超高效液相色谱-三重四级杆质谱联用仪同时测定水中咪唑啉酮类除草剂

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收稿日期:2016-01-26;修回日期:2016-08-
12基金项目:中国博士后科学基金(No.20080440374
)资助项目作者简介:吴春英(1973-)
,女,吉林省人,博士(后),副教授,主要从事水污染控制工程。

E-mail:18804320101@163.com。

超高效液相色谱-三重四级杆质谱联用仪
同时测定水中咪唑啉酮类除草剂
吴春英1,2, 谷 风1, 白 鹭1, 陆文龙
1(1.吉林化工学院资源与环境工程学院,吉林吉林132022;2.清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京100084
)摘 要:应用超高效液相色谱-三重四极杆质谱联用仪(UPLC-MS/MS)
建立了环境水体中6种咪唑啉酮类除草剂(Imidazolinone herbicides)的分析方法。

通过对固相萃取柱、淋洗液、流动相等的优化,在最优条件下,目标物在水中回收率均为81.5%~126.1%,相对标准偏差(RSDs)在7.8%~10.6%,线性范围均在1~2 000μg
/L,各目标物标准品在UPLC-MS/MS系统中有效的线性相关(R2)为0.999以上。

该方法具有检测限低、回收率高等优点,经实际样品测试,可用于环境水体中6种咪唑啉酮类除草剂的同时检测。

关键词:固相萃取;超高超液相色谱-三重四级杆质谱联用仪;咪唑啉酮类除草剂;回收率中图分类号:0657.63 文献标志码:A文章编号:0367-6358(2016)12-0745-
05Simultaneous Determination of Six Imidazolinone Herbicides in Water Using
Ultra Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry
WU Chun-ying1,
2, GU Feng1, BAI Lu1, LU Wen-long

(1.School of Resources and Environmental Engineering,Jilin Institute of Chemical Technology,
Jilin Jilin 132022,China;2.State Key Laboratory 
of Environmental Simulation and Pollution Control,School of Environment,Tsinghua University,Beijing 
100084,China)Abstract:An analytical method for simultaneous determination of six imidazolinone herbicides in watersamples was developed by 
solid phase extraction-ultra high performance liquid chromatography-tandemmass spectrometry(UPLC-MS/MS).Under the optimized sample pretreatment procedures and separationconditions,the target recoveries rang
ed from 81.5%to 126.1%in water with the relative standard devia-tions(RSDs)from 7.8%to 10.6%,and the linear range was from 1to 2 000μg/L with correlation coeffi-cients(R2)no less than 0.999.The method can be applied to simultaneous determination of six imidazolin-one herbicides in water samples because of its low detection limits and high recoveries.Key words:solid phase extraction;ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry;imidazolinone herbicides;recovery
咪唑啉酮类除草剂是继磺酰脲类除草剂后的第
二类超高效除草剂,其作用机理是抑制植物体内乙酰羟基酸合成酶(AHAS)
的活性,阻止支链氨基酸如缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸的生成,从而破坏蛋白质的合成,严重影响植物的生长、发育致死亡。

但该类除草剂具有长残留期的特性,长期大量使用后容
DOI:10.19500/ki.0367-6358.2016.12.001
易污染环境,容易对后茬作物产生药害、可能对土壤中非靶标生物造成危害。

因此,随着生产量和使用量的逐年增加,对环境的危害也越来越显著[1-4]。

因此,建立一种快速、灵敏、可靠的定量检测方法是开展相关研究工作的重要基础。

目前该类除草剂主要分析方法有高效液相色谱法[5-9]、液相色谱-质谱联用法[10-12]、毛细管电泳-质谱联用法[13]等。

但尽管其中色谱-质谱联用法具有检测限低、灵敏度高、线性范围宽等优点,但固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法同时测定多种咪唑啉酮类除草剂还鲜有报道。

本研究根据国内外咪唑啉酮类除草剂的生产和使用情况及在环境中的检出水平[5-10],选取了已登记商品化的6种咪唑啉酮类除草剂作为研究对象,采用固相萃取及超高超液相色谱-三重四级杆质谱联用仪(UPLC-MS/MS)法对水中目标物残留同时进行预处理和分析,在保证高回收率的前提下,降低目标物的检测限,统一预处理方法,极大地缩短预处理时间,有效降低成本。

可应用于实际样品的检测,为咪唑啉酮类除草剂去除等相关研究提供参考。

1 实验部分
1.1 化学试剂
试验所用6种目标物(表1)的标准品均购自于Dr.Ehrenstorfer,Augsburg,Germany,内标物1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(1,3-Dimethyl-2-imidazolidi-none)也购自于该公司。

各标准品的纯度在98.0%以上。

溶于乙腈,配制1g/L的各标准品储备液,置于-20℃保存。

基质匹配标准曲线:取不含目标物水样,按1.3节方法操作,得到空白基质溶液。

用空白基质溶液稀释标准溶液配制成一系列混合基质标准工作溶液,现用现配。

试验所用试剂,甲醇、甲酸、乙腈等均为色谱(HPLC)或以上级,购自于Fisher,USA。

抗坏血酸、Na2-EDTA均购自于Sigma-Aldrich,USA。

试验所用水均为超纯水(UPW)。

1.2 仪器与设备
选用带自动进样器的ACQUITY UPLC系统(Waters,USA)和Finnigan TSQ Quantum Discov-ery MAX质谱分析仪;12通道半自动反相固相萃取装置(Supelco,USA);SPE小柱Oasis HLB(6cc/200mg)和净化用Plus C18小柱(6cc/300mg)均购自于Waters,USA;N-EVAP12氮吹仪(Orga-nomation,USA);CF16RXII型离心机(日本日立)。

所用的玻璃纤维滤膜GF/B(1μm)由英国What-man提供。

1.3 样品的预处理
取某城市污水处理厂二沉池出水300mL,加入抗坏血酸1g/L以防止目标物分解,水样用HCl调至pH值为3,经玻璃纤维滤膜(GF/B)过滤,进行固相萃取(solid phase extraction,SPE),以浓缩富集其中的目标物。

萃取前需活化SPE小柱,3mL×3乙腈及3mL×3UPW。

固相萃取,流速为5mL/min。

固相萃取结束后,SPE小柱串接PlusC18净化小柱进行洗脱,洗脱液为乙腈,每次3mL,洗脱两次,将洗脱液收集于10mL棕色玻璃试管中,向其中加入100ng/L 1,3-二甲基-2-咪唑啉酮作为内标用来定量,后在柔和氮气下吹干,再用1mL乙腈溶解。

再溶后离心(4℃,3 000r/min,15min),取上清液置于200μL内插管中以进行UP-LC-MS/MS分析。

1.4 液相色谱条件与质谱条件
UPLC分析采用的色谱柱为反相ACQUITYUPLCTM BVEH C18柱(2.1mm×100mm,1.7μm;Waters)。

流动相为V(0.1%甲酸水溶液)∶V(乙腈)=7∶3,等梯度洗脱,流速0.25mL/min。

柱温为50℃,进样量为10μL。

质谱分析采用电喷雾(ESI)源,高纯氮用作脱溶剂和雾化气,采用体积分数为99.998%的氩气作碰撞气。

脱溶剂时温度为350℃,流速为550mL/min,锥孔气流速为70mL/min,毛细管电压为4.0kV。

源温设置为120℃,雾化器压力为310kPa(45psi),检测方式为多反应监测(MRM)。

2 结果与讨论
2.1 色谱条件的优化
使用UPLC-MS/MS检测,对比了文献[8-11]中报道较多的甲醇、乙腈以及和水不同比例的溶液作为流动相的结果。

当选用甲醇作为流动相,目标物均得到了很好的分离和检测结果,但甲氧咪草烟的响应强度较小,甲咪唑烟酸未检出;选用乙腈作为流动相时,甲咪唑烟酸虽然能检出,但相应强度非常弱,而且各目标物分离效果不理想;选用V(0.1%甲酸水溶液)∶V(乙腈)=7∶3时,响应强度相对较小的甲咪唑烟酸和甲氧咪草烟,在200μg/L浓度时均获得较好的响应值(5.91×103和2.09×104),结果明显优于甲醇作为流动相,且所有目标物在柱温50℃时分离效果最好。

因此,本研究选择以V(0.1%甲酸水溶液)∶V(乙腈)=7∶3的溶液作为流动相。

每一种目标物在不同色谱柱下的保留时间不同,根据等梯度洗脱结果,使用反相AC-QUITY UPLCTMBEH C18柱(2.1mm×100mm,
1.7μm;Waters),分离的峰形尖锐对称,具有相同母离子及碎片离子的目标物能够完全分离,信噪比较高。

因此本文选择该色谱柱作为分离柱。

2.2 质谱条件的优化
MS系统采用QuanOptimize方式对所有目标物进行全扫描模式,找出准确的因离子[M+H]+分子离子峰,然后对其进行子离子扫描以获得二次碎裂产生的子离子[M-H]-。

将分子离子和2个响应适中的子离子组成检测离子对,以多反应监测(MRM)模式进行检测,在此基础上重点优化对灵敏度影响较大的碎裂电压和碰撞能量,使选定的母离子和子离子组成的特征离子的丰度和比例达到最佳。

优化每一目标物的MS/MS参数,包括电离模式、母离子、子离子、锥孔电压(CV)、碰撞能(CE),得出主要分析参数如表1所示。

数据采集采用MRM模式,驻留时间为0.1s,通道滞迟时间为0.2s。

目标物6种咪唑啉酮类除草剂和内标物均为极性化合物,根据分子结构特征,本试验选择ESI+作电离模式。

2.3 固相萃取条件的选择与优化
为提高预处理效果,保证分析结果的准确性和灵敏性,在目标物的萃取过程中,对SPE小柱和淋洗溶剂进行了对比选择,主要是两种小柱(Sep-Pak-C18和Oasis HLB),两种淋洗液(甲醇和乙腈),以标准品的回收率为评价指标[10-12],结果如表2所示。

通过对萃取小柱Sep-Pak-C18和Oasis HLB,淋洗液甲醇和乙腈萃取目标物的回收率及相对标准偏差(RSD)进行比较,当固相萃取小柱为Oasis HLB,淋洗液为乙腈时,各目标物的回收率均在83.1%~119.3%之间,RSD最大也只有10.0%。

由此,本试验采用固相萃取柱Oasis HLB,萃取液为乙腈。

固相萃取流速经反复对比试验,流速为5mL/min最佳。

2.4 基质效应评价
来源于样品中内源性组分和样品处理过程中引入的杂质对目标物检测结果的影响称为基质效应,它可影响线性关系、检出限(LOD)、定量限(LOQ)等测定指标。

本研究采用标准曲线法考察了水样对6种目标物检测的基质效应。

结果表明,基质校准曲线的斜率比纯溶剂标准曲线的斜率小,即存在基质抑制效应。

在水样中加入内标物对待测组分的测定无任何干扰,且受基质成分的影响也极为相似。

内标物不但可抵消质谱离子化时的基质效应,还可消除样品前处理过程中的差异。

因此,能最大限度地消除基质效应干扰,本研究采用基质匹配标准曲线和内标法进行定量,可得到目标物的准确测定结果。

表1 目标物优化的MS/MS分析条件
Imidazolinone herbicides Chemical Abstracts Servce母离子子离子
优化结果
CV CE
咪唑烟酸81334-34-1 264.40 249.80 24.00 20.00咪唑乙烟酸81385-77-5 283.00 256.80 25.00 23.00咪草酸酯81405-85-8 286.50 260.60 24.00 21.00咪唑喹啉酸81335-37-7 305.40 288.60 26.00 23.00甲氧咪草烟114311-32-9 300.20 292.00 27.00 23.00甲咪唑烟酸104098-48-8 274.40 258.20 22.00 19.001,3-二甲基-2-咪唑啉酮(内标)80-73-9 113.50 105.70 11.00 10.00
表2 前处理过程中SPE小柱及洗脱液选择
SPE小柱洗脱液
咪唑烟酸
回收率/

RSD/

咪唑乙烟酸
回收率/

RSD/

咪草酸酯
回收率/

RSD/

咪唑喹啉酸
回收率/

RSD/

甲氧咪草烟
回收率/

RSD/

甲咪唑烟酸
回收率/

RSD/

C18甲醇55.6 18.7 62.3 14.5 70.6 16.1 70.8 18.2 66.4 17.3 65.5 12.3C18乙腈65.3 15.6 56.3 19.5 69.0 13.2 68.5 14.5 62.8 16.0 57.1 13.6HLB甲醇60.1 12.7 64.5 11.2 60.9 15.7 59.6 13.5 69.7 18.4 61.6 14.9HLB乙腈108.3 8.2 98.5 7.2 119.3 10.0 96.9 9.7 110.5 8.5 99.6 9.6
2.5 线性范围与检测限
样品中,目标物的定量是通过与内标物1,3-二甲基-2-咪唑啉酮的比较来实现,该内标在ESI阳离子模式下响应效果很好。

各目标物标准品在UP-LC-MS/MS系统中有效的线性响应(R2>0.999)浓度范围如表3所示,该范围与目标物有关。

校准采用1~2 000μg/L(10点)混标进行,混标中投加内标100ng 1,3-二甲基-2-咪唑啉酮。

为确定水中目标物检出限(LODs)和定量限(LOQs),以300mLUPW作为空白,经萃取,加内标100ng后进行分析。

分别以各目标物色谱峰的信噪比S/N=3和S/N=10确定其检出限和定量限浓度,结合所取样品体积及最终定容体积,可得水中6种咪唑啉酮类除草剂检出限和定量限如表3所示。

并且与以往的分析方法相比具有较宽的线性范围及较低的检出限和定量限[10-13],方法灵敏度可满足水环境样品中目标物的分析。

2.6 回收率与精密度
在不同的基质中加入目标物的标准品以确定该基质中目标物的回收率。

基质包括UPW,某污水处理厂进、出水。

水样中加入抗坏血酸(Vc),Vc浓度为1g/L,目的是防止各目标物分解。

向300mL的UPW、进水、出水中分别加入0.3、0.6和0.3mL标准品溶液(1μg/mL)。

所有的回收率试验均做三份平行样品,并考虑扣减过程空白。

结果见表4,目标物的回收率均在81.5%~126.1%,RSDs不大于10.6%。

为确保定量准确,在每批次样品分析中,对总数不低于50%的样品基质(包括污水处理厂进出水)中进行加标回收率测定,测定的浓度按回收率进行校正。

此外,在每批样品测定时,过程空白与溶剂空白也同时进行处理和分析。

3 结论
对6种咪唑啉酮类除草剂进行固相萃取、富集等前处理,采用UPLC-MS/MS技术手段,建立了最优的检测方法。

该方法具有检测限低、回收率高、线性关系良好等优点,并且适合多种目标物同时检测,减少时间和材料的能耗,适用于水环境中的咪唑啉酮类除草剂的检测,为其在环境中的迁移转化及去除的相关研究提供支持和帮助。

表3 UPCL/MS/MS系统分析目标物的线性范围、LODs和LOQs
Imidazolinone herbicides线性方程R2线性范围/(μg·L-1)LODs/(μg·L-1)LOQs/(μg·L-1)咪唑烟酸y=4 262.1x-665.5 0.999 2 1~2 000 0.006 0.019咪唑乙烟酸y=3 645.3x-925.3 0.999 1 2~1 000 0.009 0.017咪草酸酯y=5 298.3x-1142.2 0.999 0 1~1 000 0.010 0.015咪唑喹啉酸y=2 998.6x-721.6 0.999 4 2~2 000 0.008 0.017甲氧咪草烟y=2 633.1x-445.1 0.999 1 2~1 000 0.006 0.019甲咪唑烟酸y=784.1x-211.3 0.999 1 2~500 0.011 0.021
注:y表示表示峰面积;x表示目标物的质量浓度。

表4 不同基质中的目标物回收率
Imidazolinone herbicides
超纯水
回收率/%RSD/%
污水厂进水
回收率/%RSD/%
污水厂出水
回收率/%RSD/%
咪唑烟酸94.6±12.5 7.8 105.6±18.5 9.3 98.5±14.2 10.0咪唑乙烟酸95.3±13.8 8.8 98.6±11.5 9.4 106.6±18.3 8.7咪草酸酯102.1±8.9 9.1 97.1±10.6 8.5 96.1±6.9 9.8咪唑喹啉酸98.4±13.6 10.0 98.7±12.1 10.1 105.4±10.5 9.7甲氧咪草烟105.6±9.8 10.3 112.9±7.7 8.9 98.6±12.1 10.2甲咪唑烟酸100.2±11.6 10.6 110.4±15.7 9.8 98.1±12.5 10.3
参考文献:
[1] KONG L X,KADOKAMI K W,WANG S P,et al.Monitoring of 1300Organic Micro-pollutants in Sur-
face Waters from Tianjin,North China[J].Chemo-
sphere,2015,122:125-130.
[2] 陈旭艳,葛宝坤,常春艳.咪唑啉酮类除草剂环境行为研究进展[J].精细化工中间体,2010,40(2):1-6.
[3] 赵爽,叶非.咪唑啉酮类除草剂的应用及降解[J].植物保护,2009,35(2):15-19.
[4] 崔兆杰,陈婷婷.土壤中咪唑啉酮类除草剂的分析及归趋研究[J].环境工程学报,2007,1(1):113-117.[5] 张浩,王岩,逯忠斌,等.反相高效液相色谱法检测土壤中的咪草烟[J].农业环境科学学报,2001,20(4):
264-265.
[6] 王学东,欧晓明,樊德方.林业除草剂咪唑烟酸在土壤、水及杂草植株中的残留检测[J].农药学学报,
2002,4(1):89-92.
[7] 于建垒,宋国春,李瑞娟,等.甲咪唑烟酸及其代谢物在花生及土壤中的残留研究[J].农业环境科学学报,
2006,25(z1):260-264.
[8] 杨志富,高川,韦婧,等.固相萃取-高效液相色谱法同时检测土壤中4种咪唑啉酮类除草剂残留[J].农药
学学报,2014,16(4):433-438.
[9] 李成,锁然,王凤池,等.固相萃取-高效液相色谱法同时检测红小豆中咪唑啉酮类除草剂[J].中国食品学
报,2008,8(5):142-147.
[10] ASCENZO G D,GENTILI A,MARCHESE S.De-velopment of a Method Based on Liquid Chromatogra-
phy-electrospray Mass Spectrometry for Analyzing
Imidazolinone Herbicides in Environmental Water at
part-per-trillion Levels[J].J Chromatogr A,1998,
800(1):109-119.
[11] 李成,锁然,王风池,等.高效液相色谱-串联质谱法同时测定红小豆中残留的6种咪唑啉酮类除草剂[J].
色谱,2008,26(6):726-730.
[12] 刘思洁,方赤光,李青,等.超高效液相色谱-质谱法测定粮食中三嗪类和咪唑啉酮类除草剂的残留[J],农
业与技术,2012,32(2):7-11.
[13] SAFARPOUR H,ASIAIE R,KATZ S.Quantita-tive Analysis of Imazamox Herbicide in Environmen-
tal Water Samples by Capillary Electrophoresis Elec-
trospray Ionization Mass Spectrometry[J].J Chrom-
atogr A,2004,1 036(2):217-222.。

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