紀(jì)丙鑫, 郝雨陽, 徐彥軍, 林永鋒, 李 季,田光明,4, 魏雨泉, 丁國春, 許 艇*,

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，生物多樣性與有機農(nóng)業(yè)北京市重點實驗室，北京 100193；2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系 農(nóng)藥創(chuàng)新研究中心，北京 100193；3. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 有機循環(huán)研究院，江蘇 蘇州 215000；4. 浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，杭州 310058)

農(nóng)藥應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可以有效防治病蟲害，保護作物，提高產(chǎn)量[1]，但隨著農(nóng)藥的大量使用，殘留的農(nóng)藥可通過地表徑流、工業(yè)廢水排放、大氣干濕沉降或遠距離傳輸?shù)韧緩竭M入河流、湖泊等水體中并最終富集到沉積物中，對水生環(huán)境造成危害[2-3]，因此多種農(nóng)藥在水-沉積物系統(tǒng)中殘留檢測方面的研究顯得愈來愈重要。

目前，水體中農(nóng)藥殘留檢測常用的前處理方法有液-液萃取[4]、固相萃取[5]等。其中，固相萃取成本較高，而液-液萃取操作簡單、萃取效率高、成本低。因此本研究采用液-液萃取水體中的農(nóng)藥殘留。沉積物中殘留檢測常用的前處理方法有振蕩提取、索氏提取[6]、加速溶劑萃取[7]等。這些方法或存在提取時間長、過程復(fù)雜、有機試劑用量大等缺點，或需要昂貴的前處理設(shè)備，同時檢測農(nóng)藥殘留種類數(shù)量少，無法同時對多種類型農(nóng)藥殘留進行檢測。QuEChERS(Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe)，是一種用于農(nóng)產(chǎn)品檢測的樣品前處理方法，利用吸附劑填料與基質(zhì)中的雜質(zhì)相互作用吸附雜質(zhì)從而達到除雜凈化的目的，操作簡便、快速[8]。近年開始應(yīng)用在環(huán)境介質(zhì)(土壤、沉積物)中農(nóng)藥的殘留檢測[9]。

環(huán)境中農(nóng)藥殘留的檢測方法主要有氣相色譜(GC)法[10]、高效液相色譜(HPLC)法[11]、氣相色譜-質(zhì)譜 (GC-MS)法[12]、液相色譜-質(zhì)譜 (LC-MS)法[13]等。其中，GC 和HPLC 方法靈敏度相對較低，易受到雜質(zhì)干擾，僅依靠保留時間定性依據(jù)不充分，而GC-MS 和LC-MS 靈敏度提高，抗干擾能力更強，能對農(nóng)藥殘留進行準(zhǔn)確定量和定性分析，在食品農(nóng)藥的多殘留分析中得到廣泛應(yīng)用[14]。

本研究重點針對在環(huán)境中難降解的有機氯、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常使用的有機磷和擬除蟲菊酯類農(nóng)藥以及在我國水域中廣泛被檢出的三嗪類農(nóng)藥[15]，采用GC-MS 對水體和沉積物樣品中39 種農(nóng)藥進行檢測，以期為水環(huán)境中農(nóng)藥的測定提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器、藥劑與試劑

ISQ7000 Trace1300 GC-MS (美國Thermo 公司)；5424R 高速冷凍離心機 (德國Eppendorf 公司)；KQ3200DE 超聲波清洗器 (昆山市超聲儀器有限公司)；Field-X-2-15UV 實驗室超純水儀 (費爾德北京科學(xué)儀器有限公司)；MM400 冷凍混合球磨儀 (上海一韋科技有限責(zé)任公司)；QF-3800B氮氣吹干儀 (天津市旗美科技有限公司；SJIA-10N-50A 真空冷凍干燥機 (寧波市雙嘉儀器有限公司) 。

乙腈、正己烷和乙酸乙酯均為色譜純，購自上海安譜實驗科技股份有限公司；39 種農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液 (100 mg/L) 、乙二胺-N-丙基硅烷(PSA)、石墨化碳黑(GCB)和QuEChERS 萃取鹽包(6 g 無水硫酸鎂、1.5 g 無水乙酸鈉)均購自上海安譜實驗科技股份有限公司；氯化鈉購于國藥集團化學(xué)試劑公司；無水硫酸鈉小柱(6 g/12 mL)購于上海靳瀾儀器制造有限公司。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

39 種農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液經(jīng)乙酸乙酯稀釋50 倍得中間儲備溶液.再依次用乙酸乙酯配制成各質(zhì)量濃度分別為 10、20、50、100、200、500、1 000、2 000 μg/L 混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，備用。

1.3 試驗方法

1.3.1 儀器檢測條件

色譜條件：TG-5SILMS 色譜柱(30 m × 0.25 mm，0.25 μm)。色譜柱溫度程序：60 ℃保持2 min，然后以25 ℃/min 升溫至180 ℃，再以5 ℃/min 升溫至280 ℃，最后以10 ℃/min 升溫至300 ℃，保持5 min。載氣為氦氣，純度≥99.999%；氦氣流速1 mL/min；進樣口溫度，250 ℃；不分流進樣，進樣量1 μL。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源 (EI 源) ；電離能量70 eV；離子源溫度300 ℃；傳輸線溫度280 ℃；選擇離子監(jiān)測(SIM)模式。

1.3.2 樣品前處理

水體樣品：取1 L 水樣，在負壓條件下通過0.45 μm 玻璃纖維濾膜后，置于高密度聚乙烯瓶中，于4 ℃避光保存。量取200 mL水樣于500 mL分液漏斗中，加入20 g 氯化鈉，振蕩至完全溶解后，加入20 mL 乙酸乙酯振搖30 min；靜置分層，收集上層萃取液，重復(fù)萃取兩次；合并萃取液，經(jīng)無水硫酸鈉小柱(6 g/12 mL)脫水后氮吹濃縮至近干，用乙酸乙酯定容至1 mL，過0.22 μm濾膜后進行GC-MS 測定。

沉積物樣品：將采集自河流、湖泊的沉積物冷凍干燥后，用球磨儀研磨成粉末；稱取5 g (精確至0.01 g) 樣品于50 mL 離心管中，加入10 mL純水和10 mL 乙腈，渦旋混勻1 min，超聲30 min后置于4 ℃冰箱10 min；加入6 g 無水硫酸鎂和1.5 g 無水乙酸鈉，渦旋1 min，于8 000 r/min 下離心5 min；取6 mL 上清液至10 mL 離心管中，加入150 mg PSA 和20 mg GCB，渦旋1 min，于4 500 r/min 下離心5 min；取4 mL 上清液至10 mL 刻度試管中，于45 ℃水浴下氮氣緩緩吹干，加入1 mL 乙酸乙酯溶解殘渣，渦旋1 min，過0.22 μm 濾膜后進行GC-MS 測定。

1.3.3 添加回收試驗 向空白水樣和沉積物中分別加入低、中、高3 個水平的39 種農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，使水樣中添加水平分別為0.25、0.5 和5.0 μg/L，沉積物中添加水平分別為5.0、20 和100 μg/kg，每個水平重復(fù)5 次，按上述條件測定，計算回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)譜條件的優(yōu)化

取1.2 節(jié)中1 000 μg/L 的39 種農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進行GC-MS 測定。首先采用全掃描(Full Scan)模式對39 種農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進行全掃描，全掃描范圍為m/z50～500。通過控制升溫程序，將39 種農(nóng)藥分離，得到39 種農(nóng)藥的保留時間。根據(jù)全掃描結(jié)果，通過美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院 (NIST) 標(biāo)準(zhǔn)譜庫檢索匹配，每種農(nóng)藥選擇3～4 個特征離子，選擇響應(yīng)最高、豐度最大的離子作為定量離子。最后根據(jù)保留時間和定量定性離子等參數(shù)構(gòu)建選擇離子監(jiān)測模式(SIM)。39 種農(nóng)藥的保留時間和定性、定量離子見表1，其總離子流圖見圖1。

圖1 39 種農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液 (1.0 mg/L) 在SIM 模式下的總離子流色譜圖Fig. 1 Total ion current chromatogram of 39 pesticides (1.0 mg/L) in SIM mode

表1 39 種農(nóng)藥GC-MS 檢測的SIM 條件Table 1 SIM conditions by GC-MS

續(xù)表1Table 1 (Continued)

2.2 水體中39 種農(nóng)藥的提取

水體中的農(nóng)藥采用液-液萃取進行提取，在200 mL 空白水樣中加入39 種農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成各目標(biāo)農(nóng)藥質(zhì)量濃度為 0.5 μg/L 的模擬水樣，分別比較了正己烷、二氯甲烷以及乙酸乙酯對39 種農(nóng)藥的萃取效率。由圖2 可知，乙酸乙酯對絕大多數(shù)目標(biāo)物的萃取效率均達70% 以上。正己烷萃取撲草凈、撲滅通、西瑪津、莠去津等三嗪類除草劑的回收率均低于50%，這是由于正己烷屬于非極性溶劑，對極性強的農(nóng)藥萃取效果一般。使用二氯甲烷進行液-液萃取時，雖然所有農(nóng)藥的回收率均在70%以上，但由于二氯甲烷本身就是一種環(huán)境污染物，對環(huán)境有深度危害性[16]；同時二氯甲烷還是一種中等毒性的物質(zhì)，對人類具有潛在的致癌性[17]。綜合考慮，最終選擇乙酸乙酯作為萃取溶劑。

圖2 不同萃取溶劑對水體中39 種農(nóng)藥回收率的影響Fig. 2 The recoveries of 39 pesticides in water using different extraction solvents

2.3 沉積物中39 種農(nóng)藥的提取與凈化

乙腈、丙酮、正己烷和二氯甲烷等均為常用萃取溶劑。其中，乙腈極性較強，對農(nóng)藥的回收效果好[18]，且與丙酮相比，對色素和雜質(zhì)的提取率低，可有效地降低基質(zhì)干擾[19]，正己烷和二氯甲烷萃取一些極性強的農(nóng)藥回收率較低，因此選擇乙腈為提取溶劑。C18、PSA 和GCB 等均為常用凈化劑，其中，PSA 能夠去除有機酸、部分色素和糖類等[20]，C18主要用于去除基質(zhì)中油脂、維生素和甾醇等非極性物質(zhì)的干擾[21]，GCB 能有效除去甾醇和色素，可吸附90%以上的色素成分[22]。本研究中考察了上述3 種凈化劑不同組合對39 種農(nóng)藥的凈化效果。稱取5 g 空白沉積物樣品，添加一定量的39 種農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，添加水平為0.05 mg/kg，分別對比了6 組不同吸附材料組合：(Ⅰ) 100 mg PSA；(Ⅱ) 100 mg PSA + 100 mg C18；(Ⅲ) 100 mg PSA + 20 mg GCB；(Ⅳ) 100 mg PSA +40 mg GCB；(Ⅴ) 150 mg PSA；(Ⅵ) 200 mg PSA。結(jié)果 (圖3) 表明：組合(Ⅰ) 和組合(Ⅱ)回收率相差較小，表明是否添加C18對回收率影響不大。由組合(Ⅰ)、 (Ⅴ)和 (Ⅵ)可知，隨著PSA 添加量的增加，回收率逐漸增加，在其添加量為150 mg 時回收率達到最高。由組合(Ⅰ) 、(Ⅲ) 和(Ⅳ)可知，未添加GCB 的提取液呈淡黃色，隨著GCB 用量的增加，色素逐漸被吸收，提取液逐漸呈現(xiàn)無色透明狀，基質(zhì)干擾降低，回收率逐漸增加，其中在其添加量為20 mg 時部分農(nóng)藥的回收率優(yōu)于40 mg 的，因此GCB 添加量確定為20 mg。從減少對儀器的污染、節(jié)約成本、提高回收率等方面綜合考慮，最終選擇150 mg PSA + 20 mg GCB 作為凈化劑組合。

圖3 不同凈化劑組合對沉積物中39 種農(nóng)藥回收率的影響Fig. 3 The recoveries of 39 pesticides in sediments using different cleaned-up sorbents

2.4 方法評價

2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限和定量限 取質(zhì)量濃度分別為 10、20、50、100、200、500 和1 000 μg/L的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，按1.3.1 節(jié)的條件測定，采用SIM 模式，以峰面積為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)，平行測定3 次，得到39 種農(nóng)藥的線性方程。參照文獻方法[23]在空白樣品中加入極少量各目標(biāo)農(nóng)藥，按照樣品分析的全部步驟，對樣品進行7 次平行測定，計算出各目標(biāo)農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)，以3.143 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(3.143SD)計算方法的檢出限(LOD)，以3 倍方法檢出限計算定量限(LOQ) 。結(jié)果 (表2) 表明：39 種農(nóng)藥線性關(guān)系良好，決定系數(shù)(R2)在0.995 6～0.999 9 之間，水體中39 種農(nóng)藥的LOD 為0.02～0.06 μg/L，LOQ 為0.04～0.18 μg/L；沉積物中39 種農(nóng)藥的LOD 為0.7～1.5 μg/kg，LOQ 為2.1～4.3 μg/kg。

表2 39 種農(nóng)藥在溶劑中的線性方程、決定系數(shù)、檢出限及定量限 (線性范圍：10～1 000 μg/L)Table 2 The linear equation, R2, LOD and LOQ of 39 pesticides in solvent (Linear range: 10-1 000 μg/L)

續(xù)表2Table 2 (Continued)

2.4.2 正確度、精密度和靈敏度 將2 000 μg/L的39 種農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液用1.3.2 節(jié)的方法處理后的空白水體或沉積物提取溶液稀釋，以空白基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液外標(biāo)法定量，配制成質(zhì)量濃度范圍在10～1 000 μg/L 的系列基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照1.3.3 節(jié)方法進行添加回收試驗。結(jié)果(表3) 表明：39 種農(nóng)藥在水體中的平均回收率為72%～111%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n= 5)為1.1%～10%；在沉積物中的平均回收率為65%～119%，RSD (n= 5)為2.1%～12%之間。表明其正確度、精密度和靈敏度均較好。

表3 39 種農(nóng)藥在水體和沉積物基質(zhì)中的線性方程、添加回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=5)Table 3 The linear equations, recoveries and RSDs of 39 pesticides in water and sediment matrix (n=5)

續(xù)表3Table 3 (Continued)

續(xù)表3Table 3 (Continued)

續(xù)表3Table 3 (Continued)

2.5 實際樣品檢測

從江蘇省蘇州市太湖流域采集河水、湖水樣品88 份，采集湖泊、河流沉積物樣品81 份。采用1.2 節(jié)的方法進行樣品前處理，對39 種目標(biāo)農(nóng)藥殘留進行檢測。定性依據(jù)參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[24-27]，樣品中目標(biāo)農(nóng)藥的相對保留時間與標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中該農(nóng)藥的相對保留時間的差值在 ±0.03 以內(nèi)；樣品中目標(biāo)農(nóng)藥的輔助定性離子與定量離子豐度比與標(biāo)準(zhǔn)溶液中輔助定性離子與定量離子豐度比相對偏差應(yīng)在 ±30% 以內(nèi)。檢測結(jié)果 (表4) 表明：水體中共檢出撲草凈和特丁津兩種農(nóng)藥，其中撲草凈檢出濃度最高為0.75 μg/L；沉積物中共檢出p,p′-DDE、p,p′-DDD、噻嗪酮、聯(lián)苯菊酯、高效氯氟氰菊酯、氯菊酯和撲草凈7 種農(nóng)藥，其中噻嗪酮檢出濃度最高，為51.42 μg/kg；檢出率較高的有p,p′-DDE (84%)、噻嗪酮 (47%)、聯(lián)苯菊酯(38%)，其他農(nóng)藥檢出率均較低。

表4 實際樣品檢測結(jié)果Table 4 Detected concentration of pesticides in samples

3 結(jié)論

本研究建立了水體和沉積物中包括有機氯、有機磷、三嗪類和擬除蟲菊酯類農(nóng)藥在內(nèi)的39 種農(nóng)藥的提取和GC-MS 測定方法。采用選擇離子監(jiān)測(SIM)模式檢測，外標(biāo)法定量。通過比較不同萃取溶劑確定了水體中農(nóng)藥的前處理方法，方法對水體中39 種農(nóng)藥的LOD 為0.02～0.06 μg/L。同時通過比較不同凈化劑配比對沉積物提取液的凈化效果，選擇了成本低、回收率高的凈化條件，方法對沉積物中39 種農(nóng)藥的LOD 為0.7～1.5 μg/kg。39 種農(nóng)藥在水體和沉積物中的添加回收率絕大部分在70%～110%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n= 5)＜20%。本方法前處理操作簡便，提取效率高，檢測時間短，一般實驗室的配置均能滿足操作要求，并且方法的正確度和精密度均能滿足檢測要求，可用于湖泊、河流中水體和沉積物中農(nóng)藥殘留的測定，對于探明農(nóng)藥在水體和沉積物中的污染狀況，防控農(nóng)藥污染，保護水生生態(tài)環(huán)境的健康可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。