Agilent 7890/5975C气相色谱-质谱联用仪,HP-5MS色谱柱(30 m×250 μ m×0.25 μ m)。所用载气氢气和氦气均购自青岛恒祥气体有限公司,均为高纯气体,纯度大于99.999% 。

有机磷农药混合标准溶液,购自上海阿拉丁试剂公司,产品编号O117922。本农药混合标准溶液含5种有机磷农药,其组成和浓度见表1。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 混合标准溶液中5种有机磷农药及其质量浓度 Table 1 Five organophosphorus pesticides and their mass concentrations in a mixed standard solution Pesticide Chinese name ρ/(mg/L) Dichlorvos 敌敌畏 76.3 Dimethoate 乐果 72.9 Malathion 马拉硫磷 73.8 Parathion 对硫磷 86.0 Methyl parathion 甲基对硫磷 73.0

表1 混合标准溶液中5种有机磷农药及其质量浓度 Table 1 Five organophosphorus pesticides and their mass concentrations in a mixed standard solution

用仪器工作站自带的解卷积软件AMDIS32对分析结果进行解析。本论文不对解析结果进行全面分析,仅就最能说明测定准确度和含量的部分指标进行讨论。

根据AMDIS软件自带的农药库,从Agilent公司网站、国家标准以及检索到的研究论文、出版的有关手册中搜集到 2 000 余种有机农药类化合物及其CAS号,然后利用NIST 11.0的谱图检索功能建立化合物谱图库,再在AMDIS中将其与自带农药库合并,最后建立了一个更大的农药库,含有 1 839 种有机农药及相关化合物。

利用AMDIS32对GC-MS检测结果进行解析。本研究主要关注检测的准确度和信号强度,所以对解析结果进行了筛选,只留下了代表准确度的匹配度(Net:匹配度;Reverse:逆向匹配度)、解良度(Fraction Good,缩写为Frac. Good,意思为“解卷积工作良好度的度量”，未检索到中文译名,暂时以“解良度”表示)和代表含量的丰度(amount,% ，AMDIS软件处理后得到的待测物峰面积占归一化总面积的百分数)。为了便于比较,根据样品检测结果(即19次检测中均检测到了马拉硫磷),将马拉硫磷的丰度设为100% ,其他农药检测到的丰度与马拉硫磷比较,也取其百分数,称为“相对丰度”(relative abundance,% )。具体结果见表2。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 19次检测的AMDIS32解析结果(部分) Table 2 Deconvolution & identification results of the 19 tests by AMDIS32 (Partial) Test No. Pesticide Retention time/min Amount/% Net/% Reverse/% Relative abundance/% Frac. Good/% 1 dichlorvos 8.840 0.28 97 98 59.91 94.4 malathion 24.729 0.46 86 88 100.00 96.3 2 dichlorvos 3.727 0.86 98 98 70.49 96.3 malathion 19.667 1.22 81 80 100.00 97.6 3 dichlorvos 4.811 0.17 92 94 150.45 80.7 malathion 22.256 0.11 89 90 100.00 80.8 methyl parathion 19.917 0.01 69 79 5.14 41.4 4 dichlorvos 4.811 0.17 93 94 73.16 83.1 malathion 22.256 0.23 88 88 100.00 85.3 parathion 20.966 0.02 80 83 8.18 53.3 5 dichlorvos 4.862 0.24 97 98 48.37 86.5 malathion 22.247 0.49 89 89 100.00 91.2 methyl parathion 19.986 0.01 66 78 2.73 49.1 6 dichlorvos 4.863 0.37 97 98 66.25 91.4 malathion 22.238 0.55 89 89 100.00 94.1 methyl parathion 19.997 0.01 87 90 2.51 65.4 7 dichlorvos 4.861 0.73 99 99 105.84 97.1 malathion 22.237 0.69 85 85 100.00 93.8 methyl parathion 19.978 0.02 87 92 2.89 63.2 8 dichlorvos 8.840 0.28 97 98 60.00 94.4 malathion 24.729 0.47 86 88 100.00 96.3 9 dichlorvos 10.466 0.30 97 98 39.06 93.5 malathion 26.654 0.77 83 83 100.00 96.3 methyl parathion 25.150 0.02 81 85 2.51 68.6 parathion 27.025 0.08 85 87 10.55 62.5 10 dichlorvos 10.464 0.27 97 97 36.52 94.0 malathion 26.656 0.74 83 82 100.00 95.7 methyl parathion 25.132 0.02 85 88 2.68 66.5 parathion 27.016 0.08 84 86 11.23 74.9 11 dichlorvos 10.614 0.29 97 98 37.58 90.6 malathion 26.344 0.78 89 88 100.00 95.5 methyl parathion 25.816 0.02 84 87 2.92 65.5 parathion 27.027 0.05 89 90 13.02 66.8 12 dichlorvos 6.321 3.56 100 100 72.65 99.8 dimethoate 18.520 0.07 85 91 1.38 85.0 malathion 25.927 4.90 100 99 100.00 99.5 methyl parathion 22.862 1.73 100 99 35.31 98.6 parathion 26.424 3.55 99 98 72.45 99.0 13 dichlorvos 7.628 1.23 99 99 131.69 96.5 malathion 28.196 0.93 90 90 100.00 91.7 methyl parathion 28.700 0.05 86 88 5.05 56.3 14 dichlorvos 7.916 0.71 99 98 160.72 95.0 malathion 28.459 0.44 91 92 100.00 90.2 parathion 28.958 0.02 76 81 4.40 42.3 15 dichlorvos 8.101 1.61 99 98 89.44 97.9 malathion 28.599 1.80 96 95 100.00 93.9 methyl parathion 28.827 0.07 80 84 4.16 66.1 parathion 29.077 0.25 90 91 13.89 68.7 16 dichlorvos 12.305 2.16 96 100 28.76 98.7 dimethoate 23.965 0.74 93 96 9.84 96.1 malathion 28.751 7.51 100 99 100.00 99.6 methyl parathion 27.192 2.04 99 99 27.16 98.8 parathion 29.130 3.48 98 98 46.34 98.3 17 malathion 31.039 0.13 95 95 100.00 94.4 methyl parathion 29.692 0.01 85 88 6.07 75.8 parathion 31.563 0.02 90 90 13.86 71.0 18 malathion 31.058 0.09 90 92 100.00 90.6 methyl parathion 29.804 0.00 71 80 1.72 41.3 parathion 31.620 0.01 83 84 11.12 65.9 19 dichlorvos 26.778 0.00 85 91 0.31 68.1 malathion 53.457 0.37 100 99 100.00 99.3 methyl parathion 50.705 0.14 100 99 37.84 99.2 parathion 53.941 0.25 96 98 67.30 98.3

表2 19次检测的AMDIS32解析结果(部分) Table 2 Deconvolution & identification results of the 19 tests by AMDIS32 (Partial)

由表2可见,这19次检测的结果差别很大。马拉硫磷每次都可以检测到,敌敌畏检测到了17次,甲基对硫磷检测到了14次,对硫磷检测到了11次,而乐果只检测到了2次(12、16号)。这2次检测到乐果的检测条件均以氦气为载气,而且载气种类设置与实际一致,只有这2次检测到了全部5种农药。显然,从这个意义上说,以氦气为载气是最合适的。当然,这两次检测结果的差别也很大,说明升温程序对结果有巨大影响。

完全以氢气为载气、升温程序相同的5次检测(3～7号)结果也不一致,其中4次检测到甲基对硫磷,1次检测到对硫磷,而马拉硫磷、敌敌畏5次均检测到。这是5次重复检测,但结果显示,检测重复性很差。这也说明,用氢气作载气进行有机磷农药的检测结果不很理想。

同样是完全以氢气为载气的3次重复检测(9～11号),只是升温程序不同,但结果却大不一样。这3次检测均检测到4种农药,也都未检测到乐果,其重复性较好。这又一次说明升温程序对检测结果的影响之大。但因未检测到全部5种农药,这几种方法仍不合适。

在载气种类设置不当的情况下,以氦气为载气进行了3次重复检测(13～15号),但这3次结果相差也很大,可能是由于载气种类设置不当导致仪器运行时产生了混乱,从而使结果也较混乱。

1、8号也是重复检测,虽然其重复性很好,但均只检测到了2种农药。17、18号也是重复检测,重复性不理想,而且也均有2种农药未检测到。这两组重复检测都是载气种类设置和实际不一致。

从上述分析可见,检测有机磷农药不适合使用氢气为载气,检测升温程序也非常重要。

为了进一步了解19次检测结果相互间的异同,需要通过聚类分析对全部结果进行统计处理。本研究主要对19次检测进行对比,因此选用系统聚类法中的样品聚类,19个检测号作为样品号,变量为5种磷农药,距离计算采用欧氏距离,聚类方法采用最近邻居法。此处仅对相对丰度和解良度进行处理,结果见图1和图2。

图1

Fig. 1

图1 相对丰度聚类谱系图 Fig.1 Hierarchical dendrogram of relative abundance

图2

Fig. 2

图2 解良度聚类谱系图 Fig.2 Hierarchical dendrogram of fraction good

这两个图的共同点就是无论相对丰度还是解良度,12、16号检测均单独聚为1类,显示出这2次检测的相似性。这两个样品均以氦气为载气,实际和设置一致。而同样是载气的设置和实际一致的3～7号和9～11号聚类结果却要复杂得多,它们或者跟其他检测相混,或者插入了其他检测样品;这些检测均以氢气为载气,说明氢气为载气时信号不稳定。

从图1看,19号独立,17、18号为一组,这些都是合理的；9～11号本身就是重复检测,条件完全一样,聚为一组也合理；3～7号虽然较复杂,但聚为一组的聚类距离也不是很大,只是与1、8、13号都聚为一组了;13～15号本是重复测定,在该图中却极为分散,直到把所有这些包括2号的共14次检测聚为一类时它们才得以重逢,而这14次检测包括多种检测程序，这也说明了这些检测程序的相似性,但这是在测定准确度不高的基础上的相似性。

从图2看,情况与图1虽很相似,但也有差别。如9～11号、15号先聚为一类,再与19号聚为一类;而13～15号却更分散,直到将除12、16号以外的17次检测聚为一类才最终相聚。解良度是衡量仪器对不同化合物分辨能力的重要指标,尤其是对复杂样品,当出峰多而密集时,高的解良度标志着AMDIS对重叠峰的解析结果更加清晰、可靠。12、16号解良度非常接近,明显高于其他检测,二者单独聚类,而且直到最后才与由17次检测共聚的一类再次聚类,说明这2次测定的可靠性高度一致,而且明显优于其他检测。

从这两个指标的聚类分析结果也可以看出,如果使用氢气作载气,或者载气种类设置与实际载气不一致,检测结果均不理想。这与2.2节的分析结论是一致的,即氢气不太适合作为载气用于有机磷农药的气相色谱-质谱联用检测。当然,如果改用其他色谱柱,或者可以得出满意的结果,这有待进一步研究。另外,以氢气为载气的11次检测解良度平均值为81.9% ,而以氦气为载气时8次检测的平均值为85.8% ,说明氦气作为载气对检测信号的分解有利,这与Munoz-Guerra等^[4]的结论是一致的。

从表2的保留时间还可以看出,3、4号和12号升温程序一样,载气分别为氢气和氦气,3、4号共检测到了4种化合物,即敌敌畏、甲基对硫磷、马拉硫磷和对硫磷,载气改用氦气后,保留时间分别延长了1.51、2.94、3.67、5.46 min,可见,氢气作为载气的确可以在一定程度上缩短分析时间;而这4种化合物出峰的时间间隔由17.4 min增加到了20.1 min,虽然氦气使出峰更慢了,但各峰的分离度也大大增加了。另外,出峰顺序也发生了变化,氢气为载气时马拉硫磷出峰最晚,而氦气为载气时对硫磷最晚。

9号和16号升温程序一样,载气分别为氢气和氦气,9号也检测到了4种化合物,即敌敌畏、甲基对硫磷、马拉硫磷和对硫磷。载气改用氦气后,保留时间分别延长了1.84、2.0、2.1、2.1 min,氢气作为载气分析时间也稍短于氦气;4种化合物出峰的时间间隔分别为16.6和16.8 min,出峰顺序和时间间隔均无明显变化,这是与上述情况不同的。从这个角度看,本升温程序比上述升温程序要好。

其他检测方法由于比较复杂,此处不多讨论。总体看来,氢气作载气时分析时间的确稍短于氦气,但样品出峰快、分析时间短^{[1, 2]}的优势并不明显,而比较明显的是出峰时间间隔,这对化合物的分离更加重要。当然,一般检测时氢气作载气流速大得多,使其出峰很快,能明显缩短分析时间,但峰的分离度却不一定好,这需要慎重对待。