液液萃取—氣相色譜法同時測定地下水中16種有機氯農藥

仇秀梅 董學林 劉亞東 宋 洲 方曉青 蘭秀敏

(1.湖北省地質實驗測試中心，湖北 武漢 430034;2.湖北城市建設職業技術學院，湖北 武漢 430205)

有機氯農藥(OCPs)是一類人工合成的高毒性、難分解、易殘留有機化合物，曾作為殺蟲劑在我國農業生產過程中大量使用，造成土壤中大量殘留，并隨著噴灌水、雨水的沖刷、淋溶、滲透等作用進入地表水或地下水中。大多數OCPs都已經被列為《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》中首批需要控制和減少的污染物[1]，如滴滴涕、氯丹、艾氏劑、狄氏劑、異狄氏劑、七氯、六氯苯等，可通過食物鏈富集，對生態環境和人類健康產生極大的危害。由于我國人均水資源嚴重不足，加上地表水污染嚴重，很多地區只能開發利用地下水，因此地下水中OCPs監測十分必要。

目前，水中OCPs的測定方法較多，如光學免疫法[2]、電化學酶聯免疫法[3]、氣相色譜(GC)法[4-6],[7]81-82、GC/質譜(MS)聯用法[8-9]等。GC法因具有分離效果好、靈敏度高、分析速度快、經濟等優點而備受青睞。OCPs水樣的前處理方法主要有固相萃取法[10-11]、液液萃取(LLE)法[12-13]、固相微萃取法[14]等。LLE法是一種經典的方法，因成本低廉而使用率較高。在已有報道中，針對地表水、土壤、植物中OCPs測定的研究較多。在水中的OCPs測定方面，許桂蘋等[15]用LLE—GC法定量測定邕江水中8種OCPs，方法檢出限為0.020～0.075 μg/L，回收率為90.1%～101.2%；陸華[16]采用LLE—GC法同時測定地表水中17種OCPs，方法檢出限為0.015～0.062 μg/L，回收率為72.8%～93.5%；梁素丹等[17]建立了LLE—GC法測定水體中16種OCPs的方法，檢出限低至0.004～0.082 μg/L，并應用于珠海5個水庫水源水中的OCPs測定。由于地下水中OCPs的污染水平相對地表水來說更低，因此對方法的檢出限要求更高。

本研究進行了LLE—GC法用于同時測定地下水中16種OCPs的探索，通過優化襯管、進樣口溫度、載氣流速、升溫程序和檢測器溫度等條件，確定了最佳色譜條件，建立了一種快捷、高效、準確、靈敏的方法，并成功應用于實際地下水水樣的測定。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

美國Agilent公司的7890B型GC儀，檢測器為電子捕獲檢測器(ECD)；瑞典Biotage公司的Turbo VapⅡ型平行蒸發儀；美國Millipore公司的Milli-Q Direct 8型純水機。

14種OCPs(α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、p,p’-滴滴伊、o,p’-滴滴涕、p,p’-滴滴滴、p,p’-滴滴涕、六氯苯、艾氏劑、七氯、環氧七氯β、狄氏劑、異狄氏劑)混合標準溶液，質量濃度為100.0 mg/L。順式氯丹和反式氯丹混合標準溶液，質量濃度為100.0 mg/L。p,p’-滴滴涕、異狄氏劑標準溶液，質量濃度均為100.0 mg/L。替代物2,4,5,6-四氯間二甲苯標準溶液，質量濃度為500.0 mg/L。正己烷，農殘級；丙酮，色譜純；無水硫酸鈉和氯化鈉，分析純，700 ℃煅燒6 h，冷卻后備用。

1.2 標準溶液的配制

將14種OCPs混合標準溶液、順式氯丹和反式氯丹混合標準溶液用正己烷稀釋成質量濃度為2.0 mg/L的16種OPCs混合標準儲備液。制作標準曲線時用正己烷將16種OCPs混合標準儲備液稀釋成質量濃度分別為1、5、10、20、40、60 μg/L的系列溶液，同時均加入質量濃度為50 μg/L的替代物。除襯管的優化過程外，其他色譜條件的優化過程所用OCPs質量濃度均為60 μg/L。襯管優化過程中，將p,p’-滴滴涕、異狄氏劑標準溶液用正己烷分別逐級稀釋至100 μg/L，用于測定分解率，分解率的測定和計算方法參見文獻[18]。上述所有溶液均于-18 ℃密封保存。

1.3 基本色譜條件

若無特別說明，基本色譜條件如下：色譜柱為美國Agilent公司的HP-5(30 m×0.32 mm×0.25 μm)，載氣為氮氣，流量為0.65 mL/min；進樣口溫度為250 ℃；進樣量為1.0 μL；進樣方式為脈沖不分流進樣，脈沖壓力為275.8 kPa，脈沖時間為0.75 min；升溫程序為從120 ℃起以10 ℃/min升至220 ℃，保持16 min，繼續以10 ℃/min升至250 ℃，保持2 min；隔墊吹掃模式為標準模式，流量為3.0 mL/min；檢測器溫度為320 ℃；尾吹氣流量為30 mL/min。

1.4 水樣前處理及測定

在預先用丙酮潤洗過的1 L分液漏斗中加入30 g氯化鈉，將1 L水樣轉入分液漏斗中，用15 mL丙酮分3次潤洗水樣瓶內壁，一并轉入分液漏斗中。加入50 mL正己烷，振蕩萃取5 min，靜置10～30 min后，將有機相轉入250 mL錐形瓶中，再向水相中加入25 mL正己烷重復萃取2次，合并3次的有機相作為萃取液。向萃取液中加入少量無水硫酸鈉以去除有機相中的水分，過濾后在45 ℃、68.9 kPa條件下用平行蒸發儀濃縮至體積小于0.5 mL，用正己烷定容到1.0 mL，用最優化的色譜條件測定。

1.5 質量控制

用超純水配制7個含16種OCPs且加標質量濃度為5 ng/L的平行樣品，按照水樣前處理及測定方法進行測定，檢出限用式(1)進行計算。

MLD=3.143×S

(1)

式中：MDL為檢出限，ng/L；S為測定的7個平行樣品的標準偏差，ng/L。

用超純水配制含16種OCPs且質量濃度分別為5、20、60 ng/L的加標樣(含替代物質量濃度為50 ng/L)，按照水樣前處理及測定方法進行測定，平行測定7次取平均值，并計算回收率及相對標準偏差(RSD)。

2 結果與討論

2.1 色譜條件的優化

2.1.1 襯 管

由于異狄氏劑和p,p’-滴滴涕易在進樣口分解，其分解率與襯管的選擇有關，因此在使用GC法分析OCPs時，應先測定異狄氏劑和p,p’-滴滴涕的分解率。對比研究了100 μg/L的p,p’-滴滴涕、異狄氏劑標準溶液在4 mm內徑中空超高惰性不分流襯管(型號為5190-2292)和4 mm內徑中空惰性不分流襯管(型號為5181-3316)兩種襯管下的分解率。結果表明，p,p’-滴滴涕在型號為5190-2292和5181-3316的襯管中的分解率分別為1.15%、1.03%，均滿足小于15%的質量控制要求[19]；異狄氏劑在型號為5181-3316的襯管中分解高達48.2%，而在型號為5190-2292的襯管中分解率僅為2.0%。因此，以下實驗中均采用型號為5190-2292的4 mm內徑中空超高惰性不分流襯管。

2.1.2 進樣口溫度

進樣口溫度過低，會導致目標化合物氣化不完全；進樣口溫度過高，部分OCPs會發生分解，特別是異狄氏劑和p,p’-滴滴涕等[7]82-83。圖1對比了進樣口溫度分別為230、250、280 ℃時，16種OCPs和替代物的響應情況。結果表明，絕大部分化合物的信號強度都在進樣口溫度為250 ℃時最強，優于《氣相色譜法測定水中有機氯農藥和多氯聯苯類化合物》(SL 497—2010)的推薦溫度280 ℃，因此本研究選用進樣口溫度為250 ℃。

注：1—2,4,5,6-四氯間二甲苯；2—α-六六六；3—六氯苯；4—β-六六六；5—γ-六六六；6—δ-六六六；7—七氯；8—艾氏劑；9—環氧七氯B；10—反式氯丹；11—順式氯丹；12—p,p’-滴滴伊；13—狄氏劑；14—異狄氏劑；15—p,p’-滴滴滴；16—o,p’-滴滴涕；17—p,p’-滴滴涕。圖2至圖5同。

圖1 不同進樣口溫度下的色譜圖
Fig.1 Chromatogram under different inlet temperature

2.1.3 載氣流速

色譜柱載氣流速對保留時間、峰形和分離度均有影響，考察了0.40、0.65 mL/min兩種載氣流速下的目標化合物分離和響應情況，結果見圖2。當載氣流量為0.40 mL/min時，目標化合物出峰較慢，且信號強度較低；而當載氣流量為0.65 mL/min時，目標化合物具有更好的分離度，峰形也更加尖銳，信號強度高，且出峰快。為此，色譜柱的載氣流速設置為0.65 mL/min。

圖2 不同載氣流速下的色譜圖Fig.2 Chromatogram under different carrier gas flow rate

2.1.4 升溫程序

(1) 初始溫度

SL 497—2010中推薦的色譜柱升溫程序初始溫度為150 ℃，本研究對比了初始溫度為120、150 ℃對目標化合物分離情況的影響，結果如圖3所示。由圖3可見，初始溫度為150 ℃時，α-六六六、六氯苯、β-六六六、γ-六六六分離效果較差，峰型也不尖銳，并且出現拖尾現象；而初始溫度為120 ℃時，16種OCPs與替代物都可完全分離，峰形尖銳，信號強度也明顯強于150 ℃時。因此，選擇初始溫度為120 ℃。

圖3 不同初始溫度下的色譜圖Fig.3 Chromatogram under different initial temperature

圖4 不同升溫速率下的色譜圖Fig.4 Chromatogram under different programming temperature rate

(2) 升溫速率

研究了5、10、20 ℃/min 3種升溫速率對目標化合物分離情況的影響，結果如圖4所示。3種升溫速率下大部分化合物均可以達到良好的分離效果。當升溫速率為5 ℃/min時，p,p’-滴滴伊和狄氏劑的色譜峰分離效果不好，且出峰時間較晚；當升溫速率為20 ℃/min時，α-六六六和六氯苯的色譜峰分離效果不好；當升溫速率為10 ℃/min時，16種OCPs和替代物都能進行完全分離。因此，選擇10 ℃/min作為最佳升溫速率。

2.1.5 檢測器溫度

檢測器溫度應低于色譜柱的最高使用溫度。由于HP-5色譜柱的最高使用溫度為325 ℃，因此選擇250、280、320 ℃3個檢測器溫度進行優化，結果如圖5所示。由圖5可見，大部分化合物都在檢測器溫度為320 ℃時信號強度最大，因此檢測器溫度選擇320 ℃。

綜上所述，優化后的最佳色譜條件為選用4 mm內徑中空超高惰性不分流襯管；進樣口溫度250 ℃；載氣流速0.65 mL/min；升溫程序：從120 ℃開始以10 ℃/min升至220 ℃，保持16 min，繼續以10 ℃/min升至250 ℃，保持2 min；檢測器溫度320 ℃。16種OCPs可以在27 min內快速、完全分離，實現同時測定。

2.2 方法性能評價

圖5 不同檢測器溫度下的色譜圖Fig.5 Chromatogram under different detection temperature

化合物保留時間/min線性回歸方程1)R2檢出限/(ng?L-1)α-六六六10.876y=753.6x-15370.99811.0六氯苯11.102y=559.9x-1430.99961.2β-六六六11.486y=282.6x-1930.99971.0γ-六六六11.693y=677.8x-11370.99861.1δ-六六六12.276y=684.6x-11730.99751.5七氯13.843y=506.9x-9240.99730.9艾氏劑15.138y=631.1x-9360.99870.9環氧七氯B16.839y=547.0x-6080.99911.5反式氯丹18.021y=664.0x-8060.99901.1順式氯丹18.881y=580.4x-5260.99950.8p,p’-滴滴伊20.047y=553.3x-9440.99701.1狄氏劑20.379y=497.5x-7480.99581.1異狄氏劑21.943y=379.3x-7170.99630.9p,p’-滴滴滴23.219y=394.3x-6050.99541.1o,p’-滴滴涕23.569y=267.7x-3800.99541.1p,p’-滴滴涕26.766y=340.3x-8500.99640.6

注：1)x為OCPs的質量濃度，μg/L；y為色譜峰面積。

表2 準確度和精密度

2.2.1 標準曲線及檢出限

在2.1節得到的最佳色譜條件下，16種OCPs的標準曲線與檢出限結果見表1。16種OCPs的R2均大于0.995 0，表明各目標化合物在1～60 μg/L線性關系良好。

16種OCPs的檢出限為0.6～1.5 ng/L，低于SL 497—2010的檢出限水平，也明顯低于文獻[7]、[13]、[16]、[17]、[20]的水平，能夠適用于地下水中低濃度的OCPs測定。

2.2.2 準確度和精密度

表2顯示，16種OCPs的低(5 ng/L)、中(20 ng/L)、高(60 ng/L)3個濃度的回收率達到80.1%～109.0%，RSD為2.1%～11.2%，方法的準確度和精密度均滿足SL 497—2010的質量控制要求。替代物2,4,5,6-四氯間二甲苯的回收率達到了83.8%～90.4%,RSD為5.6%～6.4%。

3 實際水樣的測定

在湖北某地下水采集了3個水樣，分別為樣品1、樣品2和樣品3，按照1.4節的方法進行測定，結果見表3。由表3可見，樣品2中α-六六六被檢出，檢出質量濃度為7.1 ng/L；樣品3中β-六六六和δ-六六六被檢出，檢出質量濃度分別為5.2、8.1 ng/L。由此可見，本研究建立的方法可以應用于實際地下水的測定。

表3 實際水樣測定結果1)

注：1)nd表示未檢出。

4 結 論

采用正己烷液液萃取，聯合GC法建立了一種準確、靈敏的地下水中16種OCPs的快速測定方法。優化后的最佳色譜條件為選用4 mm內徑中空超高惰性不分流襯管；進樣口溫度250 ℃；載氣流速0.65 mL/min；升溫程序：從120 ℃開始以10 ℃/min升至220 ℃，保持16 min，繼續以10 ℃/min升至250 ℃，保持2 min；檢測器溫度320 ℃。16種OCPs在1～60 μg/L線性關系良好，R2>0.995 0，檢出限為0.6～1.5 ng/L，回收率達到80.1%～109.0%，RSD為2.1%～11.2%，符合SL 497—2010的質量控制要求，并能滿足實際地下水水樣的測定。

[1] 馬晗宇,劉菲,劉玉龍.氣相色譜法測定地下水中有機氯農藥和多氯聯苯[J].巖礦測試,2010,29(5):527-530.

[2] MAURIZ E,CALLE A,MANCLS J J,et al.Optical immunosensor for fast and sensitive detection of DDT and related compounds in river water sample[J].Biosensors and Bioelectronics,2007,22(7):1410-1418.

[3] VALENTINI F,COMPAGNONE D,GIRAUDI G,et al.Electrochemical ELISA for the screening of DDT related compounds:analysis in waste waters[J].Analytica Chimica Acta,2003,487(1):83-90.

[4] DAI Guohua,LIU Xinhui,LIANG Gang,et al.Distribution of organochlorine pesticides (OCPs) and polychlorinated biphenyls (PCBs) in surface water and sediments from Baiyangdian Lake in North China[J].Journal of Environmental Sciences,2011,23(10):1640-1649.

[5] 郭曉辰,饒竹,高冉.氣相色譜法測定地下水中擬除蟲菊酯有機氯百菌清等24種農藥殘留[J].巖礦測試,2014,33(3):406-412.

[6] 王娜.液-液萃取富集—氣相色譜法測定水中有機氯農藥和多氯聯苯[J].理化檢驗(化學分冊),2011,47(3):327-330.

[7] 黃玉娟,吳春發,羅飛,等.氣相色譜法檢測地下水中六六六和滴滴涕[J].環境監測管理與技術,2011,23(3).

[8] 陳軍,張宗祥,楊文武,等.固相萃取—氣質聯用法測定水中有機氯農藥和氯苯類化合物[J].環境監測管理與技術,2015,27(1):46-49.

[9] 李江,徐特秀.水中34種有機氯農藥和氯苯類化合物測定的固相萃取—氣相色譜—質譜分析法[J].污染防治技術,2015,28(3):56-61.

[10] 劉靜,曾興宇,煙衛.固相萃取氣相色譜法測定水中氯苯類化合物和有機氯農藥[J].環境化學,2010,29(5):980-981.

[11] 許秀艷,張穎,程麟鈞,等.固相萃取—GC/MS法測定水中16種有機氯農藥[J].環境監測管理與技術,2010,22(6):51-54.

[12] 江樹廣.氣相色譜法同時測六六六、滴滴涕、六氯苯、七氯、百菌清[J].中國給水排水,2011,27(18):92-95.

[13] 王美飛,楊麗莉,胡恩宇,等.液-液萃取—氣相色譜法同時測定地表水中17種硝基苯類和氯苯類化合物[J].中國環境監測,2011,27(增刊):19-23.

[14] 邰超,齊永安,龐玉娟,等.固相微萃取—氣相色譜法測定水中痕量有機氯農藥[J].環境監測管理與技術,2007,19(5):26-29.

[15] 許桂蘋,蔣建宏,白海強,等.液液萃取—氣相色譜法測定水中有機氯的方法研究[J].安徽農業科學,2011,39(14):8564-8566.

[16] 陸華.液液萃取—氣相色譜法測定地表水中17種有機氯農藥研究[J].環境科學與管理,2014,39(2):94-96.

[17] 梁素丹,陳劍剛,白艷玲,等.液液萃取—氣相色譜法同時測定水中氯苯類化合物和有機氯農藥[J].中國衛生檢驗雜志,2013,23(6):1385-1388.

[18] 汪雨,支辛辛,張玲金,等.C18固相膜萃取—氣相色譜法測定飲用水中12種有機氯農藥[J].巖礦測試,2006,25(4):301-305.

[19] Method 8081B,Organochlorine pesticides by gas chromatography[S].

[20] 喬曉平,孫彬彬.液液萃取—毛細管柱氣相色譜法測定水中有機氯農藥的研究[J].污染防治技術,2015,28(4):39-42.