加速溶剂萃取-在线衍生-气相色谱-质谱法同时分析土壤中有机氯农药和酸性除草剂

摘 要 [HTSS]建立了土壤中13种极性除草剂与20种非极性有机氯农药的同时萃取检测的方法。利用加速溶剂萃取过程中的温度环境与溶剂环境，使强极性氯代酸性除草剂与五氟苄基溴在萃取池内反应，酯化产物的极性显著降低。利用丙酮溶剂使之与非极性的有机氯农药同时萃取；利用衍生产物与有机氯农药的高电负性使除草剂与有机氯农药在气相色谱负化学源质谱上同时检测；开发了络合剂Na4 EDTA，并通过温度条件实验使整个萃取和衍生时间缩短。10.0 g土壤样品、1.5 mL蒸馏水、0.50 g Na4EDTA充分混合，加入过量衍生试剂，采用加速溶剂萃取仪，样品在100 ℃，10.3 MPa压力下，10 min完成衍生及萃取过程, 萃取液脱水并净化后进行负化学质谱检测。本方法灵敏度高，所有组分检出限均在10.0

SymbolmA@ g/kg以下，回收率为68%～120%，精密度为2.8%～7.9%。

关键词 [HTSS]在线衍生；土壤；除草剂；有机氯；气相色谱；负化学源质谱

1 引 言

有机氯农药和氯代除草剂是两类不同极性的化合物。迄今为止，多数研究者采取这两类有机物各自独立的萃取方法和检测方式。以往报道中，由于极性差别较大，在萃取两类有机物时要采取不同的溶剂及不同的酸碱度才能达到好的萃取效果[1]；在检测方法方面，两类目标物的气相色谱质谱检测方法则以电子轰击电离源（EI）为主[2,3]，而负化学源质谱法（NCI）报道较少。对于极性较强的除草剂由于沸点很高，难以气化，还需要通过衍生手段降低沸点[3]。

1992年, Hawthorne提出在线萃取衍生的概念[4]，但直到2000年后才有少数在线衍生萃取实例[5～8]。由于在线衍生的难度较大，使得整个方法很少运用到实际样品分析中。本方法以Na4EDTA为络合剂、五氟苄基溴为衍生试剂，将络合萃取在线衍生手段融为一体，通过络合剂、衍生试剂的高选择性对氯代除草剂采用衍生反应后对衍生产物同时萃取，利用相似相容原理，采用同一溶剂对有机氯农药同时萃取，两类有机物共萃取得以实现。酸性除草剂经衍生后由于五氟官能团的引入，其电负性增强[9]，有机氯由于含有氯取代本身电负性较强，两类有机物的高电负性得到统一。本研究通过实验流程和实验条件的改进使两类不同极性有机物的同时分析得以实现。本方法速度快、灵敏度高、适用性强，适宜推广。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

ASE200型加速溶剂萃取仪（美国戴安公司）； GCMS QP2010气相色谱质谱联用仪（日本岛津公司）；MTN2800W氮吹仪、HA20固相萃取仪（恒奥公司）。

丙酮、正己烷、甲苯（农残级）；五氟苄基溴（99.5%）、乙二胺四乙酸二钠盐（Na2EDTA）、乙二胺四乙酸四钠盐（Na4EDTA）、无水硫酸钠、K2CO3（优级纯）。茅草枯、3,5二氯苯甲酸、 2（4氯苯氧基2甲基）丙酸、麦草畏、2甲4氯、2,4滴丙酸、2,4滴、2，4，5滴丙酸、五氯酚、苯达松、2,4,5涕、草灭平、2，4滴丁酸、2,4二氯苯乙酸（均购自于Dr.Ehrenstorfer公司）。αBHC、βBHC、γBHC、δBHC、p,p′DDE、 p,p′DDD、o,pDDT 、p,p′DDT、艾氏剂、七氯、环氧七氯、狄氏剂、异狄氏剂、六氯苯、α 硫丹、β硫丹、异狄氏剂醛、甲氧DDT（SUPELCO公司）。

2.2 样品预处理

将样品风干后，准确称取样品10.0 g，加入0.50 g Na4EDTA，1.5 mL蒸馏水，在干净的研钵内充分混合均匀，静置干燥过夜。然后将样品与25 g石英砂充分混合后装入33 mL萃取池中并用石英砂填满，在萃取池顶部，加入0.4 mL K2CO3（20%）、0.5 mL五氟苄基溴（30%），萃取池加盖后，装入快速溶剂萃取仪。

萃取溶剂：丙酮；萃取池压力：10.3 MPa； 萃取池温度：100 ℃；静态萃取时间（衍生时间）：10 min；循环次数2次。

将提取液在氮吹仪上用小气流吹至近干，用2～3 mL正已烷定量转移至氟罗里硅土或者硅胶柱净化柱 （预先用4 mL正己烷进行活化） 上，采用8 mL丙酮二氯甲烷（1∶9, V/V）混合液洗脱，收集洗脱液，将收集的洗脱液氮吹至1 mL，准备上机检测。

2.3 色谱与质谱条件

HP5MS色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25

SymbolmA@ m）；柱始温度90 ℃；以30 ℃/min程序升温至200 ℃; 再以10 ℃/min升至300 ℃, 保持2 min；进样口温度：230 ℃；不分流进样；进样体积： 1

SymbolmA@ L。

分 析 化 学第39卷

第12期桂建业等： 加速溶剂萃取在线衍生气相色谱质谱法同时分析土壤中有机氯农药和酸性除草剂

负化学离子源；反应气：甲烷；电离能量：70 eV； 离子源温度：200 ℃；连接杆温度：220 ℃； 选择离子扫描（Selected ion monitoring）。

3 结果与讨论

3.1 络合剂的选择及其作用原理推测

方法所涉及的酸性除草剂均含有羧基或羟基，属Lewis酸，按常规的相似相溶的原则进行萃取存在很大难度。依据King等[10]提出的可逆络合萃取原理，选择具有Lewis碱性的化合物为络合剂方能达到有效萃取。Na2EDTA 和Na4EDTA均属于Lewis碱，其CO键的氧与酸性除草剂（Lewis酸）中的氢形成氢键，构成络合物，从而顺利实现相转移。在相同条件下，以Na2EDTA为络合剂时，多数检测物的回收率在40%～50%；以Na4EDTA为络合剂时，检测物的回收率均大于65%。本方法确定Na4EDTA为络合剂。以10 g土壤样品为例，当Na4EDTA添加量为0.5 g时，络合萃取反应较理想。

3.2 在线衍生条件

在线衍生条件包含两方面内容：第一是试剂的选择和用量，五氟苄基溴在K2CO3催化作用下能够与酸性有机物反应生成酯类化合物，从而实现气相色谱质谱的检测，方法确定由萃取池顶端加入0.4 mL 20% K2CO3溶液和0.5 mL 30%五氟苄基溴丙酮的条件进行衍生； 第二是快速溶剂萃取仪的条件。实验发现，100 ℃为较为恰当的萃取温度。长时间萃取对易挥发性组分（如茅草枯等）有较大影响，同时也会造成大量基质干扰，萃取时间为10 min时，有机氯农药的回收率均大于70%；对于除草剂，通过加入Na4EDTA，在此时间内同时完成萃取和衍生，其回收率均大于68%以上。按照2.2与2.3节操作能够达到较好的效果。

3.3 辅助条件

水使络合剂Na4EDTA在土壤中均匀分布，络合反应更加充分；但微量水分的存在会对萃取效率有一定的影响。丙酮作为与水互溶的溶剂，可以渗透到土壤颗粒的内部萃取目标物，是最佳萃取溶剂；样品分散性直接影响方法的精密度，加入石英砂与样品混合，其精密度可得到有效改善。

3.4 络合剂、衍生试剂对有机氯农药的影响

对于含有羧基和羟基的酸性有机物，其络合反应是络合剂的特殊官能团CO键的氧与羧基上的H的反应，其反应具有高选择性。非极性的有机氯农药不具备与Na4EDTA反应的官能团，因此不受络合剂的影响。同样，衍生试剂五氟苄基溴与酸性有机物的反应也是特定的酯化反应，有机氯农药也不受衍生试剂的影响，在此体系中有机氯农药萃取是物理萃取，实验数据也验证了此结果。

3.5 负化学源检测定性参数

有机氯化农药本身有很强的电负性。除草剂与五氟苄基溴反应后，衍生产物中由于五氟官能团的引入也使得电负性增强，这两类有机物适合于负化学源的高灵敏度电离检测，根据衍生产物及有机氯各单标定性情况及质谱解析，确定了各组分的负化学源检测的定性离子和定量离子（见表1）。

3.6 检出限、线性范围、线性相关系数、回收率等

以石英砂为基质，将10.0～500.0

SymbolmA@ g/kg的加标样品作为标准系列，衍生并同时萃取后其相关系数基本可控制在0.990以上（表2）；以黄土为基质，同时添加9个浓度为50.0

SymbolmA@ g/kg的样品进行回收率实验，相关参数见表2；以3倍信噪比计算，检出限可达10.0

SymbolmA@ g/kg以下。

3.7 不同地区代表性土壤样品分析结果

对不同环境条件下的不同基质的3个土壤样品进行分析检测，只有α六六六、2甲4氯、五氯酚、草灭平等少数几种农药被检出，结果见表3，其它农药均未检出。

References

1 EPA METHOD3545A, Pressuried Fluid Extraction（PFE）, Revision 1, November 2000

2 Wong J W, ZHANG K, Tech K, Hayward D G, Makovi C M, Krynitsky A J, Schenck F J, Bankerjee K, Dasgupta X S, Brown X D. J. Agric. Food Chem., 2010, 58（10）: 5868～5883

3 Chan S, KONG M F, WONG Y C, Wong S K, SIN D W M. J. Agric. Food Chem., 2007, 55（9）: 3339～3345

4 Hawthorne S B, Miller D J, Nivens D E, White D C. Anal. Chem．, 1992, 64（4）: 405～412

5 Guo F M, LI Q X, AlcantaraLicudine J P. Anal. Chem., 1999, 71（7）: 1309～1315

6 Prschmann J, Plugge J. Fresenius J. Anal． Chem．, 1999, 364（7）: 643～644

7 Saim N, Mohammad M, Hamid R D, Osman R. The Malaysian Journal of Analytical Sciences, 2008, 12（2）: 500～504

8 Zhao R S, Cheng C G, Yuan J P, Jang T, Wang X, Lin J M． Anal． Bioanal. Chem., 2007, 387（2）: 687～694

9 GUI JianYe, ZHANG Li, QI JiXiang, ZHANG YongTao, ZUO HaiYing, ZHANG Lin, LI GuiXiang（桂建业, 张 莉, 齐继祥, 张永涛, 左海英, 张 琳, 李桂香）. Chinese J. Anal.Chem.（分析化学）, 2010, 38（8）: 1177～1181

10 King C J. In: Rowseau R W ed., Handbook of separation Process Technology. New York: John Wiley&Sons, 1987: 760～774

Simultaneous Determination of Organochlorine Pesticides and

Acid Herbicides in Soil by In situ Derivatization Method with

Accelerated Solvent Ectraction

GUI JianYe*1, WEI FuXiang2, QI JiXiang1, CHEN ZongYu1, ZHANG ZhaoJi1,

ZHANG Li1, ZHANG YongTao1, LI XiaoYa1, ZUO HaiYing1, WANG HaoRan2

1（Institute of Hydrogeology and Environmental Geology,

Chinese Academy of Geological Sciences, Zhengding 050803）

2 （Heibei Univercity of Science and Technology, Shijiazhuang 050018）

Abstract A simultaneous extraction and sensitive determination method of 13 polar herbicide and 20 nonpolar organochlorine pesticides was established. Reaction of esterification between herbicides and Alphabromopentafluorotoluene（PFBBr） was carried through in the cell of accelerated solvent extraction （ASE）, the esterification products of herbicide and organochlorine pesticides were extracted with the proper temperature and extraction solvent. Take the advantage of similar electronegativity of esterification products and the organochlorine pesticides, two types of organic compounds were detected simultaneously. The total extraction and esterification time was shortened through optimizing temperature and the addition of complexing agent. For the mixture of 10.0 g soil, 1.5 mL H2O, and 0.5 g Na4EDTA, under the conditions of elevated temperature of 100 ℃, pressure of 10.3 MPa, the derivatization and extraction was completed in 10 min by accelerated solvent extractor with excessive PFBBr in the extraction cell. The extract was detected by gas chromatographynegative chemical ionizationmass spectrometry after drying and cleanup. The method is very sensitive with detection limit of all compounds below 10.0

SymbolmA@ g/kg. The recovery was 68%－120% and the RSD is between 2.8% and 7.9%.

Keywords In situ derivatization; Soil; Herbicide; Organochlorine; Gas chromatography; Negative chemical ionization mass spectrometry

（Received 9 April 2011; accepted 12 May 2011）