QuEChERS-高效液相色谱-串联质谱法同时测定生活饮用水中11种新烟碱类杀虫剂的含量

刘 彭,郭礼强,李亚静,王 乐

(1.潍坊市检验检测中心,潍坊 261100;2.潍坊海关,潍坊 261041;3.济南海关技术中心,济南 250014)

新烟碱类杀虫剂自上市以来被广泛用于保护农作物和动物免于虫害[1],其不被利用的药物80%以上会进入土壤和水环境中[2],从而使新烟碱类杀虫剂污染成为一个影响环境的全球性问题[3-5]。相关研究报道,美国农业部监管水样中新烟碱类杀虫剂检出率达4.5%[6];杭州地区检测的水样中,93%以上的地表水中检出两个以上新烟碱类杀虫剂,95%以上的自来水中至少检出一种[7]。新烟碱类杀虫剂可诱发多种疾病,对人类健康有不利影响[8-10]。因此,有必要研究开发简便、快速、灵敏的生活饮用水中新烟碱类杀虫剂残留的检测方法。

检测生活饮用水中新烟碱类杀虫剂的方法主要有液相色谱法(HPLC)[11-14]和高效液相色谱-串联质谱法(HPLC-MS/MS)[15-17],但多数检测方法无前处理操作,水样过滤后直接测定,对于目标物含量较低的样品易检测不到,同时对仪器灵敏度的要求较高。鉴于HPLC-MS/MS的灵敏度、检测通量和抗干扰性要明显好于HPLC的,本工作基于QuEChERS净化方法,采用HPLC-MS/MS同时测定生活饮用水中呋虫胺、烯啶虫胺、噻虫嗪、环氧虫啶、噻虫胺、吡虫啉、氯噻啉、啶虫脒、噻虫啉、氟啶虫胺腈、氟啶虫酰胺等11种新烟碱类杀虫剂含量的方法,以期为生活饮用水水质监管提供技术支持。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

LC2040-MS8045型液相色谱-质谱联用仪;Milli-Q100型纯水仪;AP124W型电子天平;BLDCY-12Y型水浴氮吹仪;VORTEX2型涡旋振荡器。

氟啶虫酰胺单标准溶液：100 μg·mL-1。

10种新烟碱类杀虫剂的单标准溶液：分别取适量的10种新烟碱类杀虫剂标准品(氟啶虫酰胺除外),用乙腈溶解、稀释,配制成质量浓度为100 mg·L-1的单标准溶液,于-18 ℃冰箱中保存。

混合标准中间液：取11种新烟碱类杀虫剂的单标准溶液各10 μL,用乙腈定容至1 mL,配制成质量浓度为1 mg·L-1的混合标准中间液,于-18 ℃冰箱中保存。使用时,用初始比例流动相稀释至所需质量浓度。

呋虫胺标准品的纯度不小于99.9%,吡虫啉、噻虫胺标准品的纯度不小于99.8%,噻虫啉、啶虫脒、噻虫嗪、烯啶虫胺、氟啶虫胺腈标准品的纯度不小于99.0%,氯噻啉标准品的纯度不小于98.0%,环氧虫啶标准品的纯度不小于92.7%;乙腈为色谱纯;乙酸乙酯为分析纯;试验用水为超纯水(电阻率不小于18.2 MΩ·cm)。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 色谱条件

Agilent Poroshell 120 EC-C18色谱柱(100 mm×3.0 mm,2.7 μm);柱温30 ℃;流动相A为0.2%(体积分数,下同)甲酸溶液,B为乙腈;流量0.30 mL·min-1;进样量5 μL。梯度洗脱程序：0～0.5 min,B为35%;0.5 min～4.0 min,B由35%升至60%;4.0～6.5 min,B由60%升至80%;6.5～8.0 min,B由80%降至35%,保持2.0 min。

1.2.2 质谱条件

电喷雾离子(ESI)源,正离子(ESI+)模式;多反应监测(MRM)模式;雾化气流量3.0 L·min-1,干燥气流量10.0 L·min-1;碰撞气为氩气;接口温度300 ℃,加热模块温度400 ℃,脱溶剂管(DL)温度250 ℃;接口电压3 500 V;其他质谱参数见表1,其中“*”代表定量离子。

表1 质谱参数

1.3 试验方法

采集的水样经0.45 μm 滤膜过滤,滤液置于棕色玻璃瓶中,于4 ℃冰箱中保存。分取5 mL水样,置于50 mL具塞离心管中,加入10 mL含1%(体积分数,下同)甲酸的二氯甲烷溶液,涡旋1 min,以转速5 000 r·min-1离心10 min,将下层提取液转移至洁净的玻璃管,上层水样中再加入10 mL含1%甲酸的二氯甲烷溶液重复提取一次,合并两次下层提取液,氮吹至干,加入50 mgN-丙基乙二胺(PSA)和1 mL初始比例流动相,涡旋1 min,过0.22 μm聚醚砜滤膜,滤液按照仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 质谱条件的选择

用50%(体积分数)乙腈溶液配制11种新烟碱类杀虫剂质量浓度均为1 mg·L-1的单标准溶液,用两通替换色谱柱自动进样1 μL,在ESI+模式下初步确定11种新烟碱类杀虫剂的质谱参数[15],包含母离子、响应值较高的子离子和各自的碰撞能量,进一步通过软件自动优化,确定各目标物的母离子、子离子和最佳碰撞能量;再次进样选择响应值最高的子离子作为定量离子,响应值低的为定性离子。优化后的质谱参数见表1。

2.2 色谱条件的选择

试验初始以0.1%(体积分数)甲酸溶液为水相,甲醇为有机相对11种新烟碱类杀虫剂进行分离。结果表明：当目标物质量浓度较低时,环氧虫啶、噻虫嗪和氟啶虫胺腈的色谱峰峰形较宽,响应值偏低;当将甲醇换成乙腈时,各目标物的保留时间均提前,环氧虫啶等的色谱峰峰形、响应值明显得到改善,其他目标物的色谱峰无明显差异;当将水相中甲酸体积分数调整为0.2%时,11种目标物的响应值均有所提高,继续增大甲酸体积比对响应值无影响。因此,试验选择以0.2%甲酸溶液为水相,乙腈为有机相。0.10 μg·L-1混合标准溶液的总离子流色谱图见图1。

峰号1～11对应的化合物名称同表1图1 11种新烟碱类杀虫剂的总离子流色谱图Fig.1 Total ion chromatogram of 11 neonicotinoid pesticides

2.3 滤膜的选择

试验选用聚醚砜、乙酸纤维和尼龙等3种材质的0.22 μm滤膜对10 μg·L-1混合标准溶液进行分析。结果显示：乙酸纤维滤膜对环氧虫啶和氟啶虫酰胺等目标物吸附较大,聚醚砜滤膜得到的11种目标物色谱响应值比尼龙滤膜的更高。因此,试验选择以0.22 μm聚醚砜滤膜进行过滤。

2.4 提取溶剂和净化试剂的选择

试验考察了分别以乙酸乙酯、二氯甲烷和体积比1…1的乙酸乙酯-二氯甲烷的混合溶液为提取溶剂时对空白加标水样(加标量10 μg·L-1)中11种目标物回收率的影响。结果表明：用乙酸乙酯提取时,氯噻啉、啶虫脒和噻虫啉的回收率只有45.0%左右;用二氯甲烷提取时,11种目标物的回收率为61.3%～85.2%;用体积比1…1的乙酸乙酯-二氯甲烷的混合溶液提取时,11种目标物的回收率为51.3%～65.2%。在偏碱性水样中,噻虫嗪、啶虫脒等容易分解,而在二氯甲烷中添加一定量的甲酸可以使其回收率进一步提高。试验发现在二氯甲烷中添加1%甲酸时,11种目标物回收率为65.2%～89.1%。因此, 试验选择以含1%甲酸的二氯甲烷溶液作为提取溶剂。

一些河水样品提取后残留有少量色素,参考QuEChERS净化方法[18-19],考察了PSA和氨基吸附剂(NH2)这两种对色素有吸附作用的净化试剂对11种目标物回收率的影响。结果表明：两种净化试剂对目标物的吸附影响均较小,11种目标物回收率分别为92.2%～100%(PSA)和92.7%～99.4%(NH2),但PSA吸附色素效果比NH2好,回收率相对更稳定。因此,试验选择以PSA为净化试剂。

2.5 标准曲线和测定下限

用初始比例流动相逐级稀释混合标准中间液,配制成质量浓度为0.10,0.20,0.40,1.0,2.0,4.0,10,20,50 μg·L-1的混合标准溶液系列,按照仪器工作条件进行测定。以目标物的质量浓度为横坐标,对应的峰面积为纵坐标进行线性回归,线性参数见表2。

表2 线性参数和测定下限

以10倍信噪比(S/N)计算测定下限(10S/N),结果见表2。

2.6 精密度和回收试验

对空白水样进行低、中、高等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,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表3。

表3 精密度和回收试验结果(n=6)

结果表明：3个加标浓度水平下11种目标物的回收率为62.1%～101%,测定值的RSD为5.0%～15%,能够满足生活饮用水中新烟碱类杀虫剂的检测需求。

2.7 样品分析

为验证方法的适用性,按照试验方法对随机采集的山东地区(潍坊地区为主)的15份水样(自来水8份,河水4份,水库水3份)进行检测。结果显示：8份自来水样品和1份水库水样品中均未检出新烟碱类杀虫剂;4份河水样品和2份水库水样品中新烟碱类杀虫剂均有不同程度地检出,具体检出量见表4。

表4 样品分析结果

结果表明： 在河水和水库水中普遍检出新烟碱类杀虫剂,这给直接饮用者带来一定的健康风险;而经过自来水厂的加工处理,能有效清除或降低新烟碱类杀虫剂的含量,可以安全使用。

本工作提出了QuEChERS-HPLC-MS/MS同时测定生活饮用水中11种新烟碱类杀虫剂含量的方法,该方法线性范围宽、准确度好、灵敏度高,可以为生活饮用水中新烟碱类杀虫剂的检测提供技术支持。