超声波提取-气相色谱法测定农田土壤中有机氯农药残留

黎小鹏，李盛安，马世柱，陈 楠，邓桂添，周嘉诚，梁锦填，高文彬, 林俊杰

(1.中山市三乡镇农产品检验检测站，广东中山 528463；2.中山市农产品质量监督检验所，广东中山 528400)

六六六(BHCs)和滴滴涕 (DDTs)为有机氯农药(OCPs)，是代表性的持久有机污染物(POPs)[1]，由于其杀虫效果好且药效持久，曾在全球范围内广泛应用[2]。我国虽早于20世纪80年代部分禁用，但由于有机氯农药具有半挥发性和高持久性，可在大气环境中长期存在，并通过蒸馏效应长距离传播[3]，最后沉降于土壤中，因此人口密集的地区仍有必要研究其污染状况。珠三角地区曾经是有机氯农药大量使用地区，近年的研究表明，该区内的土壤仍可检出有机氯农药残留[4]，因此农田土壤中的有机氯污染状况不容忽视。

目前，我国已制订土壤中OPCs测定方法标准《GB/T 14550—2003 土壤中六六六和滴滴涕测定的气相色谱法》[5]，在该标准中前处理提取方法为索氏提取，而目前常见的提取方法还有加速溶剂萃取[6-8]和微波萃取等[9-12]，但是这些方法存在耗时长、溶剂消耗量大、需有专人看管、需要使用专门设备等缺点。国标中前处理净化方法为浓硫酸净化法或层析柱净化法，前者用到浓硫酸，操作有较大的危险性；后者需在试验前自行填充层析柱，制作方法繁琐，而目前国内流行的净化方法为商品化固相萃取小柱(SPE)[7-8，12-15]，操作简便，效果显著。该研究探讨使用相对简便的超声波萃取[14，16-17]，置放过夜的前处理方法， 整个提取过程无需再次打开盖子，大大减少有机溶剂挥发对实验人员的伤害，结合弗罗里硅固相萃取小柱净化(Florisil SPE)，使用气相色谱仪-电子捕获检测器(GC-ECD)同时测定土壤中有机氯农药的方法。该方法具有定性准确、灵敏度高、操作简便等优点。该试验还进行DDT及其代谢物在非极性色谱柱HP-5上的色谱行为研究，国内文献未见相关报道[18]。

1 材料与方法

1.1仪器与试剂仪器：GC 7890A气相色谱仪，美国安捷伦公司；XW-80A涡旋混合器，上海精科实业有限公司；IKA摇床；OHAUS-CP2102电子天平，奥豪斯仪器有限公司； HGC-36A氮吹仪,天津恒奥科技有限公司；Vac Elut SPS 24固相萃取仪，美国安捷伦公司；3-30k高速冷冻离心机，SIGMA公司；KQ-500E超声波清洗机，昆山超声波仪器有限公司。

试剂：正已烷、乙腈均为色谱纯,德国Merck公司生产;Bond Elut Florisil SPE柱(1.0 g,6 mL),美国安捷伦公司生产。8种有机氯农药,分别为α-BHC、β-HBC、γ-BHC、δ-BHC、P，P’-DDE、 O，P’-DDT、 P，P’-DDD、 P,P’-DDT，浓度1 000 μg/mL,所有标准品购自农业部环境保护科研监测所(天津)。混合后配成浓度为100 μg/mL混合标准溶液，用正乙烷将8种有机氯混标配制成校正曲线工作液,其浓度分别为0.01、0.02、0.05、0.10、0.20 μg/mL。

1.2色谱仪器条件色谱条件：色谱柱为HP-5毛细管柱(安捷伦公司),30 m×0.25 mm×0.25 μm, 载气：高纯氮气；程序升温：100 ℃保持3 min,以120 ℃/min升至250 ℃保持5 min，再以120 ℃/min升至260 ℃保持3.4 min；进样口温度：200 ℃, 进样方式：分流进样，进样量1 μL，分流比10∶1，柱流速为1.5 mL/min。电子捕获检测器，温度300 ℃。

1.3样品处理土壤样品自然风干后，研磨并过80目筛。分析时称取土样20.0 g，置50 mL离心管中，加5 mL水，摇匀；加20 mL乙腈，加入5～7 g经140 ℃烘干的氯化钠，盖紧盖子。置摇床振摇30 min, 300 r/min。

超声提取20 min，放置过夜。次日再次超声提取20 min，离心，取10 mL上清液在40 ℃下氮吹浓缩近干，加正乙烷2 mL待净化。

取Florisil SPE小柱(1.0 g,6 mL)，依次用 5 mL丙酮正已烷混合液(体积比1∶9)、5 mL正已烷活化后，加入样品浓缩液，用5 mL丙酮正已烷混合液(体积比1∶9)洗脱，重复1次，于40 ℃下氮吹近干，用正已烷定容至1 mL，待测。

2 结果与分析

2.1提取方法的选择比较3种提取方法，方法A：索氏提取[5，19-20]；方法B：按“1.3”处理；方法C：按“1.3”处理但将放置过夜改为放置20 min。提取后全部用SPE小柱净化。3种提取方法的提取效率以加标0.01 mg/kg的回收结果计算，见图1。由图1可知，方法A和B的回收率无显著差异，方法C回收率偏低。方法A耗时超24 h，消耗有机溶剂100 mL以上，需购置专用仪器，试验完成后需清洗大量玻璃器皿，人手操作的时间也更长，因此，选择方法B作为该次试验的提取方法。

图1 3种提取方法8种有机氯加标回收率比较Fig.1 Recoveries on the 3 extraction processing of 8 OCPs

2.2净化方法的选择考察3种净化方法，方法D是按GB/T 14550的浓硫酸净化法[5]，方法E是刘红梅等[20]提供的浓硫酸净化法，方法F是按“1.3”使用Florisil商品化小柱SPE净化。净化前按“1.3”的方法提取，3种净化方法的净化效果相当，色谱图均无明显的杂峰干扰。加标0.01 mg/kg的回收结果见图2，回收率无明显变化，但方法D的操作非常复杂，试验结束后需清洗的玻璃器皿最多，每个样品的工作量是方法F的2倍以上；方法E的操作简单，但危险性大，破管率高，一般超过10%，一旦破管需重新进行前处理，也增加了工作量，拖延了出试验结果的时间；方法F非常适宜批量处置，因此，该试验选择方法F作为净化方法。

图2 3种净化方法8种有机氯加标回收率比较Fig.2 Recoveries on the 3 cleaning of 8 OCPs

2.3气相色谱升温程序的的选择OCPs是一类弱极性化合物，可选择非极性或弱极性固定相的色谱柱，以达到理想的分离效果，并获得较高的响应值。该试验比较了使用HP-5毛细管柱的多种升温程序，每次均注入浓度为0.1 mg/L的混合标准溶液。

(1)首先使用刘红梅等[20]提供的升温程序，但在该次试验中无法使P,P’-DDD与O,P’-DDT 2个组分分离开，见图3中序号7(12.486 min)的色谱峰。升温程序：从190 ℃以5 ℃/min升至210 ℃保持5 min，再以2 ℃/min升至220 ℃保持1 min，再以10 ℃/min升至270 ℃保持5 min，全程运行需时20 min。

注：1.α-BHC；2.γ-BHC；3.β-HBC；4.δ-BHC；5.P,P’-DDE；6.P,P’-DDD；7.O,P’-DDT； 8.P,P’-DDT图3 初温高、升温速度慢的升温程序下8种有机氯色谱图Fig.3 Chromatograph of 8 OCPs using the higher initial temperature with lower heating rate

(2)为分离P,P’-DDD与O,P’-DDT 2个组分，使用降低初始温度、降低升温速率的方法，令初温每次降低10 ℃，之后以5 ℃/min升至210 ℃保持5 min，再以2 ℃/min升至220 ℃保持1 min，再以10 ℃/min升至270 ℃保持3 min。这样测试了11个升温程序方法，运行的时间不断延长，但始终无法将P,P’-DDD和 O,P’-DDT 2个组分有效分离，且灵敏度大大下降(图4)。该方法的升温程序：从80 ℃保持5 min,以2 ℃/min升至210 ℃，再以50 ℃/min升至270 ℃保持3 min。以2 ℃/min升至210 ℃，再以50 ℃/min升至270 ℃保持3 min。

注：1.α-BHC；2.γ-BHC；3.β-HBC；4.δ-BHC；5.P,P’-DDE；6.P,P’-DDD, O,P’-DDT；7. P,P’-DDT图4 初温低、升温速度慢的升温程序下8种有机氯色谱图Fig.4 Chromatograph of 8 OCPs using lower initial temperature with lower heating rate

(3)选择较低的初始温度，较快的升温速度，结果P,P’-DDD与O,P’-DDT有效分离。升温程序如下：从90 ℃保持3 min,以120 ℃/min升至250 ℃保持5 min，再以100 ℃/min升至260 ℃保持3.4 min,运行时间12.83 min(图5)。在该仪器方法下，8个组分实现良好分离，响应值高，灵敏度完全达到检测要求。

一般情况下，使用低极性的HP-5色谱柱或减慢升温速度可以一定程序增加难分离组分之间的分离度，但当这两组分的相对保留值增大，组分的峰宽也在增加，当峰宽的增大超过相对保留值的增大时，两组分的交叠更为严重，如图3中序号7(12.486 min)以及图4中序号6(63.284 min)的色谱峰所示。使用固定相极性稍高的DB-1701P[2]，减少了色谱柱液膜对非极性组分的保留，使组分的峰宽变窄；或使用“2.3(3)”的升温程序，升温速度加快，增加分子扩散速率，缩窄了组分的峰宽，从而改善化合物的分离度，这2种方法的原理相近，且都达到使P,P’-DDD与O,P’-DDT 2个组分明显分离的目的。

注：1.α-BHC；2.γ-BHC；3.β-HBC；4.δ-BHC；5.P,P’-DDE；6.P,P’-DDD, 7.O,P’-DDT；8. P,P’-DDT图5 初温高、升温速度快的升温程序下8种有机氯色谱图Fig.5 Chromatograph of 8 OCPs using higher initial temperature with higher heating rate

2.4定量方法的线性检测范围以混合标准溶液的浓度为横坐标，各目标化合物色谱峰的峰面积为纵坐标，绘制标准曲线，其相关系数、回归方程见表1。8种有机氯在0.01～0.20 μg/mL线性关系良好，R2值均大于0.999。由于OCPs的基质效应不明显，该试验用正己烷配制标准曲线[21]。

2.5方法检出限最低检出限按最低浓度点0.01 μg/mL的响应值与基线的噪声响应的3倍计算,检出限结果见表1。8种有机氯的方法检出限为0.012～0.059 ng/g，能满足土壤中微量有机氯的检测[22]。

2.6方法回收率和精密度在相同的试验条件下，对6个空白土壤样品添加浓度为0.005 μg/g的8种有机氯混合标样，进行加标回收和精密度测试，测试结果见表1。8种有机氯的加标回收率为92.1%～105.3%，相对标准偏差为2.7%～6.9%，方法具有较好的回收率和精密度[23-24]。

表1农田土壤中8种有机氯的回归方程、相关系数、检出限、回收率及相对标准偏差

Table1Regressionequations,correlationcoefficients,detectionlimits,recoveriesandrelativestandarddeviationof8OCPsinfarmlandsoil

OCPs回归方程Regressionequation相关系数Correlationcoefficient检出限Limitsofdetection∥ng/g回收率Recoveries∥%相对标准差Relativestandarddeviation∥%α-BHCY=75270．8X-237．90．99950．01292．16．9γ-BHCY=13392．6X+69．70．99920．056103．43．4β-HBCY=38346．6X-53．20．99910．024102．63．3δ-BHCY=64343．6X-223．20．99910．015105．34．0P，P’-DDEY=59952．1X-64．90．99920．02693．32．7P，P’-DDDY=54450．6X-30．70．99940．03399．83．1O，P’-DDTY=35429．7X-102．50．99920．05298．23．7P，P’-DDTY=28891．6X-37．50．99940．059102．72．8

3 结论

采用超声波萃取，提取效率高，操作简便快捷，且有机溶剂用量少，对环境友好；净化方法SPE固相小柱萃取, 基本能除去土壤基质中的干扰物质，使用气相色谱技术，建立农田土壤中8种有机氯检测方法，整个分析过程基本实现仪器自动化操作，大大减少人为误差，检测方法的准确性好、精密度高，适合于农田土壤中有机氯的快速检测。

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