土壤中七氯等4種有機氯農藥的QuEChERS快速分析方法探討

陳 玟

（福建省地質礦產局三明實驗室，福建 三明 365000）

1 引言

QuEChERS方法是結合固相萃取法和基質固相分散技術的衍生檢測方法，是在水環境中基于乙腈的液體分配，用乙腈鹽析萃取固體樣品；然后在凈化過程中用N-丙基乙二胺（PSA）分散固相萃取（d-SPE）除去大部分殘留的基質干擾。QuEChERS法特別適用于測定各種食品基質中的極性、中極性和非極性農藥殘留。與傳統的液液萃取、固相萃取等樣品前處理技術相比，QuEChERS方法的優勢在于適用廣、效率高、溶劑用量少、操作及裝置簡單、回收率高。

2 實驗部分

2.1 試劑和儀器

甲醇、乙腈、丙酮、乙酸乙酯、正己烷（農殘級，Merck）；PSA、GCB、C18（博納艾杰）；氯化鈉、無水硫酸鎂（分析純，國藥）。

氣質聯用儀（7890B-5977B）；渦旋混合儀（WH-3型）；超聲波清洗機（YQ-1000C型）。

2.2 基本實驗步驟

稱取5.0 g土壤于50 mL具蓋塑料離心管中，加入一定量的提取溶劑，并添加標準溶液，充分混勻提取后，再將樣品在35 ℃水浴條件下緩慢振蕩吹干，去除溶劑。加入一定量的水和無機鹽的混合物，使溶劑與混合物分離，接著采用渦旋、超聲等輔助方式使樣品被提取劑充分萃取后于5000 r/min的轉速離心5 min。移取部分上清液于潔凈離心管中，加入PSA、GCB、C18、無水MgSO4等QuEChERS凈化劑，再次采用渦旋等方式保證其充分混勻并凈化，離心后取上清液過0.45 μm有機相濾膜，待上機檢測。分別量取適量農藥標準混合儲備液，并用正己烷稀釋定容，于4 ℃保存備用，并配成100、500、1000、2000、5000 μg/L共5個濃度的標準曲線，供GC-MS分析測試，現配現用。

2.3 儀器工作條件

色譜條件：HP-5 MS毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進樣口溫度：250 ℃；進樣方式：不分流進樣；進樣量：1 μL；柱流速為1.0 mL/min；載氣：高純氦氣（純度為99.999%）；柱溫采用程序升溫：初始溫度：120 ℃，保持2min，以12 ℃/mim至180℃，保持5min，再以7 ℃/mim至240 ℃，保持1 min，再以1 ℃/mim至250 ℃，保持2 min。

質譜條件：EI源：70ev；離子源溫度：230 ℃；四級桿溫度：150 ℃；傳輸線溫度是280 ℃；采集方式：全掃描（Scan）和選擇離子檢測（SIM）；溶劑延遲：5 min。配制農藥混標溶液，先采用Scan模式，掃描得到各目標物的定量離子和定性離子等參數，再用SIM作定量數據處理。

2.4 定性定量分析

配制農藥混標溶液，先采用Scan模式，通過樣品中目標物與校準系列中目標物的保留時間、質譜圖、碎片離子質荷比及其豐度等信息比較。多次分析標準溶液得到目標物的保留時間均值，以平均保留時間±3 倍的標準偏差為保留時間窗口，樣品中目標物的保留時間應在其范圍內對目標物進行定性，根據定量離子的峰面積，采用外標法進行定量。

3 QuEChERS前處理因素討論

3.1 提取溶劑種類的選擇

在QuEChERS農藥的殘留分析方法中，較多是選用一些水溶性有機溶劑如：丙酮、乙酸乙酯、甲醇以及酸性的甲醇、乙醇和乙腈進行了鹽析萃取/分配。其中乙腈是作為QuEChERS法的推薦溶劑，擁有選擇性大，涉及的農藥分析物范圍很廣，與色譜應用的兼容性好等眾多優點。但缺點在于從基質中提取的共萃取物較少；有較大的溶劑膨脹體積，會干擾氣相的氮檢測器的靈敏度；且乙腈的揮發性較弱，從而使蒸發濃縮步驟更耗時。其他非鹵代溶劑，如乙酸乙酯在QuEChERS法萃取水果和蔬菜中的農藥殘留具有較高的效率。但乙酸乙酯也有一些缺陷：相比于乙腈，它更有可能提取出脂質和蠟；對呈酸/堿性農藥的回收率低；分散固相萃取凈化能力較低。而蔬菜中農藥的提取溶劑大多采用甲醇，以及酸性的甲醇等。但甲醇和酸性甲醇的提取效率較差，可能是在甲醇-水溶液體系中，甲醇與水極易互溶，增大了共提取物的含量，從而降低了甲醇對農藥的提取效率。此外，正己烷和丙酮也是常用的提取溶劑。

本項目設計了如下幾組溶劑進行提取試驗：甲醇、乙腈、乙酸乙酯、正己烷、正己烷/丙酮（體積比分別為1∶1、4∶1、1∶4）、正己烷/乙酸乙酯（體積比分別為1∶1、4：1、1∶4），每組平行試驗3次。結果顯示，甲醇溶液的提取液較為渾濁，推測原因是甲醇對很多物質的溶解性較好，在提取過程中提取出較多的雜質。乙腈對目標物的提取回收率較低，一般也不用于氣質檢測樣品的提取溶劑。乙酸乙酯則較易黏附于容器壁上，不利于4種有機氯農藥與土樣的分離，從而導致溶液回收不完全、提取效率不高。用單一的正己烷提取時樣品基質較雜，會導致假陽性樣品出現。而用正己烷/丙酮混合溶劑提取時，土壤樣品提取液中雜質較少，色譜圖基質干擾較小，基線平穩。通過實際樣品的檢測結果表明正己烷和丙酮的混合溶劑組合對4種有機氯農藥的提取效果優于其他溶劑或組合，其中體積比為1∶1的正己烷/丙酮混合溶劑的回收率在65.3%~93.1%之間，體積比為4∶1的正己烷/丙酮混合溶劑的回收率在52.5%~75.4%之間，均達到了HJ 835-2017中的要求。綜合考慮，選用正己烷：丙酮（體積比1∶1）作試驗的提取溶劑為最優選項。

3.2 提取溶劑用量的選擇

使用的提取溶劑的用量較少，極有可能導致對目標化合物的提取不完全，導致提取效率偏低。相反，提取溶劑的用量較多，會提高目標化合物的提取效率，但同時也大大地稀釋了目標物的質量濃度，不利于低濃度樣品的檢出。此外，有機溶劑的大量使用也會造成不必要的成本浪費、存在較大的安全隱患并對環境造成污染。因此，需要綜合考慮提取效率和成本來選擇出合適的提取溶劑用量，理想的分析方法應在保證統計數據結果可靠性的前提下選用最小的試劑使用量。

減小樣品量可以提高提取效率，減少材料消耗，降低成本。且在溶劑/樣品比例方面，樣品重量與溶劑體積為1∶1的比例被證明是足以實現定量提取。由于受到塑料離心管容積的限制，提取劑體積也受到影響，考慮到土壤樣品顆粒較大，實驗土壤樣品量選擇5 g，提取劑體積分別為5、10、20、30 mL。結果表明：5 mL的溶劑加入后，根據QuEChERS流程得到的最終提取液體積太少，不方便儀器測試。使用正己烷/丙酮（1∶1）為10 mL時，對土樣中4種有機氯農藥的回收率均可達60%以上。隨著提取溶劑用量的增加，α-六六六、γ-六六六的提取效率無明顯提升，七氯和α-氯丹的提取效率增加，但無顯著性差異。故土壤樣品量為5 g時，選用10 mL的溶劑用量。

3.3 無機鹽的使用

MgSO4、NaCl、Na2SO4等 常 用 無 機 鹽 對 提高極性化合物回收率的影響都被測試過。其中，MgSO4提供了最完整的液-液相分離，并能更好地結合大量的水。這是由于MgSO4的水化是放熱反應，溫度可達40~45℃，有利于農藥的提取。另一方面，MgSO4有助于有機層中殘留的水從樣品基質中提取一些不需要的極性化合物。同時相較于無水Na2SO4，無水MgSO4具有更強的脫水效果、更細的顆粒，從而可更有效地提取農藥，更適合當作脫水劑。NaCl在單獨或與MgSO4結合使用時的會使回收率降低，但加入NaCl后可以得到更完整的相分離。主要原因是NaCl 的加入引起的鹽析效應通常會導致極性化合物回收率的增加，能夠控制有機相中水的百分比。同時NaCl的引入還可以降低共萃取的基質成分的量。因此，在實際操作中主要加入的無機鹽為MgSO4和NaCl。

MgSO4與NaCl的使用比例及MgSO4的使用量也很重要。為了結合絕大多數的水，MgSO4的添加量必須超過飽和濃度。而NaCl的加入雖然有助于控制萃取溶劑的極性，從而提高萃取的選擇性，但是鹽的過量加入會降低有機層對極性目標物的分配力，故應適當控制其加入量。本項目分別以不同的無機鹽添加量比較了無水MgSO4和NaCl的回收效果。結果表明，當加入量為4g/1g時，目標物的回收率達到了滿意的水平（80.4%~117.8%），證明已加入足量的無機鹽，過飽和的無水MgSO4和NaCl促進目標物從有機相中分離，從而提高了提取效率。但由于隨NaCl用量的適當增加，4種農藥的色譜圖峰形的分叉現象顯著改善，峰面積顯著提高。故采用質量比為4g/1g的無水MgSO4和NaCl作為脫水劑。

3.4 QuEChERS凈化條件的考察

土壤基質較為復雜，含有較多的有機質、腐殖酸和色素等雜質。為了去除凈化步驟中的基體成分，QuEChERS的凈化需要先將適量的樣品萃取物加入到含有相對少量SPE吸收劑的離心管中，并對混合物進行震蕩以增加SPE物質的分布，以促進清洗過程。最終，離心混合均勻的樣品，分離吸附劑和萃取上清液，移取上清液進行上機分析。關鍵點在于如何選擇正確的吸附劑，以保留不需要的共萃取的基質化合物，并允許目標物保留在液相中。QuEChERS法中常用的凈化劑有PSA、GCB、C18等固相萃取柱常用填料。PSA結構中含有兩個氨基，通過氫鍵的形成或離子交換作用，可去除基質中的極性化合物如脂肪酸、部分有機酸、糖和色素等的干擾；C18能去除非極性干擾物如脂類、花青素、蠟類產生的影響；GCB的表面具有正六元環結構，其對平面分子有極強的親和力，能有效去除水葉綠素和類胡蘿卜素等大分子雜質，但由于會吸附平面環狀結構的農藥而造成回收率降低。對于土壤樣品而言，PSA能夠吸附土壤中很多極性基質成分如糖類、脂肪酸等，而對農藥殘留物無吸附作用；C18可以選擇性地吸附土壤中的有機質和腐殖酸等雜質；GCB可以吸附土壤中的色素；無水MgSO4則可用來吸附提取液中殘留的水分，改善目標物的分配，進而影響后續凈化劑的吸附效果，提供更好的凈化。

本試驗參考6種商品化的QuEChERS分散固相萃取管中各種萃取劑的配方比（見表1），以不同量的MgSO4、PSA、GCB、C18和 無 水MgSO4為考察因素對凈化條件進行了優化。從實驗過程可以明顯看出，GCB對色素有強大的吸附能力，提取液顏色很淺，但同時對部分農藥也有一定的吸附（E和F試劑盒）。使用C和D試劑盒，加標回收率為56.7%~107.8%，4個組份的定性峰超出范圍。針對2mL提取液，加入吸附劑PSA 25mg和無水MgSO4150mg（A試劑盒）即可獲得較好的凈化效果，總離子流圖的雜質峰個數明顯少于C、D、E和F試劑盒，其中α-六六六的回收率達到96.0%，γ-六六六達到102.5%，七氯達到71.2%，α-氯丹達到118.3%。試劑盒B的加標回收率為72.2%~106.1%，考慮成本，試劑盒A為最優條件。

表1 6種不同配方的商品化萃取試劑盒配方

4 方法驗證

4.1 精密度和回收率實驗

取不含目標物的土壤樣品，加入目標物分別制作三個濃度水平的土壤樣品（低（0.10 ug/g）、中（2.0 μg/g）和高（6.0 μg/g））各7份進行加標回收試驗，計算7次測定結果的相對標準偏差（RSD）和回收率。由實際檢測數據結果統計，回收率為78.8%~91.4%，相對標準偏差在15.0%~18.0%之間，方法回收率及相對標準偏差符合相關規范的要求，表明該方法具有良好的準確度和精密度。

4.2 準確度分析及不同方法比對

分別按HJ835-2017和QuEChERS快速分析方法對實際土壤樣品中的4種農藥進行測定，結果見表2。

表2 準確度及不同方法比對表

由表可以看出，采用QuEChERS快速分析方法對實際土壤樣品中的4種農藥進行分析的結果和HJ835-2017分析結果比較的相對偏差在3.87~12.39.均小于20%。四種目標物在0.5ug/g濃度水平的回收率在78.0%~92.6%間。

4 結論

采用QuEChERS前處理方法，用正己烷/丙酮（1+1）做提取劑，加入一定量的去離子水和MgSO4和NaCl（4∶1），并通過超聲進行輔助萃取，最終用氣相色譜-質譜法測定目標物，可以同時檢測土壤中的α-六六六、γ-六六六、七氯和α-氯丹等4種有機氯農藥，該方法操作簡單、準確度高、成本較低、相對環境友好，能滿足批量樣品的檢測需求，可用于快速測定土壤中的有機氯類農藥。