海水中6种均三氮苯类除草剂同步检测方法建立

栾晶华,戴春阳,于海龙,田亮

(1.威海威职国有资产运营有限公司,山东 威海 264200;2.中农康正技术服务有限公司,江苏 扬州 225600)

均三氮苯类除草剂作为内吸型农药,能够通过植物根系吸收,抑制植物的光合作用以达到杀灭植物、去除杂草的目的。在农业生产中,均三氮苯类除草剂已经广泛用于大豆[Glycinemax(Linn.)Merr.]、麦类(Triticumspp)、花生(ArachishypogaeaLinn.)、果树、蔬菜和水稻田等去除稗草[Echinochloacrusgalli(L.)Beauv]、野苋菜(Amaranthustricolor)、马齿苋(PortulacaoleraceaL.)、车前草(PlantagoasiaticaL.)等1年生禾本科及阔叶草,是农业生产常用除草剂[1]。近年来海洋水质恶化,导致大量藻类无序繁殖,部分养殖户在水产养殖中利用除草剂来清除鱼、虾、蟹、贝、海参(Stichopusjaponicus)等养殖水体中的丝状藻类(青苔)以及大型有害藻类。而在蛤蜊(MeretrixmeretrixL.)和缢蛏(Sinonovaculaconstricta)等海生动物体内发现扑草净等均三氮苯类农药,这说明均三氮苯类除草剂不仅已经由陆地污染到海水资源[10-11],而且对海洋环境和养殖业均造成一定影响[29]。虽然均三氮苯类农药对人体的危害作用还未见明确报道,但是美国、欧盟、日本等主要发达国家和地区已经将部分均三氮苯类农药(莠去津、扑草净)列入内分泌干扰化合物名单。鉴于均三氮苯类除草剂对人类健康和社会经济发展产生的影响,中国、美国以及欧盟等陆续建立了淡水和饮用水中均三氮苯类除草剂的残留限量,对淡水和饮用水中均三氮苯类农药进行监控和管理。

目前均三氮苯类农药的残留检测方法主要以植物、土壤、淡水等基质的研究为主[12-13],并且局限在扑草净、莠去津两类农药的检测方法研究。现有研究文献缺乏对均三氮苯类农药的多残留同时检测的方法。此外,由于海水含盐量高,对其检测分析相对困难,这也不利于海洋环境的调查。因此,建立海水中均三氮苯类除草剂药物多残留同时检测的方法,不仅能够了解和掌握均三氮苯类除草剂在海水中的残留情况,还能为海洋环境的监控和治理提供数据支撑,同时也对其他基质中三氮苯类除草剂药物多残留同时检测具有重要指导意义。

1 材料与方法

1.1 主要仪器与试剂

液相色谱-串联质谱仪(液相色谱:1200,美国安捷伦,质谱:ABI3200,美国);均质器(FS-1,苏州国华仪器有限公司);万分之一天平(FA3204B,上海精密科学仪器有限公司);旋转蒸发仪(金叶牌RE-3000D,上海亚荣生化仪器厂);净化过滤柱 Cleanert NANO(1 mL,天津博纳艾杰尔科技有限公司);乙腈、甲酸、氯化钠(色谱纯,美国Baker 公司);水为电导率18.2 Ω的纯水;标准品:莠去津纯度99.5%、莠灭净纯度99.0%、西玛津纯度98.5%、扑草净纯度96.0%、氰草津纯度97.5%、异戊乙净纯度97.5%(德国Dr.Ehrestorfer公司)。

1.2 标准溶液的配制

称取莠去津5.00 mg、莠灭净5.10 mg、西玛津5.10 mg、扑草净5.20 mg、氰草津5.10 mg、异戊乙净5.10 mg,分别于50 mL容量瓶中,用甲醇溶解,配制成100 μg/mL的单标储备液,避光4 ℃保存,有效期半年。

从单标储备液中分别准确移取1 mL标准溶液于10 mL容量瓶中,用甲醇定容,配制成10.0 μg/mL的混合标准溶液,并逐级稀释至20.0、10.0、5.0、1.0和0.5 μg/L的工作液。

1.3 仪器测试条件

1.3.1 液相色谱仪参数

色谱柱:C18色谱柱(日本东曹TOSHO, 2.1 mm×150 mm,4.6 μm);柱温:40 ℃;流动相A:乙腈;流动相B:含1‰甲酸溶液(洗脱程序见表1);流速:0.2 mL/min;进样量:10 μL。

表1 液相色谱流动相洗脱程序Tab.1 HPLC mobile phase gradient table

1.3.2 质谱参数

电喷雾离子源(ESI),正离子模式扫描;质谱扫描方式:多反应监测模式(MRM);离子源喷雾电压(IS)5 500 V;离子源雾化气温度(TEM) 600 ℃;雾化气压力(GS1) 80 psi;气帘气压力(CUR) 30 psi;6种除草剂质谱参数见表2。

表2 6种除草剂的质谱参数Tab.2 Ion parameters of 6 herbicides

1.4 样品处理方法

取5 mL海水于20 mL聚乙烯离心管中,加入5 mL乙腈,在涡旋振荡器上混合2 min,向离心管中加入2 g氯化钠(要求达到过饱和状态),振荡1 min,静置5 min分层,取上层溶液(乙腈层)于25 mL旋蒸瓶中;再向聚乙烯离心管中加入5 mL乙腈,在涡旋振荡器上混合2 min,静置5 min分层,合并上层溶液(乙腈层)于25 mL旋蒸瓶中,旋转蒸干。用1 mL乙腈定容,再用NANO过滤小柱上下推吸4次得到的溶液供LC-MS/MS检测。

1.5 胶东地区主要城市近海环境调查

在青岛、烟台和威海随机采取了7个点位对海水取样检测,青岛3个点位、威海3个点位、烟台1个点位,取样点位标记如图1。样品处理和测试参数参照1.4。

图1 胶东半岛海区取样位置示意图Fig.1 Schematic Diagram of Sampling Location in Jiaodong Peninsula Sea Area

2 结果与分析

2.1 液相色谱-串联质谱检测条件选择

根据均三氮苯类除草剂的化学电离性质,采用了ESI+离子化模式,实验结果表明:6种均三氮苯类农药可获得丰度较高的[M+H]+母离子、分子离子。采用表1 中液相色谱仪流动相洗脱程序、表2中质谱参数,用 0.5 μg/L 标准溶液、进样量为 10 μL,获得 MRM质谱图,莠去津、莠灭净、西玛津、扑草净、氰草津、异戊乙净[14]在此质谱条件下的总离子流图和提取离子流图见图2至图8。

图2 0.5 μg/L标准品总离子流图Fig.2 Total ion chromatography of 0.5 μg/L standard

图4 0.5 μg/L莠去津定量/定性离子流图Fig.4 Quantitative/qualitative ion chromatography of 0.5 μg/L atrazine

图5 0.5 μg/L莠灭净定量/定性离子流图Fig.5 Quantitative/qualitative ion chromatography of 0.5 μg/L amethyne

图6 0.5 μg/L氰草津定量/定性离子流图Fig.6 Quantitative/qualitative ion chromatography of 0.5 μg/L cyanazine

图7 0.5 μg/L西玛津定量/定性离子流图Fig.4 Quantitative/qualitative ion chromatography of 0.5 μg/L simazine

图8 0.5 μg/L异戊乙净定量/定性离子流图Fig.8 Quantitative/qualitative ion chromatography of 0.5 μg/L dimethametryn

2.2 标准曲线的制作

配制了0、0.5、1.0、5.0、10.0和20.0 μg/L的6种均三氮苯类农药标准品的混合溶液进行仪器分析。结果表明,均三氮苯类除草剂各组分的标准曲线相关系数均在0.997以上。信噪比(Signal-noise ratio,S/N)>10时的方法添加浓度确定为仪器的定量限,通过方法的5倍浓缩比例计算出最终的方法定量限(Limit of quantitation,LOQ)(表3)。

表3 标准曲线和方法定量限Tab.3 Standard curve and LOQ

2.3 样品提取方法和净化方法的选择

本研究考察了正己烷、甲醇、乙腈对海水中均三氮苯类除草剂的提取效果,结果表明,甲醇和海水互溶,达到盐过饱和也不能够分层,起不到提取作用,所以弃用;采用正己烷为溶剂提取平均回收率在29.3%～76.2%,不如乙腈作为提取溶剂的效果,因此决定采用乙腈作为提取溶剂,提取出的杂质最少,且提取效率高。使用新型纳米材料进行净化[15-16],整个提取时间30 min就能够完成,不仅极大地提高了工作效率,且降低了检测成本。

2.4 方法的回收率和精密度

真实海水基质中,分别添加0.2、1.0和20.0 μg/L浓度的6种均三氮苯类除草剂混合标准品,按照前面的前处理方法进行试验,最后经过LC-MS/MS测试,进行8次重复试验,测得6种均三氮苯类除草剂的回收率和精密度,计算得到他们的平均回收率和精密度。海水样品的平均回收率为65.4%～97.4%;相对标准偏差为0.89%～5.86%(表4)。

表4 平均回收率和精密度Tab.4 Average recovery rate and Precision n=8

2.5 胶东地区主要城市近海环境调查

通过调查胶东半岛海区情况,可以发现扑草净、莠去津两种药品在胶东半岛使用比较广泛,相应海区存在药物残留情况,这与中国农药生产情况相符合。此次调查农药残留量比较低,可能由于调查样品为3月份采集,属于胶东半岛地区农药使用的停滞期。除草剂农药使用的高峰期,海洋环境的残留情况是否有变化,还需以后进一步验证。

表5 胶东半岛海区污染情况调查Tab.5 Investigation on the pollution in the sea area of Jiaodong Peninsula (μg·L-1)

3 结论

均三氮苯类除草剂农药的大量使用,导致近海环境严重恶化,影响了人们日常的生产生活。本研究建立了海水中均三氮苯类农药LC-MS/MS检测分析方法,通过使用NANO小柱快速前处理技术简化了样品前处理方法,节省了时间,节约了检验费用,实现了均三氮苯类农药的同步快速检测。此方法的6种均三氮苯类除草剂在0.2 μg/L和1.0 μg/L水平下的平均添加回收率为65.4%～97.4%之间,方法的相对标准偏差为0.89%～5.86%,方法的定量限为0.03～0.05 μg/L。海水中均三氮苯类农药同步检测方法的建立,不仅为近海海洋环境调查和治理提供科学有效的检测手段,也为其他基质中三氮苯类药物残留同步检测提供参考。