ASE提取-磺化與SPE凈化-GC-MS法測定土壤中8種有機氯農藥殘留量

摘" 要：采用加速溶劑萃取技術，結合磺化與固相萃取小柱凈化，建立土壤中8種有機氯農藥殘留量的GC-MS檢測方法。通過優化前處理條件，最終選擇加速溶劑萃取，萃取液經溫度小于等于35 ℃，真空度大于260 Pa濃縮；加數滴濃硫酸磺化，有機相經硅酸鎂小柱凈化，DB-5MS色譜柱分離，結合電子轟擊電離源（EI）選擇離子監測（SIM） 模式，采用內標法進行定量檢測。試驗表明，8種有機氯農藥在0.02～1.00 mg/L范圍內線性相關系數r均大于0.999，對土壤樣品檢出限為0.45～0.93 μg/kg。對5.0、20.0、100 μg/kg 3個濃度水平的土壤基質加標樣品精密度試驗下，RSD（n=7）分別為0.4%～2.7%、0.4%～3.8%、0.4%～2.0%；使用有證標準樣品進行正確度試驗，結果均滿足要求。該方法快速準確、環保可靠，可滿足土壤樣品中8種有機氯農藥的高通量檢測要求；顯著降低實樣分析時進樣口滴滴涕（DDT）降解現象，襯管壽命延長5倍以上，節約成本同時顯著提高檢測效率。

關鍵詞：土壤；有機氯農藥；加速溶劑萃取技術；ASE提取-磺化；SPE凈化-GC-MS法

中圖分類號：S151.9" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2023）14-0027-07

Abstract： A GC-MS method for the determination of 8 kinds of organochlorine pesticide residues in soil was established by accelerated solvent extraction technique combined with sulfonation and solid phase extraction column purification. By optimizing the pretreatment conditions， the accelerated solvent extraction was selected finally， the extraction solution was concentrated by temperature ≤35 ℃ and vacuum gt;260 Pa， the organic phase was sulfonated by a few drops of concentrated sulfuric acid， the organic phase was purified by magnesium silicate column， separated by DB-5MS column， selected ion monitoring （SIM） mode combined with electron impact （EI） ofthe ionization source， and the internal standard method was used for quantitative detection. The results showed that the linear correlation coefficients of 8 kinds of organochlorine pesticides were all more than 0.999 in the range of 0.02-1.00 mg/L， and the detection limit for soil samples was 0.45-0.93 μg/kg. Under the precision test of the standard samples added to the soil matrix at the three concentration levels of 5.0， 20.0， 100 μg/kg， the RSD （n=7） was 0.4%～2.7%， 0.4%～3.8% and 0.4%～2.0%， respectively. The accuracy test was carried out with certified standard samples， and the results all met the requirements. The method is rapid， accurate， environmentally friendly and reliable， which can meet the requirements of high-throughput detection of 8 organochlorine pesticides in soil samples， significantly reduce the DDT degradation at the injection port during real sample analysis， prolong the liner life by more than 5 times， save cost and significantly improve the detection efficiency.

Keywords： soil; organochlorine pesticides; accelerated solvent extraction technology; ASE extraction-sulfonation; SPE purification-GC-MS method

有機氯農藥（Organochlorine Pesticides， OCPs）是用于防治植物病、蟲害的組成成分中含有有機氯元素的有機化合物。20世紀初，有機氯類農藥由于其價格低廉而且具有突出的殺蟲效果在全球得到廣泛的應用[1]。但是，OCPs可通過氣象活動、水循環、“全球蒸餾”及食物鏈傳遞等多種方式，進入各種環境介質（水、氣、土），同時富集到動植物組織器官和人體中，其致癌、致畸、致突變作用，構成了直接或潛在的危害；再加上其物理和化學性質相當穩定，短時期內不易分解，殘留污染問題十分嚴峻，已被列入《斯德哥爾摩公約》中首批受控的持久性有機污染物。土壤作為農業生態系統中物質與能量交換的載體，是人類賴以生存的物質基礎。據統計，在農藥噴施過程中，施用的農藥量僅有30%左右附著在農作物上，其余大部分農藥量進入土壤與大氣中，并長期存在，隨著污染物的歷史殘留量增加，土壤由被污染物演變為污染物的來源[2]。其中在我國曾經應用最廣、最為典型的產品為六六六和滴滴涕（DDT）。GB 15618—2018《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》和GB 36600—2018《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》均將六六六、滴滴涕作為了重要的有機物篩選項目。檢測并監控土壤中六六六和滴滴涕的含量，對于農產品的質量安全生產有著積極的現實意義。

目前，土壤樣品中六六六和滴滴涕采用的提取方法有超聲、索氏、微波和加速溶劑萃取等；凈化方法有層析柱、SPE小柱、磺化、凝膠滲透色譜和分子篩脫水等；常見的分析檢測方法有氣相色譜法（GC-ECD）、氣相色譜-質譜、氣相色譜-串聯質譜等[3-13]。其中索氏提取法操作繁瑣、萃取時間長、有機溶劑使用量大，環境友好度低，不適合大批量樣品處理；超聲提取法對高有機質的樣品萃取效果差，揮發性成分易損失。層析柱凈化法操作繁瑣，費時費力，填料消耗量大；而凝膠滲透色譜法雖然凈化效果好，但成本昂貴，步驟復雜，也無法應對大批量樣品。因此目前最主流的提取手段是耗時短、溶劑消耗量小、提取效率高、環境友好的加速溶劑萃取法（ASE）；分析方法多采取氣相色譜-質譜法；凈化手段根據研究對象的性質及實驗室條件而各有不同。

而采用現有技術中樣品前處理方法得到的土壤提取待測液由于存在基質效應，容易導致色譜系統進樣口被高溫區物質污染，最終導致待測樣中的DDT在進樣系統內分解為滴滴伊（DDE）和滴滴滴（DDD），嚴重影響測試結果的準確度。對于這一問題，在部分文獻中均有提及[10]，但未見對如何有效降低的研究報道。通常的解決技術是清洗和維護進樣系統，但治標不治本，嚴重增加了檢測成本、降低了檢測效率。

基于以上原因，本工作提供一種改善進樣系統降解問題的土壤樣品前處理方法，同時優化分析條件，有效提高有機氯農藥殘留的檢測效率和檢測結果的準確性、降低檢測成本。

1" 實驗

1.1" 實驗儀器及試劑

實驗儀器及試劑包含如下：

7890B-5977B氣相色譜質譜聯用儀（Agilent）；

ASE-350加速溶劑萃取儀（Themo Fisher）；

SPE固相萃取儀（Supelco）；

旋轉蒸發儀（BUCHI）；

DC-24型氮吹儀（安譜）；

色譜柱DB-5MS，30 m×0.25 μm×0.32 mm（Agilent）。

丙酮、正己烷、二氯甲烷（色譜純，CNW）；

硫酸、無水硫酸鈉（優級純，國藥）；

分散劑：粒狀硅藻土，百靈威；

固相萃取小柱：硅酸鎂，1g，6 mL，CNW；

標準溶液：甲苯中8種有機氯混合標準溶液，o2si；

內標物：菲-d10（二氯甲烷，ρ=200 mg/L），Acc；

替代物：2，4，5，6-四氯-間-二甲苯和氯茵酸二丁酯，（各200 μg/mL，Acc）；

有證標準物質：土壤中8種有機氯農藥，ERA。

1.2" 標準溶液配制

用正己烷-丙酮混合溶劑（v∶v=1∶1）將含（α-BHC、β-BHC、γ-BHC、δ-BHC、p，p'-DDT、o，p'-DDT、p，p'-DDE、p，p'-DDD）的混合標準溶液和替代物標準溶液配制成0.02、0.05、0.10、0.20、0.50、1.0 μg/mL 6個濃度點的標準系列，同時加入0.10 μg/mL內標標準溶液。

1.3" 樣品前處理

1.3.1" 土壤樣品的提取

稱取凍干研磨過篩后的土壤樣品10 g（精確到0.001 g），和硅藻土混合均勻后，全部轉移至萃取池中，并用硅藻土填充滿，加入替代物，基體加標樣品加入10 μg/mL的8種有機氯混合標準溶液20 μL，使用ASE進行萃取。萃取條件為載氣壓力1.0 Mpa，加熱溫度100 ℃，萃取池壓力1 500～1 700 psi，預加熱平衡5 min，靜態萃取時間5 min，溶劑淋洗體積60%，氮氣吹掃時間90 s，萃取劑∶正己烷-丙酮（v∶v=1∶1）。

1.3.2" 萃取液的濃縮及溶劑置換

將收集到的萃取液使用旋轉蒸發儀，設定加熱溫度低于35 ℃，真空度保持大于260" Pa；當濃縮至2 mL左右時，加入1 mL正己烷進行溶劑替換，繼續濃縮至約2 mL。

1.3.3" 濃縮液的凈化與定容

磺化：將濃縮液移至玻璃離心管中，逐滴加入98%濃硫酸，震蕩后靜置分層，直至有機相變為無色透明。

SPE凈化及濃縮定容：采用市售的弗羅里硅SPE小柱（1 g，6 mL）進行凈化，小柱在使用前，先在填料表層鋪設烘烤過的無水硫酸鈉，用4 mL二氯甲烷淋洗凈化，加入正己烷浸潤至少5 min活化；然后將濃縮上清液轉移至SPE小柱中，用正己烷分3次洗滌濃縮器皿，洗液全部轉移進小柱；用10 mL二氯甲烷-正己烷（體積比為1∶1）進行洗脫，收集全部洗脫液；用氮吹濃縮，加入內標液，正己烷定容至1.0 mL，待測。

1.4" GC-MS法檢測

將按照上述步驟處理好的待測溶液，采用GC-MS內標法進行檢測。

其中GC條件如下。

色譜柱：DB-5MS，30 m×0.25 μm×0.32 mm；

色譜條件：進樣口溫度為230 ℃，不分流；進樣量為1.0 μL，柱流量為1.0 mL/min；

柱溫：130 ℃保持0 min；以25 ℃/min速率升至180 ℃，保持0 min；以5 ℃/min速率升至205 ℃，保持0 min；再以30 ℃/min速率升至250 ℃，保持0 min；再以5 ℃/min 速率升至260 ℃，保持2 min；后以40 ℃/min速率升溫至280 ℃保持1 min。

MS條件如下。

離子源溫度為230 ℃；接口溫度為280 ℃；四級桿溫度為150 ℃；掃描模式選擇離子模式（SIM）。

2" 結果與討論

為使凈化前處理效果具備可比性，選取陽性實際樣品采用“1.3.1土壤樣品的提取”的步驟進行ASE提取，獲得萃取液。

2.1" 實際樣品使用優化后磺化方法前后對比

萃取液使用優化后的磺化方式處理后，黃色基本消失，深色物質也進入濃硫酸磺化層，沉于底部，如圖1所示。

2.2" 凈化前處理方法效果對比

2.2.1" 與GB/T 14550—2003《土壤中六六六和滴滴涕測定的氣相色譜法》凈化效果對比

GB/T 14550—2003[14]記載的凈化前處理方法為“水洗+磺化+水洗”。總離子流圖（TIC）圖如圖2所示。

優化后的前處理方法“濃縮+置換溶劑+磺化+SPE凈化”的TIC圖如圖3所示。

通過圖2和圖3的對比，可知經過優化后的前處理方法相比傳統磺化形式基線更低，更穩定，雜質峰更少，樣品測試的準確度和穩定性更有保障。

2.2.2" 與HJ 835—2017《土壤和沉積物 有機氯農藥的測定 氣相色譜-質譜法》對降低實際樣品分析時進樣口DDT降解效果進行對比實驗

選取同一個基質較臟的實際樣品分別采用HJ 835—2017[15]及優化后的凈化方法進行前處理，每測試5個實際樣品，分析一次曲線中間點（CCV），對儀器性能及進樣口惰性進行表征。

采用HJ 835—2017凈化方式進樣前和進樣5次后曲線中間點CCV的TIC圖如圖4、圖5所示。通過對比圖中各目標物的響應值，可見實際樣品進樣5次后，o，p-DDT、p，p'-DDT已完全降解為DDE和DDD。襯管已嚴重污染，不可再使用。

采用優化后的前處理方法進樣前、進樣50次后和進樣100次后CCV的TIC圖如圖6、圖7和圖8所示。

通過比較各目標物的響應值，可見優化后進樣50次后，o，p-DDT、p，p'-DDT基本沒有降解，進樣100次后僅有部分降解為o，p-DDD和p，p'-DDD。雖然已超出15%降解率，但降解程度明顯低于，但降解程度明顯低于采用HJ 835—2017前處理方法的樣品。

2.3" GC-MS測試條件優化

將標準物質分別采用優化前后的色譜條件進行GC-MS測試，得到TIC圖分別如圖9和圖10所示。

通過對比可知，優化色譜柱測試條件（進樣口條件、升溫程序等）后優化后，各目標物的響應值明顯提高，保證各目標物分離效果的同時，分析時間縮短一半以上，由大于35 min縮短到15 min。分析效率有了明顯提升。

2.4" 方法的線性范圍、準確度、回收率和精密度測定

參照GB/T 27417—2017《合格評定 化學分析方法確認和驗證指南》對曲線線性、檢出限、精密度和準確度方面進行評價實驗。

從表1、表2和表3中可知，采用優化后的處理手段曲線線性、精密度及準確度均可滿足相應標準規范要求。

3" 結論

可見采用優化后的前處理和GC-MS測試方法可以明顯減少樣品中的雜質，避免其對進樣系統的污染，從而將襯管壽命延長10～20倍，并且分析效率更高，穩定性好，可以更好保障連續測試樣品的準確性，且具有優越的經濟性。

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第一作者簡介：盧光磊（1983-），女，碩士，工程師。研究方向為生態環境有機污染物分析。