QuEChERS-高效液相色譜-串聯質譜法同時測定生活飲用水中11種新煙堿類殺蟲劑的含量

劉 彭,郭禮強,李亞靜,王 樂

(1.濰坊市檢驗檢測中心,濰坊 261100;2.濰坊海關,濰坊 261041;3.濟南海關技術中心,濟南 250014)

新煙堿類殺蟲劑自上市以來被廣泛用于保護農作物和動物免于蟲害[1],其不被利用的藥物80%以上會進入土壤和水環境中[2],從而使新煙堿類殺蟲劑污染成為一個影響環境的全球性問題[3-5]。相關研究報道,美國農業部監管水樣中新煙堿類殺蟲劑檢出率達4.5%[6];杭州地區檢測的水樣中,93%以上的地表水中檢出兩個以上新煙堿類殺蟲劑,95%以上的自來水中至少檢出一種[7]。新煙堿類殺蟲劑可誘發多種疾病,對人類健康有不利影響[8-10]。因此,有必要研究開發簡便、快速、靈敏的生活飲用水中新煙堿類殺蟲劑殘留的檢測方法。

檢測生活飲用水中新煙堿類殺蟲劑的方法主要有液相色譜法(HPLC)[11-14]和高效液相色譜-串聯質譜法(HPLC-MS/MS)[15-17],但多數檢測方法無前處理操作,水樣過濾后直接測定,對于目標物含量較低的樣品易檢測不到,同時對儀器靈敏度的要求較高。鑒于HPLC-MS/MS的靈敏度、檢測通量和抗干擾性要明顯好于HPLC的,本工作基于QuEChERS凈化方法,采用HPLC-MS/MS同時測定生活飲用水中呋蟲胺、烯啶蟲胺、噻蟲嗪、環氧蟲啶、噻蟲胺、吡蟲啉、氯噻啉、啶蟲脒、噻蟲啉、氟啶蟲胺腈、氟啶蟲酰胺等11種新煙堿類殺蟲劑含量的方法,以期為生活飲用水水質監管提供技術支持。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

LC2040-MS8045型液相色譜-質譜聯用儀;Milli-Q100型純水儀;AP124W型電子天平;BLDCY-12Y型水浴氮吹儀;VORTEX2型渦旋振蕩器。

氟啶蟲酰胺單標準溶液：100 μg·mL-1。

10種新煙堿類殺蟲劑的單標準溶液：分別取適量的10種新煙堿類殺蟲劑標準品(氟啶蟲酰胺除外),用乙腈溶解、稀釋,配制成質量濃度為100 mg·L-1的單標準溶液,于-18 ℃冰箱中保存。

混合標準中間液：取11種新煙堿類殺蟲劑的單標準溶液各10 μL,用乙腈定容至1 mL,配制成質量濃度為1 mg·L-1的混合標準中間液,于-18 ℃冰箱中保存。使用時,用初始比例流動相稀釋至所需質量濃度。

呋蟲胺標準品的純度不小于99.9%,吡蟲啉、噻蟲胺標準品的純度不小于99.8%,噻蟲啉、啶蟲脒、噻蟲嗪、烯啶蟲胺、氟啶蟲胺腈標準品的純度不小于99.0%,氯噻啉標準品的純度不小于98.0%,環氧蟲啶標準品的純度不小于92.7%;乙腈為色譜純;乙酸乙酯為分析純;試驗用水為超純水(電阻率不小于18.2 MΩ·cm)。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 色譜條件

Agilent Poroshell 120 EC-C18色譜柱(100 mm×3.0 mm,2.7 μm);柱溫30 ℃;流動相A為0.2%(體積分數,下同)甲酸溶液,B為乙腈;流量0.30 mL·min-1;進樣量5 μL。梯度洗脫程序：0～0.5 min,B為35%;0.5 min～4.0 min,B由35%升至60%;4.0～6.5 min,B由60%升至80%;6.5～8.0 min,B由80%降至35%,保持2.0 min。

1.2.2 質譜條件

電噴霧離子(ESI)源,正離子(ESI+)模式;多反應監測(MRM)模式;霧化氣流量3.0 L·min-1,干燥氣流量10.0 L·min-1;碰撞氣為氬氣;接口溫度300 ℃,加熱模塊溫度400 ℃,脫溶劑管(DL)溫度250 ℃;接口電壓3 500 V;其他質譜參數見表1,其中“*”代表定量離子。

表1 質譜參數

1.3 試驗方法

采集的水樣經0.45 μm 濾膜過濾,濾液置于棕色玻璃瓶中,于4 ℃冰箱中保存。分取5 mL水樣,置于50 mL具塞離心管中,加入10 mL含1%(體積分數,下同)甲酸的二氯甲烷溶液,渦旋1 min,以轉速5 000 r·min-1離心10 min,將下層提取液轉移至潔凈的玻璃管,上層水樣中再加入10 mL含1%甲酸的二氯甲烷溶液重復提取一次,合并兩次下層提取液,氮吹至干,加入50 mgN-丙基乙二胺(PSA)和1 mL初始比例流動相,渦旋1 min,過0.22 μm聚醚砜濾膜,濾液按照儀器工作條件進行測定。

2 結果與討論

2.1 質譜條件的選擇

用50%(體積分數)乙腈溶液配制11種新煙堿類殺蟲劑質量濃度均為1 mg·L-1的單標準溶液,用兩通替換色譜柱自動進樣1 μL,在ESI+模式下初步確定11種新煙堿類殺蟲劑的質譜參數[15],包含母離子、響應值較高的子離子和各自的碰撞能量,進一步通過軟件自動優化,確定各目標物的母離子、子離子和最佳碰撞能量;再次進樣選擇響應值最高的子離子作為定量離子,響應值低的為定性離子。優化后的質譜參數見表1。

2.2 色譜條件的選擇

試驗初始以0.1%(體積分數)甲酸溶液為水相,甲醇為有機相對11種新煙堿類殺蟲劑進行分離。結果表明：當目標物質量濃度較低時,環氧蟲啶、噻蟲嗪和氟啶蟲胺腈的色譜峰峰形較寬,響應值偏低;當將甲醇換成乙腈時,各目標物的保留時間均提前,環氧蟲啶等的色譜峰峰形、響應值明顯得到改善,其他目標物的色譜峰無明顯差異;當將水相中甲酸體積分數調整為0.2%時,11種目標物的響應值均有所提高,繼續增大甲酸體積比對響應值無影響。因此,試驗選擇以0.2%甲酸溶液為水相,乙腈為有機相。0.10 μg·L-1混合標準溶液的總離子流色譜圖見圖1。

峰號1～11對應的化合物名稱同表1圖1 11種新煙堿類殺蟲劑的總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of 11 neonicotinoid pesticides

2.3 濾膜的選擇

試驗選用聚醚砜、乙酸纖維和尼龍等3種材質的0.22 μm濾膜對10 μg·L-1混合標準溶液進行分析。結果顯示：乙酸纖維濾膜對環氧蟲啶和氟啶蟲酰胺等目標物吸附較大,聚醚砜濾膜得到的11種目標物色譜響應值比尼龍濾膜的更高。因此,試驗選擇以0.22 μm聚醚砜濾膜進行過濾。

2.4 提取溶劑和凈化試劑的選擇

試驗考察了分別以乙酸乙酯、二氯甲烷和體積比1…1的乙酸乙酯-二氯甲烷的混合溶液為提取溶劑時對空白加標水樣(加標量10 μg·L-1)中11種目標物回收率的影響。結果表明：用乙酸乙酯提取時,氯噻啉、啶蟲脒和噻蟲啉的回收率只有45.0%左右;用二氯甲烷提取時,11種目標物的回收率為61.3%～85.2%;用體積比1…1的乙酸乙酯-二氯甲烷的混合溶液提取時,11種目標物的回收率為51.3%～65.2%。在偏堿性水樣中,噻蟲嗪、啶蟲脒等容易分解,而在二氯甲烷中添加一定量的甲酸可以使其回收率進一步提高。試驗發現在二氯甲烷中添加1%甲酸時,11種目標物回收率為65.2%～89.1%。因此, 試驗選擇以含1%甲酸的二氯甲烷溶液作為提取溶劑。

一些河水樣品提取后殘留有少量色素,參考QuEChERS凈化方法[18-19],考察了PSA和氨基吸附劑(NH2)這兩種對色素有吸附作用的凈化試劑對11種目標物回收率的影響。結果表明：兩種凈化試劑對目標物的吸附影響均較小,11種目標物回收率分別為92.2%～100%(PSA)和92.7%～99.4%(NH2),但PSA吸附色素效果比NH2好,回收率相對更穩定。因此,試驗選擇以PSA為凈化試劑。

2.5 標準曲線和測定下限

用初始比例流動相逐級稀釋混合標準中間液,配制成質量濃度為0.10,0.20,0.40,1.0,2.0,4.0,10,20,50 μg·L-1的混合標準溶液系列,按照儀器工作條件進行測定。以目標物的質量濃度為橫坐標,對應的峰面積為縱坐標進行線性回歸,線性參數見表2。

表2 線性參數和測定下限

以10倍信噪比(S/N)計算測定下限(10S/N),結果見表2。

2.6 精密度和回收試驗

對空白水樣進行低、中、高等3個濃度水平的加標回收試驗,每個濃度水平平行測定6次,計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD),結果見表3。

表3 精密度和回收試驗結果(n=6)

結果表明：3個加標濃度水平下11種目標物的回收率為62.1%～101%,測定值的RSD為5.0%～15%,能夠滿足生活飲用水中新煙堿類殺蟲劑的檢測需求。

2.7 樣品分析

為驗證方法的適用性,按照試驗方法對隨機采集的山東地區(濰坊地區為主)的15份水樣(自來水8份,河水4份,水庫水3份)進行檢測。結果顯示：8份自來水樣品和1份水庫水樣品中均未檢出新煙堿類殺蟲劑;4份河水樣品和2份水庫水樣品中新煙堿類殺蟲劑均有不同程度地檢出,具體檢出量見表4。

表4 樣品分析結果

結果表明： 在河水和水庫水中普遍檢出新煙堿類殺蟲劑,這給直接飲用者帶來一定的健康風險;而經過自來水廠的加工處理,能有效清除或降低新煙堿類殺蟲劑的含量,可以安全使用。

本工作提出了QuEChERS-HPLC-MS/MS同時測定生活飲用水中11種新煙堿類殺蟲劑含量的方法,該方法線性范圍寬、準確度好、靈敏度高,可以為生活飲用水中新煙堿類殺蟲劑的檢測提供技術支持。