液相色谱质谱法直接进样测定饮用水中6种常用农药残留
郑和辉, 于建, 查玉娥, 卞战强, 田向红, 张娟     
中国疾病预防控制中心农村改水技术指导中心
摘要: 目的 建立同时测定生活饮用水中毒死蜱、丁草胺、乙草胺、敌敌畏、莠去津和多菌灵6种常用农药的超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)分析方法。方法 采用Waters公司Acquity UPLC BEH C18柱(2.1 mm×50 mm),以乙腈/甲醇和0.1%甲酸水溶液为流动相,进行梯度洗脱分离。经正离子电喷雾(ESI+)电离及多反应监测(MRM)模式检测。结果 毒死蜱和敌敌畏的质量浓度在2.5~100 μg/L,丁草胺和乙草胺的质量浓度在0.5~20 μg/L,莠去津的质量浓度在0.125~5 μg/L,多菌灵的质量浓度在0.05~2 μg/L范围时,线性相关系数r ≥ 0.999;毒死蜱、丁草胺、乙草胺、敌敌畏、莠去津和多菌灵的最低检测质量浓度分别为7,21,10,5和1 ng/L。平均回收率为84.7%~105.0%,相对标准偏差为1.5%~6.1%。用该分析方法检测了7个地下水样品,都检出了莠去津残留,浓度在0.01~0.03 μg/L。结论 该方法具有操作简便、灵敏度高、抗干扰能力强、样品分析时间短等特点,可用于饮用水中6种农药残留水平和残留动态的日常监测。
关键词: 液相色谱质谱    毒死蜱    丁草胺    乙草胺    敌敌畏    莠去津    多菌灵    饮用水    
Determination of 6 Pesticides Simultaneously in Drinking Water by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry
ZHENG Hehui, YU Jian, ZHA Yu, BIAN Zhanqiang, TIAN Xianghong, ZHANG Juan     
Abstract: Objectives An ultra-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometric method (UPLC-MS/MS)was established for the simultaneous determination of chlorpyrifos, butachlor, acetochlor, dichlorvos, atrazine and carbendazim residues in drinking water.Methods Water samples were separated by a Acquity UPLC BEH(2.1mm×50 mm)C18 column with a gradient elution of acetonitrile/methanol and 0.1% formic acid, and detected by UPLC-MS/MS. The identification was achieved by eletrospray ionization (ESI+)in multiple reactions monitoring (MRM)mode.Results There was a good linear relationship while the levels of chlorpyrifos and dichlorvos were 2.5~100 μg/L, the levels of butachlor and acetochlor were 0.5~20 μg/L, the levels of atrazine were 0.125~5 μg/L and that of carbendazim were 0.05~2 μg/L in tested samples; the correlation coefficients were not less than 0.999. The detection limits were 7, 21, 10, 5 and 1 ng/L for chlorpyrifos, butachlor, acetochlor, dichlorvos, atrazine and carbendazim, respectively. The recoveries were in the ranged of 84.7%~105.0% with relative standard deviations of 1.5%~6.1%. The results indicated that the method was easy, rapid, efficient, and suitable for simultaneous determination of six pesticide residues in drinking water. Atrazine was detected in all 7 underground water samples by the method, and the concentration was 0.01~0.03μg/L.Conclusions The method was simple and rapid with good accuracy and high sensitivity. The method could meet the needs for the determination of these 6 pesticides in drinking water.
liquid chromatography-mass spectrometry    chlorpyrifos    butachlor    acetochlor    dichlorvos    atrazine    carbendazim    drinking water    

毒死蜱、敌敌畏、丁草胺、乙草胺、莠去津和多菌灵6种农药均属于高效、广谱的杀虫剂、除草剂和杀菌剂,是我国使用量较大的几种农药,用量均在万吨以上[1]。毒死蜱是应用广泛的有机磷杀虫剂之一,可有效防治粮食、蔬菜等多种作物的百余种害虫,还可以用来防治白蚁和蟑螂等[2]。乙草胺、丁草胺和莠去津是近年来应用较多的除草剂,灭除杂草效果好[3]。多菌灵是我国用量最大的一种杀菌剂,用于叶面喷洒和种子处理,对菌核病、炭疽病、枯萎病等都有防治效果。敌敌畏是一类重要的杀虫剂,对害虫具有触杀、胃毒和熏蒸作用,主要用于蔬菜、果林、烟草、水稻等作为害虫的防治[4]

目前,国内外文献报道的检测这6种农药残留的方法主要有气相色谱法[5]、液相色谱法[6]、气相色谱—质谱法[7, 8]、液相色谱—质谱法等[9, 10, 11]。已有的方法针对单一农药检测的研究多,而同时检测这6种农药残留的分析方法未见报道。本文建立了一种同时检测饮用水中6种农药的超高效液相色谱—串联质谱方法。该方法具有操作简便、灵敏度高、抗干扰能力强、样品分析时间短等特点,可用于饮用水中6种农药残留水平和残留动态的日常监测,是一种具有推广价值的分析方法。

1 材料和方法 1.1 仪器

高效液相色谱质谱仪:液相色谱是Waters公司的Acquity UPLC,自动进样器是Waters公司的2777C,所配置的质谱是Waters公司的XEVO TQ串联质谱。

1.2 试剂

甲醇、乙腈等均为色谱纯,购自德国Merck公司。甲酸为色谱纯,购自美国TEDIA公司。水取自Milli-Q超纯水机。

1.3 标准溶液的配制

乙草胺:98.2%,计量院国家标物中心,GBW(E)061615,批号:20130415;丁草胺:99.6%,计量院国家标物中心,GBW(E)061616,批号:20120312;敌敌畏:99.3%,计量院国家标物中心,GBW(E)061623,批号:20130528;毒死蜱:99.5%,计量院国家标物中心,GBW(E)061459,批号:20130422;莠去津:98.4%,计量院国家标物中心,货号:SPL-BG-031,批号:20121221;多菌灵:99.2%,Fluka公司。

单标标准溶液的配制:将毒死蜱、丁草胺、乙草胺、敌敌畏、莠去津等标准品,分别用甲醇配制成质量浓度为100 mg/L的标准储备液,将多菌灵用甲醇配制成质量浓度为10.0 mg/L的标准储备液,于-18℃下避光保存。

混合标准溶液的配制:分别取适量的各农药储备液,根据实验需要用纯水稀释配制成混标,混标中毒死蜱、丁草胺、乙草胺、敌敌畏、莠去津和多菌灵的质量浓度分别为100.00,20.00,20.00,100.00,5.00,2.00 μg/L,再以此溶液为母溶液,依次用纯水稀释2,5,10,20,50倍,配制成系列混合标准溶液。

1.4 色谱质谱条件 1.4.1 超高效液相色谱条件

色谱柱:Waters公司Acquity UPLC BEH C18 (2.1 mm× 50 mm)柱;柱温:40℃。流动相:A,超纯水(含0.1%甲酸);B,85%乙腈+15%甲醇,梯度洗脱。初始流动相含15%的B,到第4 min时线性增加至80%的B,保持0.8 min,再恢复初始流动相,平衡1.2 min。流速:0.4 mL/min;进样量:10 μL。

1.4.2 质谱条件

电喷雾三重四极杆串联质谱,正离子ESI模式,脱溶剂温度550℃;脱溶剂气流量:800 L/h;毛细管电压:0.8 kV;锥孔电压:18 V;碰撞气(氩气)流量:0.16 mL/min。检测方式:多反应监测(MRM)。

1.5 工作曲线的制作

在设定的色谱和质谱条件下,分别取10 μL在1.3中配制的系列混合标准溶液,进样分析,以农药的浓度为横坐标,以农药的响应值为纵坐标进行回归分析,得到6种农药的线性方程和相关系数(表 1)。结果表明:毒死蜱和敌敌畏的质量浓度在2.5~100 μg/L,丁草胺和乙草胺的浓度在0.5~20 μg/L,莠去津的浓度在0.125~5 μg/L,多菌灵的浓度在0.05~2 μg/L范围时,他们的线性相关系数r≥0.999。

表1 6种农药的线性方程及相关系数
农药名称 线性方程 r
毒死蜱 Y=2 611.87X+8 762.55 0.9997
丁草胺 Y=12 557.7X+7 040.19 0.9992
乙草胺 Y=5 929.96X+2 354.79 0.9991
敌敌畏 Y=10 774.1X+20 857.8 0.9992
莠去津 Y=424 083X+38 581.9 0.9990
多菌灵 Y=453 741X+19 400.8 0.9996
1.6 样品的制备

用1 mL一次性无菌注射器(不带针)取待测定的样品水,直接过0.22 μm滤膜,装样品瓶,进样10 μL。

2 结果 2.1 液相色谱条件优化

比较几种流动相,分别为(15%甲醇—85%乙腈)/(0.1%甲酸水)(15 ∶85)、(15%甲醇—85%乙腈)/(0.1%甲酸水)(20 ∶80)、(10%甲醇—90%乙腈)/(0.1%甲酸水)(15 ∶85)、(20%甲醇—80%乙腈)/(0.1%甲酸水)(15 ∶85)和(30%甲醇—70%乙腈)/(0.1%甲酸水)(15 ∶85)对6种农药的分离效果。结果发现,在有机相中加入一定比例的甲醇,可以提高有机磷农药毒死蜱和敌敌畏的灵敏度,但保留时间延长。经几种流动相比较研究,流动相为(15%甲醇—85%乙腈)/(0.1%甲酸水)(15 ∶85)、流速为0.4 mL/min的条件下,6种农药的色谱峰峰形优于其他流动相的峰形,且各农药之间分离效果最好,无拖尾现象(图 1)。

图1 6种农药添加在自来水中的总离子流图
2.2 质谱条件优化

根据毒死蜱、丁草胺、乙草胺、敌敌畏、莠去津、多菌灵6种农药化合物的结构特征,选择ESI+作为电离模式,采用流动注射泵进样,分别对6种农药进行一级质谱扫描,确定每种农药的准分子离子峰,并分别优化其锥孔电压。然后分别以其准分子离子为母离子,通过氩气碰撞产生碎片离子进行二级质谱扫描,同时优化碰撞能量,以响应值最大的碎片离子(子离子)为定量离子,次级响应离子为定性离子。通过实验优化,最佳质谱条件:去溶剂温度550℃;去溶剂气流量:800 L/h;毛细管电压:0.8 kV;锥孔电压:18V;碰撞气(氩气)流量:0.16 mL/min;6种农药的定性与定量特征离子及优化的MRM参数如表 1所示,所有离子对的驻留时间都为(Dwell)0.05 s。

表2 6种农药的MS/MS质谱采集参数
农药
名称
保留
时间/
min
母离子/
(m/z)
子离子/
(m/z)
碰撞
电压/V
锥孔
电压/V
毒死蜱 4.67 349.97 349.97>96.90,
349.97>197.90*
24.0,
18.0
24.0
丁草胺 4.61 312.20 312.20>162.07,
312.20>238.08*
26.0,
18.0
32.0
乙草胺 3.65 270.15 270.15>148.07,
270.15>224.02*
16.0,
16.0
32.0
敌敌畏 2.25 220.97 220.97>108.98*
220.97>144.96
22.0,
10.0
20.0
莠去津 2.60 216.10 216.10>96.00,
216.10>174.02*
20.0,
12.0
24.0
多菌灵 0.66 192.03 192.03>132.05,
192.03>160.01*
34.0,
18.0
26.0
2.3 最低检测质量浓度

在饮用水中分别添加毒死蜱、丁草胺、乙草胺、敌敌畏、莠去津和多菌灵,以10倍信噪比(S/N)计算,在进样量为10 μL时,得到的本方法的最低检测质量浓度分别是:毒死蜱 7 ng/L;丁草胺 21 ng/L;乙草胺 10 ng/L;敌敌畏 5 ng/L;莠去津1 ng/L;多菌灵1 ng/L。计算的方法是:在水样中添加质量浓度50 ng/L的毒死蜱、丁草胺、乙草胺、敌敌畏、莠去津和多菌灵,进样分析,根据测定的色谱图,通过仪器软件直接计算各色谱峰S/N值分别为71,24,49,102,417,498。然后计算得到最低检测质量浓度。

2.4 精密度和回收率

对6种农药分别进行两个添加水平的测定,每个水平重复测定6次。当毒死蜱、丁草胺、乙草胺、敌敌畏、莠去津和多菌灵在水中的添加水平分别为10.0,2.0,2.0,10.0,0.5和0.2 μg/L时,测定值分别为8.47±0.35、1.80±0.06、2.00±0.06、9.85±0.19,0.49±0.01和0.202±0.004 μg/L。添加水平分别为50,10,10,50,2.5和1 μg/L时,测定值分别为51.60±2.16,10.25±0.35,10.40±0.14,50.75±0.35,2.55±0.07和1.05±0.06 μg/L。添加回收率及相对标准偏差(RSD)见表 3。6种农药的平均回收率为84.7%~105.0%,相对标准偏差为0.7%~6.1%。

表3 6种农药测定精密度和回收率(n=6)
农药名称 测定范围/
(μg/L)
添加水平/
(μg/L)
相对
标准偏差/%
回收率/
%
毒死蜱 2.5~100 10.04.184.7
50.04.2103.2
丁草胺 0.5~20 2.03.590.0
10.03.4102.5
乙草胺 0.5~20 2.03.2100.0
10.01.4104.0
敌敌畏 2.5~100 10.01.998.5
50.00.7101.5
莠去津 0.125~5 0.51.598.0
2.52.8102.0
多菌灵 0.05~2 0.22.0101.0
1.06.1105.0
2.6 实际样品的测定

对某市采集到的7个压把井地下水样品,过0.22 μm滤膜,装样品瓶,用本分析方法进行分析检测,在所有样品中均检测出莠去津,质量浓度0.01~0.03 μg/L,其他5种农药均未检出。

3 讨论

本文建立了一种同时检测饮用水中6种常用农药的超高效液相色谱—串联质谱方法。由于检测器采用质谱MRM模式,对目标化合物有很强的选择性和抗干扰能力。经试验,采用自来水,地下水和地表水源水作为基质,都不影响6种农药的分析测定。该方法具有操作简便、灵敏度高、抗干扰能力强、 样品分析时间短等特点,可用于饮用水中6种农药残留水平和残留动态的日常监测,是一种具有推广价值的分析方法。在实际样品测定中,所有样品中都检测出莠去津,质量浓度在0.01~0.03 μg/L,其他5种农药都没有检出。莠去津在饮用水中的卫生标准限值是2 μg/L[12],检测结果比饮用水卫生标准低近百倍,在安全范围内,但也应该引起足够的重视,说明莠去津的残留已经进入地下水。需要注意的是本研究所用水样采样时间不在用药高峰期,用药高峰期6种农药对饮水的污染情况还需要进一步研究。

参考文献
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DOI:10.13421/j.cnki.hjwsxzz.2016.01.002
中国疾病预防控制中心主办。
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郑和辉, 于建, 查玉娥, 卞战强, 田向红, 张娟
ZHENG Hehui, YU Jian, ZHA Yu, BIAN Zhanqiang, TIAN Xianghong, ZHANG Juan
液相色谱质谱法直接进样测定饮用水中6种常用农药残留
Determination of 6 Pesticides Simultaneously in Drinking Water by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry
环境卫生学杂志, 2016, 6(1): 60-63
Journal of Environmental Hygiene, 2016, 6(1): 60-63
DOI: 10.13421/j.cnki.hjwsxzz.2016.01.014

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