加速溶劑萃取-氣相色譜-質譜法同時測定污泥中37種有機磷類及10種擬除蟲菊酯類農藥

王威，竇文淵，郭杰煌，陳飛龍

(廣東省科學院 測試分析研究所(中國廣州分析測試中心)廣東省化學危害應急檢測技術重點實驗室,廣州 510070)

有機磷類和擬除蟲菊酯類農藥殘留都是環境監測的重點對象。有機磷類農藥具有高效、廣譜、多樣的特點,在我國曾被廣泛用于農業、家庭和倉儲中蟲害的防治,在環境中存在大范圍的殘留,對人體及環境的安全威脅極大[1]。有機磷類農藥會隨著食物鏈在人體內累積,從而造成慢性中毒和三致效應[2],國家已制定檢測此類農藥殘留的標準,如GB 36600－2018《土壤環境質量建設用地 土地污染風險管控標準(試行)》,其中規定敵敵畏、樂果的限量分別為1.8,86 mg·kg－1[3]。擬除蟲菊酯類農藥也是一種廣譜、高效的殺蟲劑,與有機磷類農藥相比,具有低毒、環境相容等優點,但由于其使用量大,使用范圍廣泛,接觸人群多,危害程度不容忽視[4]。毒理學的研究表明,部分有機磷類與擬除蟲菊酯類農藥具有相加或協同的聯合毒性,對敏感生物體具有急性毒害作用[5-6]。

在污水處理廠處理污水過程中,污泥容易吸附水中的污染物,在對其進行填埋后,可造成土壤的二次污染,因此,建立污水處理廠污泥中多種污染物的快速分析方法,對于研究污水處理效果、污泥中農藥殘留的污染程度、評價污泥排放指標有重要意義[7-8]。目前,針對污泥中有機污染物的分析研究較少,主要集中于土壤及沉積物中有機磷類和擬除蟲菊酯類農藥殘留的檢測分析,該過程主要包括樣品前處理和儀器分析兩個部分。前處理方法主要有索氏提取、超聲提取、Qu ECh ERS 萃取[9-10]和加速溶劑萃取法。加速溶劑萃取法是一種在高溫、高壓的條件下,利用有機溶劑快速萃取樣品中目標物的自動化方法,其中,高溫條件可增加溶劑的萃取容量,提高萃取效率,而高壓條件能提高溶劑沸點而使其保持液態,該方法具有所需樣品少、提取效率高、操作簡便易行等優點,在固體基質中農藥殘留提取方面的應用很廣泛[4,11-14]。有機磷類和擬除蟲菊酯類農藥殘留分析的常用儀器分析方法有氣相色譜法(GC)和氣相色譜-質譜法(GC-MS)[15]。GC 可搭配各類檢測器,適合單一目標物的分析,具有靈敏度高的特點,但對基質復雜的污泥而言,其抗干擾能力不足,且無法實現多類目標物的同時檢測。GC-MS憑借其選擇離子技術,具有較高的分辨率,可準確分析復雜基質中目標物,能用于污泥中多目標物的同時快速分析[16-19]。

本工作以污水處理廠污泥為研究對象,通過加速溶劑萃取法結合GC-MS,建立了污泥中37種有機磷類和10種擬除蟲菊酯類農藥的分析方法,以期為污泥中有機磷類和擬除蟲菊酯類農藥殘留的定性分析、定量檢測提供依據。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

7890B-5977B型氣相色譜-質譜儀;E-916 型加速溶劑萃取儀;Bond Carbon-GCB 固相萃取小柱;DGJ-25E型冷凍干燥機;HPE-6B 型平行真空濃縮蒸發儀。

37 種有機磷類農藥混合標準儲備溶液:500.0 mg·L－1。

10種擬除蟲菊酯類農藥混合標準儲備溶液:500.0 mg·L－1。

正己烷、二氯甲烷為色譜純;無水硫酸鈉、石英砂為分析純;硅藻土粒徑為0.9～2 mm(10～20目)。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 萃取條件

載氣壓力0.8 MPa;萃取溫度110 ℃;萃取池壓力10.0 MPa;預加熱平衡時間300 s;靜態萃取時間300 s;溶劑洗滌體積為60%池體積;氮氣吹掃時間60 s;靜態循環萃取次數2 次;總萃取時間30 min(6個樣品)。

1.2.2 色譜條件

DB-1701P色譜柱(30 m×320μm,0.25μm);進樣口溫度270 ℃;載氣為高純氦氣,純度為99.999%;流量1.4 mL·min－1;進樣量3.00μL;不分流進樣。柱升溫程序:初始溫度40 ℃,保持1 min;以30 ℃·min－1速率升溫至130 ℃;再以5 ℃·min－1速率升溫至250 ℃;最后以10 ℃·min－1速率升溫至280 ℃,保持8 min。

1.2.3 質譜條件

電子轟擊離子源(EI);離子源溫度230℃;電子轟擊能量70 e V;接口溫度280 ℃;四極桿溫度150 ℃;掃描范圍m/z35～550;溶劑延遲時間5.5 min;掃描模式為全掃描模式。

1.3 試驗方法

將采集的新鮮污泥保存至棕色玻璃瓶中,經－40 ℃真空冷凍干燥后研磨粉碎。在40 mL 萃取池底端鋪上玻璃纖維濾膜,加入2.0 g 硅藻土和10 g樣品,再加入一定量石英砂至距離萃取池頂部1.0 cm 處,頂端也用玻璃纖維濾膜密封,將萃取池轉移至加速溶劑萃取儀中,使用體積比為1∶1的正己烷-丙酮混合溶液按1.2.1節條件萃取,用250 mL接收瓶收集萃取液,將萃取液轉移至K-D 濃縮瓶中,用真空濃縮蒸發儀將溶液減壓濃縮至1.0 mL。將樣品溶液轉移至預先經10 mL 正己烷淋洗的GCB固相萃取小柱中,用25 mL 體積比為1∶1的正己烷-丙酮混合溶液洗脫,控制洗脫流量為4 mL·min－1,收集洗脫液,并減壓濃縮至1.0 mL,過0.22μm 有機濾膜,濾液供GC-MS分析。

2 結果與討論

2.1 萃取條件的選擇

加速溶劑萃取的主要影響因素有萃取溶劑、萃取溫度、萃取壓力以及循環次數等,而有機磷類和擬除蟲菊酯類農藥的最佳萃取溫度為100～120℃,因此試驗選擇的萃取溫度為110 ℃?；谖墨I[12,17],以加標石英砂樣品(加標量為0.50 mg·kg－1)為待測對象,考察了不同萃取溶劑、萃取壓力和循環次數對47種目標物萃取效果的影響,結果見表1。

由表1可知:以體積比為1∶1的正己烷-丙酮混合溶液為萃取溶劑在10.0 MPa壓力下萃取時,所得47種化合物的回收率較理想;目標物回收率隨著溶劑循環萃取次數的增加而增加,但3次萃取所得的回收率和2次萃取的相差不大,從提高效率角度考慮,試驗選用循環次數為2次。

2.2 色譜條件的優化

為了實現47種化合物的有效分離,分別采用弱極性的HP-5色譜柱和中等極性的DB-1701P色譜柱進行試驗,二者對目標物的分離效果見圖1。

圖1 2種色譜柱對47種化合物的分離效果Fig.1 Separation effect of 2 chromatographic columns on 47 compounds

由圖1 可知:采用HP-5 色譜柱時,無法實現47種化合物的全部分離,響應值也較低;DB-1701P色譜柱則可以滿足試驗要求。因此,試驗選擇的色譜柱為DB-1701P色譜柱。

2.3 基質效應、標準曲線和檢出限

基質效應與所使用的儀器、溶劑和樣品有關,其在GC-MS分析中普遍存在,會對目標物的定量分析產生一定程度的影響[20]。分別用空白污泥樣品提取液和體積比為1∶1的正己烷-丙酮混合溶液逐級稀釋配制成2.00,3.00,5.00,10.0,15.0,20.0,100.0 mg·L－1的47 種化合物的基質匹配混合標準溶液系列和混合標準溶液系列,按照ICP-MS條件測定,以47種化合物的質量濃度為橫坐標,對應的峰面積為縱坐標進行線性回歸,以所得線性回歸方程斜率的比值計算基質效應,所得47種化合物的基質效應值為0.7～1.6,說明基質效應會對測定值產生一定影響,因此,為保證結果的準確度,試驗采用基質匹配混合標準溶液制作的標準曲線進行定量分析,線性范圍為2.00～100.0 mg·L－1,其他線性參數見表2。

按照GC-MS 條件重復分析7 次1.00 mg·kg－1的混合標準溶液,以3.143倍標準偏差(s)計算檢出限(3.143s)[21],所得結果見表2。

由表2可知:47 種化合物的線性關系良好,相關系數均在0.9910以上,檢出限為0.04～0.19mg·kg－1。

表2 47種化合物的線性回歸方程、相關系數、檢出限及基質效應Tab.2 Linearity regression equations，correlation coefficients，detection limits and matrix effect of 47 compounds

表2 (續)

2.4 精密度和回收試驗

按照試驗方法平行分析6份污泥樣品,每份樣品均加入0.50 mg·kg－1的47種化合物,計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD),結果見表3。

表3 精密度和回收試驗結果(n＝6)Tab.3 Results of tests for recovery and precision(n＝6)

由表3可知:47種化合物的回收率為58.0%～118%,RSD 為0.80%～7.4%,均小于10%,與相關標準的要求基本一致[22-23]。

2.5 樣品分析

按照試驗方法分析4個污泥樣品,在其中1份樣品中檢出了毒死蜱(0.23 mg·kg－1),1份樣品中檢出了二嗪農(0.39 mg·kg－1)、安硫磷(0.71 mg·kg－1),其含量均未超過標準規定的限值[3]。

本工作采用加速溶劑萃取法結合GC-MS同時測定污泥中37種有機磷類及10種擬除蟲菊酯類農藥,該方法具有高效、簡便、準確、可靠的特點,可為污水處理廠污泥中有機磷類農藥和擬除蟲菊酯類農藥的監測和快速檢測提供參考。