氣相色譜-串聯質譜法同時測定食用菌種植土壤中5種常用三氮苯類除草劑的含量

范 睿 ,孫志洪* ,路瑞娟 ,郭偉偉 ,倪 潔

(1.河北省滄州生態環境監測中心,滄州 061001;2.滄州市生態環境保護科學研究院,滄州 061001;3.滄州市生態環境監控中心,滄州 061001;4.河北省衡水生態環境監測中心,衡水 053000)

食用菌多采用大棚栽培,為預防雜草的侵害,種植前會對土壤施用除草劑,以消除雜草對食用菌作物的影響[1]。三氮苯類除草劑在全球范圍內使用較為廣泛,主要是殺傷雜草幼芽,在施用時極易在土壤中殘留,進而污染食用菌,對人類健康造成危害[2-5]。因此,加強對食用菌栽培土壤中西瑪津等除草劑的監測,對于指導食用菌種植和保護人民飲食安全具有現實意義[6-9]。

目前關于三氮苯類除草劑殘留量的測定方法已有報道,如文獻[10]采用超高效液相色譜法測定土壤中莠去津(又稱阿特拉津)的殘留量,文獻[11]研究了西瑪津在茶葉及土壤中的殘留與安全性評價,但上述研究涉及的除草劑種類單一,不能全面考察土壤中三氮苯類除草劑微量殘留的水平。

本工作以食用菌栽培土壤為研究對象,以加速溶劑萃取法結合凝膠滲透色譜法提取、凈化食用菌栽培土壤,采用氣相色譜-串聯質譜法同時測定西瑪津、氰草津、莠去津、撲滅津和草達津等5種常用三氮苯類除草劑的殘留量。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

AGILENT 7890B型氣相色譜儀,配自動進樣器等;AGILENT 5973N 型三重四極桿串聯質譜儀;THERMO ASE 400 型全自動加速溶劑萃取儀;NAI-DCY-24F型氮吹儀;GPC 1000型全自動凝膠凈化系統;CP 214型電子天平。

單標準儲備溶液:10.0 mg·L－1,準確移取西瑪津溶液標準物質1.0 mL,置于10 mL 容量瓶中,用體積比1∶2的丙酮-乙醇混合液定容,搖勻,即得西瑪津標準儲備溶液;同法配制氰草津、莠去津、撲滅津、草達津標準儲備溶液。

混合標準溶液系列:準確移取適量的單標準儲備溶液,用體積比1∶2的丙酮-乙醇混合液稀釋,配制成質量濃度均為0.01,0.05,0.1,0.5,1.0,5.0 mg·L－1的混合標準溶液系列。

西瑪津溶液標準物質[GBW(E)083755]、氰草津溶液標準物質[GBW(E)082306]、莠去津溶液標準物質[GBW(E)083330]、撲滅津溶液標準物質(SB05-265－2012)、草達津溶液標準物質(1ST22113-100A),質量濃度均為100 mg·L－1;乙醇、丙酮、乙腈和環己烷均為色譜純。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 加速溶劑萃取條件

萃取溫度80℃;萃取壓力9.5 k Pa;萃取劑為體積比1∶2的丙酮-乙醇混合液;萃取時間10 min,沖洗體積為萃取池體積的60%;循環次數5次;氮氣吹掃時間4 min。

1.2.2 色譜條件

HP-5ms色譜柱(45 m×0.25 mm,0.25μm);載氣為高純氦氣,流量1.5 mL·min－1;進樣口溫度240 ℃;不分流進樣,進樣體積1.0μL。柱升溫程序:初始溫度80 ℃,以速率25 ℃·min－1升溫至150 ℃,保持2 min;以速率20 ℃·min－1升溫至230 ℃,保持8 min;以速率10 ℃·min－1升溫至320 ℃,保持6 min。

1.2.3 質譜條件

電子轟擊離子(EI)源,離子源溫度245℃;電離電壓65 eV;延遲時間3.5 min;多反應監測(MRM)模式。其他質譜參數見表1。

表1 質譜參數Tab.1 MS parameters

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品的預處理

隨機采集食用菌種植土壤2 000 g,挑去植物根莖、石頭等異物,四分法將土壤樣品縮分為200 g;室溫下將土壤樣品自然風干,粉碎后過100 目(0.150 mm)篩網,過篩后的土壤樣品置于棕色廣口瓶中,冷藏儲存。

1.3.2 樣品的提取和凈化

取預處理后的樣品,室溫下放置30 min,準確稱取10.0 g,加硅藻土約12 g,攪拌均勻后,置于萃取池中,按設定程序進行加速溶劑萃取。收集萃取液,置于凝膠滲透色譜凈化瓶中,按以下條件凈化:OHpak SB-806 HQ 色譜柱(300 mm×7.8 mm,15μm);洗脫劑為體積比1∶1 的甲醇-乙腈混合液;流量10 mL·min－1。收集5～12 min的洗脫液,將洗脫液于50 ℃水浴氮吹至近干,用1 mL 體積比1∶2的丙酮-乙醇混合液渦旋溶解,按照儀器工作條件進行測定。

2 結果與討論

2.1 色譜行為

按照儀器工作條件測定混合標準溶液,得到的色譜圖見圖1。

圖1 典型色譜圖Fig.1 Typical chromatogram

2.2 萃取方法的選擇

食用菌種植土壤基質中通常含有大量的無機鹽、有機鹽,如硅酸鹽、金屬氧化物等,成分較為復雜,選擇高效的萃取方法可以有效提高檢測結果的準確度。土壤中除草劑的常用萃取方法為索氏抽提法、振蕩萃取法、加速溶劑萃取法等,振蕩萃取法較為經典,但其萃取耗時長、環境友好度低,現在已很少采用;索氏抽提法是繼振蕩萃取法后常用的一種萃取方法,其萃取時間較長、萃取效率較低,且加入過程易造成除草劑的損失,導致檢測結果準確度偏低;加速溶劑萃取法作為一種新型的提取方法,操作簡便且萃取效率高。試驗比較了采用上述3種萃取方法對0.1 mg·L－1的空白加標樣品進行萃取時除草劑的回收率,結果見表2。

表2 在不同萃取方法下除草劑的回收率Tab.2 Recovery of herbicides by different extraction methods

結果表明,加速溶劑萃取法不僅萃取快速,而且除草劑的回收率較高,均在90.0%以上。因此,試驗選擇的萃取方法為加速溶劑萃取法。

2.3 萃取條件的選擇

2.3.1 萃取溫度

合適的萃取溫度可以加速食用菌種植土壤中除草劑的萃取,有效提高檢測效率。以0.1 mg·L－1的空白加標樣品為研究對象,保持其他萃取條件不變,設定萃取溫度分別為60,70,80,90,100℃,考察了萃取溫度對5 種除草劑回收率的影響,結果見表3。

表3 萃取溫度對除草劑回收率的影響Tab.3 Effect of extraction temperature on recovery of herbicides

由表3可知:5種除草劑的回收率隨著萃取溫度的升高而逐漸增大;當萃取溫度分別為80,90,100 ℃時,5種除草劑的回收率變化較小。因此,試驗選擇的萃取溫度為80 ℃。

2.3.2 萃取時間

合適的萃取時間在提高分析效率的同時還可以降低食用菌種植土壤中其他干擾雜質對基線噪聲的影響。以0.1 mg·L－1的空白加標樣品為研究對象,保持其他萃取條件不變,設定萃取時間分別為8,9,10,11 min,考察了萃取時間對5種除草劑回收率的影響,結果見表4。

表4 萃取時間對除草劑回收率的影響Tab.4 Effect of extraction time on recovery of herbicides

結果表明,萃取時間為10 min時,5種除草劑的回收率較高,且基線干擾最低。因此,試驗選擇的萃取時間為10 min。

2.4 質譜條件的選擇

按儀器工作條件設置色譜和質譜參數,設置質譜掃描模式為全掃描(Q1 SCAN)模式,將5 mg·L－1西瑪津標準溶液進樣分析,采集西瑪津母離子;再設置質譜掃描模式為產物離子掃描(production SCAN)模式,采集西瑪津母離子對應的碎片離子。根據碎片離子的響應情況,選擇響應較強的3個碎片離子,豐度最強的作為定量離子,其他作為定性離子。根據選定的母離子和子離子,分別進行碰撞能量的優化,建立西瑪津MRM 方法,同法建立氰草津、莠去津、撲滅津、草達津MRM 方法。具體質譜參數見表1。

2.5 標準曲線和檢出限

按照儀器工作條件進行測定,以除草劑的質量濃度為橫坐標,對應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線。結果表明,5種除草劑的線性范圍均為0.01～5.0 mg·L－1,得到的線性回歸方程和相關系數見表5。

表5 線性參數和檢出限Tab.5 Linearity parameters and detection limits

以3倍信噪比(S/N)計算檢出限(3S/N),結果見表5。

2.6 回收試驗

取食用菌種植空白土壤樣品,按照試驗方法進行0.01,0.5,5.0 mg·L－1等3個濃度水平的加標回收試驗,計算除草劑的回收率,結果見表6。

表6 回收試驗結果Tab.6 Results of test for recovery

由表6可知:除草劑的回收率為84.6%～103%,滿足測定要求;隨著加標量的增大,大部分除草劑的回收率逐漸升高,且趨于穩定,可能是加標量低時,數據離散性受到系統誤差干擾的影響較大,如移液管、檢測儀器系統誤差等。

2.7 精密度試驗

按照試驗方法對0.1 mg·L－1空白土壤加標樣品進行分析,平行測定6次,計算除草劑測定值的相對標準偏差(RSD)。結果表明,西瑪津、氰草津、莠去津、撲滅津、草達津測定值的RSD 分別為2.4%,2.0%,1.8%,2.1%和2.9%,說明方法的精密度良好。

2.8 樣品分析

隨機取3處不同點位的食用菌種植土壤樣品,按試驗方法進行分析,計算樣品中西瑪津、氰草津、莠去津、撲滅津、草達津的殘留量,結果見表7。

表7 樣品分析結果Tab.7 Analytical results of the samples

由表7可知,兩處點位的食用菌種植土壤樣品檢出莠去津,質量分數分別為0.015,0.011 mg·kg－1,一處點位的食用菌種植土壤樣品檢出撲滅津,質量分數為0.020 mg·kg－1,其余除草劑均未檢出。

本工作以加速溶劑萃取法萃取食用菌種植土壤樣品中的西瑪津、氰草津、莠去津、撲滅津、草達津,凝膠滲透色譜法凈化提取液,采用氣相色譜-串聯質譜法測定上述除草劑的殘留量。結果表明,建立的方法具有自動化程度高、環境污染小等特點,可以用于食用菌種植土壤中除草劑的檢測。