有机磷农药是农药中极为重要的一类化合物,广泛作用于防治农作物病虫害,其品种繁多、高效广谱、易分解,多为磷酸酯类或硫代磷酸酯类化合物[1],对生物体具有一定的毒性,对人、畜毒性较大,因此环境中有机磷农药的污染和危害已日益引起人们的广泛关注。有机磷农药的测定可采用气相色谱-火焰光度法、气相色谱-氮磷法和气相色谱-质谱法等[2-3],土壤样品的前处理方法主要有索氏提取、自动索氏提取、加速溶剂提取、超声提取等[4-5]。由于土壤有机物成分复杂,在提取过程中,除了有机磷农药,其他有机污染物也会被提取出来,因此需要在分析前对样品进行净化从而消除干扰,常用的净化方法有柱层析法、固相小柱法和凝胶色谱法等[6]。商品化的固相净化柱使用简便、性能稳定、结果重现性好,是土壤有机磷分析中较为普遍的净化方法[7]。目前常用的净化小柱有硅胶小柱、弗罗里硅土小柱,C18柱、Al2O3柱等。
现采用索氏提取、硅胶小柱净化、气相色谱法测定土壤中37种有机磷农药,主要包括敌敌畏、甲胺磷、速灭磷、乙酰甲胺磷、甲拌磷、治螟磷、特丁硫磷、二嗪磷、异稻瘟净、乐果、甲基对硫磷、马拉硫磷等常见的有机磷农药。
1 实验部分 1.1 仪器与试剂仪器:Agilent 7890 A气相色谱仪,配有火焰光度检测器(美国安捷伦公司);ASE 350加速溶剂萃取仪(美国戴安公司);LANYI-650 Y超声波提取仪(上海兰仪实业有限公司);GPC ULTRA 10836凝胶渗透色谱仪(德国LCtech公司);Hei-VAP旋转蒸发仪(德国Heidolph公司);DC-12氮吹浓缩仪(上海安谱实验科技股份有限公司)。DB-1701石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm,内涂14%氰丙基-苯基甲基聚硅氧烷),DB-5石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm,内涂5%苯甲基聚硅氧烷),硅胶小柱(1 g/6 mL),均购自美国安捷伦公司。
试剂:二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯(均为农残级,上海安谱实验科技股份有限公司);无水硫酸钠(分析纯,泰州市恒泰玻化有限公司);37种有机磷混合标准溶液(定制,ρ=1 000 mg/L,溶剂为正己烷,美国Accstandard公司)。
1.2 试剂配制37种有机磷混合标准使用液的配制:量取适量的有机磷混合标准溶液,用正己烷稀释配制成质量浓度为100 mg/L的标准使用液。有机磷标准系列溶液的配制:量取适量的有机磷混合标准使用液,用正己烷稀释,配制成质量浓度为0.500,1.00,2.00,5.00和10.0 mg/L的系列标准溶液。
1.3 样品采集与保存样品应采集于预先洗净烘干的棕色玻璃瓶内,避光于4 ℃以下冷藏保存,保存时间为7 d。样品提取溶液应避光于4 ℃以下冷藏保存,在40 d内分析完毕。
1.4 样品的前处理 1.4.1 试样的制备称取10 g左右的土壤样品,加入5~20 g无水硫酸钠研磨均匀,通过索氏提取装置,以200 mL正己烷-丙酮(V/V=1:1)萃取18~24 h。
1.4.2 固相柱净化依次用5 mL乙酸乙酯和15 mL正己烷活化硅胶小柱,弃去流出液。将萃取浓缩液移入硅胶小柱,再以5 mL正己烷淋洗,弃去流出液。最后用10 mL正己烷-乙酸乙酯(V/V=9:1)为溶剂洗脱,洗脱液于浓缩管中定容至1 mL,待色谱分析。
1.5 气相色谱分析条件进样方式:分流进样;分流比:10:1;进样口温度:250 ℃;检测器温度:240 ℃;色谱柱流量:1.0 mL/min;氢气流量:75 mL/min;空气流量:100 mL/min;尾吹氮气流量:60 mL/min;进样量:1.0 μL。程序升温:初始温度60 ℃,以5 ℃/min速度升温至150 ℃(保持5 min),以5 ℃/min速度升温至190 ℃(保持5 min),以5 ℃/min速度升温至220 ℃(保持5 min),以5 ℃/min速度升温至260 ℃(保持10 min)。
2 结果与讨论 2.1 标准色谱图37种有机磷农药在色谱柱DB-1701上的标准色谱图见图 1,结果表明,大部分有机磷农药在色谱柱DB-1701上的分离效果较好,特丁硫磷、二嗪磷、赛灭磷、益棉磷等物质分离效果略差于其他有机磷农药,但也能够满足有机磷农药监测分析的要求。如果目标化合物有检出,可用色谱柱DB-5辅助定性予以确认。
2.2 样品提取方式对比
向10 g石英砂中加入20 μL质量浓度为100 mg/L的有机磷农药混合标准使用液,分别用索氏提取、加速溶剂萃取、超声波提取3种方式提取土壤中的有机磷农药,分析对比提取效率,结果见表 1(序号对应的化合物名称同图 1,表 2—4同)。由表 1可见,索氏提取的加标回收率为71.4%~95.7%,加速溶剂萃取的加标回收率为65.3%~92.3%,超声波提取的加标回收率为62.8%~88.2%。对比可知,土壤中的37种有机磷农药用索氏提取的效率最高(均>70%),因此选用索氏提取法来提取土壤中的有机磷农药。
序号 | 提取效率 | ||
索氏提取 | 加速溶剂萃取 | 超声波提取 | |
1 | 75.4 | 69.2 | 70.3 |
2 | 79.9 | 75.0 | 74.9 |
3 | 94.1 | 92.3 | 85.9 |
4 | 76.3 | 75.4 | 69.7 |
5 | 86.8 | 87.2 | 75.2 |
6 | 87.3 | 89.8 | 85.7 |
7 | 75.0 | 65.3 | 76.1 |
8 | 88.4 | 90.7 | 75.8 |
9 | 87.3 | 85.2 | 69.5 |
10 | 89.0 | 88.4 | 85.3 |
11 | 71.8 | 78.2 | 79.2 |
12 | 83.5 | 82.5 | 75.8 |
13 | 91.4 | 85.0 | 67.3 |
14 | 90.1 | 89.9 | 75.6 |
15 | 85.8 | 82.8 | 70.7 |
16 | 73.5 | 84.2 | 62.8 |
17 | 73.9 | 75.0 | 69.4 |
18 | 79.6 | 83.6 | 75.2 |
19 | 72.0 | 70.4 | 70.4 |
20 | 71.4 | 72.9 | 75.0 |
21 | 85.8 | 73.8 | 72.5 |
22 | 75.2 | 75.0 | 69.3 |
23 | 86.7 | 85.2 | 75.1 |
24 | 84.1 | 75.5 | 77.2 |
25 | 95.7 | 89.8 | 75.9 |
26 | 85.0 | 83.1 | 74.2 |
27 | 91.8 | 85.7 | 78.2 |
28 | 79.2 | 80.4 | 74.3 |
29 | 92.9 | 86.7 | 75.8 |
30 | 89.5 | 86.2 | 77.0 |
31 | 72.6 | 71.8 | 65.1 |
32 | 85.3 | 83.0 | 70.8 |
33 | 85.6 | 82.7 | 80.6 |
34 | 92.6 | 85.4 | 88.2 |
35 | 76.2 | 80.9 | 78.4 |
36 | 86.5 | 82.8 | 72.0 |
37 | 80.7 | 75.6 | 75.3 |
序号 | 回收率 | |
固相萃取小柱 | 凝胶色谱净化 | |
1 | 93.2 | 86.1 |
2 | 95.5 | 89.0 |
3 | 92.4 | 93.8 |
4 | 88.5 | 85.7 |
5 | 90.0 | 91.5 |
6 | 94.3 | 88.4 |
7 | 86.0 | 85.1 |
8 | 93.2 | 83.9 |
9 | 94.3 | 85.2 |
10 | 91.9 | 80.1 |
11 | 90.8 | 85.4 |
12 | 92.5 | 81.3 |
13 | 90.2 | 83.0 |
14 | 96.4 | 86.8 |
15 | 93.0 | 82.5 |
16 | 92.5 | 86.9 |
17 | 96.3 | 85.1 |
18 | 102 | 89.5 |
19 | 91.4 | 82.0 |
20 | 92.8 | 88.5 |
21 | 88.5 | 92.9 |
22 | 89.0 | 78.0 |
23 | 96.7 | 86.1 |
24 | 94.8 | 82.9 |
25 | 86.9 | 79.2 |
26 | 89.7 | 85.6 |
27 | 95.9 | 88.4 |
28 | 86.7 | 83.1 |
29 | 95.3 | 88.3 |
30 | 92.9 | 82.6 |
31 | 96.8 | 88.8 |
32 | 87.4 | 84.5 |
33 | 87.2 | 82.7 |
34 | 92.6 | 85.4 |
35 | 91.2 | 84.1 |
36 | 89.5 | 82.8 |
37 | 95.7 | 86.9 |
序号 | 检出限 | 测定下限 |
1 | 0.002 | 0.008 |
2 | 0.006 | 0.024 |
3 | 0.005 | 0.020 |
4 | 0.007 | 0.028 |
5 | 0.003 | 0.012 |
6 | 0.004 | 0.016 |
7 | 0.007 | 0.028 |
8 | 0.005 | 0.020 |
9 | 0.006 | 0.024 |
10 | 0.006 | 0.024 |
11 | 0.007 | 0.028 |
12 | 0.006 | 0.024 |
13 | 0.006 | 0.024 |
14 | 0.006 | 0.024 |
15 | 0.006 | 0.024 |
16 | 0.005 | 0.020 |
17 | 0.006 | 0.024 |
18 | 0.003 | 0.012 |
19 | 0.006 | 0.024 |
20 | 0.007 | 0.028 |
21 | 0.013 | 0.052 |
22 | 0.015 | 0.060 |
23 | 0.015 | 0.060 |
24 | 0.015 | 0.060 |
25 | 0.012 | 0.048 |
26 | 0.015 | 0.060 |
27 | 0.012 | 0.048 |
28 | 0.003 | 0.012 |
29 | 0.012 | 0.048 |
30 | 0.006 | 0.024 |
31 | 0.012 | 0.048 |
32 | 0.003 | 0.012 |
33 | 0.003 | 0.012 |
34 | 0.012 | 0.048 |
35 | 0.015 | 0.060 |
36 | 0.002 | 0.008 |
37 | 0.012 | 0.048 |
序号 | 0.05 mg/kg样品 | 0.20 mg/kg样品 | 1.00 mg/kg样品 | |||||
加标回收率 | 相对标准偏差 | 加标回收率 | 相对标准偏差 | 加标回收率 | 相对标准偏差 | |||
1 | 79.2 | 9.1 | 74.9 | 8.9 | 80.5 | 11.5 | ||
2 | 80.6 | 6.7 | 79.3 | 10.5 | 76.1 | 8.4 | ||
3 | 89.9 | 9.2 | 86.8 | 10.8 | 91.9 | 12.2 | ||
4 | 75.4 | 10.1 | 72.7 | 10.3 | 75.0 | 8.6 | ||
5 | 88.9 | 4.6 | 84.5 | 8.5 | 89.9 | 9.9 | ||
6 | 89.7 | 7.5 | 82.9 | 9.7 | 86.2 | 10.3 | ||
7 | 72.8 | 5.9 | 78.1 | 7.5 | 80.1 | 10.4 | ||
8 | 91.0 | 9.2 | 90.5 | 12.2 | 86.8 | 8.3 | ||
9 | 85.9 | 5.8 | 90.1 | 9.4 | 88.2 | 7.0 | ||
10 | 90.3 | 12.4 | 85.3 | 13.5 | 86.9 | 12.9 | ||
11 | 75.8 | 10.3 | 74.0 | 10.9 | 77.6 | 9.4 | ||
12 | 81.6 | 4.8 | 81.4 | 4.3 | 87.3 | 7.2 | ||
13 | 82.0 | 8.4 | 82.1 | 9.6 | 87.7 | 11.5 | ||
14 | 102 | 13.7 | 87.9 | 10.3 | 95.8 | 10.7 | ||
15 | 87.3 | 8.5 | 101 | 8.5 | 103 | 10.0 | ||
16 | 78.2 | 7.0 | 80.0 | 9.6 | 82.5 | 7.0 | ||
17 | 74.9 | 10.0 | 78.7 | 11.8 | 74.6 | 8.8 | ||
18 | 82.2 | 5.3 | 80.3 | 7.2 | 81.5 | 8.4 | ||
19 | 74.5 | 12.1 | 80.9 | 13.8 | 76.3 | 14.6 | ||
20 | 72.8 | 9.4 | 71.5 | 12.0 | 74.8 | 11.5 | ||
21 | 83.8 | 5.6 | 80.9 | 7.3 | 79.2 | 6.8 | ||
22 | 76.3 | 6.4 | 72.5 | 10.6 | 80.5 | 9.3 | ||
23 | 92.8 | 5.7 | 90.8 | 8.4 | 86.9 | 8.9 | ||
24 | 81.6 | 4.2 | 87.2 | 7.2 | 83.5 | 9.5 | ||
25 | 104 | 4.9 | 90.6 | 5.3 | 86.6 | 8.4 | ||
26 | 81.0 | 8.5 | 82.8 | 13.6 | 84.1 | 11.7 | ||
27 | 94.2 | 11.0 | 101 | 12.8 | 109 | 10.9 | ||
28 | 78.3 | 8.3 | 80.4 | 9.1 | 77.3 | 11.0 | ||
29 | 91.4 | 7.6 | 86.9 | 11.8 | 83.8 | 9.6 | ||
30 | 89.3 | 7.9 | 83.2 | 12.0 | 85.2 | 10.2 | ||
31 | 74.5 | 10.2 | 75.5 | 10.3 | 77.4 | 12.4 | ||
32 | 82.8 | 9.5 | 84.7 | 8.6 | 80.0 | 11.6 | ||
33 | 83.6 | 8.8 | 84.0 | 9.3 | 85.1 | 10.7 | ||
34 | 86.0 | 12.2 | 82.8 | 10.3 | 88.5 | 13.8 | ||
35 | 77.5 | 13.8 | 72.9 | 12.6 | 76.3 | 14.2 | ||
36 | 85.2 | 10.4 | 83.1 | 9.8 | 80.9 | 11.5 | ||
37 | 74.2 | 6.6 | 80.9 | 6.3 | 78.5 | 8.6 |
2.3 样品净化方式对比
称取10 g土壤样品,经索氏提取后,向萃取浓缩液中加入20 μL质量浓度为100 mg/L的有机磷农药混合标准使用液,分别用硅胶小柱和凝胶色谱净化,分析对比其回收率,结果见表 2。由表 2可见,固相萃取小柱净化土壤中有机磷农药的回收率范围为86.0%~102%,凝胶色谱净化土壤中有机磷农药的回收率范围为78.0%~93.8%,固相萃取小柱的净化效果优于凝胶色谱净化,因此选用固相萃取小柱作为土壤中有机磷农药的净化方法。
2.4 检出限选择预计方法检出限2~5倍响应值所对应浓度的样品进行重复平行测定7次,计算测定结果的标准偏差,按照公式MDL=t(n-1, 0.99)×S计算方法检出限(t为自由度为n-1,置信度为0.99时的t分布;n为样品的平行测定次数;S为n次平行测定的标准偏差)。实验以石英砂为空白基体,加入37种有机磷农药混合标准溶液,配制7个质量比为0.030 mg/kg的空白加标样品,经提取和浓缩后上机测定,计算得出各化合物组分的方法检出限,结果见表 3。由表 3可见,有机磷农药方法检出限为0.002~0.015 mg/kg,测定下限为0.008~0.060 mg/kg(4倍方法检出限)。
2.5 精密度和准确度称取10 g实际土壤样品,分别加入37种有机磷混合标准溶液,制成低、中、高3种不同质量比(0.05,0.20和1.00 mg/kg)的土壤样品。经提取浓缩后,平行测定6次,分别计算其加标回收率和相对标准偏差,结果见表 4。由表 4可知,0.05 mg/kg土壤样品中37种有机磷农药的加标回收率为72.8%~104%,相对标准偏差为4.2%~13.8%;0.20 mg/kg土壤样品中37种有机磷农药的加标回收率为71.5%~101%,相对标准偏差为4.3%~13.5%;1.00 mg/kg土壤样品中37种有机磷农药的加标回收率为74.6%~109%,相对标准偏差为6.8%~14.6%。3种土壤样品都有较好的精密度和准确度,说明该方法的可操作性较强。
3 结语通过实验建立了索氏提取-硅胶小柱净化-气相色谱法测定土壤中37种有机磷农药的方法,方法检出限为0.002~0.015 mg/kg,测定下限为0.008~0.060 mg/kg。0.05 mg/kg加标样品中有机磷农药的加标回收率为72.8%~104%,相对标准偏差为4.2%~13.8%;0.20 mg/kg加标样品中有机磷农药的加标回收率为71.5%~101%,相对标准偏差为4.3%~13.5%;1.00 mg/kg加标样品中有机磷农药的加标回收率为74.6%~109%,相对标准偏差为6.8%~14.6%。该方法分离效果好、灵敏度高、重现性好,通过对实际土壤加标样品的测定,说明该方法准确可靠,能够满足土壤中37种有机磷农药残留检测的要求。
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