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

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2012年12月December2012岩 矿 测 试
ROCKANDMINERALANALYSISVol.31
,No.61033~1036
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0.02~0.45μg/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20min,提取溶剂体积降至50mL,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
DeterminationofOrganochlorinesandOrganophosphorusinSoilbyAcceleratedSolventExtraction GasChromatography
XIAOGang
(ShenyangInstituteofGeologyandMineralResources,Shenyang 110032,China)
Abstract:AlargenumberofmeasurementworkonorganochlorineandorganophosphoruspesticideresidueinsoilwascarriedoutinChina′senvironmentalpollutionsurveyevaluationandtestproject.Thesimultaneousmeasurementsofavarietyoforganicpollutantswereanewresearchhotspot.Inthisstudy,thepesticideresiduesof9kindsoforganochlorinesuchashexachlorobenzeneand13kindsoforganophosphorussuchasdichlorvosweresimultaneouslymeasuredbyGasChromatographywithn hexane acetone(volumeratio1∶1)forextractingagent,theacceleratedsolventextractionandcapillarycolumn.Therecoverieswerefrom79.1%to107.7%,relativestandarddeviationswerefrom3.62%to9.94%(n=7)anddetectionlimitswerefrom0.02to0.45μg/kg.Thismethodsimultaneouslyextractedthetwokindsofpesticidesandcompletelyseparatedthevariouscomponents,whichextendedtheapplicationfield.ComparingwiththetraditionalultrasonicextractionandSoxhletextractionmethod,extractingtimeofthismethodwasreducedto20minandextractionsolventvolumewasdownto50mL,whichsavedtheanalyticaltimeandreducedthecost.Meanwhile,theprecisionsandrecoveriesmettherequirementsofthenationalenvironmentalpollutionsurveyandassessment.
Keywords:soil;organochlorines;organophosphorus;acceleratedsolventextraction;GasChromatography
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(6mL/1g,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100mg/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10g研磨后的样品与1.0g活性炭、0.5g中性氧化铝、20g无水Na

SO

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10.3MPa条件下预热8min,静态提取10min,用混合溶
剂快速冲洗样品,提取液过无水Na

SO

漏斗,转移至离心管中氮吹浓缩至2mL,待净化。

用10mL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25mL乙醚-正己烷淋洗液(体积比1∶4)进行淋洗,控制流量在3mL/min左右,至25mL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2.0mL。

准确吸取1.0mL用FPD检测器测定13种有机磷农药。

另取1.0mL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(30m×0.32mm×0.25μm),程序升温为:初始温度50℃保持1min,以20℃/min升温至180℃,保持1min,以8℃/min升温至240℃保持10min;进样口温度250℃,不分流进样,进样量1μL,柱流量1.2mL/min,ECD温度280℃。

1.3.2 有机磷农药
Rtx-1701石英毛细管色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm),程序升温为:初始温度50℃保持1min,以20℃/min升温至250℃,保持1min;进样口温度250℃,不分流进样,进样量1μL,柱流量1.2mL/min,空气流量80mL/min,氢气流量70mL/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10min。

不同溶剂和萃取温度下有机农药回收率实验结果见表1。

第6期
 岩 矿 测 试 
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2012年
表1 不同溶剂和萃取温度下有机农药的回收率
Table1 Recoverytestsofthemethodunderdifferentsolvantandextractiontemperature
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-HCH80.182.5100.486.388.3102.1
γ-HCH71.175.5101.281.289.598.6
β-HCH85.588.6103.586.791.298.2
δ-HCH92.192.696.392.899.6105.4p,p′-DDE76.582.593.8100.2100.4108.9o,p′-DDT84.591.590.5100.4100.3110.5p,p′-DDD80.283.5101.2105.8108.2110.9p,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
50μg/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.1 Chromatogramoforganochlorinessolution
1—2,4,5,6-四氯间二甲苯;2—六氯苯;3—α-HCH;4—γ-HCH;5—β-HCH;6—δ-HCH;7—p,p′-DDE;8—o,p′-DDT;9—p,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.2 Chromatogramoforganophosphorussolution
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5~80ng/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10g石英砂作为空白基体,有机氯农药加标浓度为1μg/kg,有机磷农药加标浓度为1μg/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5μg/kg,有机磷农药加标浓度5μg/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0.02~0.40μg/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。

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
表2 线性方程和相关系数
Table2 Thelinearequationsandcorrelationcoefficient化合物线性方程相关系数
六氯苯y=2.3×10-4x+1.580.9991
α-HCHy=2.2×10-4x+1.210.9991
γ-HCHy=2.1×10-3x-2.330.9992
β-HCHy=2.3×10-3x-2.900.9975
δ-HCHy=2.4×10-2x-1.480.9993
p,p′-DDEy=2.5×10-2x-1.840.9992
o,p′-DDTy=1.7×10-2x-1.330.9991
p,p′-DDDy=1.4×10-2x-0.460.9996
p,p′-DDTy=1.5×10-3x-1.450.9998
甲胺磷y=2.1×10-3x-1.390.9996
敌敌畏y=2.2×10-2x-1.300.9995
乙酰甲胺磷y=2.3×10-4x+1.570.9986
久效磷y=2.6×10-3x+1.420.9975
乐果y=2.1×10-4x+1.840.9982
乙拌磷y=1.5×10-4x-1.660.9972
甲基对硫磷y=1.6×10-2x+0.580.9978
杀螟硫磷y=2.2×10-2x+0.740.9991
虫螨磷y=2.1×10-3x-2.110.9972
马拉硫磷y=2.7×10-3x-2.240.9970
倍硫磷y=1.5×10-4x-1.580.9984
乙基对硫磷y=2.3×10-2x+1.780.9979
乙硫磷y=2.1×10-4x+1.410.9987
表3 方法检出限、回收率和精密度
Table3 Detectionlimits,recoveryandprecisiontestsofthemethod
化合物
检出限/
(μg·kg-1)
回收率/%
(n=7)
RSD/%
(n=7)
六氯苯0.0484.28.15
α-HCH0.0489.38.57
γ-HCH0.0279.59.25
β-HCH0.0397.28.36
δ-HCH0.0399.67.58
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20min,提取溶剂体积降至50mL。

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
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