SPE-LC MS MS法测定包装饮用水中30种有机磷农药残留

徐志华 唐冬梅 刘超 张小刚 孙洪峰

摘 要：采用全自动固相萃取（SPE）技术，建立了LC/MS/MS法测定包装饮用水中30种有机磷农药残留的定性定量方法。本法采用C18固相萃取柱进行样品的净化富集，以磷酸三苯酯作为回收率指示物，优化仪器参数条件，在多反应监测（MRM）模式下进行有机磷残留化合物的定性定量。该方法的检出限：0.026 1～6.451 6 ng·L-1;加标回收率范围：62.9%～114.5%;相对标准偏差范围：0.2%～9.9%。结果表明，该方法灵敏度高、具有良好的精密度和准确度;且因采用基质匹配法建立标准曲线能有效消除被测样品中其他物质的干扰，满足包装饮用水中痕量有机磷农药多残留同时检测的要求。相比传统GC、GC-MS、GC-MS/MS该方法具备更强的定性能力，更低的检测极限，更加适用于包装饮用水中痕量有机磷农药残留的分析检测。

关键词：水;有机磷;固相萃取;LC-MS/MS;磷酸三苯酯

Abstract：A method for the determination of 30 organophosphorus pesticide residues in packaged water by LC/MS/MS is established by auto solid phase extraction （SPE）. The method uses C18 solid phase extraction column for sample purification and enrichment and uses triphenyl phosphate as a recovery indicator. After optimizing the instrument parameters， the method performs qualitative and quantitative determination in the multiple reaction monitoring（MRM） mode. The method detection limits are 0.026 1～6.451 6 ng·L-1; recovery of actual samples are 62.9%～114.5% and the relative standard deviations are 0.2%～9.9%. All of these results show that this method has high sensitivity， good stability and high accuracy. Moreover， it can effectively eliminate the interference of other substances in the samples. So it meets the requirements for the detection of organic phosphorus pesticide residues in packaged water. Compared with GC， GC-MS and GC-MS/MS method， it has better qualitative ability and detection limits， so it can meet the trace detection of organophosphorus pesticides in packaged water better.

Key words：Water; Organophosphorus pesticides; Solid phase extraction; LC-MS/MS; Triphenyl phosphate

有机磷农药具有高效、广谱、价格低廉等特点，是防治水稻螟虫、飞虱、棉铃虫等多种农业害虫的主要品种。有机磷农药的深入研发和生产推动了我国农药工业的发展，同时也为保障我国农业生产做出了巨大贡献。然而由于有机磷农药的广泛使用，大量的农药残留在土壤、植物以及大气环境等环境介质中，通过降雨、沉降与径流的冲刷，渗透到附近的水体或直接流入江河、湖泊和海洋，造成地下水和地面水的水质污染[1]。被污染的水源有可能经再次处理后以自来水，包装饮用水的形式被人类饮用，长此以往势必会对人类健康产生影响，因此建立一种能快速、方便、准确、灵敏的分析检测有机磷农药的方法十分重要。

目前，水中有机磷农药的国家标准检测方法有GB 13192-1991《水质 有机磷农药的测定气相色谱法》[2]、GB/T 4552-2003《水、土中有机磷农药测定的气相色谱法》[3]，这两种方法修订的年代比较久远，方法中的技术手段相对落后，定性能力不足，定量灵敏度、准确度较低，不能满足大体积水样的多组分检测要求。因此如何提高水中有机磷残留分析的灵敏度及准确度引起了广大分析工作者的关注，目前常见的方法包括有气相色谱法、高效液相色谱法、GC-MS法、GC-MS-MS法等，然而随着绿色环保产品的提出，有机磷农药也逐渐迈向环保型，这就意味着残留量会更低，检测难度更大，势必要求运用灵敏度、准确性、稳定性更高的检测器来满足痕量检测的需求。本文的LC-MS/-MS法具有上述优点，且前处理固相萃取方法是一种低成本高效率的样品前处理技术[3]，可用于多基質的农药残留类别，更能满足水中有机磷农药的痕量检测。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

三重四级杆串联质谱仪（API 5500，美国AB SCIEX公司）;超高效液相（1290，安捷伦公司）;自动固相萃取仪（Autotrace 280，赛默飞世尔公司）;固相萃取柱（HyperSep C18 1.0 g/6 mL，赛默飞世尔公司）;色谱柱（SB-C18 2.1×100 mm RRHD 1.8 μm，安捷伦公司）;氮吹浓缩仪（DC24H-RT，上海安谱科技股份公司）;疏水性PTFE针式滤器（13 mm/0.22 μm，上海安谱科技股份公司）。

1.1.2 试剂

有机磷混合标准品（100 mg·L-1，天津阿尔塔科技有限公司）;磷酸三苯酯标准品（100 mg·L-1，Dr E）;甲醇（HPLC-MS级，CNW）;乙腈（HPLC-MS级，CNW）;甲酸（LC-MS级，CNW）;超纯水（Millipore纯水机制备）

1.2 仪器条件

1.2.1 液相条件

柱温30 ℃;进样量5 μL;流速0.3 mL·min-1;流动相A（0.1%甲酸水溶液）;流动相B（0.1%甲酸乙腈溶液）;梯度洗脱条件见表1。

1.2.2 质谱条件

电喷雾离子源（ESI）;正离子模式（Positive）;多反应监测扫描模式（MRM）;离子源电压：5 500 V;离子源温度：550 ℃;气帘气：40 psi;碰撞气：8 psi;离子源Gas1：55 psi;离子源Gas2：55 psi;碰撞气：氮气;驻留时间：10 msec;质谱优化后参数及各化合物保留时间见表2。

1.2.3 自动固相萃取仪条件

分别用15 mL超纯水，10 mL甲醇活化C18小柱;设置自动固相萃取仪Autotrace 280样品加载体积为500 mL，加载速率10 mL·min-1;样品加载完成后保持1 min;然后缓氮气流干燥小柱15 min，氮气压力20 psi;干燥完成后用25 mL甲醇洗脱并收集洗脱液;洗脱完成后保持1 min;最后甲醇清洗仪器进样系统。

1.3 实验方法

1.3.1 标准储备液与标准溶液配制

分别移取1 mL有机磷及磷酸三苯酯标准品溶液至2个10 mL容量瓶中，甲醇定容至10 mL，即得浓度为10 mg·L-1的标准储备液，4 ℃冰箱保存;移取适量的有机磷及磷酸三苯酯储备液用空白样品基质液逐级配制成浓度为0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 μg·L-1和50.0 μg·L-1的标准曲线系列溶液，基质曲线现配现用。

1.3.2 样品处理

准确量取500 mL待测样品，加入50 μL浓度为100 μg·L-1磷酸三苯酯溶液（此时样品中浓度0.01 μg·L-1），必要时可同时加入适量标准品溶液混匀，考察样品回收率;混匀样品后按上述自动固相萃取仪步骤富集洗脱样品;将收集到的洗脱液氮吹浓缩至约0.5 mL，甲醇定容至1 mL。

2 结果与分析

2.1 定性分析

根据各有机磷化合物色谱峰的保留时间（RT）及MRM离子对比例进行定性分析。各化合物的色谱图见图1;保留时间及MRM离子对信息，见表2。

2.2 洗脱溶剂的选择

本文先后采用乙酸乙酯∶二氯甲烷（1∶1）、甲醇作为C18小柱的洗脱溶剂进行实验。经验证乙酸乙酯∶二氯甲烷（1∶1）与甲醇均具备良好的洗脱效果。但因乙酸乙酯及二氯甲烷的特性，其作为洗脱溶剂需吹干溶剂后甲醇复溶进样，该过程要求溶剂吹干后立即转移复溶，过度氮吹会导致回收率偏低;而甲醇作为洗脱溶剂只需吹至近干甲醇定容后即可进样，过程的灵活性增大。考虑到多样品一起前处理的可控，本文选择甲醇作为洗脱溶剂。

2.3 基质效应的影响

基质效应是指标本中除分析物以外的其他成分对分析物测定值的影响和干扰[4]。本文选取空白水样通过上述前处理流程后获取的基质溶液作为标准品的稀释液，其稀释获得的标准品称为基质标准品;另取一定量的标准品以甲醇试剂为稀释液配制成与基质标准品浓度相同的标准品溶液，称为试剂标准品。

仪器依次分析检测溶剂标准品和基质标准品，记录峰面积，根据公式（1）计算各化合物不同样品浓度水平下的基质效应，计算结果见表3。

（1）式（1）中，ME-基质效应;A-基质标准品的峰面积;B-试剂标准品的峰面积。若ME>1，则表示基质对该化合物存在基质增强的影响;若ME=1，则表示基质对该化合物不存在影响;若ME<1，则表示基质对该化合物存在基质抑制的影响[5]。

由表3可知，表中所列化合物在上机浓度1、5、10 μg·L-1和20 μg·L-1（相当于样品中浓度0.002、0.010、0.020 μg·L-1和0.040 μg·L-1）水平下基質效应的影响稍有差别，但在各浓度水平下的表现行为基本保持一致，即低浓度水平表现为基质抑制，高浓度水平也表现为抑制效应;其次表3数据表明所列化合物基本表现为较弱的基质抑制效应，但苯硫磷、丙硫磷表现为较强的基质抑制效应，氯唑磷则表现为极强的基质增强效应;此外由表3可知样品回收率指示物磷酸三苯酯在上机浓度为5 μg·L-1（样品中浓度0.01 μg·L-1）的水平下几乎不存在基质效应，所以本文回收率指示物磷酸三苯酯监控浓度水平定为上机浓度为5 μg·L-1（样品中浓度0.01 μg·L-1）。

2.4 线性范围与检出限

依据1.3所述实验方法配制系列浓度梯度的基质标准溶液，其中保棉磷、伏杀硫磷的浓度梯度范围为1、2、5、10、20 μg·L-1和50 μg·L-1，其余28种有机磷化合物及磷酸三苯酯的浓度梯度范围为0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 μg·L-1和20.0 μg·L-1，以各浓度对应的峰面积外标法进行线性回归，计算相关系数。另以空白基质液逐步稀释低浓度的标准溶液，确定3倍信噪比对应的浓度为仪器检出限，10倍信噪比对应的浓度为仪器定量限，然后分别将仪器检出限及仪器定量限代入方法中，计算获得方法检出限及方法定量限，结果见表4。由表4可见，30种OPPs的线性良好，灵敏度高。

2.5 准确度和精密度

在已知空白的水样中添加一定量的标准品制作浓度分别为0.002、0.010、0.020 μg·L-1的加标样品，按1.3实验方法进行前处理，每个浓度水平平行处理3次，检测结果经统计学软件处理，获得水中有机磷各化合物3种浓度水平下的平均加标回收率范围和相对标准偏差范围，计算结果见表4。

由表4可见，除倍硫磷、甲拌磷、丙硫磷外其余27种OPPs的回收率范围在62.9%～114.5%，其中有超过80%的OPPs回收率大于70%;相对标准偏差范围在0.2%～9.9%，均小于10%，由此表明该方法除倍硫磷、甲拌磷、丙硫磷外其余27种OPPs均具有较好的准确度和精密度。

同时由表4可见倍硫磷、甲拌磷、丙硫磷回收率较低，其中倍硫磷、丙硫磷的回收率结果与白雪媛[6]用C18固相萃取膜测定地下水中82种农药测试方法开发与应用的研究结果相一致，其回收率分别为50.8%、50.9%;甲拌磷有文献表明极性很大，C18固相萃取柱不能完全有效富集[7]。综上可知，该方法并不适用于水中倍硫磷、甲拌磷、丙硫磷残留量的定量检测，仅可用于定性参考。

2.6 实际样品的检测

应用本方法对收集到的市售知名品牌的16个种类（涉及12个国内外品牌商）的包装饮用水进行测试，结果均未检出OPPs。为考察本方法针对实际样品的应用，选取其中3个种类的样品分别添加0.002、0.010、0.020 μg·L-1浓度的目标物，经检测，回收率及相对标准偏差均处在表4范围内，表明本方法完全适用于实际包装饮用水中有机磷农药残留量的分析检测。

3 结论

本文建立了SPE-LC-MS-MS法对包装饮用水中30种有机磷农药残留量进行测试，实验结果表明，其中27种有机磷农药的方法定量限范围0.0261～6.451 6 ng·L-1，回收率范围62.9%～114.5%，相对标准偏差范围0.2%～9.9%，结果准确可靠。此外本文亦证明了倍硫磷、甲拌磷、丙硫磷3种有机磷农药不适用该法进行分析检测，但必要时可用于此3种农药的定性分析。综上所述，本法相对传统方法灵敏度、准确性、稳定性更优，且采用的自动固相萃取方法是一种低成本高效率的样品前处理技术，更能满足水中有机磷农药的痕量检测。

参考文献：

[1]郭 虹，刘 闯，杨玉竹.毛细管柱气相色谱法测定水中13种有机磷农药的方法研究[J].环境与职业医学，2009，26（2）：216-218.

[2]国家环境保护局.GB 13192-1991 水质 有機磷农药的测定气相色谱法[S].北京：中国标准出版社，1991.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 4552-2003 水、土中有机磷农药测定的气相色谱法[S].北京：中国标准出版社，2003.

[4]罗俊霞，符建伟，李德瑜，等.14种有机磷农药在9种蔬菜中的基质效应研究[J].湖北农业科学，2013，52（23）：5858-5862.

[5]秦珊珊.农产品中农药残留分析方法研究及基质效应探讨[D].郑州：郑州大学，2015.

[6]白雪媛.地下水中82种农药测试方法开发与应用[D].北京：中国地质大学，2017.

[7]王乙震，孟宪智，罗 阳，等.SPE-GC/MS/MS测定地表水中有机磷农药[J].环境科学与技术，2016，39（8）：94-98.