UPLC-MS-MS法同时测定饮用水中乙酰甲胺磷、稻瘟灵、敌百虫、甲霜灵

闫 妍,王怿婷,赵 宇,张明明,王欣莹,王 蕾

(北京市自来水集团有限责任公司水质监测中心,北京 100031)

随着人类日益增长的粮食需求,农村地区有机农药等被大量施用,对水质安全构成了挑战。有机农药进入到水环境的途径主要有3种:一是在生产或施用过程中逸散到空气形成气溶胶进而进入水体;二是生产和加工产生的废水排放到地表水和地下水;三是其施用于农田后可能会渗入土壤从而污染地下水,也可能随雨水冲刷进入地表水和地下水。除了农业这一主要来源外,水体中的有机农药还可能来自养殖场、垃圾和危险废物处理厂等[1]。

在新颁布的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)中,乙酰甲胺磷、稻瘟灵、敌百虫和甲霜灵这4种农药作为参考指标新增列入,其参考限值分别为0.08、0.3、0.05 mg/L和0.05 mg/L。乙酰甲胺磷和敌百虫均属于广谱、高效、低毒和低残留的有机磷杀虫剂,其中,乙酰甲胺磷毒性较低、使用量大、分布广泛,而敌百虫广泛用于田间和水果作物中害虫和森林昆虫等的控制,对人体有一定的毒副作用[2-5];稻瘟灵是一种高效、低毒和低残留的有机硫杀菌剂,是水稻生产中防治稻瘟病的主要药剂之一,在我国有较为广泛的应用[6];甲霜灵是一种新型、高效和低毒的杀菌剂,对病害植株有保护和治疗作用,且药效持续期长。可以看出,这4种农药在我国均有广泛应用,作为新污染物中的重要一类,加强此类污染物的监测,明确其在饮用水中的分布和浓度水平,可为饮用水安全保障提供重要的基础支撑。

对于此4种农药的检测,目前常采用的是气相色谱(GC)[4-6]、气相色谱质谱(GC/MS)[7-8]等方法,但因其极性强、热不稳定、易分解等特点,容易在气相色谱进样口处被衬管和色谱柱前端吸附及降解,对仪器系统洁净度要求较高,容易出现进样不出峰、峰信号弱、峰形差等情况[9]。另外,由于多采用液液萃取和固相萃取等复杂的前处理过程,不适于做高通量样品分析[8,10]。

与气相色谱方法相比,高效液相色谱(HPLC)适用于热稳定性较低以及挥发性较差的化合物,在灵敏度、准确性和精准度等方面存在较大的优势[11],且随着仪器的发展,超高效液相色谱(UPLC)[12-15]等在减少溶剂用量,以及提高样品分析速度、抗干扰能力和分析效率等方面得到进一步的提升,近年来在农药等方面得到较多的应用。对于此4种农药来说,目前饮用水中尚缺少可同时检测的方法,建立简便、快速的同时定量分析方法,对于推进新生活饮用水卫生标准的实施具有重要意义。

综上,本研究拟基于超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS-MS),结合分析条件的优化,建立快速定量分析水中乙酰甲胺磷、稻瘟灵、敌百虫以及甲霜灵4种农药残留的检测方法,并对北京市主要水厂水源水、出厂水和管网水进行调查,探明其分布和浓度水平,为我国供水安全保障提供技术支撑。

1 试验材料和方法

1.1 仪器与试剂

仪器:超高效液相色谱-串联质谱仪(ACQUITY UPLC/Quattro Premier XE,美国Waters公司)。试剂:甲酸、甲醇、乙腈(美国Fisher公司),均为色谱纯;乙酰甲胺磷、稻瘟灵、敌百虫、甲霜灵标准品(质量浓度均为100 mg/L,美国SUPELCO公司);超纯水(美国Millpore公司,电阻率>18.2 MΩ·cm)。

1.2 试验方法

1.2.1 色谱和质谱条件

样品过0.22 μm的聚四氟乙烯膜后,直接上机测定。色谱条件:色谱柱采用Waters BEH C18 (2.1 mm×50 mm, 1.7 μm);经优化后的流动相及梯度洗脱程序如表1所示。

表1 梯度洗脱程序Tab.1 Gradient Elution Program

质谱条件:采用多反应监测(MRM)模式采集信息,电喷雾正离子模式(ESI+);离子源温度:150 ℃; 脱溶剂气温度:350 ℃;脱溶剂气流量:700 L/h;锥孔气流量:29 L/h;毛细管电压:3 kV;碰撞气流量:0.15 mL/min。此外,逐级确定4种农药的离子对及碰撞能量等参数,优化后的质谱参数设置如表2所示。

表2 4种农药的质谱参数Tab.2 MS Parameters of Four Pesticides

1.2.2 定性定量

试验依据4种农药化合物的标准品保留时间等信息进行定性,采用外标法进行定量,标准曲线的绘制过程如下:分别取100 mg/L的乙酰甲胺磷、稻瘟灵、敌百虫、甲霜灵标准溶液各100 μL,加入到10 mL 棕色容量瓶中,用甲醇定容,得到乙酰甲胺磷、稻瘟灵、敌百虫、甲霜灵质量浓度均为1 mg/L的混合标准溶液。然后用甲醇对混合标准溶液进行梯度稀释,分别稀释至5、10、20、40、60、80、100 μg/L,依照第1.2.1小节中的条件测定标准品的浓度,根据标准品的响应面积和对应的浓度进行标准曲线的绘制。

1.2.3 准确性和精密度

确定线性范围后,选取20、50、100 μg/L作为低、中、高3个梯度,并在出厂水、水源水以及龙头水3种基质中进行加标回收试验,以7次平行的平均回收率和相对标准偏差(RSD)衡量准确性和精密度。

1.2.4 实际样品分析

采集北京市域范围内具有代表性水样,包括水源水、出厂水,以及监测点管网水,共计48个样品,详细信息如表3所示。使用建立的检测方法在丰水期、平水期以及枯水期分别对4种农药开展检测。

表3 北京市调查水样样品信息Tab.3 Water Sample Imformation in Beijing

2 结果与讨论

2.1 色谱和质谱条件的选择

甲醇、乙腈是反相液相色谱分析中常用的2种有机相。李亚辉等[12]选用0.1%甲酸水溶液-甲醇为流动相同时检测稻米和稻茎中42种农药残留;王海燕等[16]采用0.1%甲酸水溶液-甲醇为流动相,同时测定水中敌百虫和敌敌畏;乐渊等[17]采用甲醇-水(含1 mmol乙酸铵)测定香草兰样品中多菌灵和甲霜灵残留。本试验在上述优化条件下,确定最佳的流动相组合为0.1%甲酸水溶液-甲醇,在此条件下,4种农药的峰形及色谱分离效果较好。

随后进行了液相色谱梯度条件的优化试验,过程及结果如图1所示。图1(a)、图1(b)、图1(c)是质量浓度为100 μg/L的4种农药在不同洗脱程序下的总离子流图,图1(d)为优化后的总离子流图,可以看出优化后4种农药峰形及色谱分离效果较好。

2.2 线性范围及检出限

使用含有5 μg/L标准品的溶液进行测定,测定方法见第2.1小节。将该溶液按照7次平行进行测定,计算测定结果的标准偏差,依据《环境监测分析方法标准制修订技术导则》(HJ 168—2020)中的附录A中公式计算检出限。

在该方法中,定量限的计算方式为检出限的4倍,结果如表4所示。结果表明,在5～100 μg/L的质量浓度时,4种农药的响应与浓度间的线性关系良好,所有的相关系数R2均大于0.999。

表4 4种农药的线性范围和检出限Tab.4 Linear Range and Determination Limits of Four Pesticides

2.3 准确度和精密度

在确定线性范围后进一步进行了加标回收试验,试验在出厂水、水源水以及龙头水3种空白基质中进行。选择20、50、100 μg/L这3个质量浓度水平下,分别测定各标准品的平均回收率和RSD,7次平行以衡量准确度和精密度。结果表明,4种农药在出厂水、水源水以及龙头水中的平均回收率为91.1%～114.1%,RSD为4.1%～13.1%,均小于20%(表5),说明该方法的准确度和精密度良好。

注:(a)洗脱程序为0～1 min(90%A)、1～1.5 min(90%～70%A)、1.5～3.5 min(70%A)、3.5～4 min(70%～90%A)、4～5 min(90%A);(b)洗脱程序为0～5 min(70%A);(c)洗脱程序为0～1 min(30%A)、1～1.5 min(30%～70%A)、1.5～3.5 min(70%A)、3.5～4 min(70%～30%A)、4～5 min(30%A);(d)洗脱程序如表1所示。 图1 4种农药的总离子流(100 μg/L)Fig.1 Total Ion Chromatogram of Four Pesticides (100 μg/L)

表5 4种农药在水样中的平均添加回收率和精密度Tab.5 Average Recoveries of Four Pesticides in Water Samples and Experimental Precision

马红枣等[18]用GC-MS法检测水体中乙酰甲胺磷的检出限为20 μg/L;何书海等[19]用固相萃取/HPLC法发现甲霜灵在水体中检出限为3.49 μg/L;王海燕等[16]采用UPLC-MS-MS法同时测定水中敌百虫和敌敌畏,水中敌百虫检出限为0.6 μg/L。由此可见,本方法采用直接进样方式仍有较低的检出限,且具有较高的精确度和准确度,能够满足水中乙酰甲胺磷、稻瘟灵、敌百虫以及甲霜灵4种农药的快速检测要求。

2.4 实际样品测定

对于所收集的水样进行了为期3个月的连续检测,结果表明,4种农药均低于方法检出限,未检出。所调查水厂水源主要为南水北调进京水源及部分地下水,表明对于北京市供水来说,整体上此类农药处于较低的风险水平。

3 结论

本研究建立了可同时测量乙酰甲胺磷、稻瘟灵、敌百虫及甲霜灵的直接进样UPLC-MS-MS方法。

(1)主要检测方法如下:水样过膜后采用C18色谱柱分离,以0.1%甲酸水溶液-甲醇为流动相进行梯度洗脱,采用多反应监测模式进行定性分析,采用外标法进行定量分析。

(2)结果表明,该方法的线性范围为5～100 μg/L,乙酰甲胺磷、稻瘟灵、敌百虫、甲霜灵检出限分别为1.78、1.66、1.62、1.86 μg/L;在出厂水、水源水、龙头水中的平均回收率为91.1%～114.1%,RSD为4.1%～13.1%,具有较高的精确度和准确度,满足此4种农药进行同时检测的要求。随后对北京市代表性的水源水、出厂水及管网水进行了检测,发现此4种农药均未检出,表明北京市饮用水中此类农药处于较低的风险水平。

(3)目前在饮用水的检测分析中尚缺少可同时检测此4种农药的方法,因此,本研究建立了简便、快速的同时定量分析方法,对于推进新生活饮用水卫生标准的实施具有重要意义,为我国供水安全保障提供了技术支撑。