色谱  2017, Vol. 35 Issue (12): 1317-1321   PDF    
扩展功能
加入收藏夹
复制引文信息
加入引用管理器
Email Alert
RSS
本文作者相关文章
梅文泉
黎其万
方海仙
耿慧春
陈兴连
QuEChERS-气相色谱-质谱法测定土壤中6种酰胺类除草剂残留
梅文泉, 黎其万, 方海仙, 耿慧春, 陈兴连     
云南省农业科学院质量标准与检测技术研究所, 农业部农产品质量监督检验测试中心, 云南 昆明 650223
收稿日期：2017-09-02
基金项目：云南省科技创新平台建设计划项目（2014DA001）；云南省创新团队计划项目（2015HC025）
通讯联系人：梅文泉, Tel:(0871)65140430, E-mail:wenquan_mei@hotmail.com
摘要：建立了QuEChERS-气相色谱-质谱同时测定土壤中乙草胺（acetochlor）、甲草胺（alachlor）、异丙甲草胺（metolachlor）、吡草胺（metazachlor）、丁草胺（butachlor）和丙草胺（pretilachlor）6种酰胺类除草剂的分析方法。土壤中残留的酰胺类除草剂用10 mL去离子水、10 mL乙腈和4 g NaCl提取，用N-丙基乙二胺（PSA）、C18、石墨化炭黑（GCB）和无水硫酸镁（MgSO4）净化，然后用气相色谱-质谱联用法测定。采用HP-5MS弱极性石英毛细管柱进行气相色谱分离，在电子轰击电离（EI）源模式下以选择离子监测（SIM）扫描模式检测。结果表明，6种酰胺类除草剂在0.01~1.00 mg/L范围内呈良好线性关系，相关系数（r）为0.9996~1.0000。在加标水平为0.025、0.10和0.50 mg/kg时，6种酰胺类除草剂的平均回收率为92.0%~108%，相对标准偏差为1.64%~8.25%（n=3）。方法的检出限为0.002~0.006 mg/kg，定量限为0.005~0.02 mg/kg。同常用的气相色谱-电子捕获检测（GC-ECD）法比较，该法可提高抗干扰能力，使6种酰胺类除草剂得到较好分离。方法所使用的有机溶剂种类和用量少，操作简单、快速，具有应用价值。
关键词：气相色谱-质谱    QuEChERS    酰胺类除草剂    残留    土壤    
Determination of six amide herbicide residues in soil by QuEChERS-gas chromatography-mass spectrometry
MEI Wenquan, LI Qiwan, FANG Haixian, GENG Huichun, CHEN Xinglian     
Agri-Food Quality Standard and Testing Technology Institute, Yunnan Academy of Agricultural Science, Supervision & Testing Center for Farm Products Quality Ministry of Agriculture, Kunming Section, Kunming 650223, China
Foundation item: Science and Technology Innovation Platform Construction Project of Yunnan Province (No. 2014DA001); Innovative Team Plan Project of Yunnan Province (No. 2015HC025)
Abstract: A method was developed for the determination of six amide herbicides, such as acetochlor, alachlor, metolachlor, metazachlor, butachlor and pretilachlor, by QuEChERS-gas chromatography-mass spectrometry. The soil samples were extracted by 10 mL acetonitrile, 10 mL deionized water and 4 g sodium chloride, then purified with 50 mg N-propyl ethylenediamine (PSA), 50 mg C18, 10 mg graphitized carbon black (GCB) and 100 mg MgSO4. Low-polar silica capillary column HP-5MS was used. The extracts were detected by electron impact ionization (EI) source in the selected ion monitoring (SIM) mode. The results showed that good linearities were obtained with the mass concentrations of the six amide herbicides in the range of 0.01-1.00 mg/L, and their correlation coefficients ranged from 0.9996 to 1.0000. Under the condition of adding contents of 0.025, 0.10 and 0.50 mg/kg, the average recoveries of the six amide herbicides ranged from 92.0% to 108%, and the relative standard deviations were 1.64%-8.25%. The limits of detection (LODs) were 0.002-0.006 mg/kg and the limits of quantification (LOQs) were 0.005-0.02 mg/kg. Comparing with the gas chromatography-electron capture detection (GC-ECD) which used to detect the amide herbicides, this method can improve the anti-interference ability, and get better separation of the six amide herbicides. The method has the advantages of simplicity, rapidity, and application value.
Key words: gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)     QuEChERS     amide herbicides     residues     soil    

酰胺类除草剂是一类高效、高选择性的触杀性农药, 在大豆、玉米、花生、稻米、油菜等作物生产过程中用于防除一年生禾本科杂草和部分阔叶杂草[1], 其中使用最广泛的酰胺类除草剂主要有甲草胺(alachlor)、乙草胺(acetochlor)、丙草胺(pretilachlor)、丁草胺(butachlor)、异丙甲草胺(metolachlor)和吡草胺(metazachlor)等。酰胺类除草剂杀草效果好, 价格低廉, 施用方便, 因此在生产中应用面积逐渐扩大。近年来, 随着农药的大量使用, 其对土壤的污染问题受到越来越多的关注[2-4]。建立土壤中酰胺类除草剂残留量的测定方法, 将有助于了解其在土壤中的残留动态及污染状况, 对后茬作物的生产、绿色生态农业的发展具有十分重要的意义。酰胺类除草剂的测定方法主要有气相色谱法[5-10]、高效液相色谱法[11, 12]、气相色谱-质谱法[13-15]等, 其中采用气相色谱-电子捕获检测器测定的报道最多。以上文献主要研究了水样、蔬菜和水果中酰胺类除草剂的测定方法, 对土壤中酰胺类除草剂测定的报道则较少。土壤样品基质复杂, 测定土壤中的酰胺类除草剂, 很难避免土壤中的杂质对测定结果的干扰, 容易造成假阳性或定量不准确的现象。QuEChERS方法是一种快速、简单、廉价、高效、耐用、安全的样品前处理方法, 多应用于测定食品中农药残留的前处理过程[16-18]。采用QuEChERS方法净化土壤样品, 然后用气相色谱-质谱联用法同时测定土壤中多种酰胺类除草剂的方法目前鲜有报道。

本文采用优化的QuEChERS样品处理技术, 对土壤样品进行净化处理, 采用气相色谱-质谱法测定土壤中6种酰胺类除草剂的残留量。在优化的气相色谱-质谱条件下, 6种酰胺类除草剂得到了较好的分离, 色谱图基线平稳, 方法的准确度、精密度和灵敏度较高, 方法简单、快速。

1 实验部分
1.1 仪器、试剂与材料

TRACE 1310-TSQ 8000型气相色谱-质谱联用仪, 配有带电子轰击电离(EI)源、AI 1310型自动进样器和Xcalibur化学工作站(美国Thermo Scientific公司); 6890N型气相色谱仪, 带电子捕获检测器(ECD)和DB-1石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×1.0 μm) (美国Agilent公司); AB204-N型分析天平(瑞士梅特勒-托利多集团公司); TGL-10B型大容量离心机(上海安亭科学仪器厂); TG16-W型微量高速离心机(长沙湘仪公司); LP型涡旋振荡器(美国Thermo Scientific公司)。

N-丙基乙二胺(PSA)、C18和石墨化炭黑(GCB)(中国迪马科技有限公司); 乙腈和正己烷(色谱纯, 德国Merck公司); 无水硫酸镁和氯化钠(分析纯, 国药集团化学试剂北京有限公司)。乙草胺、甲草胺、异丙甲草胺、吡草胺、丁草胺和丙草胺标准溶液(1 000 mg/L, 农业部天津环境保护科研监测所)。

1.2 样品前处理

土壤样品预处理：风干，去除小枝、石子等杂物, 研碎, 过60目筛, 密封袋中保存备用。

称取5.00 g预处理后的土壤样品, 置于50 mL具盖塑料离心管中, 加入10 mL去离子水、10 mL乙腈和4 g NaCl, 涡旋提取2 min后, 采用大容量离心机以5 000 r/min离心3 min; 移取2 mL上清液, 置于预先装有PSA、C18、GCB和无水硫酸镁质量分别为50、50、10和100 mg的离心管中, 盖紧瓶盖涡旋2 min, 采用微量高速离心机以12 000 r/min离心3 min; 移取上清液, 经0.2 μm有机相微孔滤膜过滤后, 准确量取1 mL滤液，置于样品瓶中, 用氮气吹干溶剂, 用1 mL正己烷溶解样品, 待气相色谱-质谱分析。

1.3 分析条件
1.3.1 色谱条件

色谱柱:Agilent HP-5MS石英毛细管柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm); 进样口温度:230 ℃; 载气:氦气(纯度99.999%); 载气流量:1.20 mL/min。程序升温:初始温度150 ℃, 保留2 min；以6 ℃/min的速率升温至220 ℃, 保留2 min。进样量:1 μL, 不分流进样。

1.3.2 质谱条件

电离方式:EI源; 离子源温度:300 ℃; 传输线温度:280 ℃; 电离能量:70 eV; 扫描模式:选择离子扫描。6种酰胺类除草剂的保留时间、监测离子(相对丰度)和定量离子见表 1。

表 1 6种酰胺类除草剂的保留时间、监测离子(相对丰度)和定量离子 Table 1 Retention times, monitoring ions (relative abundance) and quantitative ions of the six amide herbicides
2 结果与讨论
2.1 提取溶剂的优化

试验中用去离子水和乙腈混合溶液提取土壤中的酰胺类除草剂。在样品前处理过程中加入NaCl, 目的是使水相成为饱和NaCl溶液, 使之离心后与乙腈相得到较好的分离, 已知在20 ℃条件下, NaCl在水中的溶解度为36.0 g/100 g。提取过程中水溶性较强的杂质被提取到水相中, 目标物被提取到乙腈相中, 达到初步净化的目的。考察了加入不同体积(2、4、6、8和10 mL)去离子水和对应含量(0.8、1.6、2.4、3.2和4.0 g)NaCl提取后酰胺类除草剂的色谱图。结果表明, 采用10 mL去离子水和4.0 g NaCl提取时, 获得的色谱图基线较为平稳，故选为提取的最优条件。

采用去离子水(加入NaCl使之成为饱和溶液)和乙腈混合溶液提取土壤中的酰胺类除草剂。当6种酰胺类除草剂在乙腈和饱和NaCl水溶液两相中达到平衡后, 一般用p值表示各种酰胺类除草剂存在于乙腈中的份数。为确定6种酰胺类除草剂在两相中的分配情况, 参考文献[19]方法测定6种酰胺类除草剂的p值, 结果见表 2。由表 2可以看出, 6种酰胺类除草剂的p值为0.944~0.973, 也就是说, 通过乙腈和饱和NaCl水溶液萃取, 6种酰胺类除草剂绝大部分被提取到乙腈相中, 而一些极性较强的杂质溶解到饱和NaCl水相中被分离去除, 从而达到初步净化的目的。

表 2 6种酰胺类除草剂在乙腈相中的p值 Table 2 The p values of the six amide herbicides in acetonitrile phase
2.2 吸附剂的选择

土壤基质复杂, 尤其含有较多的有机质、腐殖酸和色素等杂质。PSA、C18可以选择性地吸附土壤中的有机质和腐殖酸等杂质; GCB可以吸附土壤中的色素; 无水硫酸镁用来吸附提取液中残留的水分。本试验参考商品化的QuEChERS分散固相萃取管中各种萃取剂的配方比例, 考察了不同量的PSA、C18、GCB和无水硫酸镁对试验结果的影响。结果发现, 吸取提取液2 mL, 加入吸附剂PSA 50 mg, C18 50 mg、GCB 10 mg和无水硫酸镁100 mg可获得较好的净化效果, 继续增加各种萃取剂的量对净化效果无明显的改善。

2.3 色谱和质谱条件的优化

酰胺类除草剂的分子极性较弱, 因此选择极性小的HP-5MS石英毛细管色谱柱分离6种酰胺类除草剂。先采用全扫描模式(full scan mode)得到各种酰胺类除草剂的质谱图, 根据质谱图选择相对丰度较高、碎片离子相对分子质量较大、抗土壤基质干扰的特征离子作为监测离子。经反复优化, 确定测定6种酰胺类除草剂的监测离子见表 1。在上述优化条件下, 6种酰胺类除草剂标准溶液(0.05 mg/L)、空白土壤样品和加标土壤样品(0.1 mg/kg)中6种酰胺类除草剂的色谱图见图 1。可以看出, 采用本文方法测定, 6种酰胺类除草剂的峰形好, 能得到较好分离。

图 1 (a) 标准溶液(0.05 mg/L)、(b)空白土壤样品和(c)加标土壤样品(0.1 mg/kg)中6种酰胺类除草剂的色谱图 Fig. 1 Chromatograms of the six amide herbicides in (a) a standard solution (0.05 mg/L), (b) a blank soil sample and (c) a spiked soil sample (0.1 mg/kg) 1. acetochlor; 2. alachlor; 3. metolachlor; 4. metazachlor; 5. butachlor; 6. pretilachlor.
2.4 基质效应(ME)

将不含6种酰胺类除草剂的土壤样品按照1.2节处理, 得到基质溶液。分别用基质溶液和正己烷溶剂配制质量浓度为0.1 mg/L的标准溶液, 测定两种溶液中6种酰胺类除草剂的峰面积, 带入式(1)计算基质效应。

(1)

式中, A1和A2分别为酰胺类除草剂在正己烷和基质溶液中的平均峰面积。结果表明, 6种酰胺类除草剂的基质效应均小于10%, 基质效应对定量结果的影响较小, 可以忽略, 说明QuEChERS前处理方法净化效果好, 满足检测要求, 实际检测过程中可直接采用正己烷配制标准溶液。

2.5 与其他方法的比较

将本方法与气相色谱-电子捕获检测法[20]进行比较。配制质量浓度为0.05 mg/L的6种酰胺类除草剂混合标准溶液, 然后用气相色谱-电子捕获检测法测定, 6种酰胺类除草剂混合标准溶液的色谱图见图 2a。在土壤中添加6种酰胺类除草剂混合标准溶液, 使土壤中酰胺类除草剂的含量为0.10 mg/kg, 按1.2节QuEChERS方法净化样品, 然后用气相色谱-电子捕获检测法测定, 土壤中6种酰胺类除草剂色谱图见图 2b。

图 2 采用GC-ECD法[20]测定(a)混合标准溶液(0.05 mg/L)和(b)加标土壤样品(0.10 mg/kg)中6种酰胺类除草剂的色谱图 Fig. 2 Chromatograms of the six amide herbicides in (a) a standard solution (0.05 mg/L) and (b) a spiked soil sample (0.10 mg/kg) by gas chromatography-electron capture detection (GC-ECD)[20] Column temperature: 150 ℃ hold for 2 min, up to 270 ℃ at 6 ℃/min, hold for 15 min; inlet temperature: 200 ℃; detection temperature: 320 ℃; carrier gas: nitrogen; flow rate: 1 mL/min; injected volume: 1 μL. Peaks 1-6 are the same as that in Fig. 1.

由图 2可以看出, 用气相色谱-电子捕获检测法测定土壤中的酰胺类除草剂时, 虽然经过了QuEChERS净化处理, 但土壤中的基质仍然对电子捕获检测器的测定产生很大干扰, 色谱图基线不平, 杂质峰多, 容易产生假阳性或定量不准确的现象。而采用本文的QuEChERS前处理方法, 结合气相色谱-质谱法测定土壤中的6种酰胺类除草剂, 抗干扰能力强, 其色谱图上各个采集时间段土壤空白基线平稳, 在6种酰胺类除草剂的出峰处没有干扰, 6种酰胺类除草剂得到较好分离(见图 1)。

2.6 方法学验证
2.6.1 标准曲线、检出限和定量限

配制质量浓度为0.01、0.05、0.10、0.20、0.50和1.00 mg/L的6种酰胺类除草剂混合标准溶液, 以各酰胺类除草剂定量离子的峰面积(Y)对其质量浓度(X, mg/L)绘制标准曲线, 得到6种酰胺类除草剂的线性方程和相关系数(r)。从表 3可以看出, 6种酰胺类除草剂的线性相关性良好, 相关系数为0.999 6~1.000 0。

表 3 6种酰胺类除草剂的线性方程、相关系数、检出限、定量限、回收率和精密度 Table 3 Linear equations, correlation coefficients (r), LODs, LOQs, recoveries and precisions of the six amide herbicides

以信噪比(S/N)≥3确定检出限(LOD); 以信噪比(S/N)≥10确定定量限(LOQ)。方法的检出限为0.002~0.006 mg/kg, 定量限为0.005~0.02 mg/kg(见表 3)。

2.6.2 准确度和精密度

称取不含6种酰胺类除草剂残留的土壤样品10份, 每份5.00 g, 其中一份为对照, 另9份样品分为3组, 每组3份。第1组每份均加入6种酰胺类除草剂混合标准溶液, 使样品中6种酰胺类除草剂的含量为0.025 mg/kg; 第2组添加混合标准溶液后6种酰胺类除草剂的含量为0.1 mg/kg; 第3组添加混合标准溶液后6种酰胺类除草剂的含量为0.5 mg/kg。分别将上述样品充分混匀, 放置30 min后按1.2节所述方法进行处理, 测定方法的加标回收率和相对标准偏差(见表 3)。由表 3可以看出, 6种酰胺类除草剂在3个添加水平下的平均加标回收率为92.0%~108%, RSD为1.64%~8.25%(n=3)。

3 结论

建立了QuEChERS-气相色谱-质谱测定土壤中乙草胺、甲草胺、异丙甲草胺、吡草胺、丁草胺和丙草胺等6种酰胺类除草剂残留量的分析方法。采用优化的QuEChERS方法净化, 能有效去除土壤样品中的色素、有机质等杂质干扰。在优化的色谱-质谱条件下, 6种酰胺类除草剂色谱分离度好, 色谱图各采集时间段基线平稳, 所获得的加标回收率、相对标准偏差及检出限均满足酰胺类除草剂残留检测中对准确度、精密度和灵敏度的要求。同常用的气相色谱-电子捕获检测器法相比, 采用本方法可提高抗干扰能力, 使6种酰胺类除草剂得到较好分离。方法所使用的有机溶剂种类和用量少, 操作简单、快速, 具有应用价值。

参考文献
[1] Liu C L, Corpora of World Pesticides:Volume of Herbicide[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2002: 234
刘长令. 世界农药大全:除草剂卷[M]. 北京: 化学工业出版社, 2002: 234
[2] Li G H, Ye M, Wang L, et al. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2015, 43(4): 604.
李国华, 叶茂, 王利, 等. 分析化学, 2015, 43(4): 604. doi: 10.11895/j.issn.0253-3820.140923
[3] Zhu Y Z, Feng Y N, Jin Z H. Chinese Journal of Chromatography, 2013, 31(9): 850.
朱永哲, 冯雅男, 金正汉. 色谱, 2013, 31(9): 850.
[4] Zhu Y, Teng Y, Zhang M Y, et al. Soils, 2015, 47(1): 121.
朱烨, 滕应, 张满云, 等. 土壤, 2015, 47(1): 121.
[5] Chen H, Han Y, Zhong M, et al. Chemical Reagents, 2010, 32(12): 1103.
陈虹, 韩勇, 钟明, 等. 化学试剂, 2010, 32(12): 1103. doi: 10.3969/j.issn.0258-3283.2010.12.014
[6] Zhang Y P, Yang J, Shi R H, et al. J Sep Sci, 2011, 34(14): 1675. doi: 10.1002/jssc.201100058
[7] Sun R H, Wang T, Wang X, et al. Journal of Instrumental Analysis, 2017, 36(6): 750.
孙日晗, 王涛, 王晓, 等. 分析测试学报, 2017, 36(6): 750.
[8] NY/T 1728-2009
[9] Chang Q Y, Zhou X, Gao S T, et al. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2012, 40(4): 523.
常青云, 周欣, 高书涛, 等. 分析化学, 2012, 40(4): 523.
[10] Bai S S, Li Z, Zang X H, et al. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2013, 41(8): 1177.
白沙沙, 李芝, 臧晓欢, 等. 分析化学, 2013, 41(8): 1177.
[11] Li J Z, Chu X G, Cai H X, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2006, 24(6): 585.
李建中, 储晓刚, 蔡会霞, 等. 色谱, 2006, 24(6): 585.
[12] Ma Y E, Liu B F. Modern Agrochemicals, 2011, 10(4): 44.
马又娥, 刘宝峰. 现代农药, 2011, 10(4): 44.
[13] Xie L Q, Lan F, Lin L, et al. Journal of Instrumental Analysis, 2007, 26(3): 365.
谢丽琪, 蓝芳, 林黎, 等. 分析测试学报, 2007, 26(3): 365.
[14] Zhao R S, Diao C P, Wang X, et al. Anal Bioanal Chem, 2008, 391(8): 2915. doi: 10.1007/s00216-008-2208-4
[15] Zou Y, Shao L Z, Chen S M, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2017, 35(8): 801.
邹游, 邵琳智, 陈思敏, 等. 色谱, 2017, 35(8): 801.
[16] Lin T, Shao J L, Liu X Y, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2015, 33(3): 235.
林涛, 邵金良, 刘兴勇, 等. 色谱, 2015, 33(3): 235.
[17] Zhang K M, Liang F Y, Deng M, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2016, 34(9): 860.
张科明, 梁飞燕, 邓鸣, 等. 色谱, 2016, 34(9): 860.
[18] Cui C Y, Zhang H Y, Wu X Q, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2017, 35(5): 478.
崔春艳, 张红医, 吴兴强, 等. 色谱, 2017, 35(5): 478.
[19] Yue Y D, Analysis of Pesticide Residues[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2004: 23
岳永德. 农药残留分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2004: 23
[20] NY/T 761-2008