土壤理化性质对高效液相色谱法检测农药效果的影响

张 娇，李若云，刘庆花

（青岛农业大学资源与环境学院/青岛市农村环境工程研究中心，山东青岛266109）

土壤理化性质对高效液相色谱法检测农药效果的影响

张 娇，李若云，刘庆花

（青岛农业大学资源与环境学院/青岛市农村环境工程研究中心，山东青岛266109）

选取性质不同的3种有机磷农药（毒死蜱、3，5，6-TCP、氧化乐果）和理化性质差别较大的6种土壤（滨海风沙土、惜福镇棕壤、梨园半固定风沙土、莱阳褐土、棘洪滩潮土和莱阳棕壤），进行土壤中农药加标回收试验，计算加标回收率和多次测定结果的相对标准偏差，研究土壤理化性质对高效液相色谱检测有机农药效果的影响。结果表明，土壤理化性质对农药检测准确度和精密度的影响与农药加标量有关，总体上当农药加标量较高时，影响不明显，当加标量较低时，影响较大。农药的性质不同，土壤理化性质对农药检测效果的影响不同，其中疏水性强的有机农药，有机质对其检测效果的影响较大，而水溶性强的农药，其检测效果受阳离子交换量（CEC）的影响较大；农药在土壤中的形态受pH值影响越大，其检出效果受pH值的影响也越大；全氮、全钾、全磷对农药加标回收率的影响无明显的规律。总之，土壤理化性质对高效液相色谱法检测农药效果有较大影响，影响强度与农药性质、加标量等因素有关。

有机农药；高效液相色谱；土壤理化性质；加标回收率

土壤农药污染问题是全世界范围内普遍关注的环境问题，关于土壤农药污染及修复等研究已成为研究热点之一［1-3］。所有研究成果的实现均基于测定结果的准确性和可靠性，因此，土壤农药的检测是所有相关研究的基础。

高效液相色谱由于其高速、高效、高灵敏度、应用范围广等特点被广泛应用于土壤有机污染物的分析测定中。采用高效液相色谱测定土壤中有机农药的主要过程有提取、纯化、检测，由于土壤农药含量低，土壤性质复杂，提取程序繁琐，使得土壤中农药检测难度大，重复性和再现性较差，这已成为制约土壤中农药研究的一个重要问题。

评价农药检测结果的重要指标是加标回收率及其相对标准偏差或相对偏差，这2项指标在土壤农药检测及分析中被广泛使用［4-5］。土壤农药检测的加标回收方法有空白加标和样品加标2种，其中样品加标是在样品基础上进行的，所以更接近样品的实际情况。但是，在实际检测中，尤其在土壤农药污染调查中，对每个土壤样品均做加标回收不切合实际，因此一般只能做代表样品的加标回收，由于代表样品和实际样品理化性质会有差异，甚至差异较大，使得土壤检测结果受到质疑。现有研究也表明，有机污染物在土壤中的存在形态受土壤理化性质的影响［6］，不同农药形态与土壤的结合能力不同，污染物的可提取性存在差别［7］。王小飞［8］研究了土壤中65种农药残留检测技术，分析了pH值和有机质对农药加标回收率的影响，发现不同地区农药加标回收率在20%～120%，pH值和有机质对不同农药的检测结果影响不同，其中对速灭威、涕灭威、pp-DDT等农药检测结果的影响较大。饶竹等［9］采用加速溶剂萃取—气相色谱法测定土壤中有机磷农药，采用模拟土样和实际土样（城市绿地和小白菜地）进行加标回收试验，结果表明，敌敌畏、杀扑磷、溴硫磷等农药在2种土壤中的加标回收率相差较大，速灭磷、甲拌磷、甲基对硫磷等在2种土壤中加标回收率差别不大。可见，土壤性质对有机农药的检测效率存在影响，但是关于土壤性质对有机农药检测效率的影响报道较少，而且，在不同性质土壤农药含量的对比中，往往很少考虑土壤性质对测定结果的影响，使得对部分有机农药检测结果的分析和评价与实际情况存在出入。为此，以3种性质不同的有机磷农药，毒死蜱［O，O-二乙基-O-（3，5，6-三氯-2-吡啶基）硫代磷酸酯］及其降解中间产物3，5，6-TCP（3，5，6-三氯-2-吡啶酚），以及水溶性较强的氧化乐果［O，O-二甲基-S-［2-（甲胺基）-2 -氧代乙基］硫代磷酸酯］为研究对象，选取性质差别较大的6种土壤（滨海风沙土、惜福镇棕壤、梨园半固定风沙土、莱阳褐土、棘洪滩潮土和莱阳棕壤），研究土壤质地对农药检测结果的影响，以期为土壤农药检测及土壤农药污染研究提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 仪器与试剂

1.1.1 主要试剂 毒死蜱标准样品、3，5，6-TCP（以下简称TCP）标准样品、氧化乐果标准样品购自美国Accustandard公司；乙腈、乙酸乙酯、甲醇、丙酮为色谱纯，冰醋酸、无水硫酸钠为优级纯，均购自天津市科密欧化学试剂有限公司；硅酸镁吸附剂（别名弗罗里硅土，0.15～0.3 mm）购自天津傲然精细化工研究所。无水硫酸钠、硅酸镁吸附剂，使用前450℃灼烧4 h，并置于干燥器皿内密封贮存，备用。

1.1.2 主要仪器 包括LC-20A高效液相色谱仪（日本岛津公司）、Inertsil QDS-SP色谱柱（4.6 mm×250 mm）、SHZ-82恒温振荡器（金坛市精达仪器制造厂）、RE-52A旋转蒸发仪器（上海亚荣生化仪器厂）、SHB-III循环水式真空泵（郑州长城科工贸有限公司）、万分之一电子分析天平［丹佛仪器（北京）有限公司］、GZX-9070MBE电热鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）、KQ-600B超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）、4510F原子吸收分光光度计（上海仪电分析仪器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 土壤样品的采集与处理 在山东省胶东半岛地区选取有代表性的6种土壤，分别为滨海风沙土（青岛仰口）、棘洪滩潮土（青岛棘洪滩）、莱阳棕壤（莱阳大夼镇，当地人俗称黑土）、莱阳褐土（莱阳沐浴店）、梨园半固定风沙土（莱阳照旺庄梨园）和惜福镇棕壤（青岛惜福镇）。采集表层混合土壤样品，自然阴干，研磨，过2 mm筛，部分样品用于土壤pH值、阳离子交换量（CEC）的测定，剩余部分经细磨后分成2份，一份过0.25 mm的筛网，用于土壤有机质、全氮、全磷、全钾的测定，另一份过0.15 mm的筛网，用于土壤有机磷农药的加标回收试验。

1.2.2 土壤理化性质的分析 对土壤pH值、全氮、全磷、全钾、有机质、CEC 6种理化性质指标进行检测。其中，土壤pH值用pHS-3C型精密pH计测定（水土比为2.5∶1）；有机质用重铬酸钾-硫酸氧化法测定；CEC用乙酸钠-火焰光度法测定；全磷采用硫酸-高氯酸消煮法—钼锑抗比色法测定；全氮测定采用半微量开氏法；全钾测定采用NaOH熔融—火焰光度计法。

1.2.3 土壤中氧化乐果的检测 准确称取风干土样10 g于200 mL的具塞锥形瓶中，加入50 mL丙酮，于30℃恒温振荡器中振荡提取50 min，再加入50 m L乙酸乙酯振荡50 min，经砂芯漏斗减压过滤后，旋转蒸发至近干，用乙腈溶解，过弗罗里硅土固相萃取小柱，用30 mL丙酮/乙腈（体积比1/3）淋洗，收集淋洗液，在旋转蒸发仪器中旋蒸至近干，用超纯水定容至1.5 m L，过有机系0.22μm的滤膜至样品瓶，冷藏待测。处理好的样品采用高效液相色谱仪进行测定，流动相配比为甲醇/水（体积比10/90），溶剂为超纯水，检测波长为210 nm，柱温为室温25℃，总流速为1.0 m L/min，进样量为20μL，等度洗脱。

1.2.4 土壤中毒死蜱、TCP的检测 准确称取风干土样10 g于200 m L的具塞锥形瓶中，加入20 mL超纯水（含0.2%的冰醋酸），振荡30 min混匀，然后加入100 m L的乙酸乙酯，振荡30 m in进行提取。提取液经砂芯漏斗减压过滤后，旋转蒸发至近干，用乙酸乙酯溶解至1m L左右，过弗罗里硅土固相萃取柱，先后用6 m L乙酸乙酯和9 m L乙腈（pH值2）洗脱，洗脱液在旋转蒸发仪器上旋蒸至近干，用1.5 m L乙腈溶解定容，过0.22μm的滤膜至1.5 m L样品瓶。处理好的样品采用高效液相色谱仪进行测定，流动相为甲醇/水（体积比90/10），溶剂为乙腈，梯度波长检测（前4 m in使用290 nm，后几分钟使用231 nm的波长），柱温为室温25℃，总流速为1.0 m L/min，进样量为20μL，等度洗脱。

1.2.5 土壤加标回收率试验 分别取6种土壤样品，每种土壤样品中分别加入毒死蜱、TCP、氧化乐果，加标量均分为高（5μg/kg）、中（1μg/kg）和低（0.5μg/kg）3个水平，采用前述方法对6种土壤样品中毒死蜱、TCP和氧化乐果进行检测，计算加标回收率和相对标准偏差，每组试验做6次平行，分析土壤质地对3种农药检测结果准确度的影响。

1.2.6 数据处理 试验数据的整理以及图表的绘制采用Excel 2003、Origin 8.0，相关性分析采用SPSS 18.0。

2 结果与分析

2.1 不同土壤的理化性质

由表1可见，6种土壤理化性质差别较大。6种土壤样品的pH值介于5.69～7.90，包含酸性、中性和弱碱性土壤，其中惜福镇棕壤、梨园半固定风沙土和莱阳棕壤为酸性土壤，惜福镇棕壤pH值最低，滨海风沙土、棘洪滩潮土为弱碱性，莱阳褐土属中性偏碱性；6种土样有机质含量差别很大，滨海风沙土最低，为2.34 g/kg，棘洪滩潮土最高，为21.65 g/kg，莱阳褐土次之，为12.36 g/kg，其余3种土壤有机质含量差别相对较小，在6.86～9.78 g/kg；全氮含量差别不是很明显，介于0.44～0.70 g/kg，其中滨海风沙土、惜福镇棕壤略高于其他4种土壤；全磷含量有一定差别，惜福镇棕壤、梨园半固定风沙土含磷量相对较高，分别为2.37 g/kg和2.42 g/kg，其余4种土壤全磷含量在0. 34～0.91 g/kg；相比而言，莱阳褐土和梨园半固定风沙土的全钾含量较高，分别为3.77 g/kg和3.92 g/kg；不同土壤CEC的差别也很大，从31.058 mmol/kg到203.324 mmol/kg，莱阳褐土最低，为31.058 mmol/kg，滨海风沙土、惜福镇棕壤和棘洪滩潮土CEC较高，在189.278～203.324 mmol/kg。

2.2 不同土壤样品中农药的加标回收率

2.2.1 毒死蜱 由表2可见，不同土壤样品中毒死蜱的加标回收率在50.6%～135.6%，除加标量为0.5 μg/kg的棘洪滩潮土加标回收率偏低外，其余样品的平均加标回收率均在76.8%～109.6%，符合美国环境保护署（EPA）标准规定的回收率范围。不同土壤样品的加标回收率差别较大，从平均加标回收率来看，莱阳棕壤、梨园半固定风沙土和莱阳褐土加标回收率在92.0%～101.7%，相比，棘洪滩潮土的加标回收率较低，为60.9%～95.0%。从土壤理化性质来看，棘洪滩潮土的有机质含量最高，莱阳棕壤、梨园半固定风沙土和莱阳褐土的有机质含量较低，可见毒死蜱的加标回收率受土壤有机质含量的影响较大。从相对标准偏差来看，风沙土的相对标准偏差较小（1.30%～9.46%），其他土壤样品的相对标准偏差较大（3.91%～17.75%），莱阳棕壤尽管平均加标回收率较高，但相对标准偏差较大，为12.49%～15.91%，分析认为风沙土组成相对简单，而其他土壤组成相对复杂，使得检测结果的平行性较差。

试验数据还表明，同一土壤样品在不同加标量下，土壤中毒死蜱的加标回收率和相对标准偏差也有较大差别。总体来看，加标量越大，加标回收率越接近100%。惜福镇棕壤在加标量为0.5μg/kg时加标回收率最高，可能是在该种土壤中存在少量正干扰物质。从相对标准偏差看，惜福镇棕壤、莱阳褐土、棘洪滩潮土3种土壤，加标量越大，毒死蜱的相对标准偏差越低，而其余3种土壤，在加标量较大时，相对标准偏差也较大。

由此可见，土壤理化性质对毒死蜱检测的准确度和精密度均有较大影响，其中土壤有机质可能是影响毒死蜱检出效果的主要因素。

2.2.2 TCP 由表3可见，TCP的加标回收率在46. 9%～134.5%，不同质地土壤样品的加标回收率差别较大。惜福镇棕壤和梨园半固定风沙土的平均回收率在74.8%～116.4%，符合EPA的加标回收率标准，其余土壤样品的加标回收率偏低，多数加标量下低于70%。这2种土壤理化性质相似，不过值得一提的是，莱阳棕壤与以上2种土壤的性质差别也不大，主要差别是其全磷的含量较低，因此全磷的含量可能与样品的提取率有一定关系。惜福镇棕壤加标回收率最高，莱阳褐土、莱阳棕壤、滨海风沙土的回收率较低，结合土壤理化性质数据发现，惜福镇棕壤pH值最低，而莱阳褐土、莱阳棕壤、滨海风沙土这几种土壤pH值较高，pH值可能是影响TCP检测结果的主要因素。相比，全氮、全钾对TCP加标回收率的影响无明显的规律。

同一土壤样品、不同添加量TCP的加标回收率和相对标准偏差也有较大差别。滨海风沙土、棘洪滩潮土、莱阳棕壤随加标量增加回收率升高，而惜福镇棕壤和梨园半固定风沙土在低加标量（0.5 μg/kg）时回收率最高，莱阳褐土在中加标量（1μg/kg）时回收率最高；总体而言，低添加量的土样相对标准偏差较大（莱阳褐土除外）。可见，土壤理化性质对毒死蜱和TCP的加标回收率和相对标准偏差的影响不同。

2.2.3 氧化乐果 由表4可见，氧化乐果的加标回收率在50.9%～130.2%，绝大部分样品的加标回收率在70%～130%，其中梨园半固定风沙土和莱阳褐土的平均加标回收率相对较高，在73.0%～116.1%，滨海风沙土、惜福镇棕壤、棘洪滩潮土在添加量为0. 5μg/kg时平均加标回收率低于70%。结合土壤理化性质发现，滨海风沙土、惜福镇棕壤和棘洪滩潮土的CEC较高，在189.278～203.324 mmol/kg，而莱阳褐土CEC最低，为31.058 mmol/kg。因此初步推断，CEC可能是影响氧化乐果检测效果的主要因素。莱阳棕壤、莱阳褐土在低添加量时加标回收率超过100%，有可能这2种土壤中存在与氧化乐果性质相似的成分，在提取时也一并提取出来，对测定结果产生正影响。

2.3 农药加标回收率与土壤理化性质的相关分析

如表5、表6所示，土壤理化性质对3种有机磷农药的加标回收率均有影响，影响的大小与农药的性质和加标量等因素有关。总体上，当农药的加标量较高时，土壤理化性质对农药的加标回收率影响较小，当加标量较低时，土壤理化性质对加标回收率的影响较大。当加标量≤1μg/kg时，毒死蜱的加标回收率与pH值、有机质呈现负相关，其中与有机质负相关的显著性水平接近0.05，具有较为显著的负相关关系，在加标量为0.5μg/kg时，pH值对加标回收率也有显著影响，pH值越低，加标回收率越高。有机质对TCP的影响不明显，但是0.5μg/kg加标量时土壤的加标回收率与pH值呈较好的负相关关系，与全磷含量有显著的正相关关系。氧化乐果的加标回收率与土壤理化性质的关系和毒死蜱不同，pH值和有机质对加标回收率的影响不显著，而CEC与加标回收率的负相关关系更明显，尤其在加标量≤1μg/kg时，呈现显著的负相关关系。这与前面分析结果相吻合。

3 结论与讨论

本试验通过研究3种有机磷农药在6种性质差别较大土壤中的加标回收率和相对标准偏差，分析土壤理化性质对农药检测效果的影响。结果表明，土壤理化性质对测定结果有影响，影响的强度与农药的性质、加标量等因素有关。

同种农药在不同性质土壤中检出率不同。其中，土壤有机质对毒死蜱的检出效果影响较大，pH值对TCP的检出效果影响较大，而CEC对氧化乐果的检出效果影响较大。分析认为，毒死蜱属于疏水性较强的农药，其在土壤中的吸附主要是分配到土壤有机质中，有机质含量越高提取难度越大［10］。TCP的疏水性比毒死蜱弱，而氧化乐果的水溶性较好，因此，有机质对3种农药的影响强度为毒死蜱＞TCP＞氧化乐果。无机矿物具有较强的极性，矿物与水分子之间强烈的极性作用使得极性小的有机物分子很难与土壤矿物发生作用，因此，水溶性越强的农药，其吸附性越容易受CEC的影响［11］，采用有机溶剂越难提取。氧化乐果极性较强，易溶于水，在浓度较低时，土壤矿物对其吸附的影响几乎相当于甚至超过有机质的作用，因此，CEC对其检出效果有较强的影响。pH值对TCP的存在形态影响较大，pH值较高时，TCP主要以离子形式存在，相对难于提取［12］。总体而言，全磷、全氮和全钾等指标对农药加标回收率的影响无明显规律。同种农药，相同土壤，总体来看，农药的浓度越高，其提取准确度和精密度越高，土壤理化性质对农药检出效果的影响越小。

试验中还发现，TCP的加标回收率总体低于毒死蜱的加标回收率，这可能和TCP的性质有关，与毒死蜱相比，TCP水溶性较强，采用相同提取剂对毒死蜱和TCP提取时，提取剂对TCP的提取能力较弱。这也说明，对于性质差别较大的农药，不太适合用同一种方法同时提取，若同时提取，势必在一定程度上降低某一目标物的准确度。

可见，采用高效液相色谱检测土壤中农药时，土壤理化性质不同，农药的检测结果可能会有很大差异。而这种差异往往容易被忽视，比如在土壤环境质量调查时，往往只是对农药的检测结果进行对比分析，一般不考虑土壤性质带来的影响。不仅在农药研究上存在这方面问题，在土壤有机物的检测和分析中，这个问题是普遍存在的。因此，在对土壤有机物的研究和监测中，分析最终结果时要考虑土壤理化性质的影响。

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Effects of Soil Physical and Chemical Properties on Detection of Organic Pesticides by High Performance Liquid Chromatography

ZHANG Jiao，LIRuoyun，LIU Qinghua
（College of Resource and Environment，Qingdao Agricultural University/Qingdao Engineering Research Center for Rural Environment，Qingdao 266109，China）

To study the effects of soil physical and chemical properties on detection of organic pesticides by high performance liquid chromatography，the experiment on the rate of recovery was conducted using three kinds of organic phosphorus pesticides with different properties（chlorpyrifos，3，5，6-TCP，omethoate）and six kinds of soils with different physical and chemical properties（Coastal sandy soil，Xifu town brown soil，pear orchard semi-fixed sandy soil，Laiyang cinnamon soil，Jihongtan moisture soil and Laiyang brown soil），and the rate of recovery and the relative standard deviation were calculated.The results showed that the influence of soil physical and chemical properties on accuracy and precision of pesticide detection was correlated with the pesticide scalar added.On the whole，the influence was not significantwhen the pesticide scalar added was higher，but itwas obvious when the pesticide scalar added was lower.The soil physical and chemical properties had different influences on detection results for pesticides with different properties.The stronger the hydrophobicity of pesticide was，the greater the influence of organic matter on pesticide test results was.The stronger the hydrophilic property of pesticide was，the greater the influence of cation exchange capacity（CEC）on pesticide test results was.The greater the influence of pH on pesticide morphology in soil was，the greater the influence of pH on pesticide test results was.No significant relationship was observed between the detection effects and the total nitrogen，total phosphorus，total potassium.In short，soil physical and chemical properties have influences on the accuracy and precision of the detection results of organic pesticides by high performance liquid chromatography，related with the pesticide properties and the pesticide scalar added.

organic pesticide；high performance liquid chromatography；soil physical and chem icalproperties；the rate of recovery

S481+.8

A

1004-3268（2017）01-0064-07

2016-07-09

国家自然科学基金项目（41301552，41201507）；青岛农业大学应用型人才培养特色名校建设工程课程建设项目（XDSJP2013037）

张 娇（1973-），女，辽宁沈阳人，副教授，博士，主要从事污染物迁移及控制技术研究。E-mail：zhangjiao11@163.com