turbovapⅡ全自动浓缩仪氮吹仪(Biotage公司，瑞典)；P124-1CN分析天平(精确到0.000 1 g，Sartorius公司，德国)。

26种有机氯混合标准溶液(1 000 mg/L，毒草胺、甲草胺、六氯苯、α-BHC、β-BHC、δ-BHC、γ-BHC、七氯、百菌清、艾氏剂、环氧七氯、α-氯丹、γ-氯丹、硫丹硫酸盐、反九氯、p，p′-DDE、p，p′-DDD、p，p′-DDT、o，p′-DDT、硫丹Ⅰ、硫丹Ⅱ、狄氏剂、异狄氏剂、异狄氏剂醛、顺氯菊酯、反氯菊酯)，内标物(500 mg/L，苊-D10、菲-D10、屈-D12)，均购自Accu Standard公司。其他试剂均为色谱纯，水为超纯水。

1.2 仪器分析条件

气相色谱条件：DB-35ms毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气He (99.999%)，恒流模式，流速1.000 mL/min；进样口温度300 ℃；程序升温，柱初始温度50 ℃，保持1 min，以25 ℃/min升到200 ℃，再以5 ℃/min升到320 ℃，保持10 min；不分流进样，进样量1.000 μL。

质谱条件：电子轰击源，发射电子能量70 eV，选择离子扫描模式(SIM)，溶剂延迟6 min，接口温度280 ℃，离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃。

1.3 样品的采集

1.0 L取样瓶用水样润洗3遍，装满水样，加入40 mg亚硫酸钠，4 ℃储存，带回实验室后，立即用0.45 μm玻璃纤维滤膜过滤，4 ℃储存备用[6]。同时，每个水源地均采集一份空白对照样。

1.4 固相萃取

首先，SPE柱分别用5 mL二氯甲烷、5 mL乙酸乙酯、5 mL甲醇和10 mL纯水进行活化。取1 L水样，调节水样pH值为2，加入5 mL甲醇和10 μL质量浓度为20 mg/L的内标液，混匀后以约12 mL/min的速率通过活化后的SPE柱。吸附了OCPs的SPE柱用氮气(99.999%)以120 mL/min的速度干燥10 min。干燥后的SPE柱用5 mL乙酸乙酯浸泡2 min，乙酸乙酯萃取液经无水亚硫酸钠柱干燥后进行收集；然后SPE柱依次用5 mL二氯甲烷、5 mL乙酸乙酯-二氯甲烷混合溶剂(V/V=1∶1)洗脱，洗脱液经无水硫酸钠柱干燥后与干燥过的乙酸乙酯萃取液合并，45 ℃氮气吹至剩约1.0 mL，加入乙酸乙酯定容至1.0 mL，待测。

2 结果与讨论

2.1 特征离子的选择

SIM模式下对OPCs进行分组扫描，不仅可以明显提高检测的灵敏度，而且可以降低试样中其他碎片离子的干扰。26种有机氯农药及内标物的特征碎片离子及分组见表1。

表1 有机氯农药的分组及特征离子

2.2 色谱分离结果

在 GC-MS中，理想的总离子流图应该是各化合物能明显分离，均匀分布，峰形尖锐平滑。经研究确定石英毛细管柱DB-35ms分离效果较好，故选用DB-35ms柱分离OPCs，其分离效果见图1，各峰号对应化合物同表1。

图1 26种有机氯农药标准与内标物的总离子流色谱图(2.000 mg/L)

2.3 固相萃取条件的优化

选取α-BHC、七氯、α-氯丹、硫丹Ⅰ、p，p′-DDT、顺氯菊酯6种具有一定代表性的物质为研究对象对固相萃取的条件进行优化。

2.3.1 SPE柱的选择和活化

对Cleanert S C18-SPE (500 mg/6 mL)、Cleanert Alumina-N-SPE (200 mg/3 mL)、Cleanert ACA-SPE (1 000 mg/6 mL)和Cleanert Na2SO4-SPE(5 g/12 mL)几种不同类型的SPE柱对OCPs的回收率进行比较，发现Cleanert S C18-SPE(500 mg/6 mL)柱对OCPs的回收率最高，故确定其为试验的净化小柱。Cleanert S C18-SPE(500 mg/6 mL)的填料是C18烷基键合在硅胶表面上，经过甲醇活化后，C18烷基在硅胶表面呈竖立状，对有机物有很好的吸附效果。如果大量水样直接通过固相填料，则会造成C18烷基倒伏，并且随着水样量的加大萃取效率会降低。研究发现，上样前在水样中加入一定量的甲醇作为有机改性剂，不仅可以有效地保证填料的活化性能，而且能够改善强憎水组分在C18小柱表面的吸附能力，从而提高对水样中OPCs的回收率[10-14]。

2.3.2 水样酸碱度

pH值可以改变目标物/吸附剂的离子化或质子化程度，而目标物的离子化程度越高，吸附效果就越好[9]。现调节水样pH值分别为2，4，7，10，比较水样酸碱度对SPE洗脱6种OCPs平均回收率的影响，结果见图2。由于α-氯丹在碱性条件易分解，因此，pH值=10时，未考察α-氯丹的回收率，以其他5种物质的平均回收率作为结果。由图2可知，目标化合物的回收率随着pH值的增大而减小，酸性条件下的回收率明显高于碱性和中性条件。因此，前处理时用盐酸调节水样pH值为 2。

图2 pH值对萃取效果的影响

2.3.3 上样体积与流速

设置上样体积分别为0.5，1.0，1.5和2.0 L，考察不同上样体积对回收率的影响。研究发现，上样体积为1.0和1.5 L时回收率较高且差别不大，上样体积超过1.5 L则回收率降低很大。因此，确定上样体积为1.0 L。

设置上样流速分别为6，9，12，15，18和21 mL/min，考察不同上样流速对回收率的影响。研究发现，上样流速越低目标物回收率越高，当上样流速<12 mL/min时回收率略微降低，上样流速>12 mL/min则明显降低。因此，确定上样流速为12 mL/min。

2.3.4 SPE柱的干燥时间

洗脱前对SPE柱充分干燥可以降低因水分存在对目标化合物定量洗脱的影响。上样后经离心分离，用高纯氮气干燥SPE柱5 min，柱内的上样溶剂仍有残余，分析物未能完全被固定相保留；干燥15 min时，柱子出现干裂导致失活；干燥10 min时，既赶走了残余的上样溶剂，又保持了固定相的活性，故确定上样后SPE柱的干燥时间为10 min。

2.3.5 洗脱方法

不同有机溶剂对目标物具有不同的洗脱能力，现对不同极性的有机试剂进行组合[5-6、8-9、13、15-16]，考察不同组合体系对萃取效果的影响，方法一为依次用5 mL乙酸乙酯、5 mL二氯甲烷、5 mL乙酸乙酯/二氯甲烷(V/V=1∶1)各淋洗1次；方法二为依次用5 mL正己烷、5 mL二氯甲烷、5 mL正己烷/二氯甲烷(V/V=1∶1)各淋洗1次；方法三为用5 mL正己烷(含3%甲苯)/乙酸乙酯(V/V=9∶1)淋洗3次，淋洗结果见图3。

由图3可见，方法一洗脱效果最好，确定洗脱方法为：依次用5 mL乙酸乙酯、5 mL二氯甲烷、5 mL乙酸乙酯/二氯甲烷(V/V=1∶1)各淋洗1次。

图3 不同洗脱剂对回收率的影响

2.4 方法性能

2.4.1 标准曲线及检测限

用乙酸乙酯配制各目标化合物质量浓度为0.025，0.050，0.100，0.200，0.400和0.800 mg/L的标准溶液系列，采用内标定量法进行定量，各标准溶液中内标物的质量浓度均为0.200 mg/L，按1.2条件进行分析。以各组分质量浓度与内标物质量浓度的比值为横坐标，对应的各组分特征定量离子响应峰面积与内标物响应峰面积的比值为纵坐标，绘制标准曲线，结果显示，26种OCPs在质量浓度0.025～0.800 mg/L范围内线性良好，相关系数均>0.996(见表2)。

以3倍SIN(信噪比)为考察指标，测得农药中各组分的检测限，结果见表3。由表3可见，26种OCPs的检出限为0.014～0.089 μg/L。

2.4.2 方法稳定性、精密度及回收率

取各组分质量浓度已知的OPCs混合标准溶液，分别于0，1，2，4，8 h各进样一次，测定OPCs中各组分的峰面积，各组分峰面积RSD(n=5)为2.382%～17.586%，表明样品在8 h内具有较好的稳定性。

取空白水样18份，加入一定量的OPCs混合标准溶液，分别配制成质量浓度为0.100，1.000 和5.000 μg/L的模拟水样各6份，各重复测定6次，结果见表2。由表2可见，26种OPCs的加标回收率为76.422%～112.512%，相对标准偏差为4.905%～15.524%，说明该方法具有较好的回收率和精密度，能够满足相关检测要求。

表2 26种农药中各组分的保留时间、相关系数、方法检测限、回收率及相对标准偏差

续表

2.5 实际样品检测

取济南市某几处蔬菜种植地附近的地下水和地表水水样进行OCPs检测分析，结果共检出6种目标物，结果见表3，其中，样品4#检测到的OPCs最多。

3 结语

采用Cleanert S C18-SPE (500 mg/6 mL)固相萃取小柱可有效富集、浓缩水样中的OPCs，回收效果较好，各组分的平均回收率为76.422%～112.512%，相对标准偏差为4.905%～15.524%；用DB-35ms(30 m×0.25 mm×0.25 μm)毛细管柱对OPCs中各组分的分离效果好，所建立的SPE-GC-MS分析方法可一次同时测定水样中残留的26种有机氯农药，能够完全满足现行的《生活饮用水卫生标准》(GB/T 5750—2006)、《城市供水水质标准》(CJ/T 206—2005)和《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的相关检测要求，可以为地下水和生活饮用水的水质检测分析以及进一步水质检测技术的研究提供一定的依据。

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A Study of 26 Organochlorine Pesticides in Groundwater by SPE-GC-MS

YUAN Peng-hui1， CHEN Xiao-ming1，2， DONG Jun1， FAN Xiao-jing1， GAO Shuai1， MA Chao1，2， WANG Qing-hua1

(1.ShandongGeologicalEngineeringInvestigationInstitute，Jinan，Shandong250014，China； 2.StateKeyLaboratoryofHeavyOilProcessing，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249，China)

A method for the analysis 26 organochlorine pesticides (OPCs) in groundwater was established using solid phase extraction (SPE) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). These OPCs was extracted， purified and pre-concentrated， and the column packing materials， extraction and purification conditions were optimized.The working parameters of GC-MS were investigated. The experimental results showed that the spiked recoveries were between 76.836% and 112.512% with the relative standard deviations of 4.905%～15.524%， while the detection limits were in the range of 0.014～0.089 μg/L. The established method is simple， rapid， sensitive and reliable.

Solid phase extraction； GC- MS； Selective ion monitoring； Organochlorine pesticides

2016-06-25；

2016-07-22

山东省地质勘查基金资助项目(SSDZS-2015-GTT01)

袁鹏辉(1988—)，男，工程师，硕士，主要从事环境中有机污染的分析研究。

X832；O657.7+1；O657.63

B

1674-6732(2016)06-0032-05