地表水和沉积物中拟除虫菊酯类化合物的高灵敏度检测 应用报告 作者 摘要 Stephan Baumann 安捷伦科技有限公司 Santa Clara, Santa Clara CA 91 USA 在 Agilent 7 系列三重四极杆气质联用系统上, 使用 NCI GC/MS/MS 模式和反吹功能开发了一种地表水和沉积物中拟除虫菊酯类化合物的检测方法 水样中拟除虫菊酯类化合物评估的方法检测限 (EMDL) 为. ppt, 沉积物中为.2 ppb, 从而可以高效监测水源中毒性拟除虫菊酯类化合物的浓度 前言 拟除虫菊酯类化合物是人工合成的除虫菊酯衍生物 除虫菊酯是从植物除虫菊的花中分泌的天然杀虫剂 (Chrysanthemum cinerariiaefolium 和 C. coccineum) 拟除虫菊酯类化合物合成于 3 年前, 用于取代剧毒有机磷农药和 DDT 天然除虫菊酯可以迅速杀灭飞虫, 对哺乳动物毒性小, 在环境中存留时间短 然而由于它们暴露于阳光和空气中时会迅速发生降解, 从而导致户外杀虫效率低 合成的拟除虫菊酯类化合物比除虫菊酯更耐降解, 现在已被广泛应用于商品农药中, 包括 3 多种 EPA 注册的产品 但是, 它们对哺乳动物的毒性较大, 极低的浓度 (ppb) 就会对鱼类和其它水生生物产生剧毒 加利福尼亚的某些沉积物和水流中发现拟除虫菊酯类化合物的浓度已达到了急性毒性水平, 由于建筑和园林病虫害防治, 居民用水径流已成为主要的污染源 [1] 因此, 优先监测城市和郊区水源和沉积物中的拟除虫菊酯类化合物备受重视, 并急需一种灵敏的检测方法
最初, 使用气相色谱和电子捕获检测器 (GC/ECD) 分析拟除虫菊酯类化合物 后来采用电子轰击电离(EI) 模式下的气相色谱 / 质谱 (GC/MS) 法, 但它没有足够的灵敏度满足所有拟除虫菊酯类化合物的监测要求 而负化学电离(NCI) 与电子捕获检测器方式相同, 利用卤代化合物自身的电负性, 为拟除虫菊酯类化合物的检测提供了更灵敏和高选择性的方法 本文描述了一种采用高效萃取步骤以及使用安捷伦微板流路控制技术的气相色谱反吹功能, 在 Agilent 7 系列三重四极杆气质联用系统的 NCI 模式下对水中和沉积物中拟除虫菊酯类化合物进行高灵敏度检测的方法 [2] 多反应监测(MRM)MS/MS 分析实现了浓度低至.1 ppb 拟除虫菊酯类化合物的检测限, 动态线性范围.1~1 ppb 实验部分 水样使用的替代物 ( 用于监控萃取和样品制备过程 ) 是二溴八氟联苯 (DBOB), 购自 Restek 公司 (Bellefonte,PA); 沉积物样品使用的替代物是氯菌酸二丁酯 (DBCE), 购自 AccuStandard 公司 GPC 校准标准溶液购自 Ultra Scientific 公司,6/ 目, PR 级的弗罗里硅土购自 Floridin 公司 (Berkeley Spring,WV) OI 分析用凝胶渗透色谱 (GPC) 柱 (J2 Scientific,Columbia,MO) 用于净化萃取物 PFE 纤维素过滤器购自 Dionex 公司 (Salt Lake City,UT) 仪器 本实验在带有多模式进样口 (MMI) 的 Agilent 789A 气相色谱仪, 及与其联用的 Agilent 7B 三重四极杆气质联用系统上进行, 负化学电离 (NCI) 模式下采集数据 气相色谱使用 Ultimate Union 吹扫的反吹技术 ( 图 1) 进行反吹操作, 仪器条件列于表 1 标准品与试剂 所有经认证的拟除虫菊酯标准品均购自 Chem Service 公司 (West Chester,PA) 每种分析物用于校准的标准品购自 AccuStandard 公司 (New Haven,CT) 和 Ultra Scientific 公司 (North Kingstown,RI) 每种拟除虫菊酯分析物的储备溶液均由丙酮配制, 并合并成包含 6 种化合物的混合储备液 : 联苯菊酯 顺式氰戊菊酯 λ- 氯氟氰菊酯 氟氯氰菊酯 氯氰菊酯和氯菊酯 从该混标中用丙酮制备用于强化样品的基体加标溶液 拟除虫菊酯混合储备液还可以用异辛烷配制成仪器校准混合液, 浓度范围.1 1 ppb 分析结果以每种分析物的总浓度而不是单个立体异构体的浓度表示 使用外标法对拟除虫菊酯类化合物进行定量分析 图 1. 配备柱中反吹功能的串联 GC/MS 系统 反吹是指在色谱柱运行之前除去高沸点物质, 通过将后流出组分从进样口分流口反吹出, 从而避免高沸点组分经过整个色谱柱进入安捷伦三重四极杆质谱系统中 安捷伦采用独特的微板流路控制技术实现了反吹, 将增加的气流降到最低, 从而避免了劣质载气进入质谱检测器造成的灵敏度降低 有关柱中反吹技术的详情请参考技术概述 99-8CHCN 2
表 1. 安捷伦 789A/7B 气相色谱和三重四极杆质谱仪的实验条件 气相色谱运行条件 预柱 DB-XLB 1 m.2 mm,.2 µm J&W 122-1212 分析柱 DB-XLB 1 m.2 mm,.2 µm J&W 122-1212 进样体积 2 µl 进样口温度 2 ºC 进样模式 柱箱程序 后运行柱箱程序 载气 脉冲不分流 1 ºC 保持 min; 以 3 ºC/min 升至 22 ºC, 保持 1 min; 再以 ºC/min 升至 3 ºC, 保持 2 min 时间 :. min 预柱流速 :-19.7 ml/min 分析柱流速 :2 ml/min 氦气 传输线温度 3 ºC 质谱条件 调谐 EMV 增益 2 采集模式 化学反应气体氨 3% 碰撞气体 淬灭气体 溶剂延迟 NCI 氨气自动调谐 NCI 多反应监测模式 (MRM) 氮气, 恒流.7 ml/min 氦气, 恒流 2.2 ml/min 1 min 质谱温度离子源 1 ºC; 四极杆 1 ºC 沉积物样品首先被匀浆, 然后进行自动加压流体萃取 (PFE), 使用的 ASE 2 快速溶剂萃取仪购自 Dionex 公司 (Salt Lake City,UT), 配有 33 ml 的萃取池和纤维素过滤器 使用自动凝胶渗透色谱 GPC 净化萃取液 流动相为二氯甲烷(DCM), 流速为 ml/min GPC 的操作程序如下 : 弃去前 19 min 流出液, 收集后 2 min 流出液, 再冲洗 1 min 经净化的萃取液用石油醚进行溶剂 DCM 置换, 然后在含 2 g 弗罗里硅土 (6/ 目 ) 的 11 mm 3 mm 色谱柱中进行分离 相应的流出物被浓缩后, 用异辛烷定容至 2 ml / -SPE ( ) 样品制备 水样和沉积物样品制备方法参照先前的描述 [3], 制备步骤汇总见图 2 将 1 升水样装入棕色玻璃瓶中, 在 ºC 下冷藏, 并尽快萃取 所有水样均将拟除虫菊酯类化合物加标溶液和 DBOB 替代溶液直接放入样品瓶中 将加标后的水样手动振摇后, 用 12 ml 二氯甲烷 (DCM) 萃取 2 次 萃取液用无水硫酸钠干燥后, 在 K-D 浓缩器上浓缩到大约 2 ml 向浓缩液中加入石油醚 (PE) ( 约 ml, 分 3 次加入 ) 进行溶剂置换 再将萃取液浓缩至 ml, 并进一步浓缩到少于 1 ml, 最终用异辛烷定容至 2 ml 图 2. 样品制备过程的流程图显示出水样和沉积物在样品制备过程上的差异 PFE 为加压流体萃取的缩写,GPC 为凝胶渗透色谱的缩写 分析参数三重四极杆 GC/MS 参数见表 2 3
表 2. Agilent 7B 三重四极杆 GC/MS 分析参数 拟除虫菊酯类化合物 RT (min) MRM 联苯菊酯 11.3 386&2 386&161 氯氟氰菊酯 13.1 21&2 21&3 氟氯氰菊酯和氯氰菊酯 16.3 29&37 27&3 171&127 溴氰菊酯 19.7 297&81 297&79 氰戊菊酯和顺式氰戊菊酯 18.6 213&169 211&3 氯菊酯 1.8 29&37 27&3 结果与讨论 最低检测限设置 NCI 模式 驻留时间 (ms) 7 7 7 7 7 碰撞能量 (EV) 1 1 增益 因为水中或者沉积物中拟除虫菊酯类化合物 ( 一些情况下 < 1ppb) 对水生生物的高毒性, 因此用于检测这类化合物的方法要求具有非常低的检测限 一种合理的设置检测限的方法是使用 LC 作指导 LC 是半数致死量, 定义为导致测试种群半数死亡的毒物浓度 存在于土壤沉积物中的拟除虫菊酯类化合物可在水中分解, 但从水生生物的水源采集的水样中含有可能已被拟除虫菊酯类化合物污染的溶解性固体 所以, 水样中的最低检测限 (MDL) 设为 LC, 而沉积物中的最低检测限为 LC 的 1% 这些限量如表 3 所示 2 2 7 2 2 7 使用 NCI GC/MS/MS 进行高灵敏度检测 最初, 使用气相色谱和电子捕获检测器 (GC/ECD) 分析拟除虫菊酯类化合物 然而,GC/ECD 检测频繁出现假阳性促使了开发 EI 源的 GC/MS 作为备选方法 虽然 GC/ MS/MS-EI 的选择性显著高于 GC/ECD, 但其灵敏度还是无法满足所有化合物的 MDL 要求 与电子轰击电离质谱相比, 负化学电离 (NCI) 提供了一种低能耗 高选择性的方法, 用于复杂基质中电负性化合物的检测和定量 它与过去的电子捕获检测器一样, 都是利用卤代化合物自身的电负性 ( 图 3) 更重要的 II 型拟除虫菊酯类化合物如氟氯氰菊酯和氯菊酯均为电负性, 适用于 NCI 然而, 至少有两种 I 型拟除虫菊酯类化合物 ( 苄呋菊酯和甲氰菊酯 ) 无法通过传统的 NCI 技术检测 优先选择氨气作为反应气体, 而不是甲烷, 是因为氨气的热化能力大约是甲烷的 7 倍 [] 使用串联四极杆质谱的优势在于可以产生高选择性母离子到子离子转换的数据, 最大限度降低背景干扰, 最大程度地提高了信噪比 此外, 与 EI 模式相比, 使用 NCI 模式的 MS/MS 可以显著增强灵敏度, 同时保持选择性不变 NCI 特性 : 负化学电离 e (1 ev) & ( 缓冲气体 ) & e (.1 ev) + M & M 只有亲电分子才能捕获热电子 电子捕获对卤代化合物非常有效, 从而实现高检测灵敏度 表 3. 水样和沉积物中拟除虫菊酯类化合物要求的最低检测限 合成的拟除虫菊酯类化合物 LC 大型水蚤 水样 ng/l (ppt) LC 糠虾 LC 端足虫 沉积物 ng/g (ppb) 联苯菊酯 16. 氟氯氰菊酯 11 1.1 λ- 氯氟氰菊酯.. 氯氰菊酯 3.8. 顺式氰戊菊酯 1 1 1. 氯菊酯 32 6 18 11 MDL: 方法检测限 MDL 目标 : 1% LC 基质干扰物通常不会捕获电子, 因为污染物或者基质缺乏响应, 检测限一般都会非常低 图 3. 负化学电离过程说明
EMDL IDL 和定量分析 使用 倍浓度的水样,GC/MS/MS-NCI 方法可提供的评估方法检测限 (EMDL) 明显低于大多数拟除虫菊酯类化合物的 MLD ( 表 ) 该方法检测水中溴氰菊酯的浓度可低至.1 ng/l 或者.1 ppt 采用异辛烷标准溶液测定的仪器检测限(IDL) 也列入了表 仪器检测溴氰菊酯的线性上限可高达 1 ppb, 线性相关系数良好,R 2 =.997( 图 ) 水样中氯氰菊酯检测浓度可低至.1 ppt, 仪器检测氯氰菊酯的线性上限可高达 1 ppb, 线性相关系数更高,R 2 =.9996( 图 ) ( 1 ) 1. 1.9.8.7.6...3.2.1-8 levels, 8 levels used, 8 points, 8 points used, QCs y = 16.22166x + 8.39123 R 2 =.9978 Type: linear, origin: ignore, weight: none 1 2 3 6 7 8 9 1 (µg/l) 表. 使用氨气的 MS/MS-NCI 仪器检测限 (IDL) 和评估的方法检测限 (EMDL)* 图..1~1 µg/l 浓度范围溴氰菊酯的校准曲线 使用氨气作为 NCI GC/MS/MS 的反应气 评估的方法检测限 (EMDL) 合成的拟除虫菊酯类化合物 IDL µg/l 水样 ng/l 联苯菊酯.1..1 氟氯氰菊酯..1.2 λ- 氯氟氰菊酯.2..2 氯氰菊酯..1.18 溴氰菊酯..1.3 顺式氰戊菊酯.1.. 氯菊酯..1 1. 沉积物 ng/g ( 1 ) - - 8 levels, 8 levels used, 8 points, 8 points used, QCs 3.2 2.8 2. 2. 1.6 1.2.8 y = 2963.891863x + 766.77211 R 2 =.9997968 Type: linear, origin: ignore, weight: none EMDL 数值是基于 倍原始水样的浓度和 1 g 湿度为 % 的 1 ml 沉积物样品得到的 EPA 定义的方法检测限为 对含有分析物的给定基质的样品进行分析, 分析物的浓度大于, 在 99% 的置信区间下, 化合物可以被检测和报告的最低浓度. 1 2 3 6 7 8 9 1 (µg/l) 图..~1 µg/l 浓度范围氯氰菊酯的校准曲线 使用氨气作为 NCI GC/MS/MS 的碰撞气体
结论 使用氨气作为反应气的 NCI GC/MS/MS 分析水和沉积物样品萃取液中的拟除虫菊酯类化合物, 与现有的 GC/ECD 和 GC/MS/MS-EI 方法相比, 该方法提高了检测灵敏度和选择性 使用 NCI GC/MS/MS 建立的水样和沉积物中的 EMDL 明显低于 II 型拟除虫菊酯化合物如氟氯氰菊酯和氯菊酯的致毒浓度 用这种技术分析拟除虫菊酯类化合物可获得低于 ppb 级的检测限, 从而确保水生生物的安全 参考文献 1. Weston D. P., Holmes R. W., You J., Lydy M. J. Aquatic toxicity due to residential use of pyrethroid insecticides. Environ Sci Technol. 39, 9778-978 (2). 2. Presentation by Dr. Abdou Mekebri at the September 29, 21 Bay-Delta Science Conference. 3. Mekebri, D. B. Crane, G. J. Blondina, D. R. Oros and J. L. Rocca Extraction and Analysis Methods for the Determination of Pyrethroid Insecticides in Surface Water. Sediments and Biological Tissues at Environmentally Relevant Concentrations. Bull Environ Contam Toxicol. 8, -6. (28).. Modern Practice of Gas Chromatography, R.L. Grob and E.F. Barry (Eds.), John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, th ed., p. 382 (2). 更多信息 此数据仅代表典型结果, 有关我们产品和服务的更多信息, 请访问 www.agilent.com/chem/cn www.agilent.com/chem/cn 安捷伦对本资料可能存在的错误或由于提供 展示或使用本资料所造成的间接损失不承担任何责任 本资料中的信息 说明和指标如有变更, 恕不另行通知 安捷伦科技 ( 中国 ) 有限公司,212 212 年 3 月 29 日, 中国印刷 991-116CHCN