首页 > 论文范文 > 自然科学论文 > 海洋学论文 > 海洋环境学论文 > 基于GC-MS/MS方法探讨ATR及其降解产物的精确定量检测

基于GC-MS/MS方法探讨ATR及其降解产物的精确定量检测

2020-07-03 580 上传者：管理员

摘要：采用固相萃取结合气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS),建立了海水中痕量莠去津(ATR)及其主要代谢产物脱乙基莠去津(DEA)、脱异丙基莠去津(DIA)和脱乙基脱异丙基莠去津(DDA)的精确定量分析方法.海水样品在萃取前调节pH至3.0,然后经HLB固相萃取柱富集、净化,在GCMS/MS多反应监测模式(MRM)下进行定性、定量分析,并对该方法的线性、检出限、准确度和精密度进行验证分析.结果表明:ATR、DEA、DIA和DDA在质量浓度为0.5～100.0μg•L-1范围内具有良好的线性相关性,R2均大于0.9990,方法检出限依次为0.120、0.060、0.060、0.024ng•L-1,回收率为92.3%～104.7%,相对标准偏差(RSD)小于6.6%.本文方法具有较好的线性、灵敏度、准确度和精密度,并已成功应用于象山港海水实际样品的检测分析.

关键词：
GC-MS/MS
代谢产物
固相萃取
海水
海洋环境
莠去津
加入收藏

莠去津,又名阿特拉津,是一种典型的选择性内吸扩散型除草剂[1],因其高效性被广泛应用于防治一年生禾本科杂草、阔叶杂草以及清除水草和有害藻类等[2].有研究表明[3],ATR已在全球70多个国家注册使用,每年消耗量高达7～9万t,是全球使用量较多的除草剂之一.然而,ATR在带来经济效益的同时,也带来了环境污染、生态失衡以及食品安全等一系列问题.现有研究表明[4],ATR虽然是低毒型除草剂,但是由于其具有类雌激素作用,会作为内分泌干扰物影响生物体的内分泌系统、中枢神经系统以及免疫系统.因此,2002年美国环境保护署将ATR列入优先控制的环境污染物名单[5].此外,残留在环境中的ATR在化学、光及微生物等作用下可以被降解,其主要降解产物为脱乙基莠去津(DEA)、脱异丙基莠去津(DIA)和脱乙基脱异丙基莠去津(DDA)[6].进一步研究表明[7],DEA、DIA和DDA与ATR具有相同的毒性模式,且有更强的极性和流动性,使其更易迁移至河流、湖泊及海洋,危害生态环境.近年来,ATR及其降解产物在水体、土壤以及食品中被频繁检出,对生态环境和人类健康造成了严重威胁[8,9].

目前,检测水体中ATR残留含量的方法主要有气相色谱-质谱法(GC-MS)、液相色谱-质谱法(LC-MS)以及气相色谱-串联质谱法(GC-MS/MS)、液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)等[10].其中,GC-MS/MS具有灵敏度高、分离效果好等优点,可实现对多组分痕量污染物的精确定性、定量测定.然而,ATR及其降解产物在海水中通常残留浓度较低.此外,与母体及其他降解产物相比,DDA具有很高的极性,对ATR及其降解产物很难同时进行提取和纯化,因此有效、灵敏的前处理是实现精确分析的前提.目前对于除草剂的检测研究主要集中于母体组分的测定,对于海水中ATR及其降解产物同时检测的方法尚未见报道.

本文利用萃取效率高、重现性和回收率好的固相萃取技术,通过优化海水样品pH、固相萃取柱和洗脱溶剂类型,提高样品前处理效率;结合GC-MS/MS方法,建立了适用于海水样品中ATR及其降解产物的精确定量检测方法.

1、实验部分

1.1仪器及试剂

Agilent7890B-7000D型气相色谱-三重四级杆串联质谱仪(美国安捷伦科技有限公司);DB-5MS型毛细管色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm);固相萃取仪(美国Supelco公司);N-EVAP-24型氮吹仪(美国Organomation公司);Milli-ROplus型纯水仪(美国密理博科技有限公司);Votex-5型涡旋混合器(德国IKA公司).

ATR(99.0%)、ATR-d5(内标99.0%)、DEA(98.5%)、DIA(99.5%)和DDA(99.0%)标准品均购自SigmaAldrich公司.色谱纯乙酸乙酯、丙酮、甲醇购自Tedia公司.丙酮、甲醇、氨水及盐酸等试剂为分析纯,购自国药集团化学试剂有限公司.C18固相萃取柱(500mg/6mL)、MCX混合型阳离子固相萃取柱(500mg/6mL)、HLB亲水亲脂型固相萃取柱(500mg/6mL)购自上海安谱实验科技股份公司.

1.2标准溶液的配制

准确称取10.0mg标准物质(ATR、DEA、DIA、DDA),配制成质量浓度为100.0mg·L-1的标准储备液,储存于-20℃冰箱中备用,标准工作溶液用丙酮稀释成需要的浓度.精确吸取100μL质量浓度为100.0mg·L-1的ATR、DEA、DIA、DDA标准溶液至10mL容量瓶中,加入丙酮稀释至刻度线,混合标准溶液质量浓度为1μg·mL-1.分别吸取适量混合标准溶液,用丙酮逐级稀释成质量浓度为0.5、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0μg·L-1的梯度混合标准系列,并加入适量内标物,放置于4℃储存备用.

1.3样品采集与保存

在象山港海域收集表层0.5m海水样品,将样品沿瓶口缓缓倒入500mL棕色玻璃瓶中使其充满,并加盖密封(瓶内不能存在空气或气泡).现场采集的水样避光储存在4℃冰箱中,并于7d内完成.

1.4样品前处理

准确量取500.0mL海水样品,用0.45μm醋酸纤维滤膜减压过滤,加盐酸调节pH为3.将HLB固相萃取柱依次用5mL甲醇和5mL超纯水进行活化;然后将海水样品以5mL·min-1流速过柱,进一步用5mL5%甲醇-水溶液淋洗,低真空状态保持30min以抽干萃取柱中残余水分;最后用10mL0.2%氨水丙酮溶液洗脱,收集洗脱液.洗脱液于40℃水浴中以氮气吹至近干,用200μL丙酮复溶采用GC-MS/MS测定.

1.5仪器条件

气相色谱条件:DB-5MS型色谱柱;进样口温度280℃,进样体积1μL,采用不分流进样模式高纯He为载气,流速2.25mL·min-1.程序升温:初始温度70℃保持1min,以10℃·min-1升至180℃保持6min,再以40℃·min-1升至310℃,保持1min

质谱条件:离子源温度和传输线接口温度均为280℃,四级杆质量分析器温度为150℃,溶剂延迟时间为5.8min;电子轰击电子源(EI)70eV以高纯N2作为碰撞气,流速为1.5mL·min-1.采集方式为多反应监测扫描模式(MRM),扫描范围50～500amu.MRM模式下ATR及其代谢物的保留时间、离子对以及碰撞能见表1.在上述仪器条件下ATR、DEA、DIA和DDA的分离效果以及总离子流色谱图如图1所示.

表14种目标化合物的质谱条件

图1总离子流色谱图

2、结果与讨论

2.1固相萃取柱的选择

对于海水中痕量除草剂的检测,SPE柱的选择对目标物质的富集与净化作用尤为重要.选取C18、MCX、HLB共3种SPE柱对海水中ATR及其代谢物的回收率进行比较.准确量取100.0mL海水样品,加入适量混合标准溶液,在保证萃取柱为唯一变量的前提下,每种SPE柱设3组平行实验,取平均回收率,结果如图2所示.

图2不同SPE柱的萃取效果比较

从图2可知,3种萃取柱中MCX柱的萃取效果最差,4种化合物的回收率均在50%以下.C18柱对ATR、DEA和DIA的萃取效果较好,3种物质的回收率均大于95%,但对DDA的回收率仅有23%.相比较而言,HLB柱的效果最好,DDA的回收率达50%以上,这主要是因为HLB柱的固定相是由亲水的N-乙烯基吡咯烷酮和亲脂型的二乙烯基苯2种单体聚合而成的一种大孔聚合物,而ATR及其降解产物的极性差别较大.以上结果表明,HLB柱具有最好萃取效果,故选用HLB柱进行优化实验.

2.2pH选取

由于ATR及其降解产物的极性差别较大,且均为弱碱性化合物,适宜的酸性pH条件可促进极性化合物DDA的离子化,从而提高其回收率[11].3种pH条件下,ATR、DEA、DIA和DDA的萃取效果如图3所示.

图3不同pH条件下回收率比较

从图3可知,pH为3时DDA具有最高的回收率(99.3%),随着pH的升高,DDA的回收率逐渐降低,而ATR、DEA和DIA的回收率受pH影响不明显,故最终选用pH为3.

2.3固相萃取洗脱溶剂的优化

海水酸化后,一般采用含氨水的试剂进行洗脱.图4为甲醇、2%氨水甲醇溶液及0.2%氨水丙酮溶液对加标水样中4种化合物的洗脱效果.从图4可知,甲醇作为洗脱剂时洗脱效果最差,DDA的回收率为50.3%;2%氨水甲醇溶液作为洗脱剂时洗脱效果较好,4种化合物的回收率在86.7%～97.8%之间;0.2%氨水丙酮溶液作为洗脱剂时效果最好,4种化合物的回收率在99.5%～105.2%之间,且丙酮毒性较小,故将其选为洗脱溶剂.

图4洗脱效果比较

2.4方法学验证

2.4.1方法的线性和灵敏度

按照上述参数,在基线平稳后,对不同浓度梯度的混合标准溶液进行检测.以4种化合物与内标物的浓度比值为横坐标,以化合物与内标物的响应值之比为纵坐标绘制标准曲线,4种物质的线性范围、相关系数和检出限见表2.

表2不同化合物线性范围、方程、相关系数和检出限

从表2可知,ATR、DEA、DIA和DDA在0.5～100.0μg·L-1范围内线性较好,相关系数R2≥0.9990将ATR、DEA、DIA和DDA分别加入样品中,经样品前处理和GC-MS/MS分析后,以信号与噪音比值为3时所对应的浓度作为检出限,4种化合物的检出限为0.024～0.120ng·L-1,表明所建立的方法具有较好的线性和灵敏度.

2.4.2方法的准确度和精密度

准确量取500.0mL空白海水样品,分别添加1.0、10.0、100.0μg·L-13个标准曲线中低、中、高质量浓度的混合标准溶液,每组实验设3个平行按照1.4节样品前处理方法处理后,经GC-MS/MS检测,根据峰面积计算回收率(表3).从表3可知ATR及其降解产物的平均添加回收率在92.3%～104.7%之间,RSD值均在7%以下.将本文方法与其他文献方法对比,结果见表4.由表4可知,本文方法具有较好的准确度和精密度,符合海水中ATR及其降解产物的检测要求.

表3海水中4种化合物检测结果

表4不同方法性能对比

2.5实际样品的测定

应用本文建立的检测方法对象山港5个站点的表层海水进行分析,结果见表5.

表5象山港海水中ATR及其降解产物的检测结果

从表5可知,5个站点海水样品中DIA均未检出,ATR、DEA和DDA检出的质量浓度分别为25.42～48.15ng·L-1、1.59～2.79ng·L-1和2.04～3.76ng·L-1.表明海水样品中ATR的主要代谢物为DEA和DDA.DIA未检出的原因可能是由于环境中乙基侧链比异丙基侧链更容易从ATR上脱除,因此由ATR降解为DIA的速度较慢,但由DIA进一步降解产生DDA的速度较快,导致DIA未被检出.

3、结论

本文通过对固相萃取柱类型、pH、洗脱溶剂的优化,建立了基于HLB固相萃取柱对海水样品中ATR及其降解产物的富集和净化方法,进一步结合GC-MS/MS方法,建立对海水中ATR、DEA、DIA和DDA残留的检测方法.该方法具有较好的线性、准确度和精密度,重现性良好,可满足海水中ATR及其降解产物的检测,并成功应用于象山港海域中的实际海水样品分析.

参考文献:

[6]任晋,蒋可,徐晓白.土壤中莠去津及其降解产物的提取及高效液相色谱-质谱分析[J].色谱,2004,22(2):147-150.

[8]任晋,蒋可.官厅水库水中莠去津及其降解产物残留的分析[J].分析试验室,2004,23(12):17-20.

[11]石冬冬,常碧影,石波,等.固相萃取-高效液相色谱/质谱串联法分析奶牛饮用水中莠去津及其6种代谢物的残留[J].中国农业科技导报,2012,14(6):145-152.

[12]李永青.气相色谱质谱法同时测定地表水中松节油和阿特拉津的方法[J].山西科技,2018,33(6):146-148.

[14]张婷,王国强,张炳谦,等.稻田水中莠去津及其代谢物的硅烷基衍生化-气质联用分析法[J].刑事技术,2011(6):34-37.

薛颖,李雨琦,张蓉蓉,孙爱丽,张泽明,史西志.固相萃取-GC-MS/MS法测定海水中莠去津及其代谢物残留研究[J].宁波大学学报(理工版),2020,33(04):12-16.

基金:国家自然科学基金(31772856);浙江省自然科学基金(LR16C190001).