QuEChERS-气相色谱法快速测定土壤中8种有机氯农药

蔡灏兢，程雪刚，陈广银

(1.昆山市环境监测站，江苏 昆山 215300；2.苏州市华测检测技术有限公司，江苏 苏州 215134)

有机氯农药曾被广泛应用于防治植物病虫害，因此土壤和沉积物是有机氯农药的主要储集场所。环境中的有机氯农药有20%～70%在土壤中形成结合态残留[1]，其化学性质稳定，不易分解，又因其脂溶性强，难溶于水，容易被生物累积并通过食物链毒害人畜[2]。因此研究如何快速有效地检测土壤中农药残留成为环保研究的重要内容之一。

目前对土壤中有机氯农药的前处理方法主要有索氏提取、微波溶萃取、超声波萃取，QuEChERS(Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe)是近年来国际上最新发展起来的一种用于农药残留检测的快速样品前处理技术[3]。该方法是利用乙腈萃取样品中的农药残留，氯化钠和无水硫酸钠盐析分层，萃取液经无水硫酸钠和乙二胺-N-丙基硅烷(PSA)分散固相萃取净化后，用气相色谱仪(GC)、气质联用仪(GC-MS)等进行残留分析。QuEChERS方法实质上是固相萃取技术和基质固相分散技术的结合和衍生[4]，目前多应用于农产品检测领域[5-7]，在土壤和沉积物检测领域研究不多，现拟将该方法用在土壤中有机氯农药的提取净化，从而建立快速测定土壤中8种有机氯农药的检测方法。

1 实验部分

1.1 仪器与设备

7890B 气相色谱仪，配有ECD电子俘获检测器(美国Agilent公司)；7693 自动进样器、Openlab 色谱工作站(美国Agilent公司)；KH7200DB 超声波仪(400 W，昆山禾创超声仪器有限公司)；80-2 电动离心机(上海梅香仪器有限公司)；TurboVap II 氮吹仪(瑞典Biotage公司)；Milli-Q Advantage A10超纯水系统(法国默克公司)；电子天平(上海梅特勒-托利多仪器有限公司)；Vortex-Genie 2涡旋振荡器(美国Scientific Industries公司)；200 W数控超声波清洗器(上海安谱科学仪器有限公司)。

1.2 试剂

8种有机氯标准溶液(4,4′-DDD、4,4′-DDE、4,4′-DDT、2,4′-DDT、α-HCH、β-HCH、γ-HCH、δ-HCH，标液溶剂为正己烷，100 mg/L，上海安谱科学仪器有限公司)；乙腈、正己烷(HPLC 级，上海安谱科学仪器有限公司)；PSA(上海安谱科学仪器有限公司)；C18分散固相净化剂(上海安谱科学仪器有限公司)；无水硫酸镁(MgSO4，上海安谱科学仪器有限公司)。

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理

准确称取5.0 g土壤样品，置于50 mL离心管中，加入2 mL超纯水，涡旋混匀，浸润15 min，加入10 mL乙腈溶液，混匀，超声提取10 min，加入无水MgSO4，涡旋1 min，以5 000 r/min离心4 min，取5 mL乙腈溶液浓缩至2.0 mL，转移至5 mL离心管中加入PSA、C18分散固相净化剂和无水MgSO4涡旋1 min，再以10 000 r/min离心5 min，取2.0 mL上清液转移至氮吹管中吹至净干后加入1.0 mL正己烷，转移至液相小瓶中供GC分析。

1.3.2 仪器条件

气相色谱进样口温度250 ℃；ECD检测器300 ℃；程序升温：60 ℃保持2 min，以20 ℃/min升温到220 ℃，以10 ℃/min升温至250 ℃保持3 min；色谱柱恒流2.0 mL/min；进样方式：不分流进样，进样后0.75 min分流，分流比40∶1。

1.3.3 工作曲线制备

用微量注射器量取一定量的8种有机氯标准溶液，用正己烷进行稀释，配置成质量浓度为2.0，5.0，10.0，20.0，50.0和100 μg/L的标准系列溶液，上机分析，外标法建立标准曲线。

2 实验结果与讨论

2.1 前处理方法的优化

2.1.1 超声提取时间的选择

以乙腈和水(V∶V=4∶1)为提取溶剂提取土壤中8种有机氯农药，回收率结果见图1(a)—(h)。由图1可知，在0～15 min内超声提取效率随着超声时间的延长而增加明显，5 min时回收率为62.7%～82.4%，15 min时达到69.4%～92.4%，当超声提取时间延长到20 min时，回收率无明显增加，因此选择15 min为最佳超声提取时间。

2.1.2 提取溶剂的选择

目前，国内外采用乙腈、甲醇或含甲酸(乙酸)溶液提取土壤中的有机污染物，获得了良好效果。分别采用乙腈和乙腈-水(V∶V=4∶1)溶液的提取效率见图2。采用乙腈-水溶液提取时，8种目标农药的回收率均优于纯乙腈提取剂。因此，实验选择乙腈-水作为提取剂。

图2 不同提取溶剂对8种目标农药的提取效率

2.1.3 溶剂使用量的选择

按照QuEChERS推荐方法，当提取溶剂乙腈的体积数值与样品质量数值之比为1∶1时，便可获取较好的回收率。然而，采用1∶1的比值会使目标物的回收率略偏低(80.2%～90.2%)。为了有效地将土壤中的目标物提取出来，观察了提取溶剂体积与样品质量之比分别为1∶1，2∶1，3∶1，4∶1时，对8种目标农药的提取效果影响(表1)。由表1可知，当提取溶剂体积与样品质量比为2∶1时，即5 g土壤样品加10 mL提取溶剂时，8种目标农药的回收率能达到最佳效果。

表1 不同溶剂体积与样品质量比对8种有机氯农药提取效率的影响

2.1.4 分散吸附剂的选择

土壤样品成分复杂，目前使用最多的吸附剂主要有PSA、C18和GCB(石墨化炭黑吸附剂)。PSA是正相硅胶键合吸附剂，可有效去除土壤基质中的糖类、脂肪酸等杂质；C18是反相硅胶键合吸附剂，可有效去除脂肪、色素和固醇类等大部分脂溶性杂质；GCB对土壤中色素有很高的去除率，但其表面结构特殊，农药吸附性很强，容易造成目标物的回收率偏低。故选用PSA和C18混合吸附剂进行分散固相萃取净化。但吸附剂在净化样品的同时也会吸附一定的目标物质，故为获得较好的除杂效果和较高的回收率，考察不同质量比的PSA和C18混合分散吸附剂对土壤中目标物质的净化效果。若回收率高，表明吸附剂对杂质的去除能力强，净化效果好。图3为不同比例组合的吸附剂对8种目标农药的萃取效率影响。由图3可知，PSA与C18的质量比为3∶1和1∶1的萃取效率无明显区别，但比质量比为1∶3的吸附剂效果好。因此，选择PSA与C18的质量比为1∶1的组合方式吸附净化。

图3 不同比例组合的吸附剂对8种目标农药的萃取效率影响

不同吸附剂用量也会对杂质净化产生影响，用量过少，杂质去除不完全；用量过多，则分散剂会吸附分析物，进而影响回收率。因此，考察不同总量的PSA与C18(质量比1∶1)混合吸附剂对净化效果的影响(图4)。由图4可知，PSA与C18吸附剂对目标农药吸附作用随用量增加而增强，80 mg的混合分散吸附剂对各目标化合物回收率为75.4%～92.7%，净化效果良好。随着吸附量的增加，回收率变化不显著，甚至出现下降趋势。因此，选择80 mg 的PSA与C18(质量比1∶1)混合吸附剂净化土壤杂质。

图4 相同比例、不同总量的吸附剂对8种目标农药的萃取效率影响

2.2 精密度和准确度

称取空白土壤(目标农药未检出)，按照1.4.1的方法前处理步骤进行提取净化，并分析空白样品。8种有机氯农药在2.0～100 μg/L 范围内呈现良好的线性关系，GC色谱图见图5，相关系数(r)为0.989 5～0.999 1。称取5.0 g空白土壤，添加适量的标准溶液，分别进行低、中、高质量比(0.50，5.00和20.0 μg/kg)的加标试验，按照上述实验条件和步骤进行测定，以考察方法的精密度和准确度(表3)。由表3可知，相对标准偏差(RSD)均≤10%。由此可知，该方法具有较好的精密度和准确度。

1—α-BHC；2—β-BHC；3—γ-BHC；4—δ-BHC；5—p,p’-DDE；6—p,p’-DDD；7—p,p’-DDT；8—о,p’-DDT图5 8种有机氯农药色谱图

表3 土壤中8种有机氯农药的精密度和准确度

2.3 方法检出限和测定下限

配置7份土壤样品，依据《环境监测 分析方法标准制修订技术导则》(HJ 168—2010)规定进行方法检出限与测定下限检测，检出限MDL=tn-1,0.99×S(n=7，t=3.143，S为7次平行测定的标准偏差)，测定下限为4倍检出限浓度。土壤中8种有机氯农药检出限为0.053～0.064 μg/kg，测定下限为0.21～0.26 μg/kg，见表4。

表4 土壤中8种有机氯农药检出限及测定下限(n=7) μg/kg

2.4 实际样品测定

随机采集昆山市农田、绿化和工业用地中的土壤样品各1份，按照上述方法分析测定(表5)。由表5可知，有机氯农药在3处土壤样品中均有不同程度的检出，检出率100%。

表5 昆山市土壤中8种有机氯农药检测结果 μg/kg

3 结语

建立了采用QuEChERS前处理技术来测定土壤中有机氯农药的方法。结果表明，该方法可快速准确地测定土壤中的8种有机氯农药，方法检出限为0.053～0.064 μg/kg，测定下限为0.21～0.26 μg/kg。对实际样品进行测试，结果表明，此方法具有较高的精密度和准确度，且测定方法简便高效。