離子色譜法測定土壤中草甘膦的提取溶液選擇

童彩環，秦海芝，萬喜喜

(寧波市華測檢測技術有限公司，浙江 寧波 315000)

草甘膦是一種非選擇性的廣譜除草劑，自上市以來，在我國范圍內得到廣泛應用[1]。與其他農藥不同，草甘膦具有3種極性官能團(氨基、磷酸和亞基)，易被土壤中的有機物、礦物質和金屬離子吸附[2-3]。草甘膦在多種土壤中降解半衰期從幾天到幾個月甚至幾年不等[4-5]，從而延長了其向農作物、地下水和地表水中轉移的風險期[6-8]。因此，有必要對土壤中殘留的草甘膦進行精確測定，以便預測其對周圍環境的潛在影響。草甘膦是一種多元酸，在pH值為4.00～14.00 的條件下，以陰離子的形式存在，不溶于有機溶劑，缺乏熒光團和發色團，采用氣相色譜法、氣相色譜-串聯質譜法、高效液相色譜法、高效液相色譜-串聯質譜法、紫外-可見分光光度法等方法進行分析時須進行復雜的衍生過程[7-9]，相比之下，離子色譜法可避免復雜的衍生過程，直接對樣品進行分析，雖然其不適用于部分食品中草甘膦的分析，但可用于大量的土壤樣品檢測[10-12]。

目前，用于提取土壤中草甘膦的溶劑主要有水、磷酸、堿(氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨水、硼酸鈉、磷酸二氫鉀)和混合溶液(四硼酸鈉和磷酸鉀溶液、磷酸鈉和檸檬酸三鈉水溶液)等[9，13-15]，其中多數不能適用于離子色譜法?，F選擇我國較典型的遼寧棕壤、河南黃潮土、四川紫色土、湖北水稻土、江西紅壤、廣東水稻土、黑龍江黑土、新疆灰鈣土、陜西黃綿土和安徽潮土10種土壤作為樣品，以水和氫氧化鈉(NaOH)(pH值=9.00～14.00)作為提取液，采用離子色譜法對草甘膦進行分析，以期為不同類型的土壤中草甘膦提取液的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品

選用遼寧棕壤、河南黃潮土等10種我國較為典型的土壤樣品，認定機構為中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所和農業部全國農業技術推廣服務中心，其基本理化性質見表1。

表1 實驗土壤理化性質

1.2 儀器與試劑

儀器：ICS-1100型離子色譜儀(美國Dionex公司)；L550型高速離心機(湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司)；SB25-12DT型超聲波清洗機(寧波新芝生物科技股份有限公司)；FiveEasy PlusTMFE28型 pH計[梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司]。

試劑：草甘膦標準品(1 000 mg/L，分析純，美國O2si公司)；實驗用水均為去離子水。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品前處理

準確稱取5.0 g土壤樣品(精確至0.01 g)于50 mL具塞聚乙烯離心管中，加入30 mL提取液，充分振蕩5 min，超聲提取30 min，以4 000 r/min離心20 min，將上清液轉移至另一支離心管中，用水定容至50 mL，經0.22 μm一次性水系微孔濾膜針筒過濾器過濾。當樣品中氯離子、硫酸根離子和有機物濃度過大影響測定時，還須經Ag柱、Ba柱和C18柱進行預處理。

1.3.2 儀器條件

IonPac AS11-HC分析柱(4 mm×250 mm)，IonPac AS11-HC保護柱(4 mm×50 mm)，AERS-4 mm陰離子電化學抑制器，均購自美國戴安公司；抑制電流：75 mA；柱溫：35 ℃；NaOH淋洗液濃度：30 mmol /L；洗脫方式：等度洗脫；進樣方式：自動進樣；流量：1.5 mL/min；定量環進樣量：250 μL；單個樣品的運行時間：15 min；檢測方式：電導檢測；定量方式：峰面積定量。

2 結果與討論

2.1 以水作為提取液

以水作為提取液對10種土壤樣品進行分析和加標回收實驗，在10種土壤樣品中均未檢出草甘膦，加標實驗結果見表2。由表2可見，新疆灰鈣土和四川紫色土(石灰性紫色土)的加標回收率最高，分別為90%和79%，而其他土壤的加標回收率均<60%，其中遼寧棕壤、湖北水稻土、江西紅壤、廣東水稻土和黑龍江黑土的回收率均<10%。

表2 以水作為提取液時草甘膦加標回收實驗結果(n=3)①

由以上實驗可知，pH值較大的土壤其回收率相對較高，pH值<8.00的土壤其回收率均<10%，這與已有的研究結果一致。Druart等[16]研究發現，當土壤樣品pH值=8.387時，采用水作為提取液效果較好；Gill等[9]研究發現，當土壤樣品pH值=8.70～9.50時，采用水作為提取液效果較好；劉拉平等[17]研究發現，當土壤樣品pH值分別為6.80，7.99和7.97時，采用水作為提取液其回收率=14%。Gimsing等[18]認為土壤的pH值似乎是決定土壤吸附草甘膦的量的唯一重要因素，而其他因素如有機質、黏土含量和黏土組分對草甘膦的吸附沒有影響。但陜西黃綿土的pH值比四川紫色土和河南黃潮土大，回收率卻較低，可見以水作為提取液時，除土壤pH值外，土壤中其他因素也會影響草甘膦的浸出。

根據影響草甘膦吸附的3個主要因素(土壤pH值、有機質和陽離子交換量)，通過R語言進行相關性分析，得到公式(1)，R2=0.748 4，調整后R2為0.622 6。

提取率=19.659 4(pH土-pH提取液)-0.274 9×OM-0.993 0×CEC+50.385 4

(1)

式中：pH土——土壤的pH值；pH提取液——提取液的pH值；OM——有機質的質量分數，g/kg；CEC——陽離子交換量，cmol/kg。

2.2 以NaOH溶液作為提取液

因多數土壤的pH值=4.00～9.00，所以選擇pH 值=9.00～14.00的NaOH溶液作為提取液，加標實驗結果見表3。

表3 以NaOH作為提取液時草甘膦加標回收實驗結果(n=3)①

由表3可見，隨著提取液pH值的升高，10種土壤樣品的回收率出現了不同程度的升高，且每種土壤出現較大回收率(≥80%)所需提取液的pH值各不相同，其中新疆灰鈣土和四川紫色土在提取液pH值=9.00時，開始出現較高的回收率(91%和80%)，河南黃潮土在提取液pH值=10時，開始出現較高的回收率(82%)，陜西黃綿土在提取液pH值≈12.60時，才開始出現90%的回收率，其余所測土壤在提取液pH值=12.00時，均達到85%～98%的回收率。隨著提取液pH值的升高，自身pH值較小的土壤回收率變化幅度較大，江西紅壤變化最大。

所測土壤一旦達到較大的回收率，隨著提取液pH值的進一步提高，回收率也不會出現下降的現象。Gimsing等[18]、WANG等[19]、楊宏偉等[20]和Zhou等[21]研究發現，不同土壤在pH值=6.00～8.00，1.00～12.00，3.00～9.00和2.00～10.00的條件下，草甘膦的吸附量與pH值呈負相關，這與楊宏偉等[20]發現pH值=9.10的杭錦2號土壤在提取液pH值=3.00～9.00時，回收率先增大后減小的結論不同。因為本實驗所用提取液pH值均>土壤pH值，沒有出現類似的現象。

通過R語言進行相關性分析，得到公式(2)，R2為0.646 4，調整后R2為0.614 9。

提取率=19.468 6×pH提取液+12.148 9×pH土+0.239 9×OM-0.679 7×CEC-228.855 1

(2)

但當提取液pH值從12繼續上升時，隨著樣品中其他各離子提取量的增加，會影響草甘膦的分離，以pH值=12.0～13.0的1.0 g/L(pH值≈12.40)，1.5 g/L(pH值≈12.60)和2.5 g/L(pH值≈12.80)的NaOH溶液為提取液，不同土壤的色譜圖見圖1(a)(b)(c)。由圖1可見，當提取液的質量濃度為1.5 g/L時，部分土壤樣品中草甘膦的分離度開始受影響，至提取液為2.5 g/L時，多數土壤樣品中草甘膦的分離均受影響。楊健等[11]發現使用1%的氫氧化鉀作為提取液，提取后干擾較多，不適用于草甘膦的提取。其他研究也表明，高濃度的堿(pH值>13.00)作為提取液對草甘膦的提取也存在干擾[16，22-23]，所以提取液的pH值應選擇能達到較高提取率的最小pH值為宜。

圖1 不同pH值的NaOH提取液用于多種土壤樣品提取的離子色譜圖

3 結語

以水和NaOH(pH值= 9.00～14.00)作為提取液對10種土壤樣品中草甘膦進行加標回收實驗。其中石灰性紫色土和灰鈣土以水為作為提取液可獲得較高的提取率，但其他土壤，尤其是pH值<8的土壤其提取率較低。采用pH值=9.00～14.00的NaOH作為提取液，隨著提取液pH值的提高，土壤的回收率隨之提高，一旦到達較大提取率，隨著pH值的升高，回收率不會繼續提高，但干擾會增多。因此針對不同土壤的理化性質，可以參考回收率相關性分析選擇適合的提取液。