土壤中有机氯农药含量检测方案(气质联用仪)

采用 Agilent 5977B单四极杆气质联用系统测定土壤中有机氯农药含量 应用简报 环境 作者 摘要 孔晔 安捷伦科技(中国)有限公司 本文采用 Agilent 7890B 气相色谱/5977B单四极杆气质联用系统测定土壤样品中的有机氯农药含量。文中所述样品前处理方法以及仪器分析方法完全参考国家环境保护标准《土壤和沉积物有机机农药的测定气相色谱-质谱法》(报批稿)以及《土壤和沉积物有机物的提取加压流体萃取法》(HJ783-2016)。采用加压快速溶剂萃取提取法并结合弗罗里硅土净化法，对土壤样品进行样品前处理。该方法成功应用于土壤中26种有机氯农药(含替代物)的分析测定，样品加标回收率、仪器最低检测限分别达到 73%-116%、0.07-0.39 pg/kg， 均满足《土壤和沉积物有机氯农药的测定气相色谱-质谱法》(报批稿)规定的40-150%、0.08-0.36 mg/kg 的要求。 前言 为切实加强土壤污染防治，逐步改善土壤环境质量，2016年5月31日， 《土壤污染防治行动计划》 (简称“土十条”)正式由国务院印发实施，并展开了一系列土壤污染现状调查。此次详查对检测项目、分析方法和参考标准做了明确的规定：共包括土壤、地下水和农产品(小麦/水稻)3个检测领域，其中土壤污染物包括无机污染物(氟化物、氰化物和15种重金属)、有机污染物(10种)和理化性质(5项)；地下水污染物包括无机污染物和有机污染物(项目同土壤)。其中土壤中有机氯农药的测定采用《土壤和积物有机氯农药的测定气相色谱-质谱法》 (报批稿)方法。 为了配合国家关于“土十条”中有机氯农药检测的实施，安捷伦推出了针对《土壤和沉积物有机氯农药的测定气相色谱-质谱法》(报批稿)的完整解决方案，供广大的安捷伦用户作为日常检测的参照。 实验部分 试剂和样品 正己烷，色谱纯级，购于百灵威；丙酮，色谱纯级，购于百灵威；分别配制正己烷-丙酮混合溶剂 (1：1， V/V)和正己烷-丙酮混合溶剂(9：1，V/V)。硅藻土，优级纯级，购于安捷伦，在马弗炉中450℃烘烤4小时后冷却，置于干燥器内玻璃瓶中备用。有机氯标准品，购于安捷伦，用正己烷配制得到 10.0 mg/L的有机氯标准溶液；内标物(菲-D1o，-D12)，购于百灵威，用正己烷配制得到 10.0 mg/L的内标标准溶液；替代物(对三联苯-D1)，购于百灵威，用正己烷配制得到10.0 mg/L的替代物标准溶液。 仪器和设备 仪器： Agilent 7890B 气相色谱/5977B单四杆杆气质联用系统，配备El源 提取装置：快速溶剂萃取仪(HPSE) 浓缩装置：氮吹浓缩仪固相萃取装置，弗罗里硅土固相萃取净化小柱(1000mg，6mL) 其蛇： 移液枪 样品前处理 采集与保存 土壤样品按照 HJ/T 166 的相关要求采集和保存，沉积物样品按照 GB 17378.3的相关要求采集和保存。 试样制备 去除样品中的异物，称取约5g(精确到0.01g)样品双份。土壤样品一份按照HJ613 测定干物质含量，另一份加入3g硅藻土，研磨均化成流砂状。沉积物样品一份按照GB17378.5测定含水量，另一份按照土壤样品脱水，然后加入3g硅藻土，研磨均化成流砂状。如水分含量较高，可以采用冻干法进行脱水。 样品提取一加压流体萃取 将研磨好的试样全部装入11 mL HPSE 提取管中。如需样品加标，应向萃取管中加入 50 pL 10 pg/mL 有机氯农药混合标准溶液和 50 pL 10 pg/mL 替代物标准液液。之后将提取管压实后旋紧盖好，放入 HPSE 提取设备中。以正己烷-丙酮混合溶剂(1：1，V/V)为提取溶剂，按以下条件进行萃取：萃取温度100°℃， 萃取压力1500 psi， 静态萃取时间5 min， 淋洗为60%池体积，氮气吹扫时间60s， 萃取循环次数2次。收集提取溶液。 样品浓缩和更换溶剂 收集萃取溶液后采用氮吹浓缩法将溶液吹至近干，用1mL正己烷将其复溶后以备净化。氮吹过程中加热温度设定值不得超过40°℃，最好保持在30℃左右。同时氮吹过程中要保证氮气流速适中，始终使气流在液面上形成旋涡，不可过大溢出，也不要过小以免氮吹时间过长。吹至近干的状态是指仍保留一小滴液体，不能完全吹干，这点对于回收率影响很大。 样品净化 SPE 小柱活化：用10mL正己烷活化弗罗里硅土净化小柱，流速为液滴自然淋洗速度； 上样：将置换好溶剂的样品转移到活化好的净化柱上，之后将淋洗速度调为0，静置2 min，使样品与吸附材料充分接触后，打开流速控制器，进行自然淋洗； 淋洗：使用10 mL正己烷-丙酮混合溶剂(9：1，V：V)作为淋洗液进行淋洗，采用自然淋洗速度，收集所有淋洗液； 浓缩定容：氮吹吹至近干，用0.5mL正己烷复溶，加入10 pL 10 pg/mL 内标标准夜液后定容至1mL， 以备 GC/MS分析。 在样品净化过程中需注意：流速需保持自然淋洗速度，请勿加快淋洗速度；上样后将流速调为0，使样品与吸附材料充分接触，保持1-2 min， 之后再打开阀门进行林洗；选择合适极性的淋洗溶剂，使目标物能够被充分洗脱，同时优化淋洗体积，这两点对于获得合规的回收率非常重要。 仪器分析条件 质谱条件 气相色谱条件 质谱： Agilent 5977B 单四极杆气质联用系统 气相色谱： Agilent 7890B 气相色谱系统 离子源： 电子轰击源， 70eV 色谱柱： Agilent DB-5MS UI 毛细管柱 离子源温度： 280°C 30 m x0.25 mm ×0.25 pm 四极杆温度： 180°C 柱温箱： 初始温度80°℃，保持2 min， 以 25°C/min 传输线温度： 280°C 升至180°℃， 再以5℃/min 升至 300℃， 溶剂延迟时间： 3.0 min 保持2 min EM电压： 增益因子1 载气： 氦气，恒流模式， 1.0 mL/min 检测模式： SIM+Scan (化合物保留时间，定量和定性 进样口温度： 270°℃， 不分流进样 离子见表1) 进样量： 1.0pL 表1.化合物保留时间和质谱参数 序号 化合物中文名称 内标名称 保留时间(min) 定量离子 定性离子1 定性离子2 定性离子3 1 a-六六六 菲-d 9.5 219 181 183 217 2 六氯苯 菲-d1o 9.6 284 286 282 288 3 β-六六六 菲-d1 10.0 181 183 219 109 4 林丹 菲-d10 10.2 181 182.9 219 217 5 菲-do(内标) 菲-d10 10.6 188 189 184 94 6 百菌清 菲-d10 10.6 266 264 268 187 7 6-六六六 菲-d10 10.8 181 219 183 217 8 七氯 菲-d10 12.0 272 274 100 270 9 敌草索 菲-d1o 13.0 301 299 303 332 10 艾氏剂 菲-d1o 13.0 263 265 261 66 11 环氧七氯-B 菲-d10 14.1 353 354.8 350.8 81 12 环氧七氯-A 菲-d10 14.2 353 354.8 350.8 81 13 反式-氯丹 菲-d10 14.8 373 375 377 371 14 o，p'-DDE 菌-D12 14.9 246 248 317.9 315.9 15 顺式-氯丹 -D12 15.2 373 375 377 371 16 B-硫丹 -D2 15.2 241 195 239 243 17 p.p'-DDE -D12 15.9 246 318 248 316 18 对三联苯-D14(替代物) -D12 16.1 244 245 122 240 19 狄氏剂 䓛-D 16.1 79 264 263 277 20 o，p'-DDD 菌-D， 16.1 235 237 165 236 21 异狄氏剂 -D2 16.7 317 263 281 67 22 a-硫丹 菌-D12 17.1 195 241 237 207 23 p.p'-DDD 䓛-D2 17.3 235 237 165 236 24 o，p'-DDT -D12 17.4 235 237 165 236 25 p.p'-DDT -D12 18.5 235 237 165 236 26 屈-D(内标) 䓛-D 20.2 240 236 241 120 27 甲氧滴滴涕 -D12 20.4 227 228 113 212 28 灭蚁灵 -D12 22.1 272 274 270 237 色谱分离结果 x10 采集时间 (min) 图1.26种有机氯农药(含替代物)和2种内标物在 DB-5MS UI 色谱柱上的分离结果(含内标和替代物)：1.a-六六六；2.六氯苯；3.β-六六六；4.林丹；5.菲-d，(内标)；6.百菌清；7.6-六六六；8.七氯；9.敌草索；10.艾氏剂；11.环氧七氯-B；12.环氧七氯-A；13.反式-氯丹； 14. o，p'-DDE； 15.顺式-氯丹；16.β-硫丹；17. p.p'-DDE； 18.对三联苯-D14(替代物)；19.狄氏剂；20.o，p'-DDD；21.异狄氏剂；22.a-硫丹；23. p，p’-DDD； 24.o，p'-DDT； 25. p.p'-DDT；26.屈-D12(内标)；27.甲氧滴滴涕；28.灭蚁灵 参考土壤中有机氯农药测定报批稿中的色谱柱升温程序并进行优化，如图1所示， 20 pg/L标准溶液中26种有机氯农药(含替代物)和2种内标物均能够得到充分的分离，可以分别进行定量。 基质干扰对分析的影响 根据实验数据显示，土壤基质对有机氯类化合物具有较大的基质增强效应，26种有机氯农药(含替代物)的响应强度都有较大增加；但是，内标物的碎片离子响应却并没有受到基质的影响，响应强度比较稳定，充分说明了土壤基质对内标菲-D10没有明显的基质效应，如图2所示。因此，通过实验结果判定本次实验需要使用带基质的标准曲线来进行定量分析和样品添加回收率的计算。 图2.基质与纯溶剂对有机氯农药化合物和内标物响应强度的影响 仪器检测限 仪器检测限(IDL)是指仪器在指定可信度的条件下能检测到分析物的最低信号或最低含量。虽然信噪比 (SNR) 对于大多数基质噪音干扰明显的 GC/MS 应用仍具有一定的价值，但IDL是一个更好的性能测试标准，基于统计学的原理，IDL消除了低噪音SNR 带来的不确定性。 IDL与重复进样所测得的峰面积响应的标准偏差 STD 以及置信因子t，有关。计算得到相对标准偏差(RSD=STD/平均值)的情况下，IDL可以用进样的标样量的单位(ng、pg或fg)表示，如使用置信水平为 99%(1-a=0.99) 的 Student-t检验来统计8次连续进样的RSD%， IDL的计算公式为： 本实验采用 2ng/mL基质配标标准溶液作为IDL测试溶液，计算8次重复进样(自由度n=7)的 RSD%， 并在置信水平99%的条件下从t-表查得t，=2.998，因此，a-六六六IDL=(2.998)×(3.8%)×(2 pg)=0.23 pg，其他25个化合物的IDL 计算方法与此一致，计算结果详见表 2。 表2.26种有机氯农药(含替代物)的仪器最低检测限 (IDL) 名称 保留时间 样品进样量桂样品 RSD% IDL (min) (pg) a-六六六 9.52 2 pg 3.8 0.23 六氯苯 9.62 2 pg 3.1 0.19 β-六六六 9.99 2 pg 2.5 0.15 林丹 10.22 2 pg 1.5 0.09 百菌清 10.56 2 pg 5.5 0.33 8-六六六 10.83 2 pg 4.1 0.25 七氯 12.03 2 pg 5 0.30 敌草索 12.99 2 pg 4.3 0.26 艾氏剂 13.01 2 pg 1.4 0.08 环氧七氯-B 14.12 2 pg 3.1 0.19 环氧七氯-A 14.24 2 pg 4.7 0.28 反式-氯丹 14.83 2 pg 2.1 0.13 o，p'-DDE 14.90 2 pg 2.6 0.16 顺式-氯丹 15.23 2 pg 3.4 0.20 β-硫丹 15.23 2 pg 4.3 0.26 p.p'-DDE 15.92 2 pg 1.5 0.09 对三联苯-D14 16.07 2 pg 1.1 0.07 (替代物) 狄氏剂 16.08 2 pg 3.8 0.23 o，p'-DDD 16.12 2 pg 2.3 0.14 异狄氏剂 16.75 2 pg 6.5 0.39 a-硫丹 17.09 2 pg 4.7 0.28 p.p'-DDD 17.27 2pg 4.1 0.25 o，p'-DDT 17.35 2 pg 3.2 0.19 p.p'-DDT 18.53 2 pg 4.3 0.26 甲氧滴滴涕 20.44 2 pg 4.4 0.26 灭蚁灵 22.07 2 pg 4.6 0.28 标准曲线绘制 采用基质溶液配制浓度为20、50、100、200、400 pg/L的有机氯农药和替代物的标准溶液，分别加入适量内标标准溶液，使其在标准溶液中的浓度达到100 pg/L， 进行仪器分析并绘制标准曲线。采用基质溶液稀释标准样品，可消除基质效应所带来的定量误差。平均相对响应因子相对标准偏差要求≤20%。 相对响应因子(RRF)计算公式： 平均相对响应因子 (RRF)计算公式： 式中： RRF：—相对响应因子 RRF—平均相对响应因子 A-目标化合物峰面积A P 内标化合物峰面积 目标化合物浓度 Pis —L内标化合物浓度 表3.26种有机氯农药(含替代物)的标准曲线方程及平均响应因子相对标准偏差 名称 保留时间(min) 平均响应因子RSD% 相关系数R 标准曲线方程 a-六六六 9.52 7.04 0.9997 y=0.146912*x-0.006114 六氯苯 9.62 7.94 0.9953 y=0.420938*x+0.041256 β-六六六 9.99 2.48 0.9999 y=0.271031*x-5.122889E-004 林丹 10.22 2.20 0.9993 y=0.293536*x+0.006963 百菌清 10.56 12.35 0.9986 y=0.247605*x-0.008582 6-六六六 10.82 6.16 0.9998 y=0.148908*x-0.005306 七氯 12.03 4.61 0.9999 y=0.085546*x-0.003572 敌草索 12.99 4.63 0.9999 y=0.414219*x-0.009775 艾氏剂 13.01 2.92 0.9990 y=0.116384*x+0.004050 环氧七氯-B 14.12 3.51 0.9998 y=0.125194*x-0.003086 环氧七氯-A 14.24 6.45 0.9994 y=0.021682*x-0.001008 反式-氯丹 14.83 5.28 0.9997 y=0.206625*x-0.007485 o，p'-DDE 14.90 4.05 0.9978 y=0.903638*x+0.041458 顺式-氯丹 15.23 6.27 0.9998 y=0.265971*x-0.007366 β-硫丹 15.24 3.09 0.9994 y=0.078520*x+0.001156 p.p'-DDE 15.92 3.74 0.9992 y=0.642450*x+0.009371 对三联苯-D4(替代物) 16.06 12.73 0.9973 y=1.501739*x+0.006366 狄氏剂 16.08 4.14 0.9986 y=0.166773*x+0.008450 o，p'-DDD 16.12 11.83 0.9987 y=0.754148*x-0.056208 异狄氏剂 16.75 13.81 0.9985 y=0.028428*x-0.002273 a-硫丹 17.08 9.16 0.9978 y=0.045167*x-0.003360 p.p'-DDD 17.27 14.79 0.9989 y=0.518224*x-0.039071 o，p'-DDT 17.36 13.87 0.9961 y=0.455536*x-0.008997 p.p'-DDT 18.53 13.35 0.9962 y=0.317849*x-0.032360 甲氧滴滴涕 20.44 11.51 0.9975 y=0.481653*x-0.041177 灭蚁灵 22.07 3.27 0.9988 y=0.325044*x+0.011949 样品加标回收率 分别称取5g样品，进行加标实验。加标浓度为100 pg/kg，且同时制备6个平行样品。按照上述前处理方式进行提取和净化，最终定容至1mL，加入内标物后，上机分析。计算样品加标回收率时，标准曲线采用基质加标样品制备的标准曲线，所得到的样品加标回收率见表4。 每组6个平行样品测定值的相对标准偏差按下式进行计算： 表4.26种有机氯农药(含替代物)的样品加标回收率(n=6) 名称 回收率1 回收率2 回收率3 回收率4 回收率5 回收率6 平均值 标准偏差 相 相对标准偏差 (%) (%) (%) (%) (%) (%) (SD) (RSD%) a-六六六 86.3 86.3 86.3 86.3 85.7 86.3 86.2 0.3 0.3 六氯苯 73.0 73.0 73.6 73.6 73.0 73.6 73.3 0.3 0.5 β-六六六 109.1 109.1 112.1 112.1 100.0 112.1 109.1 4.7 4.3 林丹 84.0 84.0 85.9 85.9 88.5 85.9 85.7 1.7 1.9 百菌清 84.2 84.2 85.8 85.8 85.3 85.8 85.2 0.8 0.9 6-六六六 93.5 93.5 94.1 94.1 95.9 94.1 94.2 0.9 0.9 七氯 91.6 91.6 92.7 92.7 92.7 92.7 92.4 0.6 0.6 敌草索 95.0 95.0 95.0 95.0 94.4 95.0 94.9 0.2 0.2 艾氏剂 85.4 85.4 85.4 85.4 87.7 85.4 85.8 1.0 1.1 环氧七氯-B 92.2 92.2 92.2 92.2 92.2 92.2 92.2 0.0 0.0 环氧七氯-A 93.9 93.9 92.7 92.7 93.3 92.7 93.2 0.6 0.6 反式-氯丹 92.5 92.5 92.0 92.0 91.4 92.0 92.1 0.4 0.4 o，p'-DDE 102.0 102.0 103.3 103.3 102.7 103.3 102.8 0.7 0.6 顺式-氯丹 95.1 95.1 96.3 96.3 95.7 96.3 95.8 0.6 0.6 β-硫丹 90.8 90.8 94.5 94.5 93.3 94.5 93.0 1.8 1.9 p.p'-DDE 103.2 103.2 104.5 104.5 104.5 104.5 104.1 0.7 0.6 对三联苯-D14(替代物) 98.2 98.2 99.4 99.4 99.4 99.4 99.0 0.6 0.6 狄氏剂 103.4 103.4 104.8 104.8 100.0 104.8 103.6 1.9 1.8 o，p'-DDD 105.2 105.2 106.5 106.5 105.8 106.5 105.9 0.6 0.6 异狄氏剂 85.0 85.0 91.5 87.2 85.0 87.2 86.8 2.5 2.9 a-硫丹 102.4 102.4 106.0 104.8 101.2 104.8 103.6 1.8 1.8 p，p'-DDD 104.3 104.3 106.7 106.7 106.1 106.7 105.8 1.2 1.1 o.p'-DDT 107.9 107.9 109.0 109.0 107.3 109.0 108.3 0.7 0.7 p.p'-DDT 110.6 110.6 106.8 106.8 109.3 106.8 图3.平行加标质控样品重复性结果(n=6) 从表4可以看出，所有化合物的加标回收率均处于73%-116%之间，且替代物对三联苯-D14的加标回收率为98.2%-99.4%，完全符合《土壤和沉积物有机氯农药的测定气相色谱-质谱法》(报批稿)中规定的加标样品回收率质控要求(40%-150%)。将6次平行测定得到的色谱图叠加(见图3)，表明各化合物的重现性非常出色。计算6次分析结果的相对标准偏差 (RSD%)发现，所有化合物的 RSD% 均小于4.3%，大部分化合物的 RSD% 小于 1.5%左右，表明方法具有良好的稳定性，且所采用的 7890B 气相色谱/5977B单四极杆气质联用系统具有优异的耐污染能力。 结论 本文采用 Agilent 7890B 气相色谱/5977B单四极杆气质联用系统成功开发出一种测定土壤样品中有机氯农药含量的方法，该方法完全满足国家环境保护标准《土壤和沉积物有机氯农药的测定气相色谱-质谱法》(报批稿))以及《土壤和沉积物有机物的提取加压流体萃取法》 (HJ783-2016)标准的要求。在方法开发过程中，针对标准中的样品前处理方法、气相色谱升温程序和标准曲线绘制方法等进行了优化，获得了更出色的定性和定量结果。同时，7890B气相色谱/5977B单四极杆气质联用系统在分析过程中表现出优异的稳定性、耐污染性和高灵敏度。因此，该分析方法可作为土壤中有机氯农药含量测定的推荐方案。 如需了解详细信息 了解更多： www.agilent.com 安捷伦科技公司生命科学与化学分析部客户服务中心免费专线：800-820-3278400-820-3278(手机用户) 传真： 800-820-1182 在线询价： www.agilent.com/chem/erfq-cn www.agilent.com 仅用于研究。本出版物的信息、技术指标和说明若有变更，恕不另行通知。 安捷伦科技对于本材料可能的错误或使用本材料所造成的事故或相关损害不负任何责任。 @安捷伦科技(中国)有限公司，2017 2017年6月20日，中国印刷 5991-8230CHCN Agilent Technologies     本文采用 Agilent 7890B 气相色谱/5977B 单四极杆气质联用系统测定土壤样品中的有机氯农药含量。文中所述样品前处理方法以及仪器分析方法完全参考国家环境保护标准《土壤和沉积物 有机氯农药的测定 气相色谱-质谱法》（报批稿）以及《土壤和沉积物 有机物的提取 加压流体萃取法》(HJ783-2016)。采用加压快速溶剂萃取提取法并结合弗罗里硅土净化法，对土壤样品进行样品前处理。该方法成功应用于土壤中 26 种有机氯农药（含替代物）的分析测定，样品加标回收率、仪器最低检测限分别达到 73%-116%、0.07-0.39 μg/kg，均满足《土壤和沉积物有机氯农药的测定 气相色谱-质谱法》（报批稿）规定的 40-150%、0.08-0.36 mg/kg 的要求。