工业水处理, 2020, 40(10): 111-115 doi: 10.11894/iwt.2019-0918

分析与监测

液相色谱质谱法快速测定水中痕量涕灭威和克百威

李利荣,1, 张静2, 刘殿甲1, 吴宇峰1, 张肇元1, 王效国1, 张海波1, 许亮,1

Rapid determination of trace aldicarb and carbofuran in water by HPLC-MS/MS

Li Lirong,1, Zhang Jing2, Liu Dianjia1, Wu Yufeng1, Zhang Zhaoyuan1, Wang Xiaoguo1, Zhang Haibo1, Xu Liang,1

通讯作者: 许亮, E-mail:xuliang@sthj.tj.gov.cn

收稿日期: 2020-06-2  

Received: 2020-06-2  

作者简介 About authors

李利荣(1972-),高级工程师E-mail:lirong_li1@163.com , E-mail:lirong_li1@163.com

摘要

建立了快速检测水中痕量涕灭威和克百威的高效液相色谱-质谱方法。水样经C18柱分离,在电喷雾离子源正离子模式下,利用动态多反应监测模式采集数据,采用内标法进行定量分析。结果表明,涕灭威和克百威分别在0.020~0.640、0.005~0.160 μg/L范围内线性关系良好(r ≥ 0.998),方法检出限分别为0.02、0.005 μg/L。低、中、高3个加标浓度水平下,加标回收率为90.4%~102%,相对标准偏差为2.2%~18.4%。

关键词: 涕灭威 ; 克百威 ; 高效液相色谱 ; 质谱法 ; 快速测定

Abstract

A rapid determination method of trace aldicarb and carbofuran in water by high performance liquid chromatography-mass spectrometry was established. Water samples were separated by C18 column. The data was collected and analyzed with dynamic multiple reaction monitoring under ESI positive ion mode. The internal standard method was used for quotatives analysis. The results showed that aldicarb and carbofuran had good linearity(r ≥ 0.998), in the range of 0.020-0.640 μg/L and 0.005-0.160 μg/L respectively. The detection limits of aldicarb and carbofuran were 0.02 μg/L and 0.005 μg/L respectively. The recoveries were 90.4%-102% and RSD were 2.2%-18.4% at low, medium and high spiked concentration.

Keywords: aldicarb ; carbofuran ; HPLC ; MS/MS ; rapid determination

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本文引用格式

李利荣, 张静, 刘殿甲, 吴宇峰, 张肇元, 王效国, 张海波, 许亮. 液相色谱质谱法快速测定水中痕量涕灭威和克百威. 工业水处理[J], 2020, 40(10): 111-115 doi:10.11894/iwt.2019-0918

Li Lirong. Rapid determination of trace aldicarb and carbofuran in water by HPLC-MS/MS. Industrial Water Treatment[J], 2020, 40(10): 111-115 doi:10.11894/iwt.2019-0918

涕灭威和克百威是我国广泛使用的氨基甲酸酯类杀虫剂。涕灭威又称铁灭克,即神农丹,属剧毒农药;克百威又叫呋喃丹,属高毒农药,其进入人体后易造成急性中毒1。由于二者具有较高的水溶性和较长的持效期(一般在土壤中半衰期为30~60 d),经不断的浇水灌溉及大气干湿沉降,2种农药会渗透到地下水中,以及随地表径流汇入饮用水源中,造成地下水和饮用水源的污染。我国《地下水水质标准》(GB/T 14848—2017)地下水质量非常规指标及限值中规定,Ⅰ类水涕灭威和克百威均应≤0.05 μg/L;Ⅱ类水克百威≤1.40 μg/L,涕灭威≤0.60 μg/L。《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中规定,克百威在集中式生活饮用水地表水源地特定项目中的标准限值为0.007 mg/L。欧盟饮用水水质指令(98/83/EC)规定,饮用水中氨基甲酸酯类农药限值为0.1 μg/L。

目前,测定地下水和饮用水中涕灭威和克百威常用的方法为柱后衍生HPLC/FLD(UV)法和HPLC/MS法2-8。HPLC/FLD(UV)法需要对目标物进行衍生,操作繁琐、耗时较长,如GB 5750.9—2006、GB 5085.6—2007、NY/T 761—2008、EPA 632.1、EPA 8318、EPA 8321A、EPA 531.1、EPA 531.2、EN 14185-1、EN 14185-2等。而随着HPLC/MS技术的日益成熟,无需对样品进行衍生,根据待测物的保留时间和结构特征进行定性,特征离子对定量,即可降低方法检出限,同时减少测定结果的假阳性,如NY/T 1679—2009、SN/T 2560—2010、SN/T 2572—2010、SN/T 3156—2012、GB 23214—2008、HJ 827—2017、EPA 538、EPA 8325以及ASTM 7465和ASTM 7600等。但目前适用的地下水和饮用水中涕灭威和克百威的测定方法无论是HPLC/FLD(UV)法还是HPLC/MS法,检出限均高于0.1 μg/L,难以达到我国地下水水质标准中Ⅰ类水限值的要求。

本研究通过优化液相色谱和质谱测定条件,无需萃取富集等复杂的前处理过程,直接进样即可使检出限降低,提高测定的准确度和检测效率,从而满足我国地下水水质标准对Ⅰ类水中涕灭威和克百威的限值要求。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 1290/6460液相色谱/串联质谱仪,带电喷雾离子源;色谱柱:Thermal Hypersil GOLD(C18),100 mm×2.1 mm,粒径1.9 μm。涕灭威(1 000 mg/L),农业部环境质量监督检验测试中心;克百威(100 mg/L),坛墨质检;甲萘威-D3(内标,100 mg/L),LGC公司;乙腈(CH3CN),农残级;甲酸(HCOOH),HPLC级;乙酸铵(CH3COONH4),优级纯。实验用水,新制备不含目标物的纯水。中间混合贮备液涕灭威和克百威质量浓度分别为4.00、1.00 mg/L,溶剂为甲醇/水(1+1,V/V);混合标准使用液涕灭威和克百威质量浓度分别为40.0、10.0 μg/L,内标标准使用溶液为100 μg/L,溶剂为纯水。微孔滤膜,水系,孔径为0.22 μm。

1.2 液相色谱条件

进样量20 μL,柱温30 ℃,流动相流速0.3 mL/min。流动相组成:A为2 mmol/L乙酸铵+0.1%(以体积分数计,下同)甲酸水溶液,B为乙腈。梯度洗脱程序:0~0.5 min,20%B;0.5~5.0 min,90%B;5.0~6.0 min,90%B;6~6.1 min,20%B。

1.3 质谱条件

离子源:ESI;模式:正离子;干燥气流量:10 L/min;温度:300 ℃;毛细管电压:4 000 V;检测方式:动态多反应监测(Dynamic MRM);电子倍增器电压增益:600 eV。最佳多反应监测条件见表1。涕灭威和克百威的MRM质谱图见图1

表1   目标化合物的多反应监测条件

化合物名称保留时间/min前体离子(m/z)产物离子(m/z)碎裂电压/V碰撞能/eV
涕灭威2.68208(M+NH4+116*551
208(M+NH4+89.0559
克百威3.13222.1(M+H+165.3*10010
222.1(M+H+123.110020
甲萘威-D33.30205.1(M+H+145*804
205.1(M+H+1278028

注:“*”为定量离子对。

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图1

图1   涕灭威和克百威MRM质谱图


1.4 实际样品采集

分别采集蓟县某地下水样、天津市饮用水源地于桥水库中心表层水样和津河某中垂线处水样。用预先洗涤干净并干燥的棕色磨口玻璃瓶采集水样,采样瓶完全注满不留气泡,用锡箔纸包裹好,于0~ 4 ℃保存,3 d之内用于分析。

1.5 前处理方法

将水样恢复至室温,用0.22 μm水系微孔滤膜过滤,然后准确移取1.0 mL滤液,加入内标标准使用溶液,混匀后,采用液相色谱-串联质谱仪进行检测。利用保留时间和特征离子对定性,内标法定量。

2 结果与讨论

2.1 流动相条件优化

实验考察了甲醇-水、甲醇-0.1%甲酸水溶液、甲醇-2 mmol/L乙酸铵水溶液、甲醇-0.1%甲酸+2 mmol/L乙酸铵水溶液、乙腈-0.1%甲酸+2 mmol/L乙酸铵水溶液5种流动相体系,结果如图2所示。

图2

图2   不同流动相下涕灭威和克百威响应值相对响应对比


结果表明,当采用甲醇-水作为流动相时,涕灭威和克百威的响应都较低;甲醇-0.1%甲酸水溶液体系克百威的响应明显提高,涕灭威加氢峰不明显,有明显的加钠峰存在,但加钠峰响应不稳定;甲醇-2 mmol/L乙酸铵水溶液体系克百威响应低,涕灭威加氨峰显著提高,但响应值明显低于加钠峰,克百威加氨峰响应低;甲醇-0.1%甲酸+2 mmoL/L乙酸铵水溶液体系涕灭威和克百威均有较高的响应,且相对稳定。由甲醇和乙腈作为流动相对2种目标物响应的差异,发现2种流动相下目标化合物响应值变化不太明显,但乙腈作为流动相目标物分离效果更好,基线噪音明显降低,且内标物响应值明显提高。由于HPLC/MS联用技术不允许使用难挥发性的盐作为流动相添加剂,以免造成离子源的污染,所以无法在流动相中添加钠盐以保证涕灭威加钠峰的稳定性。因此,选择乙腈-0.1%甲酸+2 mmol/L乙酸铵水溶液为流动相。

2.2 质谱条件优化

由于氨基甲酸酯类化合物具有一定的极性,因此可选择电喷雾离子源(ESI)。用两通代替色谱柱直接进样,利用标准溶液对质谱条件进行优化。分别分析了正离子和负离子模式下的扫描结果,发现2种目标物在正离子模式下有更好的响应,因此选择正离子模式分析目标物。由于涕灭威的加钠峰不稳定,而加氨峰响应较低但稳定性好,为提高涕灭威加氨峰的响应,需要优化离子源参数。将4极杆分辨率由unit模式调整为wide模式,以扩大进入离子传输管的离子数量;将电子倍增器电压(EMV)增加600 eV,以提高目标物响应值。对比2个参数调整前后的变化可知,调整后2个化合物的响应值提高了5倍以上。在优化后的离子源条件下,涕灭威以[M+NH4]+、克百威以[M+H]+为母离子,进行二级质谱扫描。参考欧盟指令2002/657/EC,每种被测组分选择响应较高的2个母离子和各自对应的子离子进行监测,并优化其相应的碰撞能量(见表1)。不同电子倍增器电压增益对响应值的影响见图3,4极杆分辨率不同设置对响应值的影响见图4

图3

图3   不同电子倍增器电压增益对目标物响应值的影响


图4

图4   前后2段4极杆分辨率不同设置对响应值的影响


2.3 萃取法和直接进样法回收率比较

由于涕灭威加氨峰响应较低,因此考虑通过提高样品浓缩倍数的方法,降低方法检出限。实验选择100 mL空白样品加标模拟实际样品,加标量为涕灭威0.640 μg/L、克百威0.160 μg/L。分别用液液萃取和固相萃取2种方法对样品进行前处理,氮吹仪浓缩试样。根据目标化合物的性质,选择二氯甲烷作为液液萃取的萃取溶剂,用量为20 mL,分2次萃取,合并萃取液,浓缩。固相萃取分别用HLB固相萃取柱和C18柱(均为500 mg/6 mL),上样速度为3~5 mL/min,洗脱速度为2~3 mL/min,分别以10 mL甲醇、乙腈、二氯甲烷、乙腈+甲醇(1:1)和乙腈+甲醇(7:3)作为洗脱溶剂。二氯甲烷萃取后浓缩时需转换溶剂为乙腈。HLB柱和C18柱萃取结果未发现明显差异。表2为不同萃取方法与直接进样法加标回收率测定结果比较。

表2   不同萃取方法和直接进样法加标回收率比较 %

化合物液液萃取HLB柱固相萃取直接进样
甲醇洗脱乙腈洗脱二氯甲烷洗脱乙腈+甲醇(1:1)洗脱乙腈+甲醇(7:3)洗脱
涕灭威41.135.643.738.936.840.597.0
克百威87.683.390.792.188.889.693.7

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由测定结果可知,对于涕灭威,萃取法回收率均小于50%、克百威均≥83%。单独测定氮吹过程的回收率,发现由于甲醇和乙腈的沸点较高,浓缩过程需要较长时间,使得涕灭威回收率较低,在60%~70%之间,克百威回收率≥90%。因此,萃取过程和氮吹浓缩过程都会给涕灭威造成较大损失。对于克百威,不同萃取方法以及不同固相萃取洗脱溶剂下的回收率均大于80%。因此,可以通过萃取法提高样品浓缩倍数以降低克百威的方法检出限,但对于涕灭威则难以实现。直接进样法由于无萃取和浓缩过程的损失,回收率最高,为93.7%~97.0%。

2.4 标准曲线

准确移取5.00、10.0、20.0、40.0、80.0、160.0 μL标准混合使用液分别置于10 mL容量瓶中,使得涕灭威和克百威的质量浓度分别为0.020、0.040、0.080、0.160、0.320、0.640 μg/L和0.005、0.010、0.020、0.040、0.080、0.160 μg/L。加入5.0 μL内标标准使用溶液,用纯水定容后,混匀,即配制成标准系列溶液。对标准系列溶液进样分析,得到涕灭威和克百威内标标准曲线各浓度点浓度与响应值之间的线性拟合结果,见表3

表3   涕灭威和克百威测定标准曲线

化合物Cal-1Cal-2Cal-3Cal-4Cal-5Cal-6bar
甲萘威-D3响应值156142163161152139
涕灭威质量浓度/(μg·L-10.0200.0400.0800.1600.3200.6400.094 620.780.998
响应值99.01523075269481 898
克百威质量浓度/(μg·L-10.0050.0100.0200.0400.0800.1600.066 471.170.999
响应值83.01442184459471 704

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结果表明,本方法中涕灭威和克百威标准曲线的相关系数均大于0.998。

2.5 精密度和准确度

样品制备:取地下水、饮用水和地表水样品,分别用0.22 μm水系微孔滤膜过滤,然后进行液相色谱-质谱检测。经检测,3种水样中均未检出目标物。

取制备好的994 μL地下水、991 μL饮用水、979 μL地表水分别置于1.5 mL进样瓶中,分别加入1.00、4.00、16.0 μL标准混合使用液,使涕灭威的加标量分别为0.040、0.160、0.640 μg/L,克百威的加标量分别为0.010、0.040、0.160 μg/L。每个加标浓度各配制7个平行样品,分别加入5.0 μL内标标准使用溶液。由测定结果计算精密度和加标回收率,结果见表4

表4   样品加标精密度和准确度实验结果

化合物样品类型加标量/(μg·L-1测定结果/(μg·L-1平均值/(μg·L-1相对标准偏差/%加标回收率/%
水样1234567
涕灭威地下水0.040ND0.0470.0350.0360.0420.0280.0310.0340.03618.490.4
饮用水0.160ND0.1520.1320.1400.1490.1620.1650.1440.1497.993.1
地表水0.640ND0.6260.6060.6200.6270.6440.6020.6180.6212.297.0
克百威地下水0.010ND0.0120.0120.0090.0090.0110.0080.0080.01016.197.2
饮用水0.040ND0.0430.0440.0400.0400.0390.0370.0420.0416.0102
地表水0.160ND0.1580.1560.1440.1640.1360.1460.1460.1506.593.7

注:ND表示未检出。

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由测定结果可知,涕灭威和克百威在高、中、低3种不同加标浓度下的测定相对标准偏差为2.2%~18.4%,加标回收率为90.4%~102%。涕灭威和克百威测定的准确度满足《地表水和污水监测技术规范》(HJ/T 91—2002)对实验室内部质控中准确度控制的规定,即痕量有机污染物测定的准确度应控制在60%~140%。

2.6 方法检出限

取7份实验用纯水,向其中分别加入标准混合使用液和内标使用溶液,使水样品中涕灭威和克百威的质量浓度分别为0.040、0.010 μg/L,进行方法检出限实验,并根据HJ 168—2010附录A.1计算方法检出限。测得的涕灭威和克百威的检出限和测定下限见表5

表5   涕灭威和克百威的方法检出限 μg/L

化合物加标量测定结果平均值标准偏差检出限测定下限
1234567
涕灭威0.0400.0470.0350.0360.0420.0280.0310.0340.0360.0070.020.08
克百威0.0100.0120.0120.0090.0090.0110.0080.0080.0100.0020.0050.020

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表5可知,涕灭威和克百威直接进样法测定的方法检出限均< 0.05 μg/L,满足《地下水水质标准》(GB/T 14848—2017)对Ⅰ类水中涕灭威和克百威的限值要求。

2.7 实际样品测定

测定了不同批次蓟县某地下水样、于桥水库水样和津河水样,结果均未检出涕灭威和克百威。

3 结论

本方法无需前处理过程,即可获得较高的灵敏度和较低的检出限,能够满足《地下水水质标准》(GB/T 14848—2017)对Ⅰ类地下水中涕灭威和克百威限值≤0.05 μg/L的要求。该方法对实际样品加标测定精密度、准确度结果良好,准确度和分析效率高。

调整离子源参数,优化色谱和质谱条件,虽然同时会使样品中干扰离子进入离子传输管的量增大,电子倍增器寿命降低,但在现有的仪器条件下,该方法是通过直接进样即可以满足地下水水质标准对Ⅰ类地下水中涕灭威和克百威限值要求的最佳方法。该方法适用于地下水、饮用水、地表水中极微量涕灭威、克百威的同时测定。

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