气相色谱-质谱联用法测定农药制剂中29种助剂

唐祥凯, 冯德建, 史谢飞, 李怀平

(中国测试技术研究院, 国家防灾减灾分析测试中心(成都), 四川 成都 610021)

农药原药无法直接使用,需根据农药的性质及加工的剂型添加各种助剂,经研制、复配、加工从而制成农药制剂。目前,常规使用的农药助剂品种已超过3 000种[1,2],包括表面活性剂、溶剂、增效剂、分散剂、黏着剂、防腐剂和稳定剂等,其在农药制剂中所占比例很大,从百分之几到百分之九十几不等[3,4]。虽然农药助剂本身没有农药活性,且在降低农药用量、改善农药有效成分的生物活性、提高农药对作物的安全性、减少环境污染、提高经济效益等方面都具有重要作用,但越来越多的研究表明,部分被认为是“惰性”的助剂可能比受监管的农药活性成分毒性及环境危害性更强[3,5,6]。美国环保署对2 000余种助剂的毒性研究发现,其中26%的助剂本身具有致癌性、致畸性、致突变性、内分泌干扰作用、繁殖损伤、神经毒性等严重健康风险[7,8],鉴于此,欧盟、美国、加拿大、印尼等国家或地区已相继出台了对农药助剂严格的管理规定或标准[5,9],我国大陆地区自实行农药登记管理以来,一直侧重于农药有效成分的管理,对助剂的安全性研究和管理才刚刚起步,仅有化工行业推荐标准HG/T 4576-2013《农药乳油中有害溶剂限量》对农药乳油中7种有害溶剂设定了限量值,而我国台湾地区现行《农药标准规格准则》则规定了成品农药中二甲苯、苯胺、苯、四氯化碳等44种助剂的限量基准,虽然2015年7月,原农业部农药检定所发布了《农药助剂禁限用名单》(征求意见稿),拟对84类助剂进行禁限用,但至今未正式出台,这些有害助剂在农药施用过程中全部进入环境,并长时间残留在大气圈、水圈等循环系统中,不仅污染环境,而且危害人畜安全,其毒害作用不低于甚至远大于农药有效成分本身[10,11]。

目前,国外主要针对部分农药助剂本身理化性质测定方面建立了标准,尚无专门针对农药制剂中助剂含量检测的标准;我国仅有HG/T 4576-2013对农药乳油中苯、甲苯、二甲苯、乙苯、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、萘等7种设限有害溶剂制定了配套检测技术,涉及检测方法均为气相色谱法;关于农药制剂中助剂检测方法的研究文献报道也较少,主要有气相色谱法[12,13]、气相色谱-质谱法(GC-MS)[14-16]、液相色谱法[17,18]和液相色谱-串联质谱法[4,19-21],涉及的助剂主要为苯、甲苯、二甲苯、二硫化碳、1,2-二氯乙烯、四氯化碳等50余种,参考《农药助剂禁限用名单》(征求意见稿),目前尚有二氯甲烷、甲基丙烯酸甲酯、苯酚、对苯二酚、苯骈三氮唑等近30种常用助剂缺乏有效的检测方法。

GC-MS兼具色谱的高分离效能和质谱准确鉴定化合物结构的特点,非常适合农药制剂中助剂的准确、高效、全面分析。为此,本研究选取具有代表性的乳油型和可溶液剂型农药制剂为研究对象,建立了GC-MS测定农药制剂中二氯甲烷、甲基丙烯酸甲酯、苯酚、对苯二酚、苯骈三氮唑等29种助剂的高通量检测方法,以期为农药制剂的生产和质量监管提供技术支撑。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 7890B GC-5977B MS气相色谱-质谱联用仪(美国安捷伦公司),并配有Agilent G4567A自动进样器,Eppendorf 5810R型高速冷冻离心机(德国艾本德公司), Sartorius BP 211D型电子天平(德国赛多利斯公司)。

正己烷、甲基异丁基甲酮、甲基丙烯酸丁酯、苯酚、N-甲基吡咯烷酮、对苯二酚(分析纯,成都市科隆化学品有限公司);二氯甲烷、硝基甲烷、甲基丙烯酸甲酯、硝基乙烷、邻甲酚、对甲酚、2-吡咯烷酮、二苯醚、邻苯二甲酸二甲酯、苯骈三氮唑(分析纯,成都市科龙化工试剂厂);丁酮肟、二乙二醇单甲醚、二乙二醇丁醚、己二酸二异辛酯(分析纯,上海阿拉丁生化科技股份有限公司); 2-己酮、异丙叉丙酮、异佛尔酮、1-乙基-2-吡咯烷酮、间甲酚、4-氯-3,5-二甲基苯酚、邻苯二甲酸丁苄酯(分析纯,上海麦克林生化科技有限公司);二乙二醇乙醚(分析纯,天津市光复精细化工研究所);邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯(分析纯,梯希爱(上海)化成工业发展有限公司);甲醇(色谱纯,美国西格玛奥德里奇公司)。

市售农药制剂样品:12%(质量分数)马拉·杀螟松乳油,0.3%(质量分数)丁子香酚可溶液剂,95%(质量分数)矿物油乳油,3%(质量分数)赤霉酸乳油,购自四川农业高新技术产品综合市场。

1.2 标准溶液的配制

对照品单一标准储备溶液的配制:准确称取适量农药助剂(精确至0.01 mg)于10 mL容量瓶中,以色谱纯甲醇为溶剂,配制质量浓度为1 500.0 mg/L的农药助剂单一标准储备溶液,于4 ℃遮光保存。使用时根据需要使用空白基质溶液稀释至相应质量浓度。

对照品混合标准储备溶液的配制:准确称取适量农药助剂(精确至0.01 mg)于50 mL容量瓶中,以色谱纯甲醇为溶剂,配制质量浓度均约为5 000.0 mg/L的29种农药助剂混合标准储备液溶,于4 ℃下避光保存。

对照品混合标准工作溶液的配制:精确吸取适量对照品混合标准储备溶液,用95%(质量分数)矿物油乳油和3%(质量分数)赤霉酸乳油样品的空白基质溶液逐级配制成不同质量浓度的系列标准工作溶液,现配现用。

表 1 29种农药助剂的CAS号、色谱及质谱参数Table 1 Chemical abstract service (CAS) numbers and GC-MS parameters for the 29 pesticide adjuvants

1.3 样品前处理

称取1 g农药制剂样品(精确至0.001 g)于100 mL容量瓶中,加入50 mL甲醇涡旋振荡提取2 min,用甲醇定容至刻度,混匀,吸取5 mL提取液于8 000 r/min下离心5 min,取上清液过0.22 μm尼龙滤膜,待GC-MS分析。提取时根据样品中农药助剂的含量适当调整提取溶剂用量。

1.4 气相色谱-质谱条件

1.4.1色谱条件

Agilent VF-1701MS毛细管色谱柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm),升温程序:30 ℃保持2 min,以3 ℃/min升温至40 ℃,保持2 min,然后以5 ℃/min升温至130 ℃,保持3 min,再以20 ℃/min升温至200 ℃,最后以60 ℃/min升温至270 ℃,保持20 min;进样口温度:260 ℃;进样模式:分流进样(分流比50∶1);进样量:1 μL;载气:氦气(纯度≥99.999%),恒流模式;流速:1.0 mL/min。

1.4.2质谱条件

离子源:EI电离源;电离能量70 eV;离子源温度:230 ℃;四极杆温度:150 ℃,传输线温度:270 ℃,溶剂延迟:5.5 min;扫描模式:选择离子监测(SIM)模式,29种农药助剂的保留时间和特征离子见表1。

2 结果与讨论

2.1 样品前处理条件优化

图 1 9种农药助剂在不同提取溶剂中的响应值比较Fig. 1 Comparison of response values for nine pesticide adjuvants in different extraction solvents The number codes are the same as those in Table 1.

图 2 29种农药助剂的选择离子监测色谱图Fig. 2 Selected ion chromatogram of the 29 pesticide adjuvants The number codes are the same as those in Table 1.

由于农药制剂中含有较高的有效成分和其他物质,会对农药助剂成分的分离和检测造成一定干扰,因此在检测农药助剂时,样品需溶解和稀释后才能上机分析。助剂分析中常用的提取溶剂有丙酮[12,16]、乙腈[15,17]、甲醇[18]和乙酸乙酯[14,22]等,分别用4种溶剂配制质量浓度为400.0 mg/L的混合标准溶液,在同一条件下对上述混合标准溶液进行测定,考察溶剂效应。由图1可知,采用甲醇或乙腈配制标准溶液时,9种助剂的响应值高于丙酮或乙酸乙酯,在综合考虑提取溶剂的溶解性、挥发性、毒性以及与目标物的分离度后,最终选择甲醇作为本方法的提取和稀释溶剂。同时,本文还采用样品加标回收试验对涡旋振荡提取法和超声提取法2种前处理方式进行了验证比较,结果显示,29种农药助剂的回收率无明显差异,均在80.0%～120.0%之间。涡旋振荡提取法具有操作简便、效率高等优点,故采用涡旋振荡法作为样品前处理方法。

2.2 色谱与质谱条件优化

本文涉及的29种农药助剂覆盖极性、中等极性、非极性多种类别,同分异构体也加大了分离的难度。农药助剂分析中常用的色谱柱有弱极性的HP-5MS柱[12,13]、中等极性的VF-1701MS柱[16]、DB-624柱[23]以及强极性的DB-WAX柱[22],在比较了3种类型的色谱柱对29种农药助剂的分离效果后,最终确定采用VF-1701MS(60 m×0.25 mm×0.25 μm)色谱柱作为本方法的分析柱,VF-1701MS柱属于中等极性色谱柱,对分离非极性和强极性的化合物都有兼顾。通过优化升温程序,选择稳定性好、干扰较少的碎片离子作为特征碎片离子,并通过样品加标回收试验进行验证,结果表明1.4节的色谱与质谱条件能够实现29种农药助剂在VF-1701MS色谱柱上的良好分离,优化后的选择离子监测图见图2。其中对苯二酚、邻苯二甲酸二甲酯与4-氯-3,5-二甲基苯酚色谱峰虽然未完全分离,但依据它们之间不同的特征离子可分别进行定性和定量分析。

2.3 方法的线性范围、相关系数与定量限

以空白基质溶液配制质量浓度为6.2～400.0 mg/L的系列混合标准溶液,在1.4节条件下进行分析,以各农药助剂的定量离子峰面积y与对应的质量浓度x(mg/L)绘制标准工作曲线。由表2可知,29种农药助剂在6.2～400.0 mg/L范围内线性关系良好,相关系数(R2)均大于0.99。以信噪比约为10时空白样品添加浓度计算方法的定量限为4.4～439.1 mg/kg,远低于《农药助剂禁限用名单》(征求意见稿)的限量要求(最低限度:1 000 mg/kg),可很好地满足农药制剂中助剂含量检测和质量监管要求。

表 2 29种农药助剂的线性范围、线性方程、相关系数(R2)和定量限Table 2 Linear ranges, regression equations, correlation coefficients (R2), and limits of quantification (LOQs) of the 29 pesticide adjuvants

y: peak area;x: mass concentration, mg/L.

2.4 方法的回收率与精密度

分别称取1 g(精确至0.001 g)12%(质量分数)马拉·杀螟松乳油和0.3%(质量分数)丁子香酚可溶液剂样品各18份,添加质量浓度为1 000.0 mg/L的29种农药助剂混合标准使用液0.5 mL(即添加质量分数为0.5%)、1.0 mL(即添加质量分数为1.0%)、2.0 mL(即添加质量分数为2.0%),每个水平重复进行6次试验,由图3可知,29种农药助剂在12%(质量分数)马拉·杀螟松乳油样品中加标回收率为82.0%～111.9%,相对标准偏差(RSD)为0.4%～7.2%(n=6),仅有二乙二醇单甲醚在0.5%加标下的回收率低于85.0%, 2-己酮在1.0%加标下的回收率高于110.0%,间甲酚在0.5%加标下的回收率高于110.0%;在0.3%(质量分数)丁子香酚可溶液剂样品中加标回收率为82.6%～112.9%,RSD为0.3%～8.2%(n=6),仅有二乙二醇单甲醚在0.5%加标下的回收率低于85.0%, 2-己酮在0.5%和1.0%加标下回收率高于110.0%,间甲酚在0.5%加标下回收率高于110.0%,考虑到农药制剂样品的复杂性以及其农药配比的不确定性,本文建立的方法能基本满足农药制剂中助剂常量分析水平的回收率要求。

2.5 实际样品检测

采用本文建立的方法对市场上销售的110份农药制剂样品中29种助剂含量进行分析检测,由表3可知,28份农药制剂检出苯酚、N-甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、正己烷等共11种助剂,检出助剂样品数占总样品数的25.5%,含量范围为0.05%～15.65%。与《农药助剂禁限用名单》(征求意见稿)比较发现,有17份样品不符合相关禁限用规定,一定程度上说明农药制剂中助剂使用现状不容乐观,存在一定风险,应引起相关管理部门重视。

图 3 29种农药助剂在乳油型与可溶液剂型样品中不同水平下的加标回收率和RSDFig. 3 Recoveries and RSDs for the 29 pesticide adjuvants in EC and SL samples EC: emulsifiable concentrate; SL: soluble concentrate. The number codes are the same as those in Table 1.

表 3 至少检出1种助剂的农药制剂样品的检测结果Table 3 Results for pesticide formulations revealed at least one of the 29 adjuvants

-: not detected.

3 结论

本文建立了乳油和可溶液剂型农药制剂中29种助剂的气相色谱-质谱测定方法,该法具有操作简单、灵敏度高、准确性好等特点。需要说明的是,农药制剂中助剂的检测无法用一种方法一次检测完成,必须依靠GC-MS、LC-MS/MS等多种方法联合使用,才能实现农药助剂检测全覆盖,因此,下一步将继续利用GC-MS、LC-MS/MS等方法,一方面建立未覆盖的农药助剂的检测方法,另一方面建立水乳剂、悬浮剂等其他剂型农药制剂中拟禁限用助剂的检测方法,从而最终建立一套基于色谱-质谱联用的农药制剂中拟禁限用助剂高通量检测方法体系,为我国农药助剂相关管理法规或标准的最终出台及其落实提供强有力的技术支撑。