GC-MS/MS 快速测定水质中32 种有机磷农药残留*

李 娜，吴志鹏，桑柳波，唐 毅

（1.中科检测技术服务（广州）股份有限公司，广东广州 510650；2.中科广化（重庆）新材料研究院有限公司，重庆 400000）

有机磷一般分为杀虫剂、杀菌剂、除莠剂和杀线虫剂等，具有一定毒性，如速灭磷、对硫磷、毒死蜱、内吸磷和蝇毒磷等会抑制胆碱酯酶活性，敌敌畏和甲基对硫磷则由于其致癌性被世界卫生组织国际癌症研究机构分别列为2B 类致癌物和3 类致癌物，马拉硫磷和二嗪农则有可能会增加非霍奇金淋巴瘤、前列腺癌和肺癌风险被归类为可能的人类致癌物。水体是有机磷流失和扩散的主要载体之一，有机磷被水中生物体吸收并在体内富集，一方面直接影响土壤和作物健康，另一方面通过食物链影响人类健康[1]。

目前，关于水中有机磷的检测方法主要有气相色谱法[2，6]、气相色谱串联质谱法[3，7，8]、高效液相色谱法[4，9，10]和高效液相色谱串联质谱法[5，11-13]。在国家标准方面，《水质有机磷农药的测定气相色谱法》（GB/T 13192-1991）、《水、土中有机磷农药的测定气相色谱法》（GB/T 14552-2003）、《生活饮用水标准检验方法农药指标》（GB/T 5750.9-2006）和《水质28有机磷农药的测定气相色谱-质谱法》（HJ 1189-2021）均是采用液液萃取的方法提取水中的有机磷，浓缩富集化后再分别用气相色谱和气相色谱质谱进行定量分析。

本研究拟建立利用液液萃取的前处理技术，选用三氯甲烷为提取溶剂，结合气相色谱-三重四极杆质谱法（GC-MS/MS）技术，实现了水质中32 种有机磷农药残留的快速测定，并结合QuEChERS 技术对颜色较深的萃取液净化过程进行了优化。

1 实验部分

1.1 主要仪器与装置

QP2020NX 型气相色谱-质谱联用仪（日本岛津公司）；MT2500 型多管漩涡混合仪（上海小蚂蚁仪器设备有限公司）；ATX124 型电子天平（日本岛津公司）；MTN-5800 型氮吹浓缩装置（天津奥特赛恩仪器有限公司）；GXC-250*12 型全自动旋转振荡器（北京国环高科自动化技术研究院）；0.22μm 有机相滤膜（上海安谱实验科技股份有限公司）。

1.2 主要标准品与试剂

敌敌畏、速灭磷、内吸磷、灭线磷、治螟磷、甲拌磷、特丁硫磷、二嗪磷、地虫硫磷、异稻瘟净、乐果、氯唑磷、甲基毒死蜱、磷胺、甲基对硫磷、毒死蜱、杀螟硫磷、马拉硫磷、对硫磷、溴硫磷、甲基异柳磷、水胺硫磷、稻丰散、丙溴磷、苯线磷、三唑磷、蝇毒磷混合标准溶液，均为2000μg·mL-1；乙拌磷、倍硫磷、硫环磷、杀扑磷、乙硫磷、磷酸三丁酯-d27，均为1000μg·mL-1；萘-d8、苊-d10、菲-d10、屈-d12混合标准溶液，均为2000μg·mL-1。以上标准品均购自坛墨质检科技股份有限公司。

乙酸乙酯、正己烷、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷，HPLC 级，上海安谱实验科技股份有限公司；NaCl（AR 上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；无水Na2SO4（AR 上海麦克林生化科技有限公司）；H2SO4（ρ=1.84g·mL-1，GR 广州化学试剂厂）；NaOH（GR 广州化学试剂厂）。

1.3 溶液配制

1.3.1 32 种有机磷混合标准使用液 分别移取27种有机磷混合标准溶液100μL 和乙拌磷、倍硫磷、硫环磷、杀扑磷、乙硫磷标准溶液各200μL 用丙酮稀释至10mL，配制成浓度为20μg·mL-1的混合标准使用液。

1．3．2 替代物标准使用液 移取200μL 磷酸三丁酯-d27标准溶液用丙酮稀释至10mL，配制成浓度为20μg·mL-1的替代物标准使用液。

1．3．3 内标使用液 移取50μL 萘-d8、苊-d10、菲-d10、屈-d12混合标准溶液用丙酮稀释至10mL，配制成浓度为10μg·mL-1的内标使用液。

1．3．4 空白样品基质溶液与基质混合标准工作溶液取若干份100mL 纯水在不加入替代物和内标的情况下按照1.4.1 中方法进行提取得到空白样品基质溶液，再加入上述标准使用液配制成浓度为50、100、200、500、1000μg·L-1的基质混合标准工作液系列，加入30μL 内标使用液，待测。

1.4 水质中有机磷农药残留的前处理方法

由于有机磷农药在中性和酸性溶液中较稳定而在碱性条件下易分解，因此，需对水样进行pH 值测定，若水样pH 值不在5~8 范围内，则需使用H2SO4溶液（1+1）或NaOH 溶液（10g·L-1）将水样pH 值调节至5~8。在定容溶剂方面，根据EPA 8141b 可知，正己烷会造成部分强极性的有机磷农药损失，因此，本方法萃取浓缩后用丙酮定容。1.4.1 地下水/地表水 移取1L 样品置于预先装有30g NaCl 的分液漏斗中，摇匀，使NaCl 完全溶解后加入50μL 替代物标准使用液，加入25mL 三氯甲烷液液萃取5min，重复萃取两次，合并萃取液，萃取液经无水Na2SO4脱水后收集转移至玻璃离心管中，氮吹浓缩至0.5mL 左右，加入5mL 丙酮，继续氮吹浓缩至1mL，加入30μL 内标使用液，待测。

1.4.2 海水 除不加NaCl 外，其余步骤同1.4.1。

1.4.3 工业废水 移取100mL 样品置于预先装有3g NaCl 的分液漏斗中，摇匀，使NaCl 完全溶解后加入50μL 替代物标准使用液，加入10mL 三氯甲烷液液萃取5min，重复萃取两次，合并萃取液，其余步骤同1.4.1。（注：若液液萃取后出现乳化现象，可添加几滴甲醇破乳；若出现高度乳化现象，可将乳浊液置于离心机中以4000r·min-1离心5min 进行破乳。）

1.5 仪器工作参数

1.5.1 色谱条件 岛津SH-Rtx-5MS 柱（30m×0.25mm，0.25μm），进样温度220℃，载气为He，进样量为1μL，不分流进样。GC 升温程序：初温40℃，保持4min，以10℃·min-1速率升温至300℃，保持5min。

1.5.2 质谱条件 电子轰击离子源，离子源温度为230℃，接口温度为250℃；电子倍增压力为1.3kV，溶剂延迟时间为5min，采集模式为单离子检测扫描（SIM），其他质谱参数列于表1。

表1 32 种有机磷、替代物及4 种内标物的质谱参数Tab.1 Mass parameters of 32 organophosphorus, substitution and 4 isotope internal standards

1.6 方法验证

选用不同空白水质样品，添加32 种有机磷混合标准溶液，进行低、中、高3 个水平的加标回收实验，考察方法的准确度（回收率）和精密度（RSD）。方法的基质效应（M）采用单点相对响应值法进行比较[13]，分别讨论了地下水、地表水和废水的M 值。

2 结果与讨论

2.1 基体改进

当用有机溶剂对水样进行萃取时，若剧烈振荡则极易产生乳化现象，NaCl 的加入可以一定程度抑制乳化现象；而NaCl 的盐析作用亦可降低有机磷在水中的溶解度，提高在有机溶剂中的溶解度达到提升萃取效率的目的。本文地表水和地下水中的NaCl添加量为30g，废水中的NaCl 添加量为3g，由于海水中含有盐类，因此，可不加NaCl。

2.2 提取溶剂优化

水质多以正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯等作为提取溶剂。而三氯甲烷具有较强的溶解能力已用作药品的萃取剂。本文选取正己烷、乙酸乙酯、二氯甲烷和三氯甲烷作为提取溶剂，在水样中加入32 种有机磷混合标准溶液，分别加入4 种有机溶剂10mL 并重复萃取2 次，比较每种有机磷的回收率，见图1。

图1 不同溶剂提取有机磷的回收率Fig.1 Recovery rate of organophosphorus extracted by different solvents

由图1 可见，正己烷的提取效果最差，这是由于正己烷的极性较小，对极性大的有机磷的提取效果较差；乙酸乙酯对部分有机磷的提取效果远低于二氯甲烷和三氯甲烷，而二氯甲烷和三氯甲烷的极性大且与水不互溶，根据相似相溶原理对有机磷的提取效果更好。整体而言对于大部分有机磷农药来说，三氯甲烷的提取效果优于二氯甲烷，故本文选择三氯甲烷作为提取溶剂。

2.3 提取次数优化

对萃取次数进行了优化，采用三氯甲烷分别对地表水、地下水、海水和废水进行萃取，萃取次数从1 次起依次递增，萃取1 次的情况下，4 种水质中部分有机磷的回收率低于60%，萃取2 次后，32 种有机磷的回收率均可以达到60%以上，而当萃取次数达到3 次后，回收率并无明显增加，因此，本文中三氯甲烷的萃取次数为2 次。

2.4 净化

当萃取液颜色较深时，应对萃取液进行净化。QuEChERS 是由美国农业部Anastassiades 等[14]人于2003 年开发的一种用于农产品检测的快速样品前处理技术，该方法具有快速、简便、高效等特点。将萃取液转移至装有50~100mg 石墨化炭黑（GCB）的玻璃离心管中，涡旋振荡5min 后离心，收集全部萃取液后氮吹浓缩。为评价GCB 对提取过程的影响，取6 份100mL 废水样品，按照1.3 中方法液液萃取后将萃取液混匀并加标，再将萃取液分为各3 份的AB两组，A 组不加GCB，B 组各加入50mg GCB，比较净化前后32 种有机磷的平均回收率，结果表明，净化前后回收率相差不大且结果可满足实验要求，说明GCB 不会造成不良影响。综上，利用QuEChERS 技术，以GCB 为净化剂，可以去除废水中的有色物质，大大简化了操作过程，适用于大批量的样品净化。

2.5 基质效应

基质效应是指样品中基质对分析方法准确测定目标物质能力的干扰。本文采用单点相对响应值法进行实验，评价了地表水、地下水、废水与不同溶剂的基质效应，按照式（1）进行计算，M1为丙酮，M2为丙酮+正己烷（1+1），M3为纯水在不加入替代物和内标的情况下按照1.4.1 中方法进行提取得到空白样品基质溶液，结果见图2。

图2 不同溶剂的基质效应Fig.2 Matrix effects of different solvents

基质效应（M）=B/A（1）式中 A：在溶剂中有机磷的响应值，mAu·min；B：样品基质中添加的相同含量有机磷响应值，mAu·min。

当M＞1.2 时，表明为基质增强效应；当M＜0.8时，表明为基质减弱效应。

由图2 可见，部分有机磷在地表水、地下水、海水和废水中出现明显的基质增强效应（M1和M2值均大于1.2）或减弱效应（M1和M2值均小于0.8），其中内吸磷、灭线磷、乐果、硫环磷和蝇毒磷等基质增强效应非常明显，而4 种水质的M3值则均在0.8~1.2 之间，因此，本文选择纯水基质溶液来配制标准工作系列。

2.6 方法学评价

2.6.1 线性范围和检出限 在优化的实验条件下，对1.3 中配制的基质混合标准工作溶液系列进行测定，以目标物质的质量浓度为横坐标，以目标物质峰面积与内标峰面积比值为纵坐标，绘制目标物质的内标标准曲线，32 种有机磷含量在50~1000μg·L-1范围内线性良好，相关系数R2均大于0.995。按照HJ 168-2020 中要求进行检出限实验，地表水、地下水和海水加标量为0.1μg·L-1，废水添加量为1.0μg·L-1，检出限和定量限具体数据见表2。

表2 32 种有机磷的检出限、定量限Tab.2 LOD and LOQ of 32 organophosphorus

2.6.2 加标回收和精密度 对空白地表水、地下水、海水和废水样品进行加标回收实验，地表水、地下水和海水的添加水平分别为0.1、0.4、0.8μg·L-1，废水的添加水平分别为1.0、4.0、8.0μg·L-1，每组加标做6个平行样，按照1.4 中内容进行前处理，计算回收率和相对标准偏差，结果表明，32 种有机磷在4 种水质中的回收率在65.5%~118.2%之间，其中回收率为70%~100%的占比超过90%，相对标准偏差均小于10%，方法具有很好的准确性和精密度。

2.7 实际样品检测

对采自广州地区的地下水、废水和海水3 份水样进行实际样品分析，按照1.4 中内容进行前处理并进行检测，结果在地下水样品中检出了三唑磷，其浓度为0.342μg·L-1，这是由于三唑磷是少数可以在水中稳定的广谱有机磷杀虫剂，其余有机磷均未检出。

3 结论

本文建立了GC-MS/MS 方法测定地表水、地下水、废水和海水中32 种有机磷的检测方法，比较了不同溶剂的提取效果，考察了基质效应的影响；对于颜色较深的废水样品，以GCB 为净化剂结合QuEChERS 技术对萃取液进行净化，取得了良好的效果。该方法具有前处理简单、检出限低、回收率优、重复性好等特点，可应用于地表水、地下水、海水和废水中痕量有机磷农药残留的测定和评价。