固相萃取-在线凝胶渗透色谱-气相色谱-串联质谱法测定水中31种有机氯农药

陈海玲,林 麒,王翠玲,陈华峰,华永有,刘丽菁

(1.泉州医学高等专科学校,泉州 362011;2.食品安全检测福建省高校应用技术工程中心,泉州 362011;3.福建省人兽共患病研究重点实验室(福建省疾病预防控制中心,福建医科大学公共卫生学院教学基地),福州 350001)

有机氯农药(OCPs)包括氯代苯及其衍生物和氯化甲撑萘制剂,具有难降解性、生物累积性、迁移性和高毒性等特性。有9种OCPs被《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》列为首批受控持久性有机污染物[1]。GB 5749－2006《生活饮用水卫生标准》[2]、GB 3838－2002《地表水环境质量标准》[3]、第二版世界卫生组织(WHO)《饮用水水质标准》和EPA 822-R-06-013《饮用水标准和健康建议》规定的OCPs的种类包括六六六、滴滴涕、七氯、六氯苯、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、环氧七氯等,限值为30～50 000 ng·L－1,具体见表1。其中“∗”表示该标准仅适用于海洋渔业水域、海上自然保护区和珍稀濒危海洋生物保护区的水样。

表1 水质标准规定的OCPs限值Tab.1 Limits of OCPs specified by water quality standards ng·L－1

目前,水体按类型可以分为海水和陆地水;陆地水又可分成地表水和地下水,而在土壤或水体底质中的水又分为束缚水和间隙水。OCPs在水体中的污染现象比较普遍,如印度恒河水OCPs污染物主要为α-硫丹、β-硫丹[4];南非约翰内斯堡市内与周边的表层水中OCPs 污染物主要为六六六和滴滴涕[5];西非尼日尔河水中主要OCPs污染物的总量为(1 138.0±246.7)ng·L－1[6]。河北省白洋淀春季地表水中总OCPs量为0.69～4.50 ng·L－1[7],夏季地表水中总OCPs 量为0.11～3.20 ng·L－1[8],钱塘江干流总OCPs量为1.31～6.68 ng·L－1,在这些河流中,检出率最高的OCPs 为β-六六六和δ-六六六。单就福建省来说,这方面的研究主要集中在2006年以前,缺乏近期的研究数据:1999年11月(枯水期),闽江口水中OCPs检出量为0.532～1.82μg·L－1,闽江口间隙水中OCPs检出量为4.54～13.7μg·L－1,主要为β-六六六、滴滴伊、七氯、β-硫丹、甲氧滴滴涕等[9];1998年7月(丰水期),厦门港表层水中检出的OCPs污染物主要为α-六六六、β-六六六、p,p′-滴滴涕,检出量为6.60～32.6 ng·L－1[10];1999年6月(丰水期),九龙江口表层水中检出的OCPs总量为51.3～2 479 ng·L－1,间隙水为266～33 355 ng·L－1[11];兴化湾河水和海水检出的OCPs总量为10.96～56.31 ng·L－1和5.78～161.64 ng·L－1[12]。以上结果表明了监测水体中OCPs的必要性和紧迫性。

水体中OCPs的常见前处理方法主要有液液萃取法(LLE)和固相萃取法(SPE)等。LLE存在有机溶剂用量大、易乳化、不易自动化操作等缺点,而SPE能克服以上缺点并且受基质影响小[13],已成为主流的前处理方法。常见的仪器测定方法有气相色谱-电化学检测法(GC-ECD)、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)、高效液相色谱法(HPLC)和高效液相色谱-质谱联用法(HPLC-MS)。GC-ECD 对OCPs具有高灵敏度,但是定性能力弱,容易出现假阳性结果。现行OCPs测定方法主要为GC-MS,如GB/T 5750.8－2006《生活饮用水标准检验方法有机物指标》[14]。虽然GC-MS具有较强的定性能力,但是仍然存在灵敏度不足的问题。

SPE 具有有机溶剂用量小、不易乳化,自动化操作等优点;在线凝胶渗透色谱(GPC)具有脂质和色素净化效果好、自动化程度高,可大体积进样(10～20μL)等特点;气相色谱-串联质谱法(GCMS/MS)灵敏度高,抗干扰能力强;三者结合可以实现高准确度、灵敏度和可靠性的分析。在线GPCGC-MS/MS检测技术已应用于大豆油[15]、烟叶[16]中的农残测定。据此,本工作建立了SPE-在线GPC-GC-MS/MS测定水中31 种OCPs含量的方法,以期能用于各流域丰水期、枯水期的上游、中游和下游等横断面不同空间水体中OCPs的监测。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

GC 2010plus/TQ 8040 型气相色谱-串联质谱联用仪;AUTO SPE-06D 型全自动固相萃取仪,配Supelclean ENVI-18固相萃取柱(6 mL/500 mg);LC-20A 型在线凝胶渗透色谱仪。

30种OCPs的混合标准溶液:50.0 mg·L－1,介质为乙腈。

三氯杀螨醇标准溶液:100 mg·L－1,介质为甲醇。

31种OCPs的混合标准中间液:5.0 mg·L－1,移取1.0 mL 30种OCPs混合标准溶液和0.5 mL三氯杀螨醇标准溶液,用乙腈定容至10.0 mL。

31种OCPs的混合标准使用液:1.0 mg·L－1,移取2.0 mL 混合标准中间液,用乙腈定容至10.0 mL。

二氯甲烷、甲醇、丙酮、乙腈为色谱纯;乙酸乙酯为农残级;亚硫酸钠为分析纯;试验用水为超纯水。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 在线GPC条件

GLNpak EV-200 型GPC 色谱柱(150 mm×2 mm);柱温箱温度40 ℃;采集时间40 min;流动相为体积比为3∶7 的丙酮-环己烷混合液,流量0.1 mL·min－1;等度洗脱;进样量10μL。

1.2.2 色谱条件

SH-Rxi-5Sil MS 型毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25μm);载气为氦气;恒流模式,流量1.75 mL·min－1。柱升温程序:初始温度82 ℃,保持5.00 min;以8 ℃·min－1速率升温至300 ℃,保持7.75 min。不分流进样;进样口(PTV)升温程序:初始温度120 ℃,保持5.00 min;以100 ℃·min－1速率升温至250 ℃,保持33.70 min。

1.2.3 质谱条件

电子轰击离子(EI)源;电子能量70 eV;接口温度300℃,离子源温度200℃;溶剂延迟时间9.7 min;多反应监测(MRM)模式。其他质谱参数见表2。

表2 质谱参数Tab.2 MS parameters

1.3 试验方法

1.3.1 样品的采集

为了防止器材对测定结果的干扰:SPE 管路选择聚四氟乙烯材质,其他所用容器选择玻璃材质;普通玻璃器皿需在350℃下烘烤6 h,计量器皿需用丙酮清洗3次,采水器具在使用之前应充分洗净,并避免在运输过程中被污染。

参考GB/T 5750.8－2006 附录B,在2019 年10月－2020年1月(枯水期)分别于福建省福州市连江浦口敖江入海口处(地表水)、连江琯头闽江入海口(地表水)、长乐闽江入海口(地表水),泉州市晋江入海口(地表水)、洛阳江入海口(地表水),厦门市海湾公园(海水)、厦大白城(海水)、闽清桂峰村(地表水),宁德市三都澳(海水),三明市将乐玉华洞(地下水)和三明纺织厂(工业废水)等地使用1 L 样品瓶采集水样。

采集的水样在送至实验室后,应在14 d内完成固相萃取,萃取液用棕色进样瓶密封、于4℃避光保存,在30 d内分析完毕。为了防止样品采集和运输过程中的污染,每批样品均需做运输空白(即取阴性超纯水水样,同采样空瓶一道运输至现场,不打开,再同采集水样一道运回实验室)与现场空白(即取阴性超纯水水样,同采样空瓶一道运输至现场,到采样现场后打开,密封后和采集水样、运输空白一道运回实验室)。在测样前,应先分析运输空白和现场空白,以排除样品采集和运输过程中的污染。

1.3.2 样品的测定

SPE之前,需确认全自动固相萃取仪溶剂充足(大于100 mL),管路无漏液,氮气瓶压力表大于1 MPa,分压表大于0.6 MPa,气路无泄漏(保压试验正常)。取500.0 mL 水样,若水样有肉眼可见的浑浊杂质,过孔径0.45 μm 的滤膜。先依次用15 mL二氯甲烷、10 mL 乙酸乙酯、甲醇和水以5 mL·min－1速率活化SPE柱。以10 mL·min－1速率上样,吹氮10 min以去除水分,用5 mL 二氯甲烷以1.0 mL·min－1速率洗脱,收集洗脱液。样品瓶隔夜沥干后,再用5 mL 二氯甲烷分2次洗涤样品瓶,合并至洗脱液,氮吹定容至0.5 mL 后,移至进样瓶中,供在线GPC-GC-MS/MS分析。

2 结果与讨论

2.1 色谱行为

按照试验方法测定31种OCPs的混合标准使用液,所得总离子流色谱图(TIC)见图1。

图1 31种OCPs的混合标准使用液的TIC图Fig.1 TIC chromatogram of mixed standard solution of 31 OCPs

2.2 SPE前水样前处理的影响

取两份500 mL 加标超纯水水样(加标量为200 ng·L－1)。一份不进行前处理,直接按照试验方法1.3.2节测定;另一份按照文献[17]进行前处理:加入40～50μg亚硫酸钠脱氯,用盐酸调节p H小于2,加入甲醇5 mL,然后同方法1.3.2节测定。以加标超纯水水样和等质量浓度的31种OCPs混合标准溶液的峰面积比值计算回收率。结果显示:未处理的水样中31种OCPs的回收率为66.2%～163%,均值为115%;处理后的水样的回收率为51.4%～152%,均值为103%;除异狄氏剂酮和灭蚁灵的处理后回收率(125%,71.3%)和处理前的(115%,67.4%)差异不大,其他化合物处理后的均变低。基于回收充分的原则,试验选择不对水样进行前处理。

2.3 SPE条件的选择

2.3.1 SPE柱

试验采用了Supelclean ENVI-18 SPE 柱,主要原因为其玻璃纤维基体可承担更大的洗脱速率,吸附剂粒径较小且分布均匀,洗脱体积较大[18]。

2.3.2 上样速率

在500 mL超纯水中加入100μL 31种OCPs混合标准使用液,加标量为200 ng·L－1,分别以5,10,20 mL·min－1速率上样后,按照1.3.2节试验方法测定。以加标超纯水水样和等质量浓度的31种OCPs混合标准溶液的峰面积比值计算回收率。结果显示:上样速率为5 mL·min－1时,各待测物平均回收率为47.6%;上样速率为10 mL·min－1时,平均回收率为77.8%;上样速率为20 mL·min－1时,平均回收率为68.2%;可见上样速率为10 mL·min－1时的回收效果较好,试验选择的上样速率为10 mL·min－1。

2.3.3 氮吹除水时间

为防止水样中的水污染洗脱溶剂,对结果造成干扰。试验选择在上样后增加氮吹过程以除去水分。在500 mL超纯水加入100μL 31种OCPs的混合标准使用液,以10 mL·min－1速率上样后,分别吹氮5,10 min,其余按照试验方法1.3.2节测定。以加标超纯水水样和等质量浓度的31种OCPs混合标准溶液的峰面积比值计算回收率。结果显示:增加氮吹过程后,平均回收率由90.1%增至95.4%;异艾氏剂、反式九氯、p,p′-滴滴滴和o,p′-滴滴涕在吹氮5 min和吹氮10 min时的回收效果相当,其他目标化合物在吹氮10 min时回收效果更好。因此,试验选择的吹氮除水时间为10 min。

2.3.4 洗脱溶剂及其用量和洗脱速率

选用L9(34)正交设计表对洗脱溶剂及其用量和洗脱速率等洗脱条件进行优化。正交试验设计中,三因素分别为洗脱溶剂A(溶剂极性由强到弱分别为丙酮、乙酸乙酯和二氯甲烷)、洗脱溶剂体积B(2,5,8 mL)、洗脱速率C(1.0,5.0,10.0 mL·min－1)。以各标准均有提到的毒性最大的γ-六六六回收率来考察SPE效果,结果见表3。

表3 正交试验结果Tab.3 Orthogonal experiment results

对正交试验结果进行方差分析(ANOVA),γ-六六六ANOVA 结果显示:方差分析3 个因素P值均大于0.05,说明各因素对萃取效果均无显著性影响。综合考虑可操作性强、回收率充分的原则,试验选用5 mL 二氯甲烷以1.0 mL·min－1的速率(表3中样号8的条件)对目标化合物进行洗脱。

2.4 样品瓶的吸附作用

为了考察样品瓶的吸附作用对目标物测定的影响,取2份加标超纯水水样(加标量10.0 ng·L－1),一份直接按照试验方法测定;另一份在洗脱后,不用二氯甲烷洗涤样品瓶,仅测定洗脱液中目标物的含量。结果显示:在合并样品瓶洗涤液到洗脱液中后,OCPs的平均回收率由79.7%提高到83.4%,说明样品瓶对OCPs有吸附作用。因此,试验选择对样品瓶隔夜沥干、洗涤,并将洗涤液合并入洗脱液中进行测定。

2.5 基质效应

分别采用空白样品溶液和二氯甲烷配制20μg·L－1的31种OCPs的混合标准溶液,按照仪器工作条件测定,以测得的两者的峰面积的比值(ME)来评价基质效应[19],结果显示:ME 为0.93～1.80;五氯硝基苯(1.48)、δ-六六六(1.62)、p,p′-滴滴伊(1.80)和异狄氏剂(1.78)表现出较强的基质效应。因此,试验采用基质匹配混合标准溶液配制的标准溶液系列来制作工作曲线。

2.6 工作曲线和检出限

分别移取31 种OCPs的混合标准使用液5,10,15,20,25,50,100,200μL,用空白样品溶液逐级稀释,配制成5,10,15,20,25,50,100,200 ng·L－1基质匹配混合标准溶液系列,按照仪器工作条件测定。以各待测化合物的质量浓度为横坐标,其对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线,线性参数见表4。

对加标量为10 ng·L－1的水样进行测定,平行测定7 次,计算测定值的标准偏差(s),以3t(6,0.99)·s计算检出限,以3倍检出限计算测定下限,结果见表4。

由表4可知:检出限为0.3～8.3 ng·L－1,测定下限为0.9～25 ng·L－1。

表4 线性参数、检出限和测定下限Tab.4 Linearity parameters,detection limits and lower limits of determination

2.7 精密度和回收试验

按照试验方法对水、管网末梢水和洛阳江水均进行3个浓度水平的加标回收试验,每个浓度水平平行测定6次,计算不同水样中同一目标化合物的平均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:31种OCPs的回收率为67.0%～123%,RSD 为3.9%～20%。

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

表5 (续)

2.8 样品分析

按照试验方法分析福建省11个地区枯水期的水样,结果显示:福建省枯水期各水体OCPs的检出量为5.2～125.6 ng·L－1。其中:宁德市三都澳(海水)OCPs污染较严重,共检测出11种OCPs,质量浓度从高到低依次为p,p′-滴滴滴(125.6 ng·L－1)、o,p′-滴滴涕(60.4 ng·L－1)、p,p′-滴滴涕(42.7 ng·L－1)、p,p′-滴滴伊(37.8 ng·L－1)、o,p′-滴滴滴(36.6 ng·L－1)、反式九氯(35.7 ng·L－1)、o,p′-滴滴伊(33.0 ng·L－1)、灭蚁灵(31.1 ng·L－1)、反-氯丹(29.9 ng·L－1)、顺-氯丹(27.4 ng·L－1)和八氯苯乙烯(18.2 ng·L－1);福州市连江浦口敖江入海口(地表水)检出六氯苯(19.9 ng·L－1)、氧化氯丹(8.0 ng·L－1)、顺-氯丹(5.2 ng·L－1)和p,p′-滴滴涕(14.3 ng·L－1);泉州市晋江入海口(地表水)检出氧化氯丹(10.6 ng·L－1),洛阳江入海口(地表水)检出六氯苯(17.5 ng·L－1);厦门市闽清桂峰村(地表水)检出三氯杀螨醇(8.4 ng·L－1)。与福建省2006年以前的文献报道数据相比,OCPs含量较低,且均低于中国或权威组织机构标准规定的限值,但是空间上存在宁德地区检出种类偏多的特点。

2.9 方法比对

将本方法所得的检出限同其他标准或参考文献中的方法进行了比对,结果见表6。

由表6可知:本方法所能检测的OCPs种类更多、浓度水平更低。

表6 不同方法比对结果Tab.6 Comparison of results by the different methods

本工作建立了SPE-在线GPC-GC-MS/MS 测定水中31种OCPs的方法,该方法具有自动化程度高,准确、灵敏等优点,并将该方法用于福建省各流域丰水期、枯水期的上游、中游和下游等横断面水体中OCPs的监测,对福建省环境保护、饮用水卫生与人民健康具有重要的科学意义。