水中23种多氯联苯和10种有机氯农药残留检测方案(气相色谱仪)

第50卷第8期2011年4月湖北农业科学Hubei Agricultural SciencesVol.50 No.8Apr.，2011 湖 北 农 业 科 学2011年1694 固相萃取-气相色谱-质谱法测定水中23种多氯联苯和10种有机氯农药残留 董玮玮1.2郝玉江1，王 丁1，徐 盈1 (1.中国科学院水生生物研究所，武汉 430072；2.中国科学院研究生院，北京 100049) 摘要：开发了一种采用固相萃取技术同时萃取水样中23种多氯联苯(PCBs)，6种滴滴涕(DDT)和4种六六六(HCH)，并采用气相色谱-质谱联用仪进行检测的方法。该方法对水样中 PCBs、DDT和 HCH 检测具有较高的灵敏度和较宽的线性较围，最低检测限分别为0.39~4.20 ng/L、0.06~0.15 ng/L、0.52~1.79 ng/L，加标回收率分别为78.1%~109.8%、86.1%~105.5%和81.6%~107.2%。 关键词：固相萃取；多氯联苯；有机氯农药；气相色谱-质谱 中图分类号：0656.21 文献标志码：A 文章编号：0439-8114(2011)08-1693-03 Simultaneous Determination of 23 Polychlorinated Biphenyls and 10 OrganochlorinePesticides in Water Samples Using Solid-Phase Extraction Coupled with GasChromatography/Mass Spectrometry DONG Wei-wei2，HAO Yu-jiang，WANG Ding'，XU Ying (1. Institute of Hydrobiology，Chinese Academy of Sciences， Wuhan 430072，China；2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100039，China) Abstract： Solid-phase extraction (SPE) coupled with gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS) was used to determine23 polychlorinated biphenyls (PCBs) and 10 organochlorine pesticides (6 DDT and 4 HCH) simultaneously in water samples.The linearity with wide range concentrations of these chemicals， and high sensitivity of this method were demonstrated. Therecoveries of PCBs， DDT and HCH in water samples ranged 78.1%~106.8%，86.1%~103.5%， and 81.6%~105.2%， respectively.The minimum Limit of Detections for PCBs， DDT and HCH were 0.39~4.20 ng/L，0.06~0.15 ng/L，0.52~1.79 ng/L， respectively.Key words： solid-phase extraction； polychlorinated biphenyls (PCBs)； organochlorine pesticides； gas chromatography/mass 多氯联苯(PCBs)和有机氯农药(DDT和 HCH)是国际环境科学领域十分关注的持久性有机污染物。此类化合物具有亲脂性和半挥发性，难以被生物降解，可通过食物、水、大气和土壤等环境介质与包括人类在内的环境生物体系接触，对生态环境和人类的健康带来潜在的危害1-3]虽然中国政府早在1974年就已经颁布《停止多氯联苯(PCBs)生产的实施细则》[4]，并于 1983年起禁止有机氯农药(DDT和HCH)的生产和使用[5.6]但由于此类化合物具有较强的环境持留性和可长距离迁移性，使得在很长一 段时间内仍然持续污染环境。 水环境是一切污染物的最终归宿，即各种污染物最终会经各种途径排至水环境中。水中残留的多氯联苯和有机氯农药等污染物，可通过水生食物链的生物放大效应在水生态系统中富集，对各种水生生物以及人类产生危害，因此在人类健康、水环境和水生生物保护研究领域备受关注[7-9]。准确定量监测水环境中多氯联苯和有机氯农药的残留水平对掌握水环境污染状况、水生生物保护，甚至人类自身的健康都具有十分重要的现实意义。 ( 基金项目：国家自然科学基金项目(30730018) ) ( 作者简介：董玮玮(1981-)，女，安徽蚌埠人，博士，主要从事淡水珍稀水生生物环境监测相关研究(电话)13667201072(电子信箱) ) ( wwdong-2008@163.com；通讯作者，王 丁，男，研究员，主要从事淡水珍稀水生生物保护相关研究(电话)027-68780178(电子信箱) wangd@ihb.ac.cn。 ) 近年来，固相萃取技术已被广泛应用于水环境中多氯联苯以及农药残留的检测。然而目前仅有汪雨[10]报道了采用此项技术同时萃取水体中多氯联苯和有机氯农药的研究，该研究只检测了水体中5种多氯联苯和4种有机氯农药。另外，尚未见报道利用复合硅胶柱对水样进一步的纯化手段。因此，本研究尝试采用固相萃取(Cig柱)技术同时萃取水中23种 PCBs、6种 DDT和4种HCH，通过复合硅胶纯化柱对水样进一步的纯化，运用气相色谱-质谱联用仪进行定性定量分析，以提高水体有机污染物分析检测的灵敏度和准确性 1 材料与方法 1.1 试剂与材料 采集武汉市某处自来水样20份，每样采集 1 L，其中5份进行样品本底检测，另外15份进行3个浓度水平的加标回收实验和精密度实验。 固相萃取用 Sep-pak Cig 柱(3mL，500 mg)由美国 Waters公司提供。 正己烷和二氯甲烷(美国J.T.Baker 公司)；甲醇(国药集团化学试剂有限公司)；PCBs、DDT 和 HCH标准品(美国Accustand公司)。 1.2 目标化合物和仪器分析 本研究分析的目标化合物为23种PCBs、6种DDT和4种HCH。其中，23种 PCBs 单体包括世界卫生组织限制的12 种 PCBs (PCB77、PCB81、PCB 105、PCB 114、PCB 118、PCB 123、PCB 126、PCB 156、PCB 157、PCB 167、PCB 169、PCB189)，以及环境中广泛存在的11种PCBs(PCB28，PCB 52、PCB 99、PCB 101、PCB 128、PCB 138、PCB153、PCB 170、PCB 180、PCB 183、PCB 187)；6种 DDT异构体 (o，p’-DDE、p，p’-DDE、o，p’-DDD、p，p'-DDD、o，p'-DDT、p，p’-DDT)；4种 HCH 异构体(α-HCH、B-HCH、y-HCH、8-HCH)。 运用气相色谱-质谱联用仪(Agilent 6890/5973GC/MS)进行测定。色谱柱：DB-5MS(0.25 mmx0.25um×30m)，载气：高纯氦气，流速：1mL/min，进样口温度：280℃，离子源温度：230C，电子能量：70 eV，程序升温条件如下，SIM模式下 PCBs 升温程序：120℃保留 1 min，以3C/min 升至250℃，再以6℃/min 升至 300℃，停留 5 min；SIM 模式下 DDT 升温程序：120℃保留 1 min， 以10℃/min 升至 200℃，再以3℃/min 升至 280℃， 停留5 min；SIM 模式下HCH 升温程序：50℃以25℃/min 升至190℃，以1℃/min 升至200℃，再以 20℃/min 升至300℃停留 5min。 1.3 样品制备 应用Cg固相萃取柱对水样中 PCBs、DDT 和HCH 进行富集和洗脱。置Cg固相萃取柱于固相萃取仪上，分两次分别量取5mL甲醇活化 C8柱，接着用 10 mL 超纯水润洗和活化 Cg柱，以6 mL/min速度抽滤水样，在水样即将抽滤完全前，加入10 mL超纯水洗涤玻璃杯，继续真空抽滤半小时。分别用5 mL正己烷和5 mL正己烷：二氯甲烷(1：1，V/V)依次洗脱化合物，收集萃取液。 使用氮吹仪将收集的样品萃取液浓缩至2mL。利用填充复合硅胶纯化柱对样品进行纯化。复合硅胶纯化化由5g无水硫酸钠，4g3.3%去活化硅胶和10g44%酸化硅胶组成。依次用80 mL正己烷和80mL正己烷：二氯己烷(9：1，V/V)洗脱目标化合物，收集洗脱液，旋转蒸发浓缩，氮吹浓缩并最终以正己烷定容为500 uL，进行仪器分析。 2 结果与讨论 2.1 GC参数的优化 为了有效地分离23 种 PCBs 单体，6种DDT异构体和4种HCH异构体，本研究分别优化了3个程序升温条件，最终采用本文1.2所描述的条件。特别是对23种PCBs 的程序升温条件，实现了大多数化合物的完全分离，即使没有完全分离的三对化合物(PCB123 和 PCB118、PCB153 和 PCB105、PCB128和PCB167)也能依据保留时间和特征离子准确地计算标准曲线和进行样品定量分析。 2.2目标化合物的保留时间，特征离子和定量离子以及最低检测限 PCBs 和 DDT，HCH 的标准工作溶液浓度一致为2.5 pg/L、5 wg/L、10 pg/L、20 g/L、50 ug/L、100 pg/L、200 pg/L 和 400pg/L。依据化合物浓度和峰面积作标准曲线，外标法定量，PCBs、DDT 和HCH 在各自程序升温条件下的保留时间，特征离子以及其线性方程和最低检出限分别见表1、表2和表3. 表1、表2和表3结果表明：23 种PCBs、6种DDT和4种HCH标准曲线的线性相关系数分别为0.995 2~0.999 6、0.998 1~0.999 9、0.998 4~0.999 8；最低检出限(以3倍信噪比计算)分别为0.39~4.20ng/L、0.06~0.15 ng/L、0.52~1.79 ng/L。 以上结果表明，本方法对饮用水中PCBs、DDT和 HCH 检测具有较宽的线性范围和较低的检出限，能够满足检测要求。 2.3 实际样品加标回收率和精密度 根据特征离子和保留时间定性.5份平行水样 表1 PCBs的保留时间，特征离子和定量离子以及线性方程和最低检测限 化合物 保留时间//min 特征离子和定量离子//m/z 线性方程 相关系数 最低检测限//ng/L PCB28 21.216 258，186，150 y=1 648x-2 212 r=0.999 6 1.01 PCB52 23.366 292，220，255 y=2385x-1810 r=0.998 0 0.68 PCB101 28.625 326，254，291 y=2 091x-1 922 r=0.997 5 0.70 PCB99 28.927 326，254，184 y=1 029x-985.1 r=0.996 7 1.46 PCB81 30.154 292，220，110 y=2260x-5 581 r=0.999 2 0.77 PCB77 30.737 292，220，110 y=2 057x-5 569 r=0.9990 0.83 PCB123 32.162 326，256 y=1 764x-3 612 r=0.999 0 0.82 PCB118 32.301 326，254，184 y=2 108x-1 450 r=0.999 5 0.77 PCB114 32.920 326，254，127 y=1919x-3871 r=0.999 0 0.84 PCB153 33.648 360，290，145 y=2 593x-5 724 r=0.998 3 0.55 PCB105 33.815 326，254，184 y=2 120x-5 149 r=0.999 3 0.76 PCB138 35.220 360，290，325 y=842.5x-1 858 r=0.996 2 1.69 PCB126 35.722 326，254 y=1 423x-2762 r=0.998 5 1.20 PCB187 36.213 394，324，254 y=7 92.6x-763.2 r=0.996 5 1.75 PCB183 36.489 394，324，254 y=868.9x-831.8 r=0.995 4 1.57 PCB128 36.751 360，290，325 y=3708x-4 008 r=0.996 0 0.39 PCB167 36.868 360，290，218 y=1 974x-6 260 r=0.999 0 0.77 PCB156 38.139 360，290，145 y=1746x-2987 r=0.998 6 0.88 PCB157 38.468 360，290，109 y=1 617x-2779 r=0.9988 0.96 PCB180 39.126 394，324，359 y=812.2x-1 209 r=0.995 2 1.74 PCB169 40.272 360，290，145 y=1 578x-2846 r=0.998 8 1.11 PCB170 40.747 324，162，360 y=354.8x-375.7 r=0.996 7 4.20 PCB189 42.370 394，324，162 y=1 405x-2549 r=0.998 9 1.10 表2DDT的保留时间，特征离子和定量离子以及线性和最低检测限 化合物 保留时间//min 特征离子和定量离子//m/z 线性方程 相关系数 最低检测限//ng/L o，p'-DDE 14.281 246，318，176 y=4 001x-1243 r=0.999 9 0.06 p，p'-DDE 15.417 246，318，176 y=3 371x-1173 r=0.999 9 0.07 o，p'-DDD 15.734 235，165 v=3 789x-2217 r=0.9991 0.06 p，p'-DDD 17.045 235，165 y=2 742x-2206 r=0.998 1 0.08 o，p'-DDT 17.169 235，165 y=2 643x-1487 r=0.999 5 0.10 p，p'-DDT 18.603 235，165 y=1 602x-1038 r=0.998 5 0.15 表3 HCH的保留时间，特征离子和定量离子以及线性和最低检测限 化合物 保留时间//min 特征离子和定量离子//m/z 线性方程 相关系数 最低检测限//ng/L a-HCH 6.660 181，219，111 y=905.0x+43.99 r=0.998 4 0.86 B-HCH 7.209 181，183，219 y=1 714x+1384 r=0.999 8 0.52 y-HCH 7.375 181，219，111 y=789.0x+332.1 r=0.999 8 1.07 8-HCH 7.950 181，219，111 y=525.3x-158.1 r=0.999 1 1.79 中均未检测出23种多氯联苯和10种有机氯农药.其色谱图见图1、图2和图3；水样的加标色谱图如图4、图5和图6。结果表明：水样中其他成分不干扰目标化合物的检测，加标色谱图表明，本法对目标分析物具有较好的选择性。 另取15份水样进行3个浓度水平的回收添加试验(n=5)。将浓度为 10 pg/L、100 pg/L、200 ug/L的23种 PCBs、6种DDT和4种HCH的混合标准溶液各取1mL，依次加入到1L水样中进行固相萃 取。23种 PCBs、6 种 DDT和4种 HCH加标回收率分别为78.1%~109.8%，86.1~105.5%和81.6~107.2%。每个浓度水平的23种 PCBs、6种DDT和4种 HCH回收率的相对标准偏差分别小于 10%.8%及10%，说明本法精密度和准确度在允许范围内。 3 结论 本文建立了一种运用固相萃取技术对饮用水中23 种 PCBs、6种 DDT和4种 HCH同时萃取和 图1 PCBs 程序升温 SIM模式下水样的色谱图 图3 HCH 程序升温 SIM 模式下水样的色谱图 图5 SIM 模式下水样中加入 DDT标样的色谱图 纯化的方法，该方法经济、高效、回收率高，可以满足饮用水中痕量 PCBs DDT 和 HCH的检测要求。本方法优化了程序升温条件，能够有效分离目标化合物。另外，本研究采用的复合硅胶纯化柱，可有效对水样进行纯化，减少了杂质对 GC/MS 的干扰，提高了检测灵敏度，更好地维护了 GC/MS 各个部件。 ( 参考文献： ) ( [1] BIDLEMAN T F ，WALLA M D，ROURA R， et al. 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