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延庞
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1 使用安捷伦 J&W DB-35ms 超高惰性色谱柱和 DB-XLB 色谱柱对水中低于 µg/l 级的有机氯农药和除草剂进行 GC/µECD 法分析应用报告环境保护作者摘要 Doris Smith and Ken Lynam Agilent Technologies, Inc Centerville Rd Wilmington, DE 本文中使用安捷伦 SPEC C18AR 液固萃取 (LSE) 膜盘成功提取了水中的有机氯农药残留和除草剂使用双柱配置的 GC/µECD 系统进行检测, 安捷伦 J&W DB-35ms UI 超高惰性色谱柱用于初步分析,DB-XLB 色谱柱用于进一步确认该方法为浓度接近或低于最大污染限值的含氯有机物提供了高度灵敏和高度一致的分析方案根据预估的分析物萃取浓度, 方法使用的校准范围为 1 到 100 ng/ml 研究分别对一个 0.01 µg/l 的加标水样和一个自来水样进行了提取和分析, 以测试该分析方案的有效性前言农药和除草剂在农业生产和日常生活中普遍使用在很多环境的地下水和地表水中都检出有农药残留喷洒农药过后的残留物经地表径流渗透过土壤进入到地下水, 进而进入到供水系统由于农药对健康和环境会造成严重的影响, 因而人类饮用水污染问题受到越来越多的关注长期使用污染水所导致的潜在健康问题包括肝脏损伤和致癌几率加大, 最近的研究表明饮用污染水还可能导致内分泌紊乱 [1,2] 欧盟(EU) 和美国环保局 (EPA) 已经立法规定了饮水中农残的最大允许浓度值 [2,3,4]

2 色谱柱和衬管的惰性对获得高度一致和可靠的分析结果有非常关键的影响, 尤其是在分析具有挑战性的农残如异狄氏剂和 DDT 时, 因为这些化合物非常容易和衬管或色谱柱上的活性点发生反应 [5,6] 最大限度地降低分析路径的活性是法规要求的痕量分析获得准确结果的关键该研究采用了安捷伦超高惰性的色谱柱和衬管, 以确保分析路径的全程惰性使用 GC/µECD 双色谱柱配置对有机氯农残进行了定量安捷伦 J&W DB-35ms 超高惰性色谱柱用来进行初步分析, 而 J&W DB- XLB 色谱柱用于进一步确认, 与初步分析用的色谱柱相比, 其极性较弱的固定相有助于分析物的识别 DB-35ms 超高惰性色谱柱对有机氯农药具有良好的选择性, 可实现 EPA508.1 方法中 37 种农药和除草剂的高效分离 EPA508.1 方法推荐使用五氯硝基苯和 4,4'- 二溴联苯分别作为内标物和替代标准物但因为这两种化合物和我们的目标物在色谱柱上共流出, 本研究改用 CLP 农残分析中常用的替代标准物四氯间二甲苯 (TCMX) 和十氯联苯, 从而很好地解决了共流出的问题校准曲线的制备需要大量的时间并消耗大量的试剂人工的样品制备过程更是容易产生误差, 使结果的重复性和精密度变差安捷伦 7696A 样品制备工作台可以自动化完成多种样品制备操作, 同时显著降低溶剂消耗和样品制备的时间安捷伦 7696A 样品制备工作台在多个样品制备应用中表现出了极高的精密度和重复性, 有效降低了随机误差的产生 [8,9,10] 有机氯农药和除草剂通过液 - 固萃取的方式从水中萃取出来由于目标分析物的浓度可能为痕量水平, 因而需要大量的水样以萃取出足够检出量的农药现行方法的样品体积为 1L, 使用传统的萃取方法萃取时会耗费大量的时间, 而安捷伦 SPEC C18AR 47 mm LSE 萃取盘可以在加速萃取的同时有效地保留目标化合物实验部分本研究使用配置了双 µecd 检测器和 7683B 自动进样器的安捷伦 7890A GC 进行样品分析使用惰性三通装置按照 1:1 的比例将流出物分流到初级色谱柱和确认色谱柱表 1 为该研究所采用的气相色谱条件, 表 2 为研究所需的流路耗材, 表 3 为样品制备所需耗材表 1. 色谱条件色谱柱 1 安捷伦 DB-35ms UI 30 m 0.32 mm,0.25 µm ( 部件号 UI) 色谱柱 2 安捷伦 DB-XLB 30 m 0.32 mm,0.5 µm ( 部件号 ) GC/µECD 进样器安捷伦 7890 系列 GC 安捷伦 7683 自动液体进样器,5.0 µl 锥形进样针 ( 部件号 ) CFT 装置惰性三通 ( 部件号 G ) 分流比 1:1 保留间隙柱 5 m 0.32 mm 内径的去活熔融石英管进样口 2 µl 不分流 ;250 C; 吹扫气流速 60 ml/min, 0.5 min 载气柱温箱 µecd 表 2. 流路耗材氦气, 平均流速 :35 cm/s(80 C) 80 C(0.5 min), 26 C/min 到 175 C, 6.5 C/min 到 235 C,15 C/min 到 300 C(6 min) 340 C, 恒定柱流 + 尾吹 (N 2 )= 30 ml/min 样品瓶和瓶盖 MS- 认证的棕色钳口玻璃样品瓶和瓶盖套装 ( 部件号 ) 样品瓶内插管 250 µl, 玻璃 / 聚合物支脚 ( 部件号 ) 进样针 5 µl, 锥形 ( 部件号 ) 隔垫高级绿色隔垫 ( 部件号 ) 进样口衬管超高惰性单锥衬管 ( 部件号 ) 垫圈 0.5 mm 内径短圈 ;85% Vespel/15% 石墨垫圈 ( 部件号 ) CFT 接头内螺帽 ( 部件号 G ) CFT 垫圈 SilTite 垫圈,0.32 mm 内径 ( 部件号 ) 20 倍放大器 20 倍放大环 ( 部件号 ) 2

3 表 3. 样品制备耗材 SPEC 膜盘安捷伦 SPEC C18AR 47 mm( 部件号 A74819) SPEC 膜盘多管系统 SPEC 6 位装置 ( 部件号 A712) SPEC 支架 ( 部件号 A713) SPEC 1 L 溶剂瓶 ( 部件号 A714) 试剂和化学品所有试剂均为 ACS 级或者 Ultra Resi 级乙酸乙酯 (EtOAc) 甲醇 (MeOH) 和二氯甲烷 (MeCl 2 ) 来自于 JT Baker, 通过 VWR International(West Chester, PA) 购得盐酸 (HCl) 和亚硫酸钠 (Na 2 SO 3 ) 购于 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO) EPA508.1 标准品和替代标准品购于 Ultra Scientific(North Kingstown, RI, USA) 溶液和标准品配制 50 mg/ml 的亚硫酸钠水溶液该溶液在采样过程中加入到水样中以消除残余氯按照 1:1 的比例配制乙酸乙酯和二氯甲烷的混合溶液, 只需等量混合两种溶剂将 25 ml HCl 滴加到装有约 22 ml 水的 50 ml 容量瓶中, 容量瓶置于冷水浴中, 边滴边冷却, 滴加完成待溶液冷却至室温后, 加水定容至刻度, 充分混匀, 配制成 6 N 的 HCl 溶液将市售的农药原液用乙酸乙酯稀释成浓度为 1 µg/ml 的初级标准溶液, 该溶液用于添加到水样中, 用于方法分析用乙酸乙酯配制 1 µg/ml 的替代标准溶液, 并在萃取前加入到水样中使用安捷伦 7696A 样品制备工作台, 以乙酸乙酯为溶剂, 通过标准和替代标准的初级溶液制备浓度从 1 到 100 ng/ml 的校准系列溶液向 1 L 水样中加入 1 ml 50 mg/ml 的亚硫酸钠溶液, 以消除残留的氯用 6 N HCl 溶液调节水样的 ph 至 2 以下向溶液中加入适量的农药标准溶液, 配成含分析物浓度 0.01 µg/l 的质控样品 (QC) 安装好真空多管抽滤装置, 将 SPEC 膜盘皱面向上放置在过滤头上, 用 5 ml 1:1 的乙酸乙酯和二氯甲烷混合溶液浸润活化 1min, 然后在真空下缓慢抽滤再加入 5 ml 甲醇, 继续缓慢抽滤注意抽滤结束后在膜盘上保留一浅层甲醇防止膜盘变干最后, 用 5 ml 水冲洗膜盘, 缓慢真空抽虑后, 在膜盘上保留一浅层溶液防止膜盘变干将 5 ml 甲醇加入到 1 L 水样中充分混匀加入适量的替代标准溶液, 振荡将水样以 ml/min 的速度抽滤通过萃取膜盘, 水样抽滤结束后, 继续抽滤 10min 以干燥膜盘将滤液瓶取出, 换上装有收集管的烧瓶, 将收集管与膜盘基座的流出端相连, 将过滤装置重新安装好用 5 ml 乙酸乙酯冲洗样品收集瓶, 并用一次性移液管转移到膜盘上真空缓慢抽滤洗脱溶剂然后换用 5 ml 二氯甲烷重复洗脱步骤使用一次性玻璃移液管移取 3 ml 乙酸乙酯 : 二氯甲烷为 1:1 的溶液淋洗滤层, 重复此操作两次使洗脱液流经装有 5 到 7g 无水硫酸钠的玻璃干燥管进行干燥用 3 ml 乙酸乙酯 : 二氯甲烷为 1:1 的溶液冲洗干燥管两次将萃取液和淋洗液收集到一个浓缩管中, 用 Labconco CentriVap 离心浓缩仪 (78100 系列 ) 浓缩至约 0.8 ml, 浓缩过程中, 用乙酸乙酯冲洗浓缩管内壁 2-3 次最后用乙酸乙酯将萃取液体积定容至 1.0 ml, 并转移至自动进样器的样品瓶中, 利用 GC 进样分析样品制备使用安捷伦 SPEC C18AR 47 mm 固 - 液萃取膜盘对 1L 水样进行萃取, 将萃取液吹干浓缩后利用 GC 进样分析图 1 为液固萃取 (LSE) 样品制备的流程图 3

4 样品萃取步骤向 1 L 水样中加入 1 ml 50 mg/ml 的 Na 2 SO 3 溶液用 6N 的 HCl 溶液调节样品溶液 ph ~ 2 用 5 ml 乙酸乙酯冲洗样品收集瓶, 并用一次性移液管转移到膜盘上安装过滤装置, 将 SPEC C18 膜盘皱面向上装在过滤基座上真空过滤, 使洗脱液缓慢流过膜盘用 5 ml 1:1 的乙酸乙酯和二氯甲烷混合溶液润洗膜盘浸润 1min, 然后真空缓慢抽滤改用 5 ml 二氯甲烷重复此操作使用一次性移液管移取 3 ml 1:1 的乙酸乙酯和二氯甲烷混合液淋洗滤层, 重复操作两次加入 5 ml 甲醇溶液浸润膜盘缓慢抽滤, 并保留一薄层甲醇在膜盘上, 注意勿使膜盘变干将所有滤液合并, 使其流经装有 5-7 g 无水硫酸钠的玻璃管干燥用 5 ml 水润洗膜盘, 同样保留一薄层水样在膜盘上用 3 ml1:1 的乙酸乙酯和二氯甲烷混合液淋洗干燥管, 重复操作两次将萃取液和淋洗液合并在浓缩管中向水样中加入 5 ml 甲醇, 充分混匀向样品中加入替代标准溶液, 充分振摇使用离心浓缩装置将萃取液浓缩至 0.8 ml 将样品抽滤通过膜盘浓缩过程中用乙酸乙酯冲洗浓缩管内壁 2-3 次继续抽滤 10min, 使气体通过以干燥膜盘用乙酸乙酯将萃取液定容至 1.0 ml 倒掉过滤到瓶中的滤液, 在过滤基座上装上收集管准备收集萃取液将萃取液转移到 GC 样品瓶中进行分析图 1. 水中有机氯农药的萃取流程图 4

5 结果和讨论 37 种目标有机氯农残和除草剂在安捷伦 DB-35ms UI 初级色谱柱和 DB-XLB 确认色谱柱上实现分离, 并且仅需不到 23 min 时间图 2 为 50 ng/ml 的农残标准品乙酸乙酯溶液在双柱系统的 GC/µECD 上获得的色谱图图 3 中部分色谱图的放大视图显示的是 10 ng/ml 的 EPA 农残标准品在 DB-35ms UI 色谱柱上表现出良好的响应和分离效果图 4 展示了 DB-XLB 色谱柱的分离性能和选择性的不同, 充分显示了其作为确认色谱柱的优势所在 EPA 有机氯农残和除草剂的分离 , DB-35ms UI 39 DB-XLB * a g- 12. b d g- 25. a ,4 -DDE ,4 -DDD ,4 -DDT * * 图 2. GC/µECD 分析 50 ng/ml 农残标准品在双柱 J&W DB-35ms UI 30 m 0.32 mm,0.25 µm 色谱柱 ( 部件号 UI) 和 DB-XLB 30 m 0.32 mm, 0.5 µm 色谱柱 ( 部件号 ) 上的色谱图该标液为农残标准物质的乙酸乙酯溶液, 使用安捷伦 7696A 样品制备工作台制备, 色谱分析条件参考表 1 5

6 EPA 低浓度农残在安捷伦 DB-35ms UI 色谱柱上的峰形和分离效果 a- g- b- d- g- a- I 4,4 -DDE 4,4 -DDD II 4,4 -DDT 图 3 GC/µECD 分析 10 ng/ml 有机氯农残标准品在 DB-35ms UI 30 m 0.32 mm,0.25 µm 色谱柱上谱图的部分放大视图色谱分析条件参考表 1 6

7 EPA 低浓度农残标准品在 DB-XLB 色谱柱上的峰形和分离效果 a- g- b- d- g- a- I 4,4 -DDE II 4,4 -DDT 4,4 -DDD 图 4 GC/µECD 分析 10 ng/ml 有机氯农残标准品在 DB-XLB 30 m 0.32 mm,0.5 µm 色谱柱上谱图的部分放大视图色谱分析条件参考表 1 为测试方法的线性, 制备了 7 个浓度水平的校准曲线校准曲线的线性用相关系数 (R 2 ) 来表示, 可用其来评估气相色谱色谱柱性能的好坏将市售原液配制的初级标准溶液乙酸乙酯逐级稀释, 配制成 1, 2.5, 5, 10, 25, 50 和 100 ng/ml 共 7 个浓度的标准样品溶液, 使用安捷伦 7696A 样品制备工作台进行此标准样品制备操作如果得到非线性的响应则意味着目标物发生分解或者在进样口或色谱柱上产生了吸附作用该研究中, 使用 DB-35ms UI 和 DB- XLB 色谱柱, 在整个线性范围内获得的相关系数 R , 农残各组分的相关系数值参见表 4. 7

8 表 4. GC/µECD 分析 EPA 有机氯农残各组分校准曲线的相关系数 (R 2 ) 线性结果分析物 R 2 Agilent DB-35ms UI DB-XLB 分析物 R 2 Agilent DB-35ms UI DB-XLB 六氯环戊二烯敌草索环氧七氯二甲基苯基丙烯酯氰草津氯甲氧苯丁草胺氟乐灵 g- 氯丹四氯间二甲苯 (ss) a- 氯丹毒草胺硫丹 I 六氯苯 * 4,4 -DDE a- 六六六狄氏剂莠去津 * 杀螨酯西玛津 * 异狄氏剂 g- 六六六 ,4 -DDD b- 六六六硫丹 II 七氯 ,4 -DDT 甲草胺异狄氏剂醛 d- 六六六硫丹硫酸酯百菌清甲氧滴滴涕艾氏剂顺 - 氯菊酯草克净反 - 氯菊酯丙草胺十氯代联苯 (ss) DCPA (ss)- 替代标准品 * 共流出该方法对痕量水平的有机氯农残检测具有很高的灵敏度欧盟规定水中单个组分的农药残留限值为 0.1 µg/l [3] 为确保达到该检测水平, 要求检测方法的检出限 (LOD) 必须低于此限值图 5 为 0.01 µg/l 加标水样的萃取液在 DB-35ms UI 色谱柱和 DB-XLB 色谱柱上的谱图结果该加标水样农残浓度比上述限值低 10 倍, 同时也接近并低于 EPA 建立的饮水最高污染浓度 (MCLs) 限值 [1] 使用安捷伦 SPEC C18AR 液 - 固萃取膜盘进行样品萃取可有效保留和富集加标水样中的有机氯农残为测定水中规定的 MCLs 水平的痕量农残组分, 需要将大量水样浓缩至农残可检测水平使用 47 mm 超大 C18 膜盘可以对 1L 水样以 ml/min 的速度进行萃取, 这样可以在 10min 内完成水样处理, 节约了样品制备时间, 提高了样品分析通量 8

9 GC/µECD 分析空白水样和加标水样萃取液的色谱图对比 * a g- 12. b d g- 25. a- 26. l 27. 4,4 -DDE ,4 -DDD 32. ll 33. 4,4 -DDT sulfate * * , , , , , , ,38 37, DB-35ms UI 0.01 µg/l DB-XLB 0.01 µg/l 图 5. GC/µECD 分析 0.01 µg/l 加标水样和空白水样萃取液在 DB-35ms UI 30 m 0.32 mm,0.25 µm 色谱柱 ( 部件号 UI) 和 DB-XLB 30 m 0.32 mm, 0.5 µm 色谱柱 ( 部件号 ) 上的色谱图对比样品制备流程参考图 1, 色谱条件参考表 1 使用该方法还对某饮水水样中的有机氯农残进行了分析自来水样品采集和制备流程参照图 1, 色谱分析条件参照表 1 在本研究的标定范围内未检出自来水中存在目标有机氯农残样品的 GC/µECD 色谱图如图 6 所示 9

10 GC/µECD 分析空白水样和饮用水水样萃取液的色谱图对比 * a g- 12. b d g- 25. a- 26. I 27. 4,4 -DDE ,4 -DDD 32. II 33. 4,4 -DDT sulfate * * DB-35ms UI DB-XLB 图 6. GC/µECD 分析自来水水样和空白水样萃取液在 DB-35ms UI 30 m 0.32 mm,0.25 µm 色谱柱 ( 部件号 UI) 和 DB-XLB 30 m 0.32 mm, 0.5 µm 色谱柱 ( 部件号 ) 上的色谱图对比样品制备流程参考图 1, 色谱条件参考表 1 10

11 结论该应用报告开发了一种有效的分析方法用于萃取并检测水中低于 µg/l 级的有机氯农残和除草剂安捷伦 J&W DB-35ms UI 毛细管色谱柱可高效实现 37 种目标物的分析, 并在低浓度下提供卓越的灵敏度和可靠的定量水平目标物在安捷伦 DB-XLB 色谱柱上的分离提供了高度一致的分析结果使用安捷伦 SPEC C18AR 47 mm 液 - 固萃取膜盘可从水中成功萃取和富集农残组分, 在提高痕量组分检测性能的同时, 有效地降低了样品制备时间使用安捷伦 7696A 样品制备工作台制备的标准样品的校正曲线在双柱分析系统的整个线性范围内相关系数 R 使用该方法可检测水中低于 EU 和 EPA 最大允许限值 10 倍浓度的农残使用该方法成功制备并分析了 0.01 µg/l 的加标水样, 充分说明了使用安捷伦 J&W DB-35ms UI 色谱柱和安捷伦 DB-XLB 色谱柱的双柱设计进行低浓度有机氯农残分析的高效性对某自来水样品的检测, 在本方法的线性范围内, 未检出有任何有机氯农残致谢作者衷心感谢 Dr. Joan Stevens 对安捷伦 LSE 萃取处理的帮助和建议参考文献 1. Vos JG, Dybing E, Greim HA, Ladefoged O, Lambré C, Tarazona JV, Brandt I, Vethaak AD.()Health effects of endocrine-disrupting chemicals on wildlife, with special reference to the European situation. Crit. Rev. Toxicol. 30(1): ECC Council Directive 80/778/ECC. Official Journal of the European Communities, No. L 229, August 30, 1980, p EEC. Drinking Waters Directive, Official Journal N229/11, Directive 80/778/EEC, Ken Lynam,Doris Smith. 使用安捷伦 J&W DB-35ms 超高惰性气相色谱柱进行具有挑战性的农药分析 (2010). 安捷伦科技, 出版号 : CHCN. 6. Limian Zhao, Allan D. Broske(2010). 采用气相色谱和活性化合物评估超高惰性衬管去活技术. 安捷伦科技, 出版号 : CHCN. 7. US EPA Method Determination Chlorinated Pesticides, Herbicides, and Organohalides by Liquid-Solid Extraction and Electron Capture Gas Chromatography. Revision 安捷伦 7696A 样品制备工作台产品简介 (2011). 安捷伦科技, 出版号 : CHCN. 9. Rebecca Veeneman, Dale Snyder(2010) 自动化样品制备提高数据质量. 安捷伦科技, 出版号 : CHCN. 10. James D. McCurry(2011), 安捷伦 7696A 工作台在复杂样品自动化制备中的应用. 安捷伦科技, 出版号 : CHCN. 更多详细信息有关我们产品和服务的更多信息, 请访问 2. EPA. List of Drinking Water Contaminants & MCLs, US Environmental Protection Agency, Washington, DC, Retrieved October 14, 2003 from 11

12 安捷伦科技公司对本资料中所包含的错误, 以及由于使用本资料所引起的相关损失不承担责任本书中的信息说明和性能指标如有变更, 恕不另行通知安捷伦科技 ( 中国 ) 有限公司, 年 1 月 24 日, 中国印刷 CHCN

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