色谱  2016, Vol. 34 Issue (9): 912-917   PDF    
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陈闻
耿梅梅
张丽萍
许丽卫
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李春勇
彭灿
王久荣
张美文
高效液相色谱法测定土壤中香豆素类灭鼠药残留
陈闻, 耿梅梅, 张丽萍, 许丽卫, 袁红朝, 李春勇, 彭灿, 王久荣, 张美文     
中国科学院亚热带农业生态研究所, 亚热带农业生态过程重点实验室, 湖南 长沙 410125
摘要:建立了测定土壤中杀鼠灵、杀鼠醚、溴敌隆、氟鼠灵、溴鼠隆5种香豆素类灭鼠药残留量的柱后衍生荧光检测高效液相色谱方法。样品在加入内标物氯杀鼠灵后用丙酮-氨水-甲醇(体积比为100:3:100)混合液提取,浓缩的提取液用5 mL正己烷-氯仿(体积比为3:1)混合液溶解,NH2固相萃取小柱净化,用15 mL 50 mmol/L四丁基磷酸二氢铵甲醇溶液洗脱分析物,移除溶剂,用甲醇-0.25%(体积分数)乙酸水溶液(体积比为3:2)混合液溶解,过滤后,经高效液相色谱分离,以甲醇-氨水-水(体积比为1:1:8)混合液为衍生试剂进行柱后衍生,采用荧光检测器检测。杀鼠灵、杀鼠醚、溴敌隆、氟鼠灵、溴鼠隆5种鼠药在0.02~10.00 mg/L范围内线性关系良好,相关系数均大于0.999,定量限(LOQ,S/N=10)为2.2~18.5 μg/L。在0.1~0.3 mg/kg添加水平内,5种灭鼠药的回收率为94.6%~118.0%,相对标准偏差(RSD)为0.8%~10.2% (n=3)。实验结果表明该方法灵敏、准确,重复性好。
关键词高效液相色谱     柱后衍生     荧光检测     香豆素类灭鼠药     残留     土壤    
Determination of coumarin rodenticides in soils by high performance liquid chromatography
CHEN Wen, GENG Meimei, ZHANG Liping, XU Liwei, YUAN Hongzhao, LI Chunyong, PENG Can, WANG Jiurong, ZHANG Meiwen     
Key Laboratory for Agro-Ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China
Foundation Item: China-New Zealand Collaborative Project (No. 2014DFG31760); Guangdong Provincial Science and Technology Project (No. 2014A020208059).
* Corresponding author. Tel:(0731)84615225,E-mail:jrwang@isa.ac.cn.
Abstract: A method for the determination of warfarin, coumatetralyl, bromadiolone, flocoumafen and brodifacoum residues in soils with post-column derivatization and fluorescence detection by high performance liquid chromatography (HPLC) was established. The samples were extracted with a mixed solution of acetone, ammonium and methanol (100:3:100, v/v/v) after adding ratilan as internal standard. The extracts were vacuum-concentrated and dissolved in 5 mL mixed solution of hexane and chloroform (3:1, v/v) for solid phase extraction (SPE) clean up on an aminopropyl column. The analytes were eluted from the column using 15 mL of 50 mmol/L tetrabutylammonium dihydrogen phosphate in methanol. The solvent was evaporated and the sample was dissolved in a mixed solution of methanol and 0.25% (v/v) acetic acid aqueous solution (3:2, v/v). The coumarin rodenticides were separated on a C18 column by HPLC and on-line derivatized with a mixed solution of methanol, ammonium and water (1:1:8, v/v/v) and detected with a fluorescence detector. Good linearities of the analytes were achieved over the mass concentration of 0.02-10.00 mg/L, with correlation coefficients above 0. 999. The limits of quantification (LOQ, S/N=10) were 2.2-18.5 μg/L for the five coumarin rodenticides. The recoveries were 94.6%-118.0% at the spiked levels of 0.1-0.3 mg/kg in soil with the relative standard deviations of 0.8%-10.2% (n=3). The results indicated that the method is sensitive and accurate with repeatability.
Key words: high performance liquid chromatography (HPLC)     post-column derivatization     fluorescence detection     coumarin rodenticides     residues     soils    

杀鼠灵、杀鼠醚、氯杀鼠灵属于第一代抗凝血灭鼠药,溴敌隆、氟鼠灵、溴鼠隆属于第二代抗凝血灭鼠药[1, 2],由于两代抗凝血型灭鼠药均具有香豆素的化学结构(见图 1),因此也称为香豆素类抗凝血灭鼠药。香豆素类抗凝血灭鼠药具有适口性好,毒性大,对各种鼠类包括对其他抗凝血药具有抗药性的鼠种均具有良好的杀灭作用,且二次中毒程度较轻,对人、畜相对安全,因此广泛用于农田控鼠;然而此类化合物性质相对稳定,半衰期长[3],在农田长期使用可能会导致该类化合物在环境中累积,进而对生态环境造成潜在的危害。因此,开展投放环境中香豆素类抗凝血灭鼠药的痕量分析方法研究具有重要的现实意义。色谱技术中的化学衍生法是指在色谱过程中用特殊的化学试剂(一般称为衍生化试剂)使样品中的目标成分转变为相应的衍生物之后进行分离检测的方法。一直以来,化学衍生法因其可将检测对象转变为荧光衍生物或引入紫外-可见光强吸收功能基团,从而提高液相色谱的检测灵敏度、分离度或选择性而倍受重视,国内外已有较多研究将衍生法应用于色谱分离[4-6]

图 1 6种香豆素类灭鼠药的结构式 Fig. 1 Structures of the six coumarin rodenticides

目前已经报道的检测香豆素类灭鼠药的方法有气相色谱法[7, 8]、气相色谱-串联质谱法[9-11]、高效液相色谱法[1, 12-15]以及高效液相色谱-串联质谱法[3, 16-20]等。香豆素类灭鼠药不易气化,热稳定性差,用气相色谱法或气相色谱-串联质谱法难以分析;而液相色谱法多数直接以紫外检测法或荧光检测法检测,灵敏度难以满足实际检测工作的需要;液相色谱-串联质谱法虽然精度高、准确性好,但是仪器价格昂贵,测试成本偏高;且报道的文献中以检测诱饵、食品、生物样品中溴敌隆的含量居多,检测土壤中灭鼠药残留量方法的报道较少[11],其中同时检测土壤中5种香豆素类灭鼠剂的方法尚未见报道。本文依据碱性条件下香豆素类化合物荧光会增强的原理[1],在分析柱后以碱性溶液衍生以提高目标物的灵敏度。本文建立了一种柱后衍生荧光检测测定土壤中杀鼠灵、杀鼠醚、溴敌隆、氟鼠灵、溴鼠隆5种香豆素类灭鼠药残留量的高效液相色谱法,具有灵敏度高、准确性好的特点。

1 实验部分
1.1 仪器

Agilent 1260高效液相色谱仪,配有二元泵、自动进样器、柱温箱、荧光检测器、Agilent化学工作站(Agilent,美国); PCR2-R050-R015柱后衍生器(Scientific Systems,美国); RVC 2-25 CD plus真空离心浓缩仪(Christ,德国); KQ-500DE数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司); ZW-2112恒温振荡器(上海智城分析仪器制造有限公司); VisiprepTM SPE固相萃取仪(Supelco,美国); Mega Bond Elut-NH2柱(500 mg/6 mL,Agilent); PureLab Classic DI超纯水仪(ELGA,英国); CR22 GII冷冻离心机(Hitachi Limited,日本)。

1.2 试剂

杀鼠灵(warfarin)、杀鼠醚(coumatetralyl)、氟鼠灵(flocoumafen)、溴敌隆(bromadiolone)标准溶液(100 mg/L,溶剂为甲醇,上海市农药研究所有限公司),溴鼠隆(brodifacoum)标准溶液(100 mg/L,溶剂为甲醇,美国AccuStandard公司);氯杀鼠灵(ratilan)标准品(纯度为99.0%,德国Dr. Ehrenstorfer公司);正己烷、氯仿、氨水、丙酮(分析纯,国药集团化学试剂有限公司),乙腈(色谱纯,美国Fisher公司),乙酸(优级纯,国药集团化学试剂有限公司),四丁基磷酸二氢铵(纯度为98%,将来试剂公司),分析纯甲醇(国药集团化学试剂有限公司,仅用于配制提取试剂)、色谱纯甲醇(美国Fisher公司,用于样品净化、柱后衍生及色谱分析)、超纯水(18.2MΩ·cm)。

混合标准液:准确移取0.1mL杀鼠灵、0.1 mL杀鼠醚、0.1 mL溴敌隆、0.1 mL氟鼠灵、0.05 mL溴鼠隆标准溶液于1 mL棕色容量瓶中,用甲醇定容至刻度。

内标标准液:准确称取1.000mg氯杀鼠灵于10 mL容量瓶中,用甲醇定容至刻度。

混合工作液:分别吸取混合标准液0.05、0.1、0.2、0.5、1.0mL至10 mL容量瓶中,加入50 μL 100 mg/L氯杀鼠灵,用甲醇-0.25%(v/v)乙酸水溶液(体积比为3:2)定容,得到0.05、0.1、0.2、0.5、1.0 mg/L 5个浓度梯度的混合工作液。该工作液用于样品回收率试验以及样品分析。

1.3 仪器条件
1.3.1 液相色谱条件

Agilent Zorbax SB-C18色谱柱(150 mm×4.6mm,5 μm),流速:0.8 mL/min,进样量:20 μL,柱温35 ℃,检测器:荧光检测器,激发波长310 nm,发射波长390 nm。流动相A:甲醇;流动相B:乙腈;流动相C: 0.25%(体积分数)乙酸水溶液,梯度洗脱程序见表 1

表 1 梯度洗脱程序 Table 1 Gradient elution procedure
1.3.2 柱后衍生系统条件

衍生试剂为甲醇-氨水-水(体积比为1:1:8)混合液,衍生试剂流速0.3mL/min,反应器温度35 ℃,反应器体积0.5 mL。

1.4 样品前处理

采集与制备:土样为长沙近郊蔬菜田放置过灭鼠药的土壤。在试验小区内以S形随机采取0~10cm厚的上层土壤并混合均匀。土样冷冻干燥后,去除碎石、草根、败叶,磨碎,过60目筛。

提取:称取土样1.0g并置于50 mL具塞离心管中,加入5 μL内标标准液(即100 mg/L氯杀鼠灵),加入15 mL丙酮-氨水-甲醇(体积比为100:3:100)混合液振荡10 min,超声10 min,3 000 r/min离心5 min,将上清液转移至50 mL具塞离心管中,再加10 mL提取液于沉淀中重复提取两次,合并3次上清液于30 ℃下真空浓缩。

净化:浓缩后所得残渣用5 mL正己烷-氯仿(体积比为3:1)混合液溶解,待NH2固相萃取小柱净化。用5 mL正己烷-氯仿(体积比为3:1)混合液活化NH2柱,上样,弃去流出液;用3 mL正己烷-氯仿(体积比为3:1)混合液洗涤小柱,真空抽干;用10 mL 50 mmol/L四丁基磷酸二氢铵甲醇溶液洗脱,收集洗脱液,真空抽干,将洗脱液真空浓缩;再用5 mL 50 mmol/L四丁基磷酸二氢铵甲醇溶液洗脱NH2柱,真空抽干;离心浓缩后用1 mL甲醇-0.25%(v/v)乙酸水溶液(体积比为3:2)溶解,经0.20 μm滤膜过滤,供高效液相色谱测定。

2 结果与讨论
2.1 仪器条件的优化
2.1.1 流动相的优化

文献[21]报道香豆素类灭鼠药分子结构中均有酚羟基,呈弱酸性,通过向流动相中添加乙酸可以有效地抑制香豆素类灭鼠药在溶液中的解离,从而改善分离效果。本研究首先考察了15种比例的甲醇-0.25%(v/v)乙酸水溶液为流动相对6种香豆素类灭鼠药分离效果的影响,结果显示以甲醇-0.25%(v/v)乙酸水溶液为流动相时杀鼠醚与内标物氯杀鼠灵的保留时间几乎完全一致,不能有效分离,达不到实验的预期目的;向流动相中加入乙腈,考察10种比例的甲醇-乙腈-0.25%乙酸水溶液为流动相时对6种香豆素类灭鼠药的分离效果,发现在表 1中的流动相条件下6种香豆素均可以获得较好的分离,峰形尖锐且对称,6种香豆素类灭鼠药的标准品及加标样品色谱图见图 2

图 2 (a)空白溶剂、(b)混合标准溶液(0.5 mg/L)、(c)实际土壤样品、(d)加标样品(0.3 mg/L)的色谱图 Fig. 2 HPLC chromatograms of (a) blank solvent,(b) standard mixture of six coumarin rodenticides (0.5 mg/L each),(c) a real soil sample and (d) a soil sample spiked with analytes at 0.3 mg/L each Peaks: 1. warfarin; 2. coumatetralyl; 3. ratilan; 4. bromadiolone; 5. flocoumafen; 6. brodifacoum.
2.1.2 柱后衍生试剂的优化

本研究依据香豆素类化合物在碱性条件下荧光会增强的原理,结合文献[1]报道,考察甲醇-氨水-水(体积比为1:1:8)混合液为柱后衍生试剂时对6种香豆素类灭鼠药荧光强度的影响,结果发现6种灭鼠药经柱后碱性溶液衍生后荧光强度有所增加,且衍生试剂没有荧光性,对目标物分析没有干扰。

2.2 前处理条件的优化
2.2.1 提取溶剂的优化

本实验分别以丙酮-氨水-氯仿(体积比为100:3:100)混合液与丙酮-氨水-甲醇(体积比为100:3:100)混合液为提取剂按1.4节中提取步骤进行提取,提取液浓缩后直接以1 mL甲醇-0.25%(v/v)乙酸水溶液(体积比为3:2)溶解,经0.20 μm膜过滤,供高效液相色谱测定,对比提取剂提取效果,结果列于表 2。结果发现未经净化的样品中目标物均受基质干扰严重,提取率偏高;两种提取剂中丙酮-氨水-甲醇(体积比为100:3:100)混合液提取的样品中目标物所受干扰相对偏低,因此确定丙酮-氨水-甲醇(体积比为100:3:100)混合液为提取剂。

表 2 不同提取试剂对香豆素类灭鼠药提取率的影响(n=3) Table 2 Influences of different extraction reagents on extraction yields of the coumarin rodenticides (n=3)
2.2.2 固相萃取条件优化

土壤中的天然有机质含量较高,在液相色谱分析过程中会产生基质干扰,造成被测化合物的回收率偏高,故采取固相萃取技术对提取液中的目标物进行富集净化。本文选用NH2柱作为净化柱,对样品溶解液和淋洗液进行了筛选。精密移取0.2mg/L的混合标准工作液1 mL,将其离心浓缩,以5 mL正己烷-氯仿(体积比为3:2)混合液溶解待用。用5 mL正己烷-氯仿(体积比为3:2)混合液活化NH2柱,上样,收集流出液,用3 mL正己烷-氯仿(体积比为3:2)混合液淋洗小柱,收集淋洗液,真空抽干,先后4次用5 mL 50 mmol/L四丁基磷酸二氢铵甲醇溶液对小柱进行洗脱,分别收集4次洗脱液,真空抽干,将所有收集液离心浓缩后用1 mL甲醇-0.25%(v/v)乙酸水溶液(体积比为3:2)溶解,过0.20 μm膜后供高效液相色谱测定。测试结果显示样品流出液以及淋洗液中均有少许目标物,此后对比不同体积比(19:1、17:3、15:5)的正己烷-氯仿混合液同时为样品溶解液和淋洗液的效果,发现正己烷与氯仿体积比为15:5的混合液效果最佳,此时样品流出液与洗脱液中的目标物均低于检出限且能最大程度洗脱干扰物;测试结果还显示洗脱从第3次开始目标物骤减,第4次洗脱的收集液中目标物已经低于检出限,表明洗脱液用至15 mL时洗脱效果已达最佳。

2.3 方法有效性考察
2.3.1 线性范围和检出限

分别配制质量浓度为0.02、0.04、0.10、0.20、0.50、1.00、10.00 mg/L的混合工作液,按1.3节条件进行分析,以杀鼠灵、杀鼠醚、溴敌隆、溴鼠隆、氟鼠灵峰面积与内标峰面积的比值为纵坐标,以各灭鼠药质量浓度与内标质量浓度的比值为横坐标进行线性回归,考察其线性关系,结果显示方法的线性关系良好,相关系数(r2)> 0.999; 5种香豆素类灭鼠药的线性范围为0.02~10.00 mg/L;以3倍信噪比(S/N=3)对应的质量浓度为方法的检出限,检出限为0.7~5.6μg/L;以10倍信噪比(S/N=10)对应的质量浓度为方法的定量限,定量限为2.2~18.5 μg/L。5种鼠药的线性回归方程、相关系数、线性范围以及检出限、定量限见表 3

表 3 香豆素类灭鼠药的线性回归方程、r2、线性范围、检出限及定量限 Table 3 Linear equations,correlation coefficients (r2),linear ranges,LODs and LOQs of the coumarin rodenticides
2.3.2 回收率与精密性

在样品中分别添加3个水平的混合工作液进行回收率试验,测定结果显示5种灭鼠药的回收率为94.6%~118.0%,相对标准偏差(RSD)为0.8%~10.2%(n=3)(见表 4)。

表 4 样品中添加5种香豆素类灭鼠药的回收率、相对标准偏差(n=3) Table 4 Recoveries,relative standard deviations (RSD) of the coumarin rodenticides in soils (n=3)
2.4 方法的应用

应用本方法对2个农田灭鼠药投放点的土壤进行了5种香豆素类灭鼠药残留量的测试,其中一个投放点的土壤中检测到0.16 μg/g杀鼠醚和0.41 μg/g溴敌隆,另一个投放点的土壤中检测到0.10 μg/g杀鼠醚和0.19 μg/g溴敌隆。

3 结论

本研究建立了测定土壤中杀鼠灵、杀鼠醚、溴敌隆、氟鼠灵、溴鼠隆5种香豆素类杀虫剂的柱后衍生荧光检测高效液相色谱方法。使用振荡与超声萃取结合对目标物进行提取,用NH2柱净化,提取率高,样品净化效果较好,待测物色谱图不存在杂峰干扰。该法灵敏度高,准确性好。

参考文献
[1] Jones A, Bull Environ Contam Toxicol,1996, 56 (1):8. doi:10.1007/s001289900002 ()
[2] Valchev I, Binev R, Yordanova V, et al, Turk J Vet Anim Sci,2008, 32 (4):237. ()
[3] Schaff J E, Montgomery M A, J Anal Toxicol,2013, 37 (6):321. doi:10.1093/jat/bkt036 ()
[4] Li F, Shi X Y, Chinese Journal of Chromatography,1995, 13 (3):200. 李芳, 史霄燕, 色谱,1995, 13 (3):200. ()
[5] Yu S X, Feng S, Sun Y S, et al, Chinese Journal of Chromatography,2011, 29 (3):239. 于淑新, 冯思, 孙元社, 等, 色谱,2011, 29 (3):239. ()
[6] Li Y P, Yang Y B, Li Q L, et al, Animal Husbandry and Feed Science,2008, 29 (1):93. 李燕鹏, 杨膺白, 李启琳, 等, 畜牧与饲料科学,2008, 29 (1):93. ()
[7] Wang H Z, Feng H, Hu K F, et al, Chinese Journal of Forensic Medicine,2008, 23 (6):405. 王洪宗, 冯辉, 胡开发, 等, 中国法医学杂志,2008, 23 (6):405. ()
[8] Lai X Y, Journal of Preventive Medicine Information,2004, 20 (3):348. 赖秀云, 预防医学情报杂志,2004, 20 (3):348. ()
[9] Liu G Z, Lu C, Zhang Z Y, Chinese Journal of Health Laboratory Technology,2014, 24 (18):2609. 刘国中, 鹿尘, 张正尧, 中国卫生检验杂志,2014, 24 (18):2609. ()
[10] Ma H X, Yu L G, The Administration and Technique of Environmental Monitoring,2009, 21 (1):36. 马洪香, 于连贵, 环境监测管理与技术,2009, 21 (1):36. ()
[11] Wang H Y, Liu Q H, Yu L G, Agrochemicals,2009, 48 (5):355. 王洪彦, 刘清华, 于连贵, 农药,2009, 48 (5):355. ()
[12] Yang S Y, Pan G M, Meng G F, et al, Chinese Journal of Chromatography,2001, 19 (3):245. 杨士云, 潘冠民, 孟广范, 等, 色谱,2001, 19 (3):245. ()
[13] Kelly M J, Chambers J, MacNicoll A D, J Chromatogr,1993, 620 (1):105. doi:10.1016/0378-4347(93)80057-B ()
[14] Armentano A, Iammarino M, Lo Magro S, et al, J Vet Diagn Invest,2012, 24 (2):307. doi:10.1177/1040638711433354 ()
[15] Jin M C, Chen X H, Zhu Y, J Chromatogr A,2007, 1155 (1):57. doi:10.1016/j.chroma.2006.12.074 ()
[16] Marek L, Koskinen W, J Agric Food Chem,2007, 55 (3):571. doi:10.1021/jf061440y ()
[17] Vandenbroucke V, Desmet N, DeBacker P, et al, J Chromatogr B,2008, 869 (S1/2):101. ()
[18] Fourel I, Hugnet C, Goy-Thollot I, et al, J Anal Toxicol,2010, 34 (2):95. doi:10.1093/jat/34.2.95 ()
[19] Sato S, Sakai T, Nemoto S, et al, J Food Hyg Soc Jpn,2011, 52 (4):244. doi:10.3358/shokueishi.52.244 ()
[20] Middleberg R A, Homan J, Methods Mol Biol,2012, 902 (902):139. ()