超高效液相色谱-串联质谱法测定土壤中5种有机磷农药

来源:用户上传      作者:叶琰

　　摘要 [目的]建立土壤中5种有机磷农药残留的三重四级杆液相色谱-质谱联用分析方法。[方法]采用0.1%甲酸-乙腈溶液作为提取液，比較了PSA/C18或PEP净化方式，然后以超高效液相色谱-串联质谱仪在多反应监测模式（MRM）下，进行定量与定性分析检测。[结果]5种有机磷农药线性范围均在0.01～50.00 ng/mL，相关系数均大于0.995。方法的平均回收率在82.1%～109.9%，RSD为0.48%～1.34%，方法检出限为0.01 μg/kg。[结论]此方法灵敏度高、净化效果好、快速、高效，可用于土壤中该类型有机磷农药残留的分析测定。
　　关键词 超高效液相色谱-串联质谱法;有机磷农药;固相萃取;土壤
　　中图分类号 X833文献标识码 A
　　文章编号 0517-6611（2020）24-0188-03
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.24.053
　　开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Determination of Organophosphorus Pesticides in Soil by UPLC Triplequadrupole Mass Spectrometery
　　YE Yan （Shanghai SEP Analytical Services Co.，Ltd.，Shanghai 201108）
　　Abstract [Objective]A method was established for the analysis of 5 organophosphorus pesticide residues in soil by triple fourpole liquid chromatographymass spectrometry.[Method]0.1% formateacetonitrile solution was used as the extraction solution.After PSA/C18 or PEP purification，the residue was detected by liquid chromatographytandem mass spectrometer under multireaction monitoring mode （MRM）.[Result]The linear range of 5 organophosphorus pesticides was 0.01-50.00 ng/mL，and the correlation coefficient was greater than 0.995.The average recovery rate of the method was 82.1%-109.9%，the RSD was 0.48%-1.34%，and the detection limit of the method was 0.01 μg/kg.[Conclusion]This method has high sensitivity，good purification effect，high speed and high efficiency，and can be used for the determination of organophosphorus pesticide residues in soil.
　　Key words UPLC-MS/MS;Organophosphorus pesticide;SPE;Soil
　　有机磷类农药自问世以来，因为其高效、快速、广谱等特点，一直在农药中占有很重要的位置，对世界农业的发展起了很重要的作用[1]。有机磷农药大都属于磷酸酯类或硫代磷酸酯类化合物，大部分有机磷农药不溶于水，而溶于有机溶剂，在中性和酸性条件下稳定，不易水解，在碱性条件下易水解而失效[2]。随着这些有机磷类农药的广泛被使用，暴露出了很多问题，如高残留、毒性强等，尤其在环保意识日益增强的今天，其暴露的问题也引起了人们的高度重视[3]。研究表明，有机磷农药中毒不仅会使乙酰胆碱酯酶失活，还有可能改变人体内线粒体呼吸链中的呼吸作用和产能过程中酶的活性，抑制免疫系统功能，导致组织细胞和DNA 损伤[3]。作为典型的酶毒剂，有机磷农药可以通过消化道摄入，也可以通过皮肤、黏膜、呼吸道吸收而引发中毒[4]。有机磷农药在农作物病虫防治领域具有广泛的应用，对人、动物和环境产生的危害不容忽视。目前检测方法主要有气相色谱法[5]、气相色谱法-质谱法[6]、液相色谱法[7]、液相色谱-串联质谱法[8]、酶抑制法[9]、电化学法[10]、免疫化学法[11]等。质谱联用技术在目前仪器分析技术中使用极为广泛，这种技术充分发挥了色谱优良的分离能力以及质谱准确定性和定量特点，通过选择合适的样品前处理方法和定量手段就可以对多种有机磷农药残留同时进行准确地定性、定量分析，尤其是对于环境中一些低浓度、强极性和受热易分解的有机磷农药，检测效果较好。美国EPA 538 和EPA 600/R-04/126E建立了液相色谱-串联质谱法分别测定饮用水与环境水样中的甲胺磷和乙酰甲胺磷，我国关于5种农药分析主要集中在牛奶[12]、蔬菜[13]和水果[14]等食物样品的测定，常用检测方法多为气相色谱法和气相色谱质谱联用法等，目前还未建立相关的土壤的检测规范与标准。该试验研究了土壤中甲胺磷、乙酰甲胺磷、氧化乐果、敌百虫、辛硫磷5种农药残留分析的样品前处理方法和质谱检测条件，以期为土壤中有机磷农药检测标准建立提供参考。
　　1 材料与方法
　　1.1 标准品及试剂
　　甲胺磷、乙酰甲胺磷、氧化乐果、敌百虫、辛硫磷，浓度100 μg/mL（国家环保标准物质中心）;甲醇、乙腈均为HPLC级（美国Thermofisher公司）;甲酸LCMSMS级（国药试剂公司）;超纯水（美国Millipore公司）;N-丙基乙二胺（PSA，40～63 μm， 6 nm）、C18 吸附剂（德国CNW公司）;固相萃取柱：填料为二乙烯苯和N-乙烯基吡咯烷酮共聚物（PEP，500 mg/6 mL，天津艾杰尔），C18（500 mg/6 mL，天津艾杰尔），PetiCarb/NH2（500 mg/500 mg，6 mL，天津艾杰尔）;其他未注明的试剂均为国药分析纯。 　　1.2 仪器设备 Xevo TQ-S micro三重四极杆质谱仪（美国Waters公司）;色谱柱：ACQUITY UPLC BEH C18，2.1 mm×100 mm，粒径为1.7 μm;超声波清洗器、漩涡混合器、水浴氮吹仪、离心机等其他实验室常规设备。
　　1.3 标准溶液配制
　　分别准确吸取标准溶液，用乙腈-水稀释成1 mg/L混合标准溶液，4 ℃保存，准确吸取混合标准溶液用水配制成浓度分别为0.01、0.05 、0.10、0.50、1.00、5.00、10.00、50.00 ng/mL的系列标准溶液。
　　1.4 样品前处理
　　准确称取2.0 g土壤试样（准确至0.001 g）于50 mL离心管中，加入一定量 0.1%甲酸-乙腈提取液，加入3～5 g氯化钠，剧烈振荡涡旋1 min，超声提取 30 min，每间隔10 min剧烈振荡涡旋1 min，提取后 8 000 r/min 离心 5 min，取上清液经0.45 μm 滤膜过滤后，待净化。
　　固相萃取净化：依次用10 mL 甲醇和10 mL 超纯水活化固相萃取柱，保证小柱柱头浸润。取5 mL提取液加45 mL水混匀后，在自然重力作用下通过固相萃取柱，用真空泵抽干，待小柱干燥后用5 mL乙腈-0.1%甲酸混合溶剂以约3 mL/min 的流速洗脱小柱，收集洗脱液，35 ℃水浴氮吹至近干，准确加入1 mL初始流动相，超声或涡旋至完全溶解，经0.22 μm滤膜后，待测。
　　PSA/C18填料净化：取5 mL提取液加入装有150 mg PSA、150 mg C18的离心管中，涡旋1 min，8 000 r/min离心5 min，取上清液经0.22 μm滤膜过滤后，待测。
　　按同一操作方法做空白试验。待测物含量过高时，用初始流动相适当稀释至线性范围内进行测定。
　　1.5 液相色谱条件
　　色谱柱为ACQUITY UPLC BEH C18 （2.1 mm×100 mm，粒径为1.7 μm）。流动相A为5 mmol/L甲酸铵-乙腈，流动相B为5 mmol/L甲酸铵-水，梯度洗脱。
　　1.6 质谱条件
　　电喷雾电离源正离子模式ESI（+）。碰撞气为氩气;脱溶剂气为N2。化合物的监测离子对（m/z）、锥孔电压、碰撞能质谱参数见表1。
　　2 结果与分析
　　2.1 前處理条件优化
　　5种有机磷农药具有一定极性，且在碱性介质中不稳定，因此提取剂中均加入0.1%甲酸。不同文献报道的提取溶剂有所不同，该试验分别考察了0.1%甲酸-乙腈、0.1%甲酸-水、0.1%甲酸-丙酮和0.1%甲酸-乙酸乙酯4种提取溶剂对5种有机磷农药的提取效率影响。试验采用样品加标的方式进行，结果表明（图1），0.1%甲酸-水和0.1%甲酸-乙酸乙酯对辛硫磷提取效果较差，0.1%甲酸-丙酮提取效率较高，但提取的共提物较多，杂质干扰较大。因此最终选择0.1%甲酸-乙腈作为提取溶剂。
　　2.2 净化条件优化 试验分别对PEP、C18、PetiCarb/NH2固相萃取柱以及150 mg PSA/150 mg C18填料净化效果进行比较，结果表明，C18、PetiCarb/NH2固相萃取柱回收率均不高;PEP和PSA/C18填料的净化效果较理想，回收率在91.2%～109.6%，其中C18主要吸除脂肪等非极性杂质，PSA 主要吸附脂肪酸、有机酸、碳水化合物等极性杂质。因此，试验采用150 mg PSA/150 mg C18填料对样品进行净化，对于复杂基质土壤样品PEP固相萃取更优。
　　2.3 色谱质谱条件优化 试验考察了乙腈-水（甲酸）、乙腈-水、乙腈-水（甲酸铵）3种流动相体系，结果表明，当采用乙腈-水（甲酸）作为流动相时，辛硫磷的出峰效果较好，但极性较大的氧化乐果、甲胺磷、乙酰甲胺磷的色谱峰出现了较为严重的溶剂效应，且基线噪音较大。当采用乙腈-水作为流动相时，离子化响应值较低。因此，采用乙腈-水（甲酸铵）作为流动相体系，为保证整个流动相体系pH稳定，在有机相中加入甲酸铵。
　　将5种标准物质溶液稀释为1 μg/mL的标准溶液，对每个化合物进行质谱参数的优化，包括母离子和子离子、毛细管电压、脱溶剂温度、气体流量、锥孔电压、碰撞能量。试验结果表明，5种农药在ESI源正离子模式下均容易获取H+，优化各离子质谱参数使特征碎片离子的强度达到最大。优化后5种有机磷农药多离子反应检测总离子流图如图2所示。
　　2.4 标准曲线与检出限
　　取所配制的系列标准溶液，按上述色谱质谱条件测定定量离子峰面积（Y）与浓度（X）进行线性回归分析，结果见表2。
　　2.5 回收率与精密度试验 取某农药场地土壤样品，添加5种农药标准溶液，按照上述色谱质谱分析测定条件，分别测定7次，计算回收率和其相对标准偏差（RSD）。从表3可以看出，5种农药平均回收率为82.1%～109.9%，RSD为0.48%～1.34%，表明该方法的回收率和精密度良好。
　　2.6 样品定量分析 对农药场地土壤样品进行了定量分析，结果表明，甲胺磷、乙酰甲胺磷、氧化乐果、辛硫磷均未检出，敌百虫浓度为0.5 μg/kg，加标回收率为98.2%，能满足土壤中甲胺磷、乙酰甲胺磷、氧化乐果、辛硫磷、敌百虫同时测定的要求。
　　3 结论
　　该研究采用超高效液相色谱-串联质谱法对土壤中的甲胺磷、乙酰甲胺磷、氧化乐果、辛硫磷、敌百虫进行同时测定。用0.1%乙腈超声提取，以乙腈（甲酸铵）和水（甲酸铵）梯度洗脱，ACQUITY UPLC BEH C18柱分离柱，实现了二者的分离，正离子模式下MRM定量测定，同时有效降低基质对目标物质的影响。该方法快速方便准确，能满足土壤中甲胺磷、乙酰甲胺磷、氧化乐果、辛硫磷、敌百虫同时测定的要求，为土壤中有机磷农药液质检测提供参考。 　　参考文献
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