氣相色譜‑質譜法檢測土壤和水中有機溶劑殘留的方法與流程
2023-04-25 14:29:41 2
本發明涉及農藥助劑殘留檢測、藥物檢測、環境安全等領域，具體而言，涉及一種氣相色譜-質譜法檢測土壤和水中有機溶劑殘留的方法。
背景技術：
：有機溶劑是農藥、化工、藥物等生產及應用過程中必不可少的化學品，甲苯、二甲苯、DMF和DMSO是其中極具代表性的用量較大的有機溶劑。我國是世界上農藥用量最大的國家，甲苯、二甲苯、二甲基甲醯胺(DMF)、二甲基椏楓(DMSO)作為常見的溶劑、助溶劑、穩定劑在農藥製劑中的用量十分巨大，據報導，我國每年用於配製乳油所使用的甲苯、二甲苯等有機溶劑約40萬噸。DMF是一種性能優良的工業有機溶劑,可以用來萃取乙炔和製造聚丙烯腈纖維,被廣泛應用仿皮製造、有機合成、染料、製藥、石油提煉和樹脂等工業。二甲基亞碸(Dimethylsulfoxide，DMSO)二甲亞碸(Dimethylsulfoxide，簡稱DMSO)是一種既含有親水亞碸基團又含兩個疏水甲基的兩性有機小分子，其既有水溶性又可溶解大量的親脂性化合物，在生物醫藥和紡織工業領域都有著廣泛的應用。然而國際化學品安全性綱要、美國環境保護機構、世界衛生組織等一些國際組織的研究顯示，上述有機溶劑具有致癌、致畸作用，對環境、人體有一定的危害。甲苯、二甲苯對皮膚、黏膜有刺激作用，會危害肺部、肝、腎等器官以及神經系統功能，研究表明溴氰菊酯乳油造成人的急性中毒，主要為二甲苯所致；DMF可經皮膚接觸及呼吸道吸入體內，引起機體消化道紊亂、肝臟損害等症狀或病理改變以及潛在的遠期效應，而以肝臟損害為甚；DMSO與蛋白質疏水基團發生作用，導致蛋白質變性，具有血管毒性和肝腎毒性，對人體皮膚有滲透性，對眼有刺激作用，會引起噁心、嘔吐、皮疹。上述有機溶劑的過量使用可能會直接損害人畜健康，破壞生態環境，給農藥產品、農產品、化工產品、醫藥產品等帶來負面影響。因此，為保障農藥用藥安全和農產品質量安全，美國、加拿大等發達國家已按照有機助劑的毒性和危害性對其進行清單管理，其中，甲苯、二甲苯、DMF被明確列為禁限用農藥助劑，DMSO被列為III類農藥助劑；我國自2006年1月1日起，將DMF列入國家突發公共衛生事件監測的毒物名單。因此方便、快捷、準確、靈敏的測定上述有機溶劑的方法是當前環境、食品、藥物分析工作者的研究熱點之一。目前，關於有機溶劑的檢測方法主要有直接和頂空進樣氣相色譜-質譜法等：(1)雖然已有相關研究報導了紡織品、藥品中DMF和DMSO的檢測方法，但由於DMF和DMSO極性大、沸點高，現有的直接進樣前處理技術需經過萃取和反萃取，操作複雜且需使用大量有機溶劑，環境友好度低；而頂空方法靈敏度往往會下降1～2個數量級，現有方法不能完全滿足當前需求。高靈敏、快速、準確的分析二者是本領域的亟待解決的問題。(2)雖然國內外已對水體、藥品、化妝品、食品包裝、紡織、建築塗料中的甲苯、二甲苯等苯系物的檢測技術做了大量研究，但大多採用頂空進樣，對設備具有一定要求，推廣成本較高。且當前的研究方法中多以二甲苯總量計算，雖然鄰、對、間二甲苯的化學結構很相似，但由於兩個甲基的空間位置會對苯環的電子云有重大的影響，造成其化學性質的巨大不同，例如對二甲苯在人體內會代謝成對甲基苯甲酸，進而與甘氨酸反應生成甲基馬尿酸，從尿液排出，其毒性遠大於其他兩種二甲苯，長時間接觸或短期接入高濃度該物質時會對人體產生嚴重危害，實現鄰、間、對二甲苯的區分具有重要意義。(3)由於甲苯、二甲苯、DMF、DMSO的沸點和極性相差較大，同時準確、靈敏的分析甲苯、二甲苯、DMF和DMSO等有機溶劑的分析方法還鮮有報導，針對土壤和水樣品的方法更是未見報導。同時快速、靈敏、準確測定上述有機溶劑的分析方法是本領域的技術難題。有鑑於此，特提出本發明。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種快速、便捷、準確、靈敏的氣相色譜-質譜法檢測土壤和水等環境樣品中甲苯、二甲苯、DMF、DMSO等有機溶劑殘留量的方法，以解決上述問題。為了實現本發明的上述目的，特採用以下技術方案：一種氣相色譜-質譜法檢測土壤和水中有機溶劑殘留的方法，包括如下步驟：1)、將待檢測的土壤和水分別經提取溶劑和無水Na2SO4預處理後離心取上清液並過濾得到提取液；2)、採用氣相色譜-質譜測定步驟1)中的提取液；所用氣相色譜柱為DB-WAX毛細管色譜柱，過色譜柱前在所述提取液中添加無水MgSO4；所述有機溶劑包括甲苯、二甲苯、DMF和DMSO；所述二甲苯包括鄰二甲苯、對二甲苯和間二甲苯。本發明可準確、快速、靈敏地用於各種農產品、土壤和水中甲苯、二甲苯、DMF、DMSO等有機溶劑殘留的監控。與現有技術相比，本發明所用的液液萃取-氣質雖然沒有使用頂空，但由於改進了除水劑的種類，靈敏度大幅得到提升，前處理步驟易於操作，且該技術操作便捷，並通過DB-WAX毛細管色譜柱結合特定的實驗條件可實現對間二甲苯、鄰二甲苯以及對二甲苯的區分。本發明所值指的待檢測水樣，可以選自農田低洼處的水樣，或農田周邊的水樣，同時本領域人員根據本發明的記載，也可將本發明應用於工廠廢水、自來是、海水中有機物的檢測當中。優選的，如上所述的氣相色譜-質譜法檢測土壤和水中有機溶劑殘留的方法，所述無水Na2SO4與無水MgSO4的質量比為3：(0.25～0.5)。樣品中的微量水不僅會損害色譜柱，還會影響DMF和DMSO的靈敏度，除水劑的使用對檢測結果有著重要影響。無水Na2SO4的疏水性較好、吸水量很大、便宜、處理方便、用作脫水劑的時候更容易被洗脫，但其乾燥能力較弱、速度慢；無水MgSO4揮發性較小、乾燥速度快、乾燥能力強，但其吸水量相對較小且放熱多。通過將兩者按特定比例進行混用，可更好地平衡吸水量與乾燥效果的關係。優選的，如上所述的氣相色譜-質譜法檢測土壤和水中有機溶劑殘留的方法，在步驟1)中，所述提取溶劑為體積比為1:(0.5～2):(0.5～2)的乙腈-乙酸乙酯-丙酮的混合溶液。由於農業、食品和工業生產環境中水和土壤中雜質很多，有機溶劑的理化性質差別較大，所以樣品前處理是非常關鍵的部分。前處理的工作量和誤差來源佔到了整個檢測過程的60％以上，重點有提取溶劑和輔助提取方式的選擇、淨化方式的選擇等。提取溶劑要儘量少提取雜質，同時要求儘可能地提取出目標有機溶劑。乙腈和丙酮對各種有機物的提取效果都比較好，但基質幹擾較大，使用乙腈和丙酮作為提取劑時常常會有較多的強極性雜質混入；乙酸乙酯由於極性較小，提取時可減少極性較大的雜質的引入。綜合考慮提取效率和基質幹擾，本發明選用1:(0.5～2):(0.5～2)的乙腈-乙酸乙酯-丙酮的混合溶液作為有機溶劑進行樣品的前處理效果較好；更優選的，選用體積比為1:1.2:(1.2～1.5)的乙腈-乙酸乙酯-丙酮的混合溶液。優選的，如上所述的氣相色譜-質譜法檢測土壤和水中有機溶劑殘留的方法，當待測樣品為土壤時，為了提高DMSO的提取效果，需加入一定量的水，步驟1)具體包括：稱取已均質的土壤按1g：0.25mL:(0.75～2.25)mL的固液比依次加入水、乙腈-乙酸乙酯-丙酮混合溶液並混勻，冰浴條件下加入與所述土壤樣品等量的無水Na2SO4並混勻，靜置後離心取上清液並過濾得到土壤提取液。優選的，氣相色譜-質譜法檢測土壤和水中有機溶劑殘留的方法，當待測樣品為水時，步驟1)具體包括：按1mL水：(0.5～2.5)mL乙腈-乙酸乙酯-丙酮的比例將水與乙腈-乙酸乙酯-丙酮混合溶液混勻，冰浴條件下加入與所述水質量1～2倍的無水Na2SO4並混勻，靜置後離心取上清液並過濾得到水提取液。優選的，如上所述的氣相色譜-質譜法檢測土壤和水中有機溶劑殘留的方法，所述過濾具體為過0.2～0.25μm有機相濾膜。不同色譜柱對化合物的保留性能差別較大，本專利涉及的六種目標化合物極性和沸點相差較大，採用弱極性的DB-1色譜柱可以對苯系物實現較好的分離分析，但極性較大的化合物DMF和DMSO峰行拖尾較嚴重；採用中等極性的DB-624色譜柱雖然6種有機物的峰形較好，但無法分離間二甲苯和對二甲苯；採用極性的DB-WAX色譜柱可以實現目標物的快速有效分離，且峰形較好。因此優選的，氣相色譜柱為DB-WAX色譜柱。優選的，如上所述的氣相色譜-質譜法檢測土壤和水中有機溶劑殘留的方法，在步驟2)中，氣相色譜條件為：柱長為30m，直徑為320μm，膜厚為5μm；色譜柱溫度：50～65℃保持4～6min，然後以5～15℃/min程序升溫至130～150℃，再以25～45℃/min升溫至180～200℃，保持1～3min；進樣口溫度180～230℃；進樣量1μL；進樣方式為分流進樣，分流比(15～5)：1；載氣為氦氣；恆流模式，流量0.8～1.5mL/min。程序升溫對檢測目標物的分離效果和峰形有著顯著影響，升溫速率較大，不利於目標物和基質中幹擾物的分離；反之，色譜峰展寬，分析時間較長。優選的，如上所述的氣相色譜-質譜法檢測土壤和水中有機溶劑殘留的方法，在步驟2)中，質譜條件為：色譜-質譜接口溫度270～290℃；電子轟擊離子源，電子能量70eV，離子源溫度220～240℃，四極杆溫度140～160℃；溶劑延遲時間：5～8.5min；質譜掃描方式為離子監測模式。優選的，如上所述的氣相色譜-質譜法檢測土壤和水中有機溶劑殘留的方法，用標準溶液色譜峰的保留時間定性，以峰面積計用外標法定量。優選的，如上所述的氣相色譜-質譜法檢測土壤和水中有機溶劑殘留的方法，在進行質譜操作時，掃描模式為離子檢測模式。全掃描模式基質幹擾大，為了有效降低基質幹擾，選擇離子檢測模式。優選的，如上所述的氣相色譜-質譜法檢測土壤和水中有機溶劑殘留的方法；在檢測甲苯時，以質荷比92、65、39作為定性離子；以質荷比91作為定量離子在檢測DMF時，以質荷比44作為定性離子；以質荷比73作為定量離子；在檢測DMSO時，以質荷比78作為定性離子；以質荷比63作為定量離子；在檢測二甲苯時，以質荷比106、105、77作為定性離子；以質荷比91作為定量離子。具體實施方式下面將結合實施例對本發明的實施方案進行詳細描述，但是本領域技術人員將會理解，下列實施例僅用於說明本發明，而不應視為限制本發明的範圍。實施例中未註明具體條件者，按照常規條件或製造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。實施例1S11、儀器與試劑7890A/5975C氣相色譜-質譜聯用儀(美國Agilent公司)；XS105電子天平(瑞士MettlerToledo公司)；QL-901渦旋混勻器(海門市其林貝爾儀器有限公司)；BiofugeStratos臺式高速冷凍離心機(美國Thermo公司)。乙腈、乙酸乙酯、甲苯、丙酮、DMF、DMSO(色譜純，德國Merck公司)；鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯(色譜標準品，國藥集團化學試劑北京有限公司)；哇哈哈飲用純淨水(哇哈哈集團)；其他試劑均為分析純，購於北京百匯佳興科技有限公司。土壤樣品和水樣品採集自燕郊周邊農田。S12、標準溶液配製將乙腈、乙酸乙酯、丙酮配成體積比為1:1.2:1.2的提取液；甲苯、鄰二甲苯、對二甲苯、間二甲苯、DMF和DMSO用提取液配成濃度為2.0×104mg/L的6種標準儲備液。再用提取液配成苯系物、DMF、DMSO濃度分別為2.0×102mg/L、1.0×103mg/L、2.0×103mg/L的混合標準工作溶液。S13、樣品前處理S13.1、土壤樣品前處理稱取已均質的土壤按1g：0.25mL:1.5mL的固液比依次加入水、提取液混合溶液並混勻，冰浴條件下加入與所述土壤樣品等量的無水Na2SO4並混勻，靜置後離心取上清液並過濾得到土壤提取液。取2mL土壤提取液加入無水MgSO4，0.22μm濾膜過濾後上機檢測。S13.2、水樣品前處理按1mL水：1.5mL提取液的比例將水與提取液混合溶液混勻，冰浴條件下加入與佔所述水質量1.5倍的無水Na2SO4並混勻，靜置後離心取上清液並過濾得到水提取液。取2mL水提取液加入無水MgSO4，0.22μm濾膜過濾後上機檢測。S14、色譜與質譜條件氣相色譜條件：AgilentDB-WAX毛細管色譜柱；柱長為30m，直徑為320μm，膜厚為5μm；色譜柱溫度：60℃保持5min，然後以10℃/min程序升溫至140℃，再以40℃/min升溫至190℃，保持2min；進樣口溫度220℃；進樣量1μL；進樣方式為分流進樣，分流比15：1；載氣為氦氣；恆流模式，流量1.0mL/min。色譜上機前添加無水MgSO4；所述無水Na2SO4與無水MgSO4的質量比為3:0.35。質譜條件：色譜-質譜接口溫度280℃；電子轟擊離子源，電子能量70eV，離子源溫度230℃，四極杆溫度150℃；溶劑延遲時間：6min；質譜掃描方式為離子監測模式。各有機物的保留時間、定量和定性離子見表1。表1二甲苯的GC-MS檢測參數組份保留時間定量離子(m/z)定性離子(m/z)甲苯9.069192，65，39鄰二甲苯12.3991106，105，77對二甲苯11.3091106，105，77間二甲苯11.4491106，105，77DMF15.257344DMSO19.216378實施例2S21、儀器與試劑同S11。S22、標準溶液配製將乙腈、乙酸乙酯、丙酮配成體積比為1:1.2:2的提取液；甲苯、鄰二甲苯、對二甲苯、間二甲苯、DMF和DMSO用提取液配成濃度為2.0×104mg/L的6種標準儲備液。再用提取液配成苯系物、DMF、DMSO濃度分別為2.0×102mg/L、1.0×103mg/L、2.0×103mg/L的混合標準工作溶液。S23、樣品前處理S23.1、土壤樣品前處理稱取已均質的土壤按1g：0.25mL:2.25mL的固液比依次加入水、提取液混合溶液並混勻，冰浴條件下加入與所述土壤樣品等量的無水Na2SO4並混勻，靜置後離心取上清液並過濾得到土壤提取液。取2mL土壤提取液加入無水MgSO4，0.2μm濾膜過濾後上機檢測。S23.2、水樣品前處理按1mL水：0.5mL提取液的比例將水與提取液混合溶液混勻，冰浴條件下加入與佔所述水質量1倍的無水Na2SO4並混勻，靜置後離心取上清液並過濾得到水提取液。取2mL水提取液加入無水MgSO4，0.2μm濾膜過濾後上機檢測。S24、色譜與質譜條件氣相色譜條件：AgilentDB-WAX毛細管色譜柱；柱長為30m，直徑為320μm，膜厚為5μm；色譜柱溫度：50℃保持6min，然後以5℃/min程序升溫至130℃，再以45℃/min升溫至200℃，保持1min；進樣口溫度180℃；進樣量1μL；進樣方式為分流進樣，分流比15：1；載氣為氦氣；恆流模式，流量0.8mL/min。色譜上機前添加無水MgSO4；所述無水Na2SO4與無水MgSO4的質量比為3:0.25。質譜條件：色譜-質譜接口溫度270℃；電子轟擊離子源，電子能量70eV，離子源溫度240℃，四極杆溫度160℃；溶劑延遲時間：5min；質譜掃描方式為離子監測模式。各有機物的保留時間、定量和定性離子見表1。實施例3S31、儀器與試劑同S11。S32、標準溶液配製將乙腈、乙酸乙酯、丙酮配成體積比為1:1.2:0.5的提取液；甲苯、鄰二甲苯、對二甲苯、間二甲苯、DMF和DMSO用提取液配成濃度為2.0×104mg/L的6種標準儲備液。再用提取液配成苯系物、DMF、DMSO濃度分別為2.0×102mg/L、1.0×103mg/L、2.0×103mg/L的混合標準工作溶液。S33、樣品前處理S33.1、土壤樣品前處理稱取已均質的土壤按1g：0.25mL:0.75mL的固液比依次加入水、提取液混合溶液並混勻，冰浴條件下加入與所述土壤樣品質量等量的無水Na2SO4並混勻，靜置後離心取上清液並過濾得到土壤提取液。取2mL土壤提取液加入無水MgSO4，0.25μm濾膜過濾後上機檢測。S33.2、水樣品前處理按1mL水：2.5mL提取液的比例將水與提取液混合溶液混勻，冰浴條件下加入與佔所述水質量2倍的無水Na2SO4並混勻，靜置後離心取上清液並過濾得到水提取液。取2mL水提取液加入無水MgSO4，0.25μm濾膜過濾後上機檢測。S34、色譜與質譜條件氣相色譜條件：AgilentDB-WAX毛細管色譜柱；柱長為30m，直徑為320μm，膜厚為5μm；色譜柱溫度：65℃保持4min，然後以15℃/min程序升溫至150℃，再以25℃/min升溫至180℃，保持3min；進樣口溫度230℃；進樣量1μL；進樣方式為分流進樣，分流比10：1；載氣為氦氣；恆流模式，流量1.5mL/min。色譜上機前添加無水MgSO4；所述無水Na2SO4與無水MgSO4的質量比為3:0.5。質譜條件：色譜-質譜接口溫度290℃；電子轟擊離子源，電子能量70eV，離子源溫度220℃，四極杆溫度140℃；溶劑延遲時間：8.5min；質譜掃描方式為離子監測模式。二甲苯的保留時間、定量和定性離子見表1。實驗例1為評價方法的準確性，利用空白樣品進行加標回收率和精密度實驗。在不同基質(水或土壤)空白樣品中分別添加3個濃度(低、中、高)的6種有機溶劑混合標準溶液，按實施例1～3的方法平行測定5次。統計各實施例的線性範圍、相關係數、檢出量以及定量限，結果如表2所示。表2各實施例效果進一步地，按如下方法設置對比例：對比例：以申請人在2015年5月發表的文章(王珊珊等，農產品中6種有機溶劑殘留的氣相色譜-質譜檢測方法，《分析測試學報》Vol.34；No.5；588～594)中記載的方法對相同的樣品進行檢測，作為對比例。將對比例與本發明最佳實施例(實施例1)中記載的技術方案中的加標回收率進行比較，結果如表3所示。結果顯示，本發明在不同水平範圍內甲苯的回收率為75.1％～95.5％，RSD為1.3％～3.4％；間二甲苯的回收率為79.1％～94.3％，RSD為1.2％～4.5％；對二甲苯的回收率為78.9％～97.2％，RSD為0.9％～3.4％；鄰二甲苯的回收率為80.1％～93.2％，RSD為1.6％～4.7％；DMF的回收率為95.4％～102.1％，RSD為0.8％～2.6％；DMSO的回收率為94.8％～105.6％，RSD為0.7％～4.6％(見表3)。最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，但本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。表3不同基質蔬菜蔬果中6種有機溶劑的加標回收率(n＝6)當前第1頁1 2 3