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2010 年 6 月 June 2010 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol. 29,No. 3 271 ~276 收稿日期 2009- 09- 30; 修订日期 2010- 01- 27 基金项目 国土资源地质大调查 地下水调查中主要有机污染物分析方法研究项目资助 1212010816028 作者简介 宋淑玲 1978 - , 女, 陕西延安人, 助理研究员, 主要从事环境样品中有机污染物分析研究工作。 E- mail songshuling163163. com。 文章编号 02545357 2010 03027106 地质调查样品中有机氯农药分析存在的困难和解决方法 宋淑玲,饶竹,赵威,李松 国家地质实验测试中心,北京100037 摘要 9 种有机氯农药 六氯苯、 α - HCH、 β - HCH、 γ - HCH、 δ - HCH、 p, p - DDE、 p, p - DDD、 o, p - DDT 和 p, p - DDT 是国土资源地质大调查项目中水和土壤样品必测的有机污染物。有机氯农药自身结构和 性质的特殊性以及地质调查样品的差异性, 在采用气相色谱电子捕获检测器 GC - ECD 分析有机氯农药 过程中仍然存在许多困难。文章结合大量地质调查样品中有机氯农药分析的实践经验, 从溶剂与待测物 响应值的关系、 基质效应的表现、 样品前处理以及仪器日常维护四个方面, 介绍了针对不同样品和分析要 求正确选择进样溶剂、 判断和解决基质效应, 并通过良好的仪器日常维护习惯确保地质调查样品中有机氯 农药检测灵敏度达到要求。 关键词 地质调查样品; 有机氯农药; 气相色谱电子捕获器; 分析困难; 解决措施 中图分类号 O657. 71; S482. 32文献标识码 B Problems and Solutions in the Determination of Organochlorine Pesticides in Geological Survey Samples SONG Shu- ling,RAO Zhu,ZHAO Wei,LI Song National Research Center for Geoanalysis,Beijing100037,China Abstract Nine organochlorine pesticides HCB,α- HCH,β- HCH,γ- HCH,δ- HCH,p, p- DDE,p, p- DDD, o, p- DDT and p, p- DDT in water and soil samples are the priority pollutants to be determined in geological survey project. There are some analytical problems from complex sample matrix and some special properties of these pollutants when gas chromatography with electron capture detector was used. Based on the experiences in analysis of thousands of survey samples,how to diagnose and solve the problems were discussed from following four aspects 1 the relationship between solvent and analyte response,2 sample matrix effect,3 sample pretreatment, 4 instrument measurement. These experiences will help analysts to solve the analytical problems and obtain reliable analytical data. Key words geological survey sample; organochlorine pesticides; gas chromatography- electron capture detector; analysis difficulty; solution to problem 目前, 我国正在开展地下水和土壤中包括 9 种 有机氯农药在内的有机污染物调查工作。这 9 种有 机氯农药为六氯苯、 α - HCH、 β - HCH、 γ - HCH、 δ -HCH、 p, p - DDE、 p, p - DDD、 o, p - DDT 和 p, p -DDT。当前, 地下水样品中有机氯农药主要采 用液 - 液萃取和气相色谱电子捕获检测法 GC - ECD ; 土壤样品采用索氏抽提、 加速溶剂萃取和 GC -ECD 法 [ 1 -3 ]。这两种分析方法已经非常成熟, 均 172 ChaoXing 能够满足地下水和土壤样品中有机氯农药检测灵敏 度的要求 [ 4 ]。 地质调查样品中有机氯农药分析有以下特点 采 样量大、 样品来源广泛, 样品基质差异性大; 有机氯农 药 如 o, p -DDT 和 p, p -DDT 在分析过程中容易 被吸附或发生热降解 [ 5 -7 ]。因此, 为了保证地质调查 样品分析结果的可靠性和满足分析过程严格的质量 控制要求, 必须关注样品处理和样品检测中的各个细 节, 包括在分析过程中正确选择进样溶剂; 判断是否 存在基质效应、 基质效应的表现以及仪器的日常维 护。本文结合大量地下水和土壤样品分析的实践工 作, 就分析中以上细节问题及解决方法作一讨论。 1溶剂对待测物响应值的影响 分析地质调查样品中有机氯农药时, 从标准品 溶液到标准系列溶液配制, 再到样品提取和样品进 化, 最后到样品定容和上机检测, 所涉及的有机溶 剂包括甲醇、 丙酮、 异辛烷、 正己烷和环己烷。其中 甲醇和异辛烷为一级标准溶液的溶剂, 丙酮和正己 烷为样品的提取溶剂, 正己烷和环己烷为样品的定 容溶剂 [8 ]。采用 GC - ECD 法分析样品时, 通常会 选用非极性溶剂作为进样溶剂。因为极性溶剂往 往会造成色谱柱固定液的流失、 弱极性或极性待测 物色谱峰的峰形如托尾和对称性等问题 [9 -11 ]。除 此之外, 实验证明用 GC - ECD 分析有机氯农药 时, 进样溶剂的极性也会影响待测物灵敏度。在仪 器分析条件相同时 用 5 硅烷化试剂处理汽化 室 , 以甲醇、 正己烷、 环己烷和异辛烷为溶剂, 分 析相同浓度的 9 种有机氯农药的标准溶液, 结果表 明, 甲醇相待测物的响应值 如色谱峰面积或峰 高 普遍低于正己烷、 环己烷和异辛烷相中待测物 的响应值, 而环己烷和异辛烷相中待测物的响应值 最高。比较甲醇溶剂标准与正己烷溶剂标准后发 现, 除六氯苯、 p, p - DDE 和 p, p - DDD 外, 甲醇 相中其他有机氯农药的灵敏度均低于正己烷相中 待测物的灵敏度。表 1 列举了各待测物在不同溶 剂中的仪器检出限 以 s/N 3 计算 。造成这种 现象的原因正是由于进样溶剂极性的不同 [12 ]。 基于以上原因, 分析有机氯农药时需要注意以 下两点 ① 尽量避免使用甲醇作为进样溶剂; 但也 有特殊情况, 例如分析实验室考核标准样品时。考 核标准样品通常是不包括六氯苯在内的 8 种有机 氯农药的甲醇相标准溶液, 浓度一般为 20 ~ 200 ng/mL。由于待测物浓度偏低, 进行溶剂转化后进 样分析比较困难, 因此通常用甲醇稀释后直接进 样。在这种情况下建议分析人员首先做好汽化室 的硅烷化处理, 减少活性位点; 其次做好标准溶液 对仪器稳定性的监控。简单有效的方法是观察待 测物 p, p - DDE、 o, p - DDT、 p, p - DDD 和 p, p - DDT 响应值的比例变化。正常情况下它们响应值 的比例约为 3 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 2。如果这 4 种待测物的 响应值比例发生明显变化, 建议立即更换汽化室或 进行仪器维护。② 统一样品与标准系列溶液或标 准曲线溶液的进样溶剂。这样能有效地减少误差, 确保定性和定量的准确性。目前地下水和土壤样 品的进样溶剂均为正己烷。由于水样品的整个分 析过程中除用少量的丙酮清洗样品瓶外, 所有提取 溶剂均为正己烷, 故可以确保进样时溶剂为正己 烷 [8 ]。土壤样品由于采用 120 mL 的丙酮 - 正己 烷混合溶剂 体积比 1 ∶ 1 提取, 而丙酮的用量 大、 其沸点 56℃ 和正己烷的沸点 69 ℃ 相差较 小, 因此样品浓缩时不能完全去除丙酮。为此建议 在土壤样品浓缩时用正己烷进行溶剂转化, 将剩余 的丙酮替代出去, 以避免剩余的丙酮进样时导致待 测物保留时间的改变, 从而给定性带来困难。 表 1不同溶剂中 9 种有机氯农药的检出限 Table 1The detection limits of 9 organochlorine pesticides in different solvents 待测农药 检出限 LD/ ngmL -1 甲醇正己烷环己烷异辛烷 六氯苯1.01.00.500.50 α -HCH1.5 1.00.500.50 γ -HCH1.5 1.00.500.50 β -HCH1.5 1.00.500.50 δ -HCH2.0 1.00.500.50 p, p -DDE1.01.00.500.50 o, p -DDT3.01.51.01.0 p, p -DDD1.51.51.01.0 p, p -DDT3.01.51.01.0 2分析中的基质效应及解决措施 2. 1什么是基质效应 基质效应是指由于样品基质的存在而造成待测 物响应值和保留时间的改变。基质效应存在的原因 是色谱系统 主要包括进样口、 汽化室、 色谱柱 中的 活性位点会对进入色谱系统的化合物具有吸附和保 留现象 [ 13 -14 ]。当有基质存在时, 大量的基质类化合 272 第 3 期 岩矿测试 http ∥www. ykcs. ac. cn 2010 年 ChaoXing 物会与待测物竞争这些活性位点, 改变活性位点对待 测物的作用, 从而影响待测物的色谱保留时间、 响应 值。保留时间和响应值的变化会直接影响定性和定 量的准确性, 因此基质效应一直是色谱分析, 特别是 残留级色谱分析面临的难题。基质效应可分为基质 增强效应和基质减弱效应。在实际样品的分析过程 中, 基质增强效应即待测物响应值增强, 最为普遍。 2. 2基质效应的表现 有机氯农药分析中具有明显的基质效应 ① 实际样品分析过程中, 溶剂标准溶液中待测物的 响应值远低于基质标准品中待测物的响应值, 其中 以进样溶剂为正己烷时, 这种现象最明显 见图 1 ; ② 溶剂标准在样品后进样, 待测物的响应值明显变 化。其中以 p, p -DDT 和 o, p -DDT 最为显著。 图 1正己烷相基质标准和溶剂标准色谱对照图 Fig. 1Comparison of chromatograms of solvent and matrix- matched standard solution in hexane A基质标准; B溶剂标准。 2. 3基质效应的解决措施 基质效应给样品的分析带来许多问题 [15 ]。减 少或消除基质效应有多种方法, 如对样品进行多步 净化, 尽可能去除基质类化合物以减弱或消除基质 效应 [16 ]; 采用基质溶液配制标准曲线或各种校正 系数 [17 -19 ]降低基质效应以确保定性和定量的准确 性。以上方法工作量较大, 可行性较差。特别是第 二种方法受基质影响很大, 不适用于样品来源复 杂、 差异性大的地质调查样品。而在日常分析检测 中, 检测人员往往是通过采用对汽化室进行惰化处 理, 减少或消除汽化室的活性位点; 或更换汽化室、 截柱子 截取少许的柱头或柱尾 减小或消除基质 效应。因为这些方法操作起来更简单、 更直接。作 者实验发现, 硅烷化处理汽化室后, 可有效增强待 测物响应值的稳定性; 截柱子比更换汽化室能更能 有效减弱基质效应, 因为基质干扰物更容易堆积在 色谱柱头和柱尾; 汽化室硅烷化后 5 二氯二甲 基硅烷的正己烷溶液浸泡过夜 , 正己烷体系待测 物的响应值没有改变, 环己烷体系待测物响应值明 显提高。这些现象表明进样溶剂对待测物响应值 372 第 3 期宋淑玲等 地质调查样品中有机氯农药分析存在的困难和解决方法第 29 卷 ChaoXing 有影响, 结论与 2. 2 节①相同。 因此, 如何用更好、 更简单的方法减弱或消除 基质效应是分析工作者研究的问题。作者认为可 以简单地通过选择合适的进样溶剂来减弱基质效 应; 与正己烷相比, 环己烷和异辛烷作为进样溶剂 即样品定容溶剂 时, 溶剂标准在整个样品分析 过程中响应值非常稳定, 并且和基质标准的响应值 一致; 分析若干个样品后, 溶剂标准的响应值变化 范围可控制在 15 地调样品分析中质量控制对 仪器响应值日监控的要求 。图 2 是环己烷溶剂 标准在样品分析前后色谱对照图。 图 2环己烷体系样品分析前后待测物色谱图对照 Fig. 2Chromatograms of organochlorine pesticides in cyclohexane A样品分析前的色谱图; B样品分析后的色谱图。 3样品前处理应注意的细节 土壤样品中有机氯农药提取时一般采用索氏 提取, 提取液通常采用 K - D 法和旋转蒸发法进行 初步浓缩。索氏提取、 K - D 和旋转蒸发浓缩时, 通常需要向溶液中加入沸石以防止溶液暴沸, 保证 溶剂顺利蒸发、 冷凝、 回流。造成暴沸的原因通常 有两种 ① 溶剂内部温度过高, 外界温度偏低。例 如在冬季进行索氏抽提时, 如果不加沸石, 加热的 溶剂到达抽提器和圆底烧瓶连接处时就直接冷凝 回流, 无法回流到抽提器中, 不能完成对抽提器中 样品的浸泡和提取。② 压力迅速变化。如果提取 溶剂中有丙酮或二氯甲烷时, 要注意控制旋转蒸发 时的真空度或压力, 避免造成这些低沸点溶剂的暴 沸或迅速蒸腾。 此外, 夏季湿度较高, 进行索氏抽提时, 要防止 空气中的水分在冷凝管外壁冷凝后进入提取瓶。 4仪器的日常维护 样品经过提取、 净化、 浓缩和定容, 最后进行仪 器分析, 得到检测结果。因此仪器的日常维护非常 重要, 这是检测顺利进行和检测结果可靠的有力保 证。仪器日常维护应该注意以下几点。 1 正确开机或关机, 避免高温状态下断电、 断气, 防止对色谱柱的损伤。 2 更换新的汽化室或衬管后, 先分析几针较 高浓度的标准溶液, 将汽化室饱和。 3 如果仪器长时间停机后重新启动, 建议高 温热清洗 ECD 检测器。 4 如果样品太脏, 建议汽化室或衬管中填入石 英棉。石英棉可以将难汽化的高分子基质化合物阻挡 在汽化室中, 以免其进入毛细管色谱柱, 将色谱柱堵塞。 5 保持进样针的清洁。如果进样针清洗不 干净, 针的推杆会发涩, 这样采用自动进样方式进 472 第 3 期 岩矿测试 http ∥www. ykcs. ac. cn 2010 年 ChaoXing 样时容易将针折断或造成样品间的交叉污染。 6 确保进样针的气密性, 防止吸取样品时有气 泡, 造成进样体积不准确。此外, 采用自动进样时, 注 意观察进样针是否在零点, 确保取样体积准确。 7 及时更换洗针瓶中的溶液。如果样品基 质较复杂或较脏, 建议用不同极性的溶剂洗针, 确 保进样针清洗干净。例如进样后用丙酮洗针, 进样 前用正己烷或环己烷洗针; 或者用混合溶剂洗针, 如在正己烷中添加少许的丙酮。 8 充分老化色谱柱, 确保待测物有足够的灵敏 度。分析有机氯农药时, 大多采用弱极性的毛细管色 谱柱 如 RTX -OCP、 DB -5、 HT -8、 HP -5 和 ZB -5 等 [ 20 -21 ]。而 p, p -DDT 和 o, p - DDT 在这些色谱 柱中都有较强的保留。因此, 老化色谱柱不充分, 即 老化温度不够高或高温保持时间不够长, 都会造成 p, p -DDT 和 o, p -DDT 响应值或灵敏度低, 甚至不 出峰。例如, HT - 8 色谱柱必须老化至 345 ℃ 后, p, p -DDT和o, p -DDT才可完全流出。 9 石英棉使用注意事项。在分析有机氯农药 时使用石英棉有一些优点 能够辅助待测物快速汽 化, 有利于待测物响应值稳定, 并在一定程度上提高 待测物的响应值; 阻挡和吸附高沸点基质化合物, 防 止其进入色谱柱造成色谱柱的堵塞。但使用石英棉 也会带来一定弊端 石英棉会加速破坏汽化室硅烷 化的表面; 石英棉吸附的高沸点基质化合物会作为 新的活性位点, 导致 o, p - DDT 和p, p -DDT吸附 或降解。同时使用石英棉时, 要注意防潮保存。 地质调查样品从样品的采集到运输倾注了地质 工作者的心血, 样品进入实验室后样品处理流程长, 步骤多, 因此在样品的检测环节必须注意样品处理和 分析的每一个细节, 才能保证检测结果准确可靠。 5参考文献 [ 1]Bordajandi L R,Ramos1 J J,Sanz J,Gonzlez M J, RamosL.Comprehensivetwo- dimensionalgas chromatographyinthescreeningofpersistent organohalogenated pollutants in environmental samples [ J] . 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Journal of Chromatography A, 2007, 1176 19 -25. “2010 中国科学仪器发展年会” 在京召开 由中国仪器仪表行业协会、 中国仪器仪表学会分析仪 器分会、 仪器信息网 www. instrument. com. cn 联合主办, 中国分析测试协会协办的 “2010 年中国科学仪器发展年会 ACCSI 2010 ” 于 2010 年 4 月 9 日在北京京仪大酒店隆重 召开。会议有超过 100 位仪器企业的负责人, 300 多位嘉宾 出席, 同时吸引 30 多家国内外权威媒体参与报道。 “中国科学仪器发展年会” 是中国科学仪器行业目前 最高级别的高峰论坛, 本届年会恰逢金融危机尚未过去, 市 场的不确定因素仍然很多; 2010 年是国家 “十一五” 收官之 年, 也是规划“十二五” 的关键之年, 因此本届年会的召开 可谓是非常及时和必要的。 本届年会分三个环节进行。 第一节主要是科学仪器行业的 “政策与行业整体状况 分析” 。年会首次特邀科技部条财司条件处孙增奇处长作 了 “关于十二五期间科学仪器设备自主创新的思考” 的大 会报告, 邀请了中国仪器仪表行业协会副理事长朱明凯先 生作了 “2009 中国科学仪器行业发展整体状况分析及 2010 年行业发展展望” 的大会报告。 第二节主要是科学仪器 “热点应用领域及市场展望” 。 国家药典委员会业务综合处韩鹏副处长作了 “ 中国药典 2010 年版的解读及分析仪器在药品检测中的应用” 的大会 报告; 中国检验检疫科学研究院食品安全研究所雍炜副研究 员作了 “仪器行业的机遇与挑战 解析 食品安全法 的 实施对仪器行业的影响” 的大会报告。韩鹏副处长和雍炜副 研究员分别对2010 版 中国药典 、 食品安全法 这些重大 法规标准给科学仪器行业带来的影响进行了详细解读。 在此环节, 年会主办方通过精心挑选, 特别邀请了天 瑞、 博纳艾杰尔、 赛默飞世尔科技、 安东帕、 岛津、 天美 6 家 在科学仪器行业内发展各具代表性的国内外龙头企业负责 人, 在年会现场展开 “头脑风暴” 。这是中国科学仪器行业 第一次以现场直接对话的形式开展的高峰论坛。他们共同 盘点 2009 年, 展望 2010 年热点应用市场, 并就中国科学仪 器行业如何快速发展等议题发表了精彩演讲。 第三节是“科学仪器发展论坛” 。年会主办方特别邀 请了来自科研院所、 国内及国外仪器企业的资深技术专家 首次展开了三方对话, 点评光谱、 色谱、 质谱三类科学仪器 技术的最新进展, 讨论当前光谱、 色谱、 质谱仪器的热点应 用领域, 并探讨这三类仪器的国产化问题。 此外, 本届年会对 2009 年中国科学仪器行业所发生的 重大新闻事件进行全面的盘点、 回顾, 现场揭晓了 “2009 中国 科学仪器及分析测试行业十大新闻” ; 年会对从国内外 167 个国内外仪器厂商申报的 370 台新产品中评选出的 26 台 “2009 科学仪器优秀新产品” 进行了颁奖, 发布了由仪器信 息网评选出的 “2009 年最受关注十大仪器厂商和十大仪器” 及 “2009 最受关注经销商” 。这些榜单可从一个侧面反映出 各仪器公司在中国用户当中的认知度, 以及 2009 年中国仪 器市场上比较主流的产品型号, 并较客观地体现了 2009 年 中国仪器市场的整体状况及仪器技术的最新发展趋势。 “中国科学仪器发展年会” 自2006 年开始已成功举办三 届, 今年是第四次举办。每年一届的中国科学仪器发展年会 是为了促进中国科学仪器行业 “政、 产、 学、 研、 用、 资” 等各方 的有效交流, 力求对中国科学仪器的最新进展进行较为全面 的总结, 力争把最新的有关政策、 最前沿的行业市场信息、 最 新的技术发展趋势在最短的时间内呈现给各位参会代表。 更多关于本届年会的详细报道,请访问仪器信息网 2010 年 会 专 题 及 中 国 科 学 仪 器 发 展 年 会 网 站 accsi. instrument. com. cn。 仪器信息网 供稿 672 第 3 期 岩矿测试 http ∥www. ykcs. ac. cn 2010 年 ChaoXing
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