加速溶剂萃取-气相色谱-串联质谱法测定叶菜类蔬菜种植土壤中5种杀虫剂的残留量

(甘肃省定西市环境监测站,定西 743000)

叶菜类蔬菜是指以植物肥嫩的叶柄、叶片作为食用部位的蔬菜,叶菜类蔬菜种类繁多,按栽培特点可分为普通叶菜、香辛叶菜和结球叶菜,人们常食用的小白菜、苋菜、大白菜、菠菜、生菜、芹菜、葱等,均属于叶菜类蔬菜。我国是蔬菜种植大国,现阶段年种植产量已超6亿t,叶菜类蔬菜无论在农村还是在城郊均有大量种植,是种植面积最大的一类蔬菜,因其生长周期短、病虫害较多,为保障蔬菜的成活率,在叶菜类蔬菜生长过程中常会用到杀虫剂。啶虫脒、茚虫威、氯虫苯甲酰胺、辛硫磷、异菌脲等杀虫剂是防治叶菜类蔬菜病虫害常用到的杀虫剂。据统计,杀虫剂在使用的过程中,实际起到杀虫作用的仅约15%～20%,其余部分的杀虫剂分别存在于空气、水体、土壤中,随着雨水迁移等水系统的循环,最终大部分杀虫剂残留在土壤系统中,破坏土壤系统的微生物循环等,对环境造成污染[1-2],因此加强对叶菜类蔬菜种植土壤中杀虫剂残留的监测[3-4],具有十分重要的现实意义。

测定土壤中杀虫剂的前处理方法主要有液液萃取[5-7]、固相萃取[8-9]、凝胶净化色谱[10-11]和加速溶剂萃取[12-15]等。液液萃取前处理过程冗长,测定效率低,试剂使用量大,对环境友好度低;固相萃取多为人工操作,效率较低;凝胶净化色谱仪器昂贵,不能批量处理样品,方法推广度较差;加速溶剂萃取具有萃取速率快、试剂用量少、可批量处理等优点,是近阶段较多用于土壤样品前处理的方法。本工作采用加速溶剂萃取-气相色谱-串联质谱法测定叶菜类蔬菜种植土壤中啶虫脒、茚虫威、氯虫苯甲酰胺、辛硫磷、异菌脲等5种杀虫剂的残留量。本方法具有简便、准确、快速等优点,适用于土壤样品中杀虫剂残留的监测。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Thermo TRACE 1300型气相色谱仪;Thermo ISQ 型质谱仪;Dionex ASE 300 型加速溶剂萃取仪;MTN 型氮吹仪。

啶虫脒、茚虫威、氯虫苯甲酰胺、辛硫磷、异菌脲标准储备溶液:100 mg·L-1。

5种杀虫剂的混合标准溶液:10.0 mg·L-1,分别移取100 mg·L-1的啶虫脒、茚虫威、氯虫苯甲酰胺、辛硫磷、异菌脲标准储备溶液各1 mL,置于10 mL容量瓶中,用适量丙酮溶解并定容,摇匀。

丙酮、正己烷均为色谱纯;无水硫酸钠、硅藻土均为分析纯。

1.2 仪器工作条件

1)加速溶剂萃取条件 萃取溶剂为丙酮与正己烷以体积比2∶3 组成的混合液;萃取压力10.0 MPa;萃取温度80 ℃;冲洗体积为50%池体积;循环次数为3;吹扫时间60 s,静态萃取时间4 min。

2)色谱条件 HP-5MS 色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25μm);载气为氦气(纯度99.999%);碰撞气为氩气(纯度99.999%);进样口温度240℃;流量1.5 mL·min-1;进样方式为不分流,进样量1μL。柱升温程序:初始温度60 ℃,以20 ℃·min-1速率升温至180 ℃,保持6 min;以15 ℃·min-1速率升温至260 ℃,保持8 min。

3)质谱条件 电子轰击离子源(EI),电离电压70 e V;接口温度260℃,离子源温度270℃;扫描方式为多反应监测(MRM)模式;溶剂延迟时间3.2 min。其余质谱参数见表1。

表1 质谱参数Tab.1 MS parameters

1.3 试验方法

1.3.1 样品采集

随机采集叶菜类蔬菜种植的土壤样品,去除石块、杂草、植物根茎等杂物,自然风干,粉碎机粉碎后,过180μm(80目)筛。

1.3.2 萃取

取过筛后的土壤样品10.00 g,加入无水硫酸钠和硅藻土各5 g,置于研钵中研磨均匀。取研细后的样品放入萃取池中,按加速溶剂萃取条件进行萃取,并收集萃取液。将收集到的萃取液用氮气吹至近干(温度控制60 ℃),待净化。

1.3.3 净化

将弗罗里矽柱用丙酮与正己烷以体积比2∶3组成的混合液5 mL 预淋洗,当溶剂液面到柱吸附层表面时,立即倒入上述待净化溶液,用15 mL 刻度离心管接受洗脱液,用丙酮与正己烷以体积比2∶3组成的混合液5 mL冲洗烧杯后淋洗弗罗里矽柱,并重复一次。将盛有淋洗液的离心管置于氮吹仪上,于水浴50 ℃蒸发至近干,用丙酮定容至1.0 mL,按色谱条件和质谱条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

按色谱条件和质谱条件对5种杀虫剂的混合标准溶液进行测定,色谱图见图1。

图1 5种杀虫剂混合标准溶液的色谱图Fig.1 Chromatogram of mixed standard solution of 5 pesticides

2.2 质谱条件的选择

土壤样品基质复杂,目标物含量低,直接采用全扫描模式无法找到目标离子。试验对10.0 mg·L-1的5种杀虫剂混合标准溶液以全扫描模式进行全扫描,得到各目标物的前体离子和质谱图。初步设定前体离子的扫描方法,然后对各产物离子进行二级扫描,选择响应最高的一对离子对作为定量离子对,再选择两对离子对作为定性离子对。为排除干扰,也可选择灵敏度相对较高的离子作为定量离子。试验还对碰撞能量等参数进行优化,以保证各离子灵敏度达到最佳状态。试验选择的质谱条件见1.2节。

2.3 萃取方法的选择

农药前处理是整个农药测定的关键步骤,前处理方法的选择,对保证农药测定结果的准确性及方法的灵敏度有非常重要的影响。目前农药残留测定用到的萃取方法有液液萃取、固相萃取(SPE)和加速溶剂萃取(ASE)等。液液萃取人工耗时长、萃取效率低,且萃取过程中需接触大量有毒试剂,损害操作者身体健康,并对自然环境造成污染;固相萃取多为人工操作,处理效率较低;加速溶剂萃取简单、快速,溶剂使用量较少,可满足大批量处理样品的要求,且回收率较高。试验采用液液萃取、固相萃取和加速溶剂萃取等3 种萃取方法对加标量为0.5 mg·kg-1的空白叶菜类蔬菜种植土壤样品进行萃取,萃取方法对5 种杀虫剂回收率的影响见表2。

表2 萃取方法对5种杀虫剂回收率的影响Tab.2 Effect of extraction method on recovery of 5 pesticides %

由表2可知:加速溶剂萃取的回收率最好。试验在样品前处理中选用加速溶剂萃取。

2.4 萃取溶剂的选择

萃取溶剂至关重要,它直接决定样品的净化程度和目标物的洗脱效果。采用萃取溶剂时,一般遵循“相似相溶”原理。目标物种类较多、极性相差较大时,一般采用混合溶剂能取得较好的萃取效果。丙酮、正己烷为农药残留最常用的萃取溶剂,试验将这两种溶剂混合,考察了丙酮、正己烷体积比依次为1∶1,2∶3,1∶2时对目标物的萃取效果。萃取溶剂对5种杀虫剂回收率的影响见表3。

表3 萃取溶剂对5种杀虫剂回收率的影响Tab.3 Effect of extraction solvent on recovery of 5 pesticides %

由表3 可知:丙酮、正己烷体积比为2∶3 时,5种杀虫剂的回收率最好。试验选择萃取溶剂为丙酮与正己烷以体积比2∶3组成的混合液。

2.5 标准曲线和检出限

分别移取10.0 mg·L-1的5种杀虫剂混合标准溶液适量,配制成0.05,0.1,0.5,1.0,2.0,5.0 mg·L-1的5 种杀虫剂混合标准溶液系列,按色谱条件和质谱条件进行测定。以5种杀虫剂的质量浓度为横坐标,对应的峰面积为纵坐标,绘制标准曲线。5种杀虫剂的质量浓度均在0.05～5.0 mg·L-1内与其对应的峰面积呈线性关系,线性回归方程和相关系数见表4。

根据3倍信噪比计算方法的检出限(3S/N),结果见表4。

表4 线性回归方程、相关系数和检出限Tab.4 Linear regression equations,correlation coefficients and detection limits

根据现行国家标准GB 2763《食品中农药最大残留限量》及相关测定标准的要求,啶虫脒在食品中的残留量不得超过1.5 mg·kg-1、茚虫威不得超过2.0 mg·kg-1、氯虫苯甲酰胺不得超过20 mg·kg-1、辛硫磷不得超过0.05 mg·kg-1、异菌脲不得超过0.2 mg·kg-1。本方法的检出限远低于国家标准的检出限。

2.6 精密度和回收试验

按试验方法对空白土壤样品进行加标回收试验,加标量依次为0.5,1.0,2.0 mg·kg-1,平行测定6次,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表5。

由表5可知:回收率为76.9%～100%,RSD 为1.5%～4.1%。

2.7 样品分析

按试验方法对某地区10处不同叶菜类蔬菜种植土壤样品进行分析。结果显示:随机抽检的样品中均未检出上述5种杀虫剂。

本工作建立了加速溶剂萃取-气相色谱-串联质谱法测定叶菜类蔬菜种植土壤中5种杀虫剂残留量的方法。本方法具有前处理简单、自动化程度高、测定结果准确等优点,适用于土壤中农药残留的监测。

表5 精密度和回收试验结果(n＝6)Tab.5 Results of tests for precision and recovery(n＝6)%