加速溶剂提取-气相色谱法同时测定土壤中的22种有机氯和有机磷农药_肖刚.pdf

2012 年 12 月 December 2012 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 31，No． 6 1033 ～1036 收稿日期 2012 －07 －14; 接受日期 2012 －08 －30 基金项目 中国地质大调查项目 1212010913004 作者简介 肖刚， 高级工程师， 从事地质实验分析测试工作。E- mail lanyun05107 sina． com。 文章编号 02545357 2012 06103304 加速溶剂提取 － 气相色谱法同时测定土壤中的 22 种 有机氯和有机磷农药 肖刚 沈阳地质矿产研究所，辽宁 沈阳110032 摘要 我国环境污染调查评价测试项目中开展了大量有关土壤中有机氯及有机磷农药残留的测定工作， 多种有机污染物同时分析测试的方法是研究的新热点。本文以正己烷 － 丙酮 体积比 1 ∶ 1 为提取剂， 采用 加速溶剂提取， 毛细管柱气相色谱法测定土壤中六氯苯等 9 种有机氯及敌敌畏等 13 种有机磷农药残留。方 法回收率为79． 1 ～107． 7， 相对标准偏差为3． 62 ～9． 94 n 7 ， 检出限为0． 02 ～0． 45 μg/kg。本方 法将两类农药同时提取且实现了各组分的完全分离， 拓展了方法的适用范围， 与传统的超声提取和索氏提取 法相比， 提取时间缩短至 20 min， 提取溶剂体积降至 50 mL， 缩短了分析时间， 降低了成本， 精密度和回收率 能够满足全国环境污染调查评价的需要。 关键词 土壤; 有机氯农药; 有机磷农药; 加速溶剂提取; 气相色谱法 中图分类号 S151． 93; S482． 32; S482． 33; O657． 71文献标识码 A Determination of Organochlorines and Organophosphorus in Soil by Accelerated Solvent Extraction- Gas Chromatography XIAO Gang Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources，Shenyang110032，China Abstract A large number of measurement work on organochlorine and organophosphorus pesticide residue in soil was carried out in China s environmental pollution survey uation and test project．The simultaneous measurements of a variety of organic pollutants were a new research hotspot． In this study，the pesticide residues of 9 kinds of organochlorine such as hexachlorobenzene and 13 kinds of organophosphorus such as dichlorvos were simultaneously measured by Gas Chromatography with n- hexane- acetone volume ratio 1 ∶ 1 for extracting agent， the accelerated solvent extraction and capillary column． The recoveries were from 79． 1 to 107． 7，relative standard deviations were from 3． 62 to 9． 94 n 7 and detection limits were from 0． 02 to 0． 45 μg/kg． This simultaneously extracted the two kinds of pesticides and completely separated the various components， which extended the application field． Comparing with the traditional ultrasonic extraction and Soxhlet extraction ，extracting time of this was reduced to 20 min and extraction solvent volume was down to 50 mL， which saved the analytical time and reduced the cost．Meanwhile，the precisions and recoveries met the requirements of the national environmental pollution survey and assessment． Key words soil; organochlorines; organophosphorus; accelerated solvent extraction; Gas Chromatography 3301 ChaoXing 有机氯农药 OCPs 曾在世界范围内大量应用， 因其在环境中的高稳定性、 高生物累积性被认为是 主要 的 持 久 性 有 机 污 染 物 ［1 －3 ］。有 机 磷 农 药 OPPs 具有药效高、 残留期短等特点， 成为我国使 用最多、 应用范围最广的一类杀虫剂 ［4 －5 ］。但 OCPs 和 OPPs 同时具有较大的人畜毒性， 甚至具有致癌、 致畸、 致突变作用。 作为全国环境污染调查评价测试项目， 我国已 开展了大量有关土壤中 OCPs 和 OPPs 农药残留的 测定工作。传统方法提取有机农药一般采用超声提 取或索氏提取等， 这些方法由于试验流程长、 有机磷 农药受热易分解 ［6 ］、 仪器干扰排除难等特点， 往往 不能满足痕量浓度样品的检测要求。20 世纪末， Richter 等介绍了一种全新的加速溶剂萃取方法 ASE ， 这是一种在提高温度和压力的条件下， 用有 机溶剂萃取的自动化方法。与传统方法相比， ASE 突出的优点是有机溶剂用量少， 提取速度快， 回收率 高。目前伴随着大型仪器联用和固相萃取等新技术 的出现， 多种有机污染物同时测定的方法有了很大 发展 ［7 ］。本文将两类农药的提取方法进行结合， 以 正己烷和丙酮为提取剂， 对六氯苯等 9 种有机氯农 药及敌敌畏等 13 种有机磷农药进行加速溶剂提取， 运用毛细管气相色谱法， 在电子捕获检测器 ECD 和火焰检测器 FPD 上分别测定 OCPs 和 OPPs 的 含量， 优化了分离方法， 拓展了分析方法的适用范 围， 提高了分析准确度， 降低了实验成本。 1实验部分 1． 1仪器与主要试剂 岛津 GC －2010 型气相色谱仪; ASE －300 型加 速溶剂提取仪; KQ5200E 型超声器; KL521J 型 12 位恒温水浴氮吹仪; 旋涡混合仪， 弗罗里硅土净化 柱 6 mL/1 g， 购自迪马公司 。 9 种有机氯农药 六氯苯、 α － HCH、 γ － HCH、 β － HCH、 δ － HCH、 p， p － DDE、 o， p － DDT、 p， p － DDD、 p， p － DDT 和 13 种有机磷农药 甲胺磷、 敌 敌畏、 乙酰甲胺磷、 久效磷、 乐果、 乙拌磷、 甲基对硫 磷、 杀螟硫磷、 虫螨磷、 马拉硫磷、 倍硫磷、 乙基对硫 磷和乙硫磷 标准溶液 浓度均为 100 mg/L。 2， 4， 5， 6 － 四氯间二甲苯、 二丁基氯菌酸酯替代 物标准溶液。 丙酮、 正己烷均为色谱级。 1． 2实验方法 将土壤样品研细并于室内阴干。称取 10 g 研 磨后的样品与 1． 0 g 活性炭、 0． 5 g 中性氧化铝、 20 g 无水 Na2SO4混合， 于萃取池中， 使用正己烷 － 丙酮 混合溶剂 体积比 1 ∶ 1 ， 在温度 60℃， 压力 10． 3 MPa 条件下预热 8 min， 静态提取 10 min， 用混合溶 剂快速冲洗样品， 提取液过无水 Na2SO4漏斗， 转移 至离心管中氮吹浓缩至 2 mL， 待净化。 用10 mL 丙酮 －正己烷混合溶剂 体积比 1 ∶ 9 预淋洗 Florisil 净化柱。当淋洗液接近弗罗里硅土 上层时， 将待净化样品转移至柱上， 用混合溶剂少量 多次洗涤离心管中的农药残留， 用 25 mL 乙醚 － 正 己烷淋洗液 体积比 1 ∶ 4 进行淋洗， 控制流量在 3 mL/min左右， 至 25 mL 溶液全部淋洗后抽干， 收 集洗脱液， 转移至离心管中氮气吹扫浓缩至少量， 用 正己烷换相， 最后定容至2． 0 mL。准确吸取1． 0 mL 用 FPD 检测器测定13 种有机磷农药。另取1． 0 mL 用 ECD 检测器测定 9 种有机氯农药 ［8 －13 ］。 1． 3气相色谱分析条件 1． 3． 1有机氯农药 Rtx －CLPⅡ 石英毛细管色谱柱 30 m 0．32 mm 0．25 μm ， 程序升温为 初始温度 50℃保持 1 min， 以 20℃ /min升温至180℃， 保持1 min， 以8℃ /min 升温至 240℃保持10 min; 进样口温度250℃， 不分流进样， 进 样量1 μL， 柱流量1．2 mL/min， ECD 温度280℃。 1． 3． 2有机磷农药 Rtx －1701 石英毛细管色谱柱 30 m 0． 25 mm 0．25 μm ， 程序升温为 初始温度 50℃保持 1 min， 以20℃ /min升温至 250℃， 保持 1 min; 进样口温度 250℃， 不 分 流 进 样， 进 样 量 1 μL， 柱 流 量 1． 2 mL/min， 空气流量80 mL/min， 氢气流量 70 mL/min， FPD 温度280℃。 2结果与讨论 2． 1提取溶剂与萃取条件的选择 土壤基体复杂， 表面带有电荷， 呈极性。采用正 己烷 － 丙酮混合溶剂 体积比 1 ∶ 1 可以提高极性， 有助于从土壤空隙中提取各类有机农药， 综合效果 较好。经实验测定， 单纯使用正己烷对乐果等几种 有机磷农药的提取效率极低， 而其他有机磷农药的 回收率也在 80 以下， 但提取剂的极性过高， 会增 加洗脱难度。 通过改变萃取溶剂和温度等条件考察方法对回 收率的影响， 按不同因素不同水平进行正交试验， 最 后确定最佳萃取条件为 使用正己烷 － 丙酮混合溶 剂 体积比 1 ∶ 1 提取， 萃取温度 60℃， 萃取时间 10 min。不同溶剂和萃取温度下有机农药回收率实验 结果见表 1。 4301 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2012 年 ChaoXing 表 1不同溶剂和萃取温度下有机农药的回收率 Table 1Recovery tests of the under different solvant and extraction temperature 化合物 正己烷溶剂回收率/ 50℃60℃70℃ 正己烷 － 丙酮溶剂 1 ∶ 1 回收率/ 50℃60℃70℃ 六氯苯111． 2105． 3112．3101． 2104． 1112．9 α － HCH80． 182．5 100．486．388．3102．1 γ － HCH71． 175．5 101．281．289．598．6 β － HCH85． 588．6 103．586．791．298．2 δ － HCH92． 192．6 96．392． 899． 6105．4 p， p － DDE76． 582．593．8100． 2100． 4108．9 o， p － DDT84． 591．590．5100． 4100． 3110．5 p， p － DDD80． 283．5101．2105． 8108． 2110．9 p， p － DDT79． 582．6100．4102． 3101． 7107．9 甲胺磷76． 377．577．989． 691． 998．8 敌敌畏56． 256．359．686． 085． 286．2 乙酰甲胺磷50． 452．655．682． 686． 183．6 久效磷45． 350．150．685． 688． 387．8 乐果23． 522．823．590． 289． 885．9 乙拌磷54． 857．555．982． 689． 890．5 甲基对硫磷62． 560．560．881． 887． 792．1 杀螟硫磷53． 655．859．689． 293． 190．1 虫螨磷68． 571．273．586． 392． 689．6 马拉硫磷57． 255．859．681． 589． 489．6 倍硫磷55． 655．961．280． 585． 687．4 乙基对硫磷57． 259．553．180． 687． 586．5 乙硫磷56． 360．165．577． 279． 880．2 2． 2净化和浓缩方法的选择 有机磷农药的沸点随气压减小而降低， 以敌敌 畏变化最为明显， 且化合物大多具有热不稳定 性 ［8 ］。经实验测定， 在 35℃ 条件下旋转蒸发浓缩， 敌敌畏的回收率在 50以下， 故应采用氮吹法对样 品浓缩。土壤样品的提取液中， 主要需除去色素和 脂类等杂质的干扰， 本方法将样品与中性氧化铝、 活 性炭混合后进行提取， 可将杂质吸附在固体中， 在净 化的同时也可降低成本， 提高分析效率。 2． 3基质效应的研究 有机农药分析测试具有基质效应， 增加进样口 温度可以减少农药在进样口处的残留; 但温度增加 会使热不稳定的物质分解， 由实验确定最佳进样口 温度为 250℃。同时， 基质效应也会影响衬管， 为了 定量准确， 应提高衬管的惰性， 采用不加玻璃棉并硅 烷化后的衬管以避免污染。当连续校准不能通过 时， 应立即更换衬管并切割柱头， 以提高仪器响应。 2． 4化合物的分离效果 50 μg/L 有机氯及有机磷农药标准溶液色谱图 见图 1 和图 2 其中四氯间二甲苯、 二丁基氯菌酸酯 为替代物 。由图可知， 该方法分离效果良好， 待测 物的分离度均大于 1． 0。 2． 5标准曲线的线性 按试验方法对22种农药混合标准溶液进行测 图 1有机氯标准溶液色谱图 Fig． 1Chromatogram of organochlorines solution 12， 4， 5， 6 － 四氯间二甲苯; 2六氯苯; 3α － HCH; 4γ － HCH; 5β － HCH; 6δ － HCH; 7p， p － DDE; 8o， p － DDT; 9p， p － DDD; 10 p， p － DDT; 11二丁基氯菌酸酯。 图 2有机磷标准溶液色谱图 Fig． 2Chromatogram of organophosphorus solution 1甲胺磷; 2敌敌畏; 3乙酰甲胺磷; 4久效磷; 5乐果; 6乙拌磷; 7甲基对硫磷; 8杀螟硫磷; 9虫螨磷; 10马拉 硫磷; 11倍硫磷; 12乙基对硫磷; 13乙硫磷。 定， 22 种农药在质量浓度 5 ～80 ng/mL 的范围内线 性良好。线性回归方程、 相关系数见表 2。 2． 6方法检出限、 回收率和精密度 称取 10 g 石英砂作为空白基体， 有机氯农药加 标浓度为 1 μg/kg， 有机磷农药加标浓度为1 μg/kg， 按 1． 2 节的方法进行 7 次重复测定， 根据信噪比 S/N 3计算方法检出限。有机氯农药加标浓度为 5 μg/kg， 有机磷农药加标浓度 5 μg/kg， 重复测定 7 次， 求出方法回收率和精密度见表 3。该方法的检 出限为 0． 02 ～ 0． 40 μg/kg， 回收率为 78． 5 ～ 107． 5， 相对标准偏差 RSD 为 4． 15 ～9． 94。 方法的检出限低， 回收率高， 能够满足环境调查评价 分析要求。 5301 第 6 期肖刚 加速溶剂提取 － 气相色谱法同时测定土壤中的 22 种有机氯和有机磷农药第 31 卷 ChaoXing 表 2线性方程和相关系数 Table 2The linear equations and correlation coefficient 化合物线性方程相关系数 六氯苯y 2．3 10 －4x 1． 58 0．9991 α － HCH y 2．2 10 －4x 1． 21 0．9991 γ － HCH y 2．1 10 －3x －2． 33 0．9992 β － HCH y 2．3 10 －3x －2． 90 0．9975 δ － HCH y 2．4 10 －2x －1． 48 0．9993 p， p － DDEy 2．5 10 －2x －1． 84 0．9992 o， p － DDTy 1．7 10 －2x －1． 33 0．9991 p， p － DDDy 1．4 10 －2x －0． 46 0．9996 p， p － DDTy 1．5 10 －3x －1． 45 0．9998 甲胺磷y 2．1 10 －3x －1． 39 0．9996 敌敌畏y 2．2 10 －2x －1． 30 0．9995 乙酰甲胺磷y 2．3 10 －4x 1． 57 0．9986 久效磷y 2．6 10 －3x 1． 42 0．9975 乐果y 2．1 10 －4x 1． 84 0．9982 乙拌磷y 1．5 10 －4x －1． 66 0．9972 甲基对硫磷y 1．6 10 －2x 0． 58 0．9978 杀螟硫磷y 2．2 10 －2x 0． 74 0．9991 虫螨磷y 2．1 10 －3x －2． 11 0．9972 马拉硫磷y 2．7 10 －3x －2． 24 0．9970 倍硫磷y 1．5 10 －4x －1． 58 0．9984 乙基对硫磷y 2．3 10 －2x 1． 78 0．9979 乙硫磷y 2．1 10 －4x 1． 41 0．9987 表 3方法检出限、 回收率和精密度 Table 3Detection limits， recovery and precision tests of the 化合物 检出限/ μgkg －1 回收率/ n 7 RSD/ n 7 六氯苯0． 0484． 28．15 α － HCH0． 04 89． 38．57 γ － HCH0． 02 79． 59．25 β － HCH0． 03 97． 28．36 δ － HCH0． 03 99． 67．58 p， p － DDE0． 05101．19．66 o， p － DDT0． 05100．38．47 p， p － DDD0． 05102．89．94 p， p － DDT0． 05107．78．12 甲胺磷0． 3391． 94．81 敌敌畏0． 4180． 29．63 乙酰甲胺磷0． 4083． 23．62 久效磷0． 3485． 24．15 乐果0． 4489． 78．43 乙拌磷0． 3289． 26．15 甲基对硫磷0． 3387． 26．86 杀螟硫磷0． 4393． 47．44 虫螨磷0． 3591． 15．26 马拉硫磷0． 3587． 46．19 倍硫磷0． 4585． 69．23 乙基对硫磷0． 4287． 27．41 乙硫磷0． 3679． 17．35 3实际样品分析 用本文的方法对东北平原地下水污染调查项目 的 124 组土壤样品进行检测， 有机氯农药中 HCHs 的检出率为 14， DDTs 检出率为 9， 六氯苯检出 率为 20; 有机磷农药中敌敌畏的检出率为 3， 乐果检出率为 4。22 种组分的基体加标各组分回 收率在 70 ～130 之间， 替代物回收率为 74 ～ 112， 适合批量土壤分析。 4结语 本文用正己烷和丙酮作为提取剂， 采用加速溶 剂萃取法可以同时提取土壤中的六氯苯等 9 种有机 氯农药和敌敌畏等 13 种有机磷农药， 与传统的超声 提取和索氏提取法相比， 提取时间缩短至 20 min， 提取溶剂体积降至 50 mL。本方法将两类农药同时 提取且实现了各组分的完全分离， 缩短了分析时间， 降低了成本， 同时精密度高、 检出限低、 回收效果好， 达到了中国地质调查局地下水污染地质调查评价 规范 ［13 ］的要求， 能够很好地满足全国环境污染调 查评价的需要。 5参考文献 ［ 1］Stanh J， Goebel H． uation of automated splitless and manual on- column injection techniques using capillary gas chromatography for pesticide residue analysis ［J］ ． Journal of Chromatography A， 1984， 314 413 －420． ［ 2］陈卫明， 邓天龙， 张勤． 土壤中有机氯农药残留的分析 技术研究进展［ J］ ． 岩矿测试， 2009， 28 4 151 －156． ［ 3］吴宇峰， 李利荣， 时庭锐． 土壤和沉积物中 17 种有机 氯农药残留量的测定［J］ ． 环境科学与技术， 2007， 30 1 37 －38． ［ 4］何淼， 饶竹． 圆盘固相萃取富集 － 气相色谱法测定 地表水中有机氯和有机磷农药［J］ ． 岩矿测试， 2008， 27 1 12 －16． ［ 5］王祎亚， 饶竹． 大口径毛细管柱气相色谱法测定水中 15 种 有 机 磷 农 药［J］ ． 岩 矿 测 试， 2007， 26 1 17 －20． ［ 6］杨旭， 汤佳峰， 巢文军． 基质效应对有机磷农药测定的 影响 及 其 解 决 方 法［J］ ． 分 析 测 试 学 报， 2009， 28 12 1368 －1372． ［ 7］牟一萍． 持久性有机污染物 POPs 全球性环境新 课题［ J］ ． 中国标准化， 2003 1 55 －59． ［ 8］GB/T 145522003， 水、 土壤中有机磷农药测定的 气相色谱法［ S］ ． ［ 9］GB/T 145502003， 土壤中六六六和滴滴涕测定的 气相色谱法［ S］ ． ［ 10］ EPA 8081A，Organochlorine Pesticides by Gas Chroma- tography［ S］ ． ［ 11］EPA 8141B，Gas Chromatographic Analysis of Organo- phosphate Compounds［ S］ ． ［ 12］ 国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会． 水和废水监测分析方法［M］ ． 4 版． 北京 中国环境 科学出版社， 2002． ［ 13］中国地质调查局． DD 2008 － 01， 地下水污染地质 调查评价规范［ S］ ． 6301 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2012 年 ChaoXing