水体氨基甲酸酯类农药总量快速检测方法

郜洪文， 肖春红

（同济大学 环境科学与工程学院，上海 200092）

CMs通常被用作杀虫剂、杀菌剂和除草剂等，因其特殊的性质，如较低的生物富集潜力和短期毒性［1］，使用量逐年增加，在水体中出现的频率也不断上升［2］。CMs可以通过多种途径侵入人体，分布在人体的肌肉组织、肝、脂肪和肾中［3］，据报告，每年有25万～37万人受到农药残留的危害［4］。目前常用的CMs残留检测方法包括色谱法和快速检测方法，色谱法包括气相色谱、气相色谱-质谱联用、高效液相色谱等，灵敏度高，但前处理复杂、检测成本高、耗时长，对技术人员要求高，难以应用于实时和现场检测［5-6］，特别是在缺乏专业人员和设备的农产品市场或基层单位；快速检测方法主要包括酶抑制法［7］、免疫分析法［8］、传感器法和光谱分析法［9］，大多停留在实验室研究阶段，难以投入到实际的生产和使用中。

通过对5种CMs（西维因、抗蚜威、灭虫威、硫双灭多威和丙硫克百威）快检方法的研究，本文提出了一种简单、准确的水体中CMs残留总量快速检测技术，开发了长效快速检测试剂，配合便携式水质检测仪，便于基层和现场农残快速检测工作的开展。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

VM-500Pro型数显多功能混匀仪（群安实验仪器有限公司）；HWS-11型电热恒温水浴锅（上海尚道仪器制造有限公司）；S-4100型紫外可见分光光度计（韩国Scinco公司）；GE Lab01型多功能分析检测仪（上海绿帝环保科技有限公司，见图1）；Agilent 7 890/5 975C GC/MSD（安捷伦科技有限公司）。试剂如下：

图1 多功能分析检测仪Fig.1 Multifunctional analysis detector

（1）甲胺标准储备液（500 mg·L-1）：27.2 mg甲胺盐酸盐溶于去离子水并定容至25 mL。

（2）CMs标准储备液（1 g·L-1）：0.025 g农药溶于乙醇并定容至25 mL。

（3）混合农药标准储备液（3.47 mmol·L-1）：分别取2.53 mL西维因、2.94 mL抗蚜威、2.75 mL灭虫威、4.38 mL硫双灭多威和5 mL丙硫克百威标准储备液，混合均匀。

（4）（甲胺、CMs、混合农药）标准使用液：用去离子水将标准储备液稀释100倍。

（5）CMs检测剂A：30 g碳酸氢钠和0.5 g次氯酸钠混合，烘干制成胶囊；检测剂B：亚硝酸钠烘干制成胶囊；检测剂C：称取0.4 g可溶性淀粉和0.2 g硼酸，加去离子水调成糊状，加100 mL煮沸的热水溶解，冷却后加入1 g KI，继续煮沸5 min，冷却澄清，取上清液。

二氯甲烷（农残级）、乙醇（ACS）、乙二醇（GC）、甲胺盐酸盐（98%）、碳酸氢钠（GR）、碘化钾（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）和西维因（97%）购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司；亚硝酸钠、可溶性淀粉和硫酸购于国药集团化学试剂有限公司，均为分析纯；次氯酸钠（90% 河南省蓝天化工有限责任公司）。所有溶液和检测剂均储存于冷藏箱（4℃）。

1.2 实验方法

取25 mL水样，加入5 mL二氯甲烷，3 000 r·min-1条件下涡旋萃取30 s，静置5 min，取出4 mL下层萃取液于消解管中，滴加4滴乙二醇，连接导气管，另一端置于盛有去离子水的消解管中，100℃条件下，利用智能消解仪蒸发浓缩6—8 min，直至导气管口无气泡冒出，随后加入2 mL去离子水和8滴2 mol·L-1NaOH，拧紧管盖，100℃条件下加热10 min，待反应液冷却后，将其倒入显色瓶中，滴加8滴1 mol·L-1H2SO4，用去离子水定容至5 mL，依次加入CMs检测剂A（反应5 min）、B（反应5 min）和C（反应5 min，10 min内完成测定），显色完成后，利用便携式水质检测仪测定显色结果。

1.3 GC-MS检测条件

（1）色谱条件（Agilent 1 9091J-433： 5 430.75 677；HP-5 5% Phenyl Methyl Siloxan；30 m × 250 μm×0.25 μm）：进样口温度：250℃；载气：高纯度的氦气，流速为1.5 mL·min-1；压力：11.962 psi；采用手动进样，进样模式为脉冲不分流；进样量：1 μL；升温程序：初始温度为40℃，保持2 min，然后以20℃·min-1升温至270℃，保持7 min；运行时间：20.5 min。

（2）质谱条件：溶剂延迟时间：5 min；质谱接口温度：270℃；离子源温度：230℃；四级杆温度：150℃；EMV模式为相对的；采集模式：Scan/SIM，全扫描（低质量数：50.0；高质量数：450.0；阈值：150）。

1.4 矢量色度法简介

矢量色度法依据色空间概念，将由RGB颜色空间表示的显色体系转换为Lab色彩空间表示的测量值，从而依据矢量色度模型计算测量液的矢量色度值［10-12］。基于矢量色度法所研发的便携式水质检测仪无分光系统，不需要设置波长，具有便携和易于操作等优点。

2 结果与讨论

2.1 显色反应条件影响

2.1.1 吸收光谱

配制0.3 mg·L-1甲胺标准溶液，依次加入检测剂A、B和C，显色完成后，测定显色体系吸光度值，结果表明，显色溶液在585 nm左右有最大吸收峰，故本研究测定显色体系在585 nm处的吸光度值。

2.1.2 NaClO用量

加入0.1～0.5 mL质量百分浓度为0.012 5%的NaClO溶液，测定0.3 mg·L-1甲胺标准溶液显色后的吸光度值，结果表明：当NaClO溶液加入量为0.25 mL时，显色体系吸光度值达到最大。NaClO溶液不稳定，易变质，结合现有研究结果［13-15］，检测0.4 mg·L-1甲胺和相同物质的量浓度的二甲胺和三甲胺，分别需加入0.23、0.08和0.25 mL质量百分浓度为0.5%的NaClO溶液，为保证CMs碱解产物反应完全，本实验选择加入0.25 mL 0.5% NaClO溶液。

2.1.3 NaNO2用量

加入0.1～1.0 mL质量百分浓度为30%的NaNO2溶液，测定0.3 mg·L-1甲胺标准溶液显色后的吸光度值。结果表明：当NaNO2溶液加入量小于0.5 mL时，显色体系吸光度保持稳定，继续增大加入量，吸光度出现小幅度下降，亚硝酸钠能与甲胺的氯代衍生物发生反应。本研究选择加入0.5 mL 30% NaNO2溶液，排除水中氧化性物质的干扰。

2.1.4 KI-淀粉溶液用量

加入0.05～0.50 mL KI-淀粉溶液，测定0.3 mg·L-1甲胺标准溶液显色后的吸光度值。结果表明：当KI-淀粉溶液加入量为0.20 mL时，吸光度值达到最大，I-加入过多会导致显色体系颜色偏紫，最大吸收峰的位置发生偏移。本实验选择加入0.20 mL KI-淀粉溶液。

2.1.5 显色反应时间

分别配制5 μg·mL-1西维因、5.9 μg·mL-1抗蚜威、5.6 μg·mL-1灭虫威、8.8 μg·mL-1硫双灭多威和10 μg·mL-1丙硫克百威标准溶液，测定不同显色时间得到的显色溶液的吸光度，结果表明5种CMs碱解产物最佳显色时间分别为9、3、5、5和5 min，故实验选取显色反应时间为5 min，且需在10 min内完成测定。

2.2 萃取条件影响

分别将50 μL西维因、20 μL抗蚜威、0.1 mL灭虫威、20 μL硫双灭多威和0.2 mL丙硫克百威标准储备液加入25 mL去离子水，加入5 mL二氯甲烷，涡旋提取5—60 s，分别测定萃取液在282、250、267、280、231 nm处的吸光度值，计算萃取率，得图2。结果表明：涡旋时间为30 s时，5种农药的萃取率均大于90%，因此本研究选取涡旋时间为30 s。

图2 涡旋时间对萃取率的影响Fig.2 Effect of vortex time on extraction rate

2.3 蒸发浓缩条件影响

5 mL CH2Cl2中分别加入50 μL西维因、12 μL抗蚜威、0.1 mL灭虫威、18 μL硫双灭多威和20 μL丙硫克百威标准储备液，加入0～0.5 mL乙二醇，蒸发浓缩完成后（丙硫克百威回收率需通过显色反应表征），分别测定样品溶液在280、245、262、236和585 nm处的吸光度，计算回收率，得图3。结果表明：一定范围内，乙二醇的加入能够提高抗蚜威和灭虫威的回收率，加入量过多会降低显色反应灵敏度，故本实验选取添加0.1 mL乙二醇，5种CMs的回收率均高于80%。

图3 乙二醇加入量对回收率的影响Fig.3 Effect of the amount of ethylene glycol on the recovery rate

2.4 碱解条件影响

2.4.1 NaOH用量

分别配制5 μg·mL-1西维因、5.9 μg·mL-1抗蚜威、5.6 μg·mL-1灭虫威、4.4 μg·mL-1硫双灭多威和10 μg·mL-1丙硫克百威标准溶液，分别加入0.025～0.250 mL物质的量浓度为0.01、5、0.01、0.01和1 mol·L-1NaOH溶液，灭虫威在室温（20℃）条件下碱解，其余4种农药在100℃水浴加热条件下碱解，分别测定西维因、抗蚜威和丙硫克百威碱解产物在333、290和290 nm处的吸光度，通过显色反应间接表征灭虫威和硫双灭多威碱解情况。结果如图4所示，加入0.2 mL 2 M NaOH，5种CMs均能实现完全碱解。

图4 NaOH加入量影响Fig.4 Effect of sodium hydroxide dosage

2.4.2 碱解时间

控制2 M NaOH加入量为0.2 mL，CMs标准溶液物质的量浓度设置同NaOH用量实验，100℃水浴加热条件下碱解，测定碱解不同时间得到的样品溶液的吸光度，结果如图5所示。结果表明：100℃水浴加热条件下碱解10 min，5种CMs均能完全碱解。本实验选取碱解时间为10 min。

2.5 标准曲线与检出限

配制物质的量浓度梯度为0、1.61、3.22、6.44、9.66、12.88 μmol·L-1混合农药标准使用液，进行碱解和显色反应，测定显色体系矢量色度值，将物质的量浓度换算为25 mL水中对应的物质的量浓度，以其为横坐标，矢量色度值为纵坐标，绘制标准曲线，得图6，利用二次多项式对数据进行拟合，得到标准曲线方程为y=0.233x2+17.6x-0.012 5（R2=1.00）。

图6 标准曲线Fig.6 Standard curve

用去离子水配制0.8和2.4 μmol·L-1CMs混合标准溶液，经萃取、蒸发浓缩、碱解和显色后，测定显色结果，每个加标浓度平行测定6次，计算得到RSD分别为2.86%和1.61%。取25 mL去离子水，重复上述步骤，平行测定21次，计算得到标准偏差Sb为0.417 9，依据IUPAC方法，LOD为0.07 μmol·L-1。

2.6 共存离子与物质影响

配制2.4 μmol·L-1CMs混合标准溶液，加入干扰物质（具体如表1所示），经过萃取、蒸发浓缩、碱解和显色，测定显色体系吸光度值，测定误差在 ±10%以内，表明表中所列物质不影响CMs的显色测定。

表1 干扰物质名单及浓度Tab.1 List and concentration of interfering substances

2.7 实际水样分析

取苏州河、太浦河和淀山湖水样进行实际水样CMs残留量分析和加标处理，加标物质的量浓度为2.4 μmol·L-1，检测所得结果如表2所示。结果表明：矢量色度法测定结果更加接近加标值。

表2 实际水样和加标水样CMs测定结果Tab.2 CMs detection results of real water samples and spiked water samples

对太浦河单独加标，加标物质的量浓度为0.2 μmol·L-1，利用本研究建立方法和GC-MS方法进行测定，所得结果如表3所示。结果表明：矢量色度法测量值偏小，源于检测分析过程中CMs的损失，如蒸发浓缩过程，综合考虑，矢量色度法与GC-MS检测值具有较高的一致性。

表3 太浦河加标水样CMs检测结果Tab.3 CMs detection results of spiked water samples from Taipu River

3 结论

在分光光度法的基础上，利用矢量色度法，配合本实验室研发的多功能分析检测仪，建立了水体中CMs残留总量的快速检测方法，RSD为2.86%（0.8 μmol·L-1CMs）和1.61%（2.4 μmol·L-1CMs），LOD为0.07 μmol·L-1，检测一个水样仅需40 min，具有高效、成本低、易于操作等优点，便于基层单位和现场农残检测的开展，对操作人员的要求较低，仪器小巧轻便，无需复杂的日常维护工作。

作者贡献声明：

郜洪文：研究设计与开展，论文撰写与修改；

肖春红：研究开展，论文撰写，资料收集。