实验 敌草快和百草枯标准品均购自 Sigma Alrich( 美国密苏里州圣路易斯 ) HFBA(HPLC 级 ) 购自 T hermo Scientific( 伊利诺伊州罗克福德 ) 使用 MilliQ 水制备校准标准品 水样则从自瓶装水和自来水收集 季铵盐类除草剂的化学结构和所用 MRM 条件分

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1 [ 应用纪要 ] Claude R Mallet 沃特世公司 ( 美国马萨诸塞州米尔福德 ) 应用优势 洁净的水样可直接进样, 无需进行样品提取或浓缩, 节省了分析人员的宝贵时间 使用 ACQUITY UPLC BEH C 18 色谱柱进行快速的 UPLC 分析, 缩短了样品运行时间, 提高了实验室效率 在 1 μl 直接进样条件下, 高灵敏度的 Xevo TQ-S 可实现出色的痕量定量, 甚至在 25 次样品进样后性能无明显衰减 简介世界各国的作物保护通常与农药 杀虫剂或除草剂的广泛使用有关 这些农用产品可能对环境有害, 并且会影响人类和动物的健康 尽管存在风险, 但它们却是全球经济的重要组成部分 1 例如, 除草剂对控制杂草的生长非常重要, 如果不抑制杂草可能会使农作物产量下降高达 8 2 在除草剂家族中, 联吡啶被广泛应用于农业以控制阔叶杂草和水生杂草的生长 最常用的联吡啶为敌草快和百草枯 它们占全球市场最大份额, 直到最近才被草甘膦超越 3 由于其用作采收前干燥剂和落叶剂的高效力, 敌草快和百草枯被列为具有较高毒性的物质 4 世界卫生组织 (WHO) 将这些化合物分类为中等毒性 5 虽然它们在水中的半衰期为 48 h, 但有意或无意的摄入可能会对健康产生严重影响 美国环境保护署 (U.S. EPA) 规定饮用水中敌草快的最大污染浓度为 2 ppb, 百草枯的目标限度为 3 ppb 6 (EPA 未作出规定 ) 欧盟 (EU) 没有明确规定饮用水中这些化合物的浓度水平, 而是继续采用.1 ppb 的限度值 7 沃特世解决方案 ACQUITY UPLC Xevo TQ-S ACQUITY UPLC BEH C 18 色谱柱 TrendPlot MS 软件 对联吡啶类除草剂的分析可能存在一定的困难, 主要是因为它们是阳离子分子 它们固有的强极性和正电荷使得需要在通过反相色谱分析季胺类物质时使用离子对添加剂 U.S. EPA 方法 利用反相色谱和离子对对敌草快和百草枯进行分离, 并使用 UV 检测器检测 8 由于离子对试剂会抑制 MS 源中的电离, 因此通常避免将离子对试剂用于 ESI-MS 应用中 对于 MS 应用,HILIC 可提供合适的色谱分析, 而无需使用离子对试剂 9 然而,MS 灵敏度的最新进展实现了水中痕量污染物的直接分析, 并且备受人们青睐 其中免除了费力费时的固相萃取和样品浓缩步骤, 这一点非常可取 含水样品的直接进样非常适合于反相色谱, 因为样品基质与初始流动相条件类似 而对于 HILIC, 首先需要使用有机溶剂对水样进行稀释 关键词 敌草快, 百草枯, 饮用水,Xevo TQ-S, 除草 剂, 联吡啶

2 实验 敌草快和百草枯标准品均购自 Sigma Alrich( 美国密苏里州圣路易斯 ) HFBA(HPLC 级 ) 购自 T hermo Scientific( 伊利诺伊州罗克福德 ) 使用 MilliQ 水制备校准标准品 水样则从自瓶装水和自来水收集 季铵盐类除草剂的化学结构和所用 MRM 条件分别见图 1 和表 1 选择 Quanpedia 数据库中存储的 MRM 跃迁数据用于分析 利用配有 ACQUITY UPLC BEH C mm 色谱柱的 Waters ACQUITY UPLC 系统进行色谱分离 运行方法使用含 1 mm HFBA 的水 / 甲醇的 1 min 线性梯度 利用 Xevo TQ-S 进行检测 UPLC 条件 UPLC 系统 : 运行时间 : ACQUITY UPLC 3. min 色谱柱 : ACQUITY UPLC BEH C mm,1.7 µm 柱温 : 25 流动相 A: 1 mm HFBA 水溶液 流动相 B: 1 mm HFBA 甲醇溶液 梯度洗脱 : 1 min 内以线性梯度 从 2B 升至 95B 流速 :.6 ml/min 进样体积 : 1 µl 图 1. 敌草快和百草枯的化学结构 MS 条件 MS 系统 : Xevo TQ-S 电离模式 : ESI+ 毛细管电压 : 3. kv 锥孔电压 : 5. V 源温度 : 14 脱溶剂气温度 : 55 脱溶剂气 : 11 L/hr 锥孔气 : 5 L/hr 除草剂母离子产物离子锥孔电压碰撞能 敌草快 百草枯 表 1. 敌草快和百草枯的 MRM 条件 2

3 本应用纪要介绍了使用挥发性离子对试剂 ( 七氟丁酸 HFBA) RP-UPLC 和高灵敏度的 Xevo TQ-S, 通 过直接进样对饮用水中敌草快和百草枯的分析 结果与讨论结合 StepWave TM 离子光学元件, 沃特世 Xevo TQ-S 在痕量分析中展现出无可比拟的性能 超高的灵敏度可轻松满足相关饮用水中痕量污染物检测的苛刻的样品浓度要求 凭借高水平的灵敏度, 通过使用 ACQUITY UPLC 系统的直接进样技术, 洁净水样可在色谱柱上直接预浓缩 如图 2 所示, 敌草快和百草枯在反相柱上获得非常明确的高斯峰形 将图 2 中的两组纵轴值作比较, 显示两种分析物的响应差异 可以发现, 尽管百草枯的响应比敌草快低, 但两种化合物均达到了所需的定量浓度水平 > 17( 百草枯 ) 图 2. 敌草快和百草枯的反相色谱图 (1 ppb 加标 ) 3

4 定量采用直接进样方案, 根据 MilliQ 水制备的标准品生成的校准曲线进行瓶装水和自来水的定量分析 在本例中, 外标校准显示结果良好, 并认为没有必要使用内标 如图 3 所示, 用于自来水中敌草快和百草枯分析的校准曲线在 5 ppt-1 ppb 浓度范围内显示出良好线性, 并且敌草快和百草枯的 r 2 值分别为.997 和.995 加标浓度为 1 ppb 的回收率见表 2, 回收率在 范围内 两种水样中敌草快和百草枯的相对标准偏差 (RSD) 均低于 8 除草剂 瓶装水 自来水 敌草快 17.(2.6) 75.1(4.4) 百草枯 99.(3.9) 76.5(6.1) 表 2. 瓶装水和自来水在加标浓度为 1 ppb 时的回收率和变异系数 (n=3) 化合物名称 : 敌草快相关系数 :r = ,r 2 = 校准曲线 : * x 响应类型 : 峰面积曲线类型 : 线性, 原点 : 排除, 加权 :1/x, 轴转 : 无 化合物名称 : 百草枯相关系数 :r =.99682,r 2 = 校准曲线 : * x 响应类型 : 峰面积曲线类型 : 线性, 原点 : 排除, 加权 :1/x, 轴转 : 无 图 3A. 敌草快在 5 ppt-1 ppb 范围内的校准曲线 图 3B. 百草枯在 5 ppt-1 ppb 范围内的校准曲线 4

5 在本应用中, 在流动相 ( 水相和有机相 ) 和样品中均添加了离子对试剂, 因此 HFBA 的纯度非常关键 在方法开发阶段, 百草枯的 m/zmrm 跃迁显示出, 在百草枯的预期保留时间附近出现干扰 此外, 还显示出高背景噪音, 使得难以对低于 5 ppt 的百草枯进行定量 这一问题归因于离子对添加剂, 极可能是由于所用的离子对添加剂纯度级别较低 使用较高纯度级的离子对添加剂时, 干扰消失, 背景噪音降低至满意水平 最终, 瓶装水分析的检测限 (LOD) 达到 5 ppt,mrm 色谱图见图 4 根据定量和确证后的 MRM 跃迁 ( 图 5) 计算得出的敌草快和百草枯的离子比率显示标准品和加标样品之间具有良好的相关性, 进一步佐证了直接进样方法的适用性 1 1 加标水样 185 > 17( 百草枯 ) 空白水样 185 > 17( 百草枯 ) 图 4. 百草枯和敌草快在 5 ppt 加标浓度和空白情况下的色谱图 ( 瓶装水 ) 1 瓶装水加标样 1. ppb 185 > 17( 百草枯 ) 1 MilliQ 标准品 1. ppb 185 > 17( 百草枯 ) 确证 / 定量的离子比率为.39 确证 / 定量的离子比率为.41 确证 / 定量的离子比率为.2 确证 / 定量的离子比率为 图 5. 根据定量和确证 MRM 跃迁所得的敌草快和百草枯的离子比率 5

6 柱使用寿命和耐用性直接进样方法就速度和易用性而言非常有效 但是该技术在某些情况下具有缺陷, 较长时间后这种缺陷可能会影响分析性能 对于未过滤和未经提取样品的重复进样和较大体积进样可能会导致峰变形 在柱使用寿命和耐用性研究中, 峰形和柱反压是色谱柱整体性能的理想指示器 在本应用中, 如图 6 所示, 敌草快和百草枯在初次进样和第 25 次进样之间的峰形未显示出明显变形 在第一个样品进样之前, 记录的初始色谱柱反压读数为 35 psi 25 次自来水样品进样之后, 初始色谱柱反压显示读数为 39 psi, 增加了 4 psi 整个分析过程中主要定量特征仍为目标分析物具有高斯峰形 > 17( 百草枯 ) 5.1e5 185 > 17( 百草枯 ) 5.1e5 第 1 次进样 第 25 次进样 e e 图 6. 色谱柱使用寿命研究的 MRM 色谱图示例 显示了自来水中敌草快和百草枯分析的第 1 次和第 25 次进样 6

7 在本应用中, 敌草快和百草枯的柱使用寿命色谱图未显示峰变形特征, 定量结果的 RSD 低于 5 因此, 自来水样品检测记录中的少量增长的反压对本研究过程中的整体分析性能无影响 敌草快和百草枯的 TrendPlot TM 分析报告如图 7 所示 由图 7 可知,TrendPlot 显示两种化合物的线性良好, 在第 1 次进样的 RSD 分别为 4.7 和 7.5 图 7. 自来水中敌草快和百草枯的 TrendPlot 分析 7

8 结论本应用纪要中, 利用 ACQUITY I-Class UPLC 系统和 Xevo TQ-S 质谱仪分析自来水和瓶装水中的敌草快和百草枯, 证实了直接进样技术的通用性 本研究中的检测限为 5 ppt, 低于欧盟指令中规定的 1 ppt 高灵敏度的 Xevo TQ-S 可在 1 µl 的进样量下实现精确定量, 且无需在进样前进行样品提取或浓缩 回收率数据显示两种水样的测定结果良好,RSD 均低于 8 参考文献 1. J Sherma. J Assoc Off Anal Chem. 8 (1997), p RL Kellogg, R Nehring, A Grube, DW Goss, S Plotkin. Environmental indicators of pesticide leaching and runoff from farm fields. United States Department of Agriculture Natural Resources Conservation Service. Retrieved on , February, Website: market_ estimates27.pdf, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC 246, Pesticides Industry Sales and Usage, February Website: Centers for Disease Control, Facts about Paraquat. October 13, WHO World Health Organization, The WHO Recommended Classification of Pesticides by Hazard and Guidelines to Classification WHO, Geneva (1996). 5. Lewis. Drinking Water Health Advisory: Pesticides, US Environmental Protection Agency. Chelsea, MI (1989). 6. EEC, Drinking Water Guidelines 8/779/ECC, ECC no L229/11-29, Brussels, J W Munch, WJ Bashe. US EPA U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH, K Van Tran, JC Shia, MS Young. Fast and Sensitive UPLC/MS(MS) Determination of Diquat and Paraquat in Drinking Water. Waters Application Note No en, May 212. Waters UPLC ACQUIT Y UPLC Xevo 和 T he Science of W hat s Possible 是沃特世公司的注册商标 Quanpedia StepWave 和 TrendPlot 是沃特世公司的商标 其他所有商标均归各自的拥有者所有 213 年沃特世公司 印制于中国 213 年 8 月 72477ZH AG-PDF 沃特斯中国有限公司沃特世科技 ( 上海 ) 有限公司 北京 : 上海 : 广州 : 成都 : 香港 : 免费售后服务热线 :8 (4)

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