水中有机氯农药和除草剂检测方案(气相色谱仪)

表4. GC/pECD分析EPA 508.1有机氯农残各组分校准曲线的相关系数(R) 作者 2850 Centerville Rd Wilmington， DE 19808 使用安捷伦 J&W DB-35ms 超高惰性色谱柱和DB-XLB色谱柱对水中低于 ug/L级的有机氯农药和除草剂进行 GC/uECD法分析 应用报告 环境保护 摘要 本文中使用安捷伦 SPEC C18AR 液固萃取(LSE) 膜盘成功提取了水中的有机氯农药残留和除草剂。使用双柱配置的 GC/pECD 系统进行检测，安捷伦 J&W DB-35ms UI超高惰性色谱柱用于初步分析， DB-XLB色谱柱用于进一步确认。该方法为浓度接近或低于最大污染限值的含氯有机物提供了高度灵敏和高度一致的分析方案。根据预估的分析物萃取浓度，方法使用的校准范围为1到100 ng/mL 。研究分别对一个 0.01 pg/L 的加标水样和一个自来水样进行了提取和分析，以测试该分析方案的有效性。 前言 农药和除草剂在农业生产和日常生活中普遍使用。在很多环境的地下水和地表水中都检出有农药残留。喷洒农药过后的残留物经地表径流渗透过土壤进入到地下水，进而进入到供水系统。由于农药对健康和环境会造成严重的影响，因而人类饮用水污染问题受到越来越多的关注。长期使用污染水所导致的潜在健康问题包括肝脏损伤和致癌几率加大，最近的研究表明饮用污染水还可能导致内分泌紊乱[1，2]。欧盟(EU)和美国环保局(EPA) 已经立法规定了饮水中农残的最大允许浓度值[2，3，4]。 色谱柱和衬管的惰性对获得高度一致和可靠的分析结果有非常关键的影响，尤其是在分析具有挑战性的农残如异狄氏剂和 DDT时，因为这些化合物非常容易和衬管或色谱柱上的活性点发生反应[5.6]。最大限度地降低分析路径的活性是法规要求的痕量分析获得准确结果的关键。该研究采用了安捷伦超高惰性的色谱柱和衬管，以确保分析路径的全程惰性。 使用 GC/pECD 双色谱柱配置对有机氯农残进行了定量。安捷伦J&W DB-35ms 超高惰性色谱柱用来进行初步分析，而 J&W DB-XLB色谱柱用于进一步确认，与初步分析用的色谱柱相比，其极性较弱的固定相有助于分析物的识别。 DB-35ms 超高色性色谱柱对有机氯农药具有良好的选择性，可实现EPA508.1方法中37种农药和除草剂的高效分离。EPA508.1方法推荐使用五氯硝基苯和4，4'-二溴联苯分别作为内标物和替代标准物。但因为这两种化合物和我们的目标物在色谱柱上共流出，本研究改用 CLP农分分析中常用的替代标准物四氯间二甲苯(TCMX) 和十氯联苯，从而很好地解决了共流出的问题。 校准曲线的制备需要大量的时间并消耗大量的试剂。人工的样品制备过程更是容易产生误差，使结果的重复性和精密度变差。安捷伦7696A 样品制备工作台可以自动化完成多种样品制备操作，同时显著降低溶剂消耗和样品制备的时间。安捷伦7696A 样品制备工作台在多个样品制备应用中表现出了极高的精密度和重复性，有效降低了随机误差的产生[8，9，10]。 有机氯农药和除草剂通过液-固萃取的方式从水中萃取出来。由于目标分析物的浓度可能为痕量水平，因而需要大量的水样以萃取出足够检出量的农药。现行方法的样品体积为1L，使用传统的萃取方法萃取时会耗费大量的时间，而安捷伦 SPEC C18AR 47 mmLSE 萃取盘可以在加速萃取的同时有效地保留目标化合物。 实验部分 本研究使用配置了双 pECD 检测器和7683B自动进样器的安捷伦7890A GC 进行样品分析。使用惰性三通装置按照1：1的比例将流出物分流到初级色谱柱和确认色谱柱。表1为该研究所采用的气相色谱条件，表2为研究所需的流路耗材，表3为样品制备所需耗材。 表3.样品制备耗材 SPEC 膜盘安捷伦 SPEC C18AR 47 mm (部件号A74819)SPEC 膜盘多管系统SPEC 6 位装置(部件号A712)SPEC支架(部件号A713)SPEC1L溶剂瓶(部件号A714) 试剂和化学品 所有试剂均为 ACS 级或者 Ultra Resi级。乙酸乙酯(Et0Ac)、甲醇(MeOH) 和二氯甲烷 (MeCl，) 来自于 JT Baker， 通过 VWRInternational (West Chester， PA) 购得。盐酸(HCI)和亚硫酸钠(Na，SO，)购于 Sigma-Aldrich (St. Louis， MO)。EPA508.1标准品和替代标准品购于 Ultra Scientific(North Kingstown，RI， USA)。 溶液和标准品 配制50 mg/mL 的亚硫酸钠水溶液。该溶液在采样过程中加入到水样中以消除残余氯。按照1：1的比例配制乙酸乙酯和二氯甲烷的混合溶液，只需等量混合两种溶剂。 将25 mL HCI滴加到装有约22mL 水的 50 mL容量瓶中，容量瓶置于冷水浴中，边滴边冷却，滴加完成待溶液冷却至室温后，加水定容至刻度，充分混匀，配制成6 N的HCI溶液。 将市售的农药原液用乙酸乙酯稀释成浓度为1 pg/mL的初级标准溶液，该溶液用于添加到水样中，用于方法分析。用乙酸乙酯配制1 pg/mL的替代标准溶液，并在萃取前加入到水样中。 ( 使用安捷伦7696A 样品制备工作台，以乙酸乙酯为溶剂，通过标 准和替代标准的初级溶液制备浓度从1到100 ng/mL的校准系列 溶液。 ) 样品制备 ( 使用安捷伦 SPEC C18AR 47 mm 固-液萃取膜盘对1L水样进行萃 取，将萃取液吹干、浓缩后利用 GC 进样分析。图1为液固萃取 (LSE)样品制备的流程图。 ) 向1L水样中加入1 mL 50 mg/mL 的亚硫酸钠溶液，以消除残留的氯。用6N HCI溶液调节水样的pH至2以下。向溶液中加入适量的农药标准溶液，配成含分析物浓度0.01 pg/L的质控样品(QC)。 安装好真空多管抽滤装置，将 SPEC 膜盘皱面向上放置在过滤头上，用5 mL 1：1 的乙酸乙酯和二氯甲烷混合溶液浸润活化 1min，然后在真空下缓慢抽滤。再加入5mL甲醇，继续缓慢抽滤。注意抽滤结束后在膜盘上保留一浅层甲醇防止膜盘变干。最后，用5mL水冲洗膜盘，缓慢真空抽虑后，在膜盘上保留一浅层溶液防止膜盘变干。 将5mL甲醇加入到1L水样中充分混匀。加入适量的替代标准溶液，振辰。将水样以 75-100 mL/min 的速度抽滤通过萃取膜盘，水样抽滤结束后，继续抽滤10min 以干燥膜盘。 将滤液瓶取出，换上装有收集管的烧瓶，将收集管与膜盘基座的流出端相连，将过滤装置重新安装好。用5mL乙酸乙酯冲洗样品收集瓶，并用一次性移液管转移到膜盘上。真空缓慢抽滤洗脱溶剂。然后换用5 mL二氯甲烷重复洗脱步骤。使用一次性玻璃移液管移取3mL乙酸乙酯：二氯甲烷为1：1的溶液淋洗滤层，重复此操作两次。 使洗脱液流经装有5到7g无水硫酸钠的玻璃干燥管进行干燥。用3mL乙酸乙酯：二氯甲烷为 1：1 的溶液冲洗干燥管两次。将萃取液和淋洗液收集到一个浓缩管中，用Labconco CentriVap离心农缩仪 (78100系列)浓缩至约0.8mL， 浓缩过程中，用乙酸乙酯冲洗浓缩管内壁2-3次。最后用乙酸乙酯将萃取液体积定容至1.0 mL， 并转移至自动进样器的样品瓶中，利用 GC进样分析。 5mL乙酸乙酯冲洗样品收集瓶，并用一次性移液管转移到膜盘上 真空过滤，使洗脱液缓慢流过膜盘 改用5mL二氯甲烷重复此操作 使用一次性移液管移取 3 mL 1：1的乙酸乙酯和二氯甲烷混合液淋洗滤层，重复操作两次 将所有滤液合并， 使其流经装有5-7g无水硫酸钠的玻璃管干燥 用3 mL1：1的乙酸乙酯和二氯甲烷混合液淋洗干燥管， 重复操作两次 将萃取液和淋洗液合并在浓缩管中 使用离心浓缩装置将萃取液浓缩至0.8 mL 浓缩过程中用乙酸乙酯冲洗浓缩管内壁2-3次 用乙酸乙酯将萃取液定容至1.0mL 将萃取液转移到 GC样品瓶中进行分析 图1.水中有机氯农药的萃取流程图 37种目标有机氯农残和除草剂在安捷伦 DB-35ms UI 初级色谱谱和DB-XLB 确认色谱柱上实现分离，并且仅需不到 23 min 时间。图2为50 ng/mL 的农准标准品乙酸乙酯溶液在双柱系统的 GC/pECD 上获得的色谱图。图3中部分色谱图的放大视图显示的是10 ng/mL 的EPA 508.1农残标准品在 DB-35ms UI 色谱柱上表现出良好的响应和分离效果。图4展示了 DB-XLB色谱柱的分离性能和选择性的不同，充分显示了其作为确认色谱柱的优势所在。 图2. GC/pECD 分析50 ng/mL 农残标准品在双柱 J&W DB-35ms UI 30 mx0.32 mm， 0.25 pm色谱柱(部件号123-3832UI) 和DB-XLB 30mx0.32 mm， 0.5 pm色谱柱(部件号123-1236)上的色谱图。该标液为农残标准物质的乙酸乙酯溶液，使用安捷伦7696A 样品制备工作台制备，色谱分析条件参考表1 EPA 508.1低浓度农残标准品在 DB-XLB 色谱柱上的峰形和分离效果 Hz- 2500 2000 1500- 10000- 5000- 6 22 分钟 图4 GC/uECD 分析10 ng/mL有机氯农残标准品在 DB-XLB 30mx0.32 mm， 0.5 um 色谱柱上谱图的部分放大视图。色谱分析条件参考表1 为测试方法的线性，制备了7个浓度水平的校准曲线。校准曲线的线性用相关系数(R2)来表示，可用其来评估气相色谱色谱柱性能的好坏。将市售原液配制的初级标准溶液乙酸乙酯逐级稀释，配制成1，2.5，5， 10， 25， 50和100 ng/mL共7个浓度的标准样品溶液， 使用安捷伦7696A样品制备工作台进行此标准样品制备操作。 如果得到非线性的响应则意味着目标物发生分解或者在进样口或色谱柱上产生了吸附作用。该研究中，使用 DB-35ms UI和 DB-XLB色谱柱，在整个线性范围内获得的相关系数R?≥0.993，农残各组分的相关系数值参见表4. 分析物 Agilent DB-35ms UI DB-XLB 敌草索环氧七氯 0.9998 0.9998 氰草津 0.9994 0.9998 丁草胺 0.9990 0.9992 y-氯丹 0.9998 0.9999 a-氯丹 0.9998 0.9998 硫丹| 0.9998 0.9997 4，4'-DDE 0.9998 0.9998 狄氏剂 0.9998 0.9999 杀螨酯 0.9940 0.9985 异狄氏剂 0.9998 0.9996 4，4'-DDD 1.0000 0.9999 硫丹Ⅱ 0.9999 0.9999 4，4'-DDT 0.9993 0.9996 异狄氏剂醛 1.0000 0.9999 硫丹硫酸酯 0.9997 0.9997 甲氧滴滴弟 0.9993 0.9982 顺-氯菊酯 0.9992 0.9992 反-氯菊酯 0.9988 0.9995 十氯代联苯 (ss) 0.9998 0.9997 DCPA 0.9996 0.9998 该方法对痕量水平的有机氯农残检测具有很高的灵敏度。欧盟规定水中单个组分的农药残留限值为 0.1 pg/L[3]。为确保达到该检测水平，要求检检方法的检出限(LOD)必须低于此限值。图5为 0.01 pg/L加标水样的萃取液在 DB-35ms UI色谱柱和DB-XLB色谱柱上的谱图结果。该加标水样农残浓度比上述限值低10倍，同时也接近并低于 EPA 建立的饮水最高污染浓度(MCLs)限值[1]。 使用安捷伦 SPEC C18AR液-固萃取膜盘进行样品萃取可有效保留和富集加标水样中的有机氯农残。为测定水中规定的MCLs 水平的痕量农残组分，需要将大量水样浓缩至农残可检测水平。使用47 mm 超大 C18膜盘可以对1L水样以 75-100 mL/min 的速度进行萃取，这样可以在10min 内完成水样处理，节约了样品制备时间，提高了样品分析通量。 GC/pECD分析空白水样和加标水样萃取液的色谱图对比 六氯环戊二烯 11. y-六六六 21.环氧七氯 31. 4，4'-DDD 图5. GC/pECD 分析 0.01 ug/L 加标水样和空白水样萃取液在 DB-35ms U/ 30mx0.32 mm， 0.25 pm 色谱柱(部件号123-3832UI)和DB-XLB30m×0.32 mm，0.5 pm色谱柱(部件号123-1236)上的色谱北对比。样品制备流程参考图1，色谱条件参考表1 使用该方法还对某饮水水样中的有机氯农残进行了分析。自来水样品采集和制备流程参照图1，色谱分析条件参照表1。在本研究的标定范围内未检出自来水中存在目标有机氯农残。样品的GC/pECD 色谱图如图6所示。 GC/pECD分析空白水样和饮用水水样萃取液的色谱图对比 图6. GC/uECD 分析自来水水样和空白水样萃取液在 DB-35ms UI 30 mx0.32 mm， 0.25 pm色谱柱(部件号123-3832UI) 和 DB-XLB 30m ×0.32 mm，0.5 um色谱柱(部件号123-1236)上的色谱图对比。样制制备流程参考图1，色谱条件参考表1 该应用报告开发了一种有效的分析方法用于萃取并检测水中低于ug/L级的有机氯农残和除草剂。安捷伦 J&W DB-35ms UI 毛细管色谱柱可高效实现37种目标物的分析，并在低浓度下提供卓越的灵敏度和可靠的定量水平。目标物在安捷伦DB-XLB色谱柱上的分离提供了高度一致的分析结果。 使用安捷伦 SPEC C18AR 47 mm 液-固萃取膜盘可从水中成功萃取和富集农残组分，在提高痕量组分检测性能的同时，有效地降低了样品制备时间。使用安捷伦 7696A样品制备工作台制备的标准样品的校正曲线在双柱分析系统的整个线性范围内相关系数R2≥0.993. 使用该方法可检测水中低于 EU 和EPA最大允许限值10倍浓度的农残。使用该方法成功制备并分析了 0.01 pg/L的加标水样，充分说明了使用安捷伦 J&W DB-35ms UI 色谱普柱安捷伦 DB-XLB色谱柱的双柱设计进行低浓度有机氯农残分析的高效性。对某自来水样品的检测，在本方法的线性范围内，未检出有任何有机氯农残。 ( 致谢 ) ( 作者衷心感谢 Dr. Joan Stevens 对安捷伦 LSE 萃取处理的帮助和建议。 ) ( 参考文献 ) ( 1. Vos JG， Dybing E， Greim H A ， Ladefoged O， Lambre C， Tarazona JV， B randt l， Vethaak AD. ( 2000) Health effects of endocrine-disrupting chemicals on wi l dlife， with specialreference to the E uropean situation. Crit. Rev. Toxicol. 30(1)： 7 1-133. ) ( 2. EPA. List of Drinking Water Contaminants & MCLs， USEnvironmental Protection Agency， Washington， DC， Retrieved October 14， 2003 from http：//www.epa.gov/safewater/mcl.html#mcls. ) ( 3. ECC Council Directive 80/778/ECC. Of f icial Journal of the European Communities， No. L229， A u gust 30， 1980，p1 1 . ) ( 4. EEC. D rinking Waters Directive， Official Journal N229/11， Directive 80/778/EEC， 1 988. ) ( 5. Ken Lynam， Doris Smith.使用安捷伦 J&W DB-35ms 超高惰 性气相色谱柱进行具有挑战性的农药分析(2010)安捷伦科 技，出版号：5990-6595CHCN. ) ( 6. Limian Zhao， Allan D. Broske(2010).采用气相色谱和舌性化 合物评估超高惰性衬管去活技术.安捷伦科技，出版号：5990- 7380CHCN. ) ( 7. US EPA 1 9 95. Method 50 8 .1. Determination Ch l orinated Pesticides， Herbicides， and Organohalides by Liquid-S o lidExtraction and Electron Capture Gas Ch romatography. Revision 2 .0. ) ( 8. 安捷伦7696A 样品制备工作台产品简介(2011).安捷伦科技，出版号：5990-6908CHCN. ) ( 9. Rebecca Veeneman ， Dale Snyder(2010)自动化样品制备提 高数据质量.安捷伦科技，出版号：5990-6974CHCN. ) ( 10. James D. 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