拟除虫菊酯是继有机氯、有机磷和氨基甲酸酯之后具有生物活性优异、环境相容性较好的一大类杀虫剂, 具有高效、广谱、低毒和能生物降解等特性, 在国际农药市场中占19%的份额。我国自20世纪80年代开始使用以来一直用于农业和林业生产, 这类农药的迅速发展和广泛使用在农作物和果品虫害防治、提高产量方面发挥了重要作用, 同时也给产品的质量和环境安全带来了一定的影响, 因此有必要加强对环境中农药残留分析, 尤其是土壤中菊酯类农药的监测和研究是非常必要的。目前土壤中菊酯类的测定还没有相应的标准分析方法, 这就需要对土壤中菊酯类农药痕量的测定建立相应的分析方法。土壤中农残样品预处理常采用机械振荡萃取、索氏萃取法、超声提取、微波萃取, 这些方法操作繁琐, 耗费溶剂多, 危害研究人员健康。加速溶剂萃取法 (accelerated solvent extraction, ASE) 是一种在提高温度和压力的条件下, 用有机溶剂萃取的自动化方法, 它大大减少了溶剂的用量, 萃取速度快, 回收率高, 目前已被美国环境保护局 (EPA) 收录为处理固体样品的标准方法之一。本文探讨了用ASE提取土壤中七种菊酯类农药的最佳条件, 取得了较好的效果。适合土壤中菊酯类农药测定方法的推广。
1 实验部分
1.1 仪器和试剂
Agilent 7890气相色谱仪 (美国Agilent公司USA) , 配电子捕获检测器 (ECD) , DB-1701石英毛细管柱 (30m×320um×0.25um) , 7683series自动进样器;美国Dionex公司ASE-200型加速溶剂萃取仪, 配34ml萃取池;自动浓缩仪 (美国LABCONCO公司) ;除另有规定外, 所有试剂均为分析纯。丙酮、正己烷使用前重蒸重蒸馏;氟罗里硅土 (Florisil, 80~100目, 农残级) , 在450℃的马弗炉中灼烧4h, 然后放入干燥器中冷却至室温, 备用。无水硫酸钠在500℃的马弗炉中灼烧4h, 然后放入干燥器中冷却至室温, 备用。标准品:联苯菊酯、甲氰菊酯、功夫菊酯、氯菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯七种菊酯类农药标准品均由农业部环境保护科研监测所研制 (浓度均为100μg/mL) , 用正己烷稀释至适当含量, 制成混合标准液。
1.联苯菊酯;2.甲氰菊酯;3.功夫菊酯;4.氯菊酯;5.氯氰菊酯;6.氰戊菊酯;7.溴氰菊酯
1.2 加速溶剂萃取条件
提取溶剂:正己烷∶丙酮 (1∶1, v/V) ;温度80℃;压力10MPa;预热5min;静态萃取8min;循环2次。
1.3 气相色谱条件
色谱柱:DB-1701石英毛细管柱 (30m×320μm×0.25μm, 分析柱) , DB-5石英毛细管柱 (30m×320μm×0.50μm, 确认柱) ;柱流量:恒流2.0ml/min;温度:进样口温度250℃;检测器温度:300℃;采用不分流进样。炉温采用程序升温方式, 初始温度120℃, 保持3min, 以25℃/min升至220℃保持2 5 m i n。再以2 5℃/m i n升至2 5 0℃保持25min;进样量:lul;以保留时间定性, 外标法定量。
1.4 分析步骤
加速溶剂萃取法:称取5g Florisil于34mL的萃取池中, 再准确称取10g样品和5g Florisil, 在研钵中混合均匀, 置于萃取池中的硅土上层。采用正己烷∶丙酮 (1∶1) (v/V) 的混合溶剂, 温度80℃, 预热5min, 静态提取8min, 压强l0MPa, 循环次数2次, 用溶剂快速冲洗样品, 氮气吹扫收集全部提取液。提取结束后, 转入浓缩瓶中, 氮吹浓缩至lmL, 待用。如果是新鲜土壤样品, 需要加入一定量的无水硫酸钠在研钵中混合均匀, 这样能有效提高新鲜土壤样品的提取效率。
2 结果与讨论
2.1 空白实验
用氟罗里硅土和无水硫酸钠作替代样品, 在与样品相同的条件下做溶剂空白实验, 确保没有菊酯类农药检出, 保证实验过程没有干扰成分。
2.2 色谱条件
拟除虫菊酯类农药大部分种类是由若干种异构体按一定比例组成, 本身在色谱分离过程中, 就会产生相互干扰, 分离的种类越多, 相互干扰越严重。用大口径毛细管柱, 可使每个种类的各异构体不分开而只出现1个峰, 测的总量;用小口径毛细管柱, 则可使每个种类的各个异构体分开, 测定各个异构体的量。大口径毛细管法分析速度快, 适用于粗略测定;小口径毛细管法分离效果、灵敏度、重现性和排除干扰能力方面均好于大口径毛细管, 适于精确定性、定量。本实验需要测定七种菊酯类农药, 固采用DB-1701小口径石英毛细管柱, 在程序升温下, 七种菊酯类农药基本得到分离, 以保留时间定性, 外标法定量。图1为七种菊酯类农药混合标准品50μg/L色谱图。由于土壤基质比较复杂, 很容易造成干扰, 采用双柱双检测器可以很好地进行定性, 避免假阳性的结果出现, 固采用与DB-1701性质有差别的DB-5石英毛细管柱作为确认柱。
2.3 萃取条件的选择
加速溶剂萃取主要影响提取效率的因素主要是提取溶剂、时间和温度, 因此从以下三个方面优化提高七种菊酯的提取效率。
2.3.1 溶剂的选择
拟除虫菊酯类农药多为非极性化合物, 据“相似相溶”原理, 从土壤中提取菊酯类农药残留可选用的萃取溶剂有丙酮、乙醚、乙腈、石油醚、丙酮、苯、正己烷、乙腈、乙酸乙酯等。从经济、环保和对实验人员安全的角度考虑, 用正己烷、丙酮是最适合的。比较单一溶剂和混合溶剂提取的效果。结果发现, 正己烷提取效率太低, 而丙酮由于极性大, 能将样品中的杂质也提取出来, 干扰色谱峰太多。实验用正己烷/丙酮混合溶剂 (v/V) , 按9∶1、8∶2、3∶7和1∶1的不同比例混合后进行提取, 结果表明, 用1∶1的混合溶剂提取, 能保证七种菊酯的高回收, 效果令人满意。
2.3.2 提取时间的选择
提取时间分别设定为5min、8min、l0min、15min, 提取溶剂采用正己烷/丙酮混合溶剂 (v/V) (1∶1) , 提取压力为10MPa, 提取温度80℃。由试验结果 (表1) 可知, 七种菊酯类农药的提取率在提取5min时提取率最低, 提取时间为8min、10min和15min时提取率较高, 试验中考虑到节约时间和成本, 故提取时间设定为8min。
2.3.3 提取温度的选择
温度升高, 溶剂穿透力强且表面张力下降, 加快分析物从基体解吸进入溶剂。加速溶剂萃取仪的提取温度可以在40℃~200℃之间设置, 提取温度分别设定为40℃、60℃、80℃和100℃, 提取溶剂采用正己烷/丙酮混合溶剂 (v/V) (1∶1) , 提取压力为10MPa, 提取时间8m in。由试验结果 (表2) 可知, 七种菊酯类农药的提取率在提取温度40℃时最低, 提取温度在80℃时提取效率较高。提取温度在100℃时提取效率与80℃相当, 从节约成本和环保考虑提取温度在80℃时最好。
2.4 精密度和检出限
用加速溶剂萃取法对土壤中七种菊酯类农药进行加标回收试验, 加标浓度为0.05mg/kg, 平行试验6次, 结果见表3。回收率为92.0%~100.5%, 相对标准偏差为2.43%~5.05%。当取样量为10g, 浓缩定容lmL, 连续分析七次加标量为5.0μg/kg七种菊酯类农药实际土壤样品时, 计算其标准偏差S。检出限MDL=St (n-1, 0.99) (如果连续分析七次相同浓度的样品, 在99%的置信区间, 此时t (6, 0.99) =3.143) , 其中:t (n-1, 0.99) 为置信度为99%、自由度为n-1时的t值, n为重复分析的样品数) 。检出限数据见表3, 检出限在0.6~1.4μg/kg, 结果表明用ASE提取土壤中七种菊酯类农药能满足定量分析的要求, 是有效可行的。
2.5 实际样品测定
对选定4份干土 (黑土、红土、黄土、沙土) 和1份新鲜土, 分别添加0.01mg/kg、0.0 5 m g/k g和0.1 mg/kg3个不同浓度水平的七种菊酯类农药, 采用本实验的前处理方法, 做回收率实验, 研究该方法对不同土壤类型的适用性。结果表明:五种类型土壤上的回收率基本都在70%~130%之间。变异系数在20%以下, 完全符合农残检测的回收率和变异系数的要求。
3 结语
以上实验说明, 用ASE提取土壤中的七种菊酯类农药, 与传统方法比较有溶剂用量少、萃取时间短、回收率高、重复性好和无需另外净化等优点, 是一种测定土壤中菊酯类农药的快速、有效、简便的方法, 值得推广应用。
摘要：研究采用加速溶剂萃取测定土壤中七种菊酯类农药残留的方法:土壤样品与氟罗里硅土按适当比例混合, 用正己烷和丙酮 (1∶1, v/V) 混合溶剂作为提取剂, 萃取温度80℃, 压力l0MPa。加速溶剂萃取8min, 样品经提取浓缩后, 采用DB一1701石英毛细管柱 (30m×320μm×0.25μm) 分离, ECD检测, 外标法定量。土壤中七种菊酯类农药的回收率为92.0%～100.5%, RSD为2.43%～5.05%。检出限0.6～1.4μg/kg, 该方法简单、快捷、实用。适合土壤中菊酯类农药测定方法的推广。
关键词：加速溶剂萃取,气相色谱,菊酯类农药,土壤
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