离子色谱法测定土壤中残留的草甘膦

朱 娜，张竹青，秦 杨，刘 贺

（吉林省生态环境监测中心，吉林 长春 130011）

草甘膦（Glyphosate）是一种低毒高效的广谱非选择性除草剂，广泛应用于农田各种杂草的防除。随着转基因抗草甘膦作物的大面积种植，草甘膦的使用量日益增大，其在地表水、土壤和地下水中均已被发现[1]，加之不合理使用，导致土壤中草甘膦的残留量越来越多。多项研究表明草甘膦具有生物毒性，对生态环境和人体健康都具有潜在的危害[2-4]。目前，农药残留分析常用的提取、净化方法包括：漂洗、匀浆、索氏提取、超声波提取、薄层层析、液-液分配、柱层析等[5]。文献报道中，草甘膦的检测方法主要有气相色谱法[6]、液相色谱法[7-9]、离子色谱法[10-12]和分光光度法[13]等。气相色谱法及高效液相色谱法均需要对草甘膦进行衍生处理，得到适合仪器分析的衍生物后才能进样分析。离子色谱法以离子交换为分离机理，可直接实现草甘膦的分离。

目前，欧盟、美国、日本均制定了严格的土壤中草甘膦最大残留标准（0.1～0.5 mg/kg），而我国现在尚无土壤中草甘膦残留量的明确规定，现已公开发布的《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》 （GB 15618—2018）中无草甘膦这项控制指标。本研究在参考相关文献的基础上[7-12]，通过对样品提取、净化和淋洗液浓度等条件的优化，建立一种简单、快速测定土壤中草甘膦残留量的离子色谱检测方法。为土壤中草甘膦残留标准的制定提供技术支持。

1 材料与方法研究

1.1 仪器设备及试剂

1.1.1 仪器设备

ICS5000离子色谱仪 (Thermofisher)，配有Chromeleon 7.10色谱工作站，AS-AP自动进样器，EGC500 KOH淋洗液自动发生器，AERS-4mm抑制器，ED50电导检测器，Ion Pac AS19色谱分析柱（4 mm×250 mm），AG19保护柱（4 mm×50 mm）；Milli-Q 纯水机系统（Millipore）；PL202-S电子天平 (Mettler)；LG10-2.4A离心机（北京医用离心机厂）。

1.1.2 试剂与材料

草甘膦标准物质 （1 000.0 mg/L，Accu-Standard）；实验用水为二次去离子水（电阻率18.2 MΩ·cm）；OnGuardⅡRP柱（1.0 cc，Thermofisher）；OnGuardⅡAg/H 柱（2.5 cc，Thermofisher）；NG1 柱（4 mm×35 mm，Thermofisher）；0.45 μm滤膜；50 mL离心管。

1.2 实验方法

1.2.1 土壤样品提取

称取1.0 g土壤样品于50 mL离心管中，加入10 mL 20 mmol/L NaOH提取液，充分震荡，室温下超声提取30 min，以6 000 r/min离心8 min，取上清液过0.45 μm滤膜，待净化。

1.2.2 提取液的净化

取过滤后的上清液分别经过活化的OnGuardⅡRP柱和OnGuardⅡAg/H柱，弃去前面3 mL流出液后开始收集滤液，供离子色谱分析。

1.2.3 标准溶液的配制

将草甘膦标准物质配制成浓度为10.0 mg/L的标准使用液，然后分别取适量标准使用液，配制成浓度分别为0.02 mg/L、0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L的草甘膦标准溶液系列。

1.2.4 色谱条件

色谱柱：Ion Pac AS19分析柱，AG 19保护柱；35 mmol/L KOH等度洗脱；淋洗液流速：1.0 mL/min；

进样体积：100 μL；柱温：30℃；抑制器电流：87 mA；电导检测。

2 结果与讨论

2.1 土壤提取条件的选择

由于草甘膦为可溶态的阴离子，所以采用水系溶液进行提取，通过借鉴国内外土壤检测的提取方法，首先比较了纯水和碱性溶液（30 mmol/L NaOH）的提取效果，通过向土壤中加入相同量的草甘膦标准溶液，测定其回收率，来表征不同提取溶剂的提取效率，碱性溶液30 mmol/L NaOH提取的回收率要明显高于纯水的回收率，因此采用碱性溶液进行提取。之后比较了不同浓度NaOH溶液（5 mmol/L、10 mmol/L、20 mmol/L和30 mmol/L） 的提取效率，每种提取液进行0.5 mg/kg、2.0 mg/kg、5.0 mg/kg三个水平的土壤加标实验，通过离子色谱测定，得到12个加标回收率数值，加标回收率情况见图1。由此图可以看出，当20 mmol/L NaOH溶液作为提取溶剂时，草甘膦的回收率高于其他3种提取溶剂，提取效果较好，因此确定提取溶剂为20 mmol/L NaOH溶液。

图1 不同浓度提取液的提取回收率（n=3）

2.2 提取液的净化

土壤提取液中含有大量可溶于水的有机物质、无机盐和腐殖质等杂质，若直接进样分析，会对草甘膦的测定造成干扰，也会严重损坏色谱柱的分离效率，因此必须进行净化处理。首先，采用OnGuardⅡRP柱去除有机物，采用OnGuardⅡAg/H柱去除无机卤化物以及高浓度金属离子的干扰，可以达到很好的去除效果，回收率得到提高，但是萃取液两次过柱，操作相对繁琐。通过实验发现，把NG1柱连接到离子色谱柱前端，即可以在线去除有机类物质，达到OnGuardⅡRP柱同样的效果，简化了前处理步骤，提高工作效率。

2.3 色谱条件的优化

通过参考相关文献资料，本研究采用了Ion Pac AS19分析柱，KOH淋洗体系对土壤中草甘膦含量进行测定。分别试验了梯度和等度两种洗脱模式。梯度洗脱条件为：0~15.0 min，KOH浓度由10m mol/L线性上升至30 mmol/L；15.1~25.0 min，KOH浓度为30 mmol/L；25.1~30.0 min，KOH浓度为10 mmol/L。在此条件下，常规阴离子和草甘膦均可以达到很好的分离效果，但时间较长（如图2）；虽然等度洗脱不能将常规阴离子得到有效分离，但可与草甘膦分离，不影响草甘膦的测定，方法比较了30 mmol/L、35 mmol/L和40 mmol/L KOH 3种浓度淋洗液的分离效果，如图3所示。在30 mmol/L KOH洗脱时，草甘膦出峰时间较长，而40 mmol/L KOH洗脱时，草甘膦出峰时间与前面阴离子较近，容易受到常规离子干扰。综合以上实验结果，35 mmol/L KOH等度洗脱可以在相对较短的时间内对草甘膦进行定量分析，达到本研究采用离子色谱法测定草甘膦的目的，因此选择35 mmol/L KOH等度淋洗如图4所示。

图2 10～35 mmol/L梯度洗脱混合标准溶液色谱图

2.4 标准曲线与检出限

按照1.2.4色谱条件，将1.2.3配制的草甘膦标准溶液系列分别进样分析，保留时间定性，峰面积定量，以草甘膦的浓度为横坐标，峰面积为纵坐标绘制标准曲线。称取1.0 g土壤样品，加标浓度为0.5 mg/kg，进行样品前处理及测定。按照公式 MDL=t(n-1，0.99)×S计算检出限，S为 7次测定的标准偏差，此时t(n-1，0.99)=3.143，7次平行实验的相对标准偏差为6.76%。工作曲线、相关系数和检出限结果见表1。

图3 3种浓度KOH等度洗脱混合标准溶液色谱图比较

图4 35 mmol/L KOH等度洗脱混合标准溶液色谱图

表1 工作曲线、相关系数和检出限

2.5 精密度与回收率

采用对某一实际土壤样品进行低、中、高3种浓度加标实验的方法进行，加标浓度分别为0.5 mg/kg、2.0 mg/kg、5.0 mg/kg，在给定的提取、净化方法和色谱条件下，每个加标浓度进行6次平行实验，计算加标回收率和相对标准偏差RSD，实验结果见表2。结果表明，本方法回收率在73.2%～93.6%，准确度可靠，RSD在2.24%～6.49%，精密度良好。

表2 精密度和加标回收实验结果（n=6）

2.6 实际样品分析

采用建立的前处理及离子色谱分析方法，对采集的6个实际土壤样品进行分析，在其中的2个土壤样品中检测出草甘膦，浓度分别为0.178 mg/kg和0.168 mg/kg，其他4个样品均未检测出草甘膦。由此看到草甘膦在土壤中有一定的残留量，建议使用草甘膦时应注意控制用量，合理使用，减小其在土壤和农作物中的残留，从而进一步降低对人体健康的危害。

3 结论

本实验建立了超声波提取-离子色谱测定土壤环境中草甘膦的方法。该方法利用超声波提取将土壤中的草甘膦释放出来，采用固相萃取小柱（OnGuardⅡRP柱和OnGuardⅡAg/H柱） 进行干扰去除，优化色谱测定条件，达到准确测试土壤中草甘膦的目的，该方法简单快速，不需要衍生化，各方法学指标可以满足目前对草甘膦的测定要求。