采用甲酸铵改良型 QuEChERS 方法分析土壤样品中的有机氯农药

摘要

本实验方案描述了利用甲酸铵进行QuEChERS法中的相分离，并结合气相色谱-质谱联用技术，成功测定土壤样品中有机氯农药残留的方法。

摘要

目前，QuEChERS 方法是全球官方和非官方实验室中用于分析多种基质中农药残留的最广泛使用的样品前处理方法。此前已证明，使用甲酸铵的 QuEChERS 方法相较于原始方法和两种官方版本具有优势。一方面，每克样品仅需加入 0.5 g 甲酸铵即可诱导相分离并实现良好的分析性能；另一方面，甲酸铵可减少常规分析中的维护需求。本研究采用了一种使用甲酸铵的改进型 QuEChERS 方法，用于同时分析农业土壤中有机氯农药（OCP）残留。具体而言，取 10 g 样品加入 10 mL 水进行水化，随后用 10 mL 乙腈进行提取。接着，使用 5 g 甲酸铵实现相分离。离心后，上清液经分散固相萃取净化，所用净化剂包括无水硫酸镁、伯-仲胺和十八烷基硅烷。分析技术采用气相色谱-质谱法。结果表明，使用甲酸铵的 QuEChERS 方法是提取土壤样品中 OCP 残留的有效替代方案。

引言

近几十年来，为满足日益增长的粮食生产需求，全球范围内已广泛且集约化地使用农药。农药被施用于农作物，以保护其免受病虫害侵袭并提高作物产量，但其残留物通常最终进入土壤环境，尤其是在农业地区¹。此外，某些农药（如有机氯农药（OCPs））具有非常稳定的化学结构，因此其残留物难以降解，可在土壤中长期存留²。通常情况下，土壤具有较强的农药残留累积能力，特别是当土壤中有机质含量较高时，更易积累残留物³。因此，土壤是受农药残留污染最严重的环境介质之一。例如，迄今为止一项全面的研究发现，来自欧盟各地的317个农业土壤样本中，有83%受到一种或多种农药残留的污染⁴。

农药残留对土壤的污染可能因其残留物的高毒性，通过食物链影响非靶标物种、土壤功能以及消费者健康^5,6。因此，评估土壤中农药残留对于判断其对环境和人类健康的潜在负面影响至关重要，尤其是在缺乏严格农药使用监管制度的发展中国家⁷。这使得农药多残留分析变得日益重要。然而，由于土壤中存在大量干扰物质，且这些分析物浓度低、理化性质多样，农药残留的快速准确分析仍是一项艰巨的挑战

方案

1. 储备液的配制

注意：建议在整个实验过程中佩戴腈类手套、实验服和安全眼镜。

1. 使用商品化的有机氯农药（OCPs）混合标准品（见材料表），在25 mL容量瓶中用丙酮配制浓度为400 mg/L的储备液，该标准品在正己烷:甲苯（1:1）中的浓度为2,000 mg/L。表1列出了所选的每种有机氯农药。
2. 在10 mL容量瓶中用丙酮配制后续的储备液，浓度分别为50 mg/L、1 mg/L和0.08 mg/L，并将溶液储存于棕色玻璃小瓶中，置于−18 °C保存。
   注意：这些溶液可在整个实验过程中重复使用，但每次使用后必须立即在上述条件下储存。
3. 使用100 mg/L的4,4'-DDE-d8商品标准品（溶于丙酮），在10 mL容量瓶中用丙酮配制浓度为20 mg/L和0.4 mg/L的储备液，并将溶液储存于棕色玻璃小瓶中，置于−18 °C保存。使用4,4'-DDE-d8作为内标物（IS）。

2. 样本采集

1. 用玻璃容器采集约 0.5 kg 农田土壤表层 10 cm 的土样。本研究的土壤样品采自传统马铃薯种植区的农田。
   注意：采用刮铲进行表层取样。然而，土壤深度可能影响其理化特性。....

结果

分析方法的全面验证包括线性、基质效应、回收率和重复性。

采用在六种浓度水平（5 µg/kg、10 µg/kg、50 µg/kg、100 µg/kg、200 µg/kg 和 400 µg/kg）下添加空白样品的基质匹配校准曲线进行线性评估。所有有机氯农药（OCPs）的测定系数（R²）均大于或等于 0.99。最低校准水平（LCL）设定为 5 µg/kg，满足食品应用中监测目的所规定的最高允许限量 10 µg/kg¹¹。

通过比较有机氯农药在纯溶剂中的校准曲线斜率与基质匹配校准曲线的斜率，进行基质效应评估。基质效应的计算采用以下公式¹²：

基质效应（%）=（基质匹配校准曲线的斜率 − 纯溶剂校准曲线的斜率）/（纯溶剂校准曲线的斜率）× 100。

图2

讨论

原始的⁹以及QuEChERS方法的两个官方版本^13,14均采用硫酸镁与氯化钠、乙酸盐或柠檬酸盐共同作用，以促进提取过程中乙腈/水混合物的相分离。然而，这些盐类倾向于在质谱（MS）离子源表面沉积形成固体残留，从而增加了基于液相色谱（LC）-MS方法的维护频率。为克服上述缺点，González-Curbelo等人¹⁵报道，更具挥发性的甲酸铵在诱导相分离及农药残留提取方面表现良好，适用于液相色谱和气相色谱串联质谱（LC-和GC-MS/MS）。后续研究也采用每克样品添加0.5 g甲酸铵的方法，从多种复杂基质中提取农药残留^16,17,18,19。此外，研究表明使用甲酸铵可减少共提取杂.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
15 mL 一次性玻璃锥形离心管	PYREX	99502-15
2 mL 离心管	Eppendorf	30120094
带螺旋盖的 50 mL 离心管	VWR	21008-169
5977B 质量选择性检测器	Agilent Technologies	1617R019
7820A 气相色谱系统	Agilent Technologies	16162016
丙酮	Supelco	1006582500
乙腈	VWR	83642320
甲酸铵	VWR	21254260
自动摇床 KS 3000 i control	IKA	3940000
天平	Sartorius Lab Instruments Gmbh & Co	ENTRIS224I-1S
Bondesil-C18，40 µm	Agilent Technologies	12213012
Bondesil-PSA，40 µm	Agilent Technologies	12213024
环己烷	VWR	85385320
EPA TCL 农药混合物	Sigma Aldrich	48913
乙酸乙酯	Supelco	1036492500
G4567A 自动进样器	Agilent Technologies	19490057
HP-5ms Ultra Inert（5%苯基）-甲基聚硅氧烷 30 m x 250 µm x 0.25 µm 色谱柱	Agilent Technologies	19091S-433UI
一水合硫酸镁	Sigma Aldrich	434183-1KG
Mega Star 3.R 离心机	VWR	521-1752
Milli-Q gradient A10	Millipore	RR400Q101
p,p'-DDE-d8	Dr Ehrenstorfer	DRE-XA12041100AC
移液器吸头 2 - 200 µL	BRAND	732008
移液器吸头 5 mL	BRAND	702595
移液器吸头 50 - 1000 uL	BRAND	732012
移液器 Transferpette S 可调式 10 - 100 µL	BRAND	704774
移液器 Transferpette S 可调式 100 - 1000 µL	BRAND	704780
移液器 Transferpette S 可调式 20 - 200 µL	BRAND	704778
移液器 Transferpette S 可调式 500 - 5000 µL	BRAND	704782
带熔封内插管的小瓶	Sigma Aldrich	29398-U
OCPs		CAS 登记号
α-BHC		319-84-6
β-BHC		319-85-7
林丹		58-89-9
δ-BHC		319-86-8
七氯		76-44-8
艾氏剂		309-00-2
七氯环氧化物		1024-57-3
α-硫丹		959-98-8
4,4'-DDE-d8（内标）		93952-19-3
4,4'-DDE		72-55-9
狄氏剂		60-57-1
异狄氏剂		72-20-8
β-硫丹		33213-65-9
4,4'-DDD		72-54-8
硫丹硫酸酯		1031-07-8
4,4'-DDT		50-29-3
异狄氏剂酮		53494-70-5
甲氧滴滴涕		72-43-5