液相色谱-电喷雾离子阱质谱联用测定水中14种除草剂

引用本文

陈学国, 李伟亮, 朱昱, 许英健. 液相色谱-电喷雾离子阱质谱联用测定水中14种除草剂[J]. 刑事技术,2013,38(3): 33-35
CHEN Xue-guo, LI Wei-liang, ZHU Yu, et al. Determination of 14 composite herbicides in water by liquid chromatography-mass spectrometry[J]. Forensic Science and Technology,2013,38(3): 33-35 复制到剪切板

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《刑事技术》编辑部

液相色谱-电喷雾离子阱质谱联用测定水中14种除草剂

陈学国^1,², 李伟亮³, 朱昱¹, 许英健¹

1. 中国刑警学院法化学系,沈阳 110854

2. 福州大学食品安全分析与检测教育部重点实验室,350108

3. 海南省三亚市公安局,572000

作者简介:陈学国(1977—),男,山东省日照人,副教授,博士,主要从事法医毒物分析新方法新技术研究工作。Tel:024-86982839; E-mail:dicpchenxg@hotmail.com

基金: 公安部应用创新项目(No.2010YYCXLNST012),辽宁省自然科学基金项目(No.201102246)

摘要

目的建立水中14种除草剂液相色谱-电喷雾离子阱质谱联用分析方法。方法水样经固相萃取,洗脱液过膜后直接进行液相色谱-电喷雾离子阱质谱联用分析。结果水中14种除草剂定量分析线性关系良好,相关系数为0.995~0.998,检测限在0.005μg/mL~0.045μg/mL之间,在低、中、高3个不同浓度下,平均回收率在70.5%~110.2%之间,日内RSD均小于10.2%,日间RSD均小于14.4%。结论该方法具有快速、灵敏、高效等优点,能够满足相关司法鉴定工作的要求。

关键词: 法医毒物分析; 除草剂; 液相色谱/质谱; 水

中图分类号:DF795.1 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2013)03-0033-03

Determination of 14 composite herbicides in water by liquid chromatography-mass spectrometry

CHEN Xue-guo, LI Wei-liang, ZHU Yu, et al

China Criminal Police College, Shenyang 110854, China

Abstract

Objective To present a method for analyzing 14 kinds of composite herbicides in water samples.Methods Water samples were extracted with C18 solid-phase column, the eluents were analyzed by liquid chromatography and ion trap electro-spray mass spectrometry.Results Good linear ranges were obtained for all herbicides with the correlation coefficients of 0.995-0.998,and the detection limits were 0.005~0.045μg/mL. The average recoveries of 14 kinds of composite herbicides in water samples ranged from 70.5~110.2%, the average intra-day and inter-day relative standard deviations were less than 10.2% and 14.4%, respectively.Conclusion This method has high accuracy, good precision and sensitivity, and can be applied in the identification of composite herbicides in casework.

Keyword: forensic toxicology; composite herbicides; liquid chromatography-mass spectrometry; water

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随着农业现代化的发展和农业劳动力的转移, 我国农业栽培耕作方式逐渐向规模化、集约化发展, 同时对农药的需求量也显著增加, 而除草剂是发展最为迅速的一类农用化学品。长期大量使用各种除草剂, 其有效成分及其分解产物会在农作物体内、土壤、水体中残留, 将严重危害生态系统安全。因此, 对环境中各种不同除草剂进行分析检测就显得尤为重要^[1]。目前, 分析水、土壤、作物等不同检材中除草剂的方法主要包括气相色谱法(GC)^[2]、气相色谱-质谱联用法(GC/MS)^[3]、液相色谱法^[4]、液相色谱-质谱联用法(LC/MS)^[5]等。

本文以常见的3种三嗪类、7种磺酰脲类和4种苯脲类除草剂为分析对象, 结合液相色谱分离效果好、质谱检测灵敏度高等特点, 发展建立了水中多种除草剂分析快速、灵敏、实用、可靠的液相色谱-电喷雾离子阱质谱分析方法, 并用于实际中毒案例检材的鉴定, 实用效果较好, 报道如下。

1 实验部分

1.1 试剂

莠去津、莠灭净、扑草净、烟嘧磺隆、苄嘧磺隆、氯嘧磺隆、噻吩磺隆、甲嘧磺隆、利谷隆、绿谷隆、异丙隆、敌草隆均购自美国Ceriliant公司; 甲磺隆、苯磺隆均购自美国Sigma-Aldrich公司; 乙腈、甲醇购自天津市四友生物医学技术有限公司; 乙酸铵购自美国Dima公司; 甲酸购自天津市化学试剂六厂; 所有用水为去离子水。

除草剂标准溶液的配制:分别准确称取14种除草剂标准品10.00mg, 用乙腈溶解并定容至10mL, 得到浓度为1.00mg/mL的标准储备液, 取适量标准储备液, 用乙腈配制成适当浓度的混合标准工作溶液。

1.2 仪器

Finnigan Surveyor液相色谱仪, 配有电喷雾离子源, LXQ线性离子阱质谱仪(美国, Thermo Fisher公司); 80-2型离心机(上海手术机械厂); XW-80A微型旋涡混合仪(上海沪西分析仪器有限公司); C₁₈固相萃取柱(Supelco公司)。

1.3 实验条件

色谱条件:色谱柱Thermo Gold ODS(150mm× 2.1mm× 5μ m); 柱温30℃; 流动相A为0.1mmol/L乙酸铵-甲酸缓冲溶液(pH=4.0), 流动相B为甲醇, 起始梯度为10%B, 保持1min, 在5min内线性增加至95%B, 维持10min; 流速0.20mL/min; 进样体积10μ L。

质谱条件:电喷雾离子化源(ESI), 正离子方式检测, 全离子扫描模式, 扫描范围为50m/z~500m/z; 毛细管温度为350℃, 雾化气、加热辅助气和吹扫气流量分别为30.00、8.00和2.00L/min; 源电压、毛细管电压和套管透镜补偿电压分别为5.00kv、30.00v和70.00v。

1.4 样品

实验样品为环境水, 水样采自沈阳丁香湖水库, 经0.45μ m水系滤膜过滤后, 4℃保存;

1.5 样品处理

准确量取10.00mL样品, 缓慢注入依次用5mL乙腈、5mL水活化的固相萃取柱, 控制流速为3mL/min左右, 离心机甩干柱中水分后, 用1.00mL乙腈洗脱, 收集洗脱液, 过0.45μ m有机系滤膜, 滤液供LC/MS测定。

2 结果与讨论

2.1 质谱条件优化

本文选择的包括3种三嗪类、7种磺酰脲类和4种苯脲类除草剂在内的14种除草剂, 虽然结构不同, 理化性质也有差异, 但是它们的色谱行为、质谱特征具有一定的相似性, 可以在一定色谱条件下得到较好的分离和显现不同的质谱特征。因此, 参考文献报道^{[6, 7]}, 根据分子结构特征, 本文选择正离子(ESI⁺)检测, 全离子扫描模式, 得到14种除草剂各自的分子离子峰(母离子)后, 进一步对分子离子进行碰撞诱导解离(CID)分析, 得到二级全扫描质谱, 根据二级质谱中的主要碎片离子, 确定定性和定量分析碎片离子(子离子), 然后优化仪器的各个参数使其响应值最大。表1所示为优化后的14种除草剂的分子离子峰和二级质谱主要碎片离子。

表1 14种除草剂的液相色谱-质谱分析参数

2.2 色谱条件优化

据文献报道^{[5- 6]}, 不同检材中的三嗪类、磺酰脲类和苯脲类除草剂均可以在C₁₈柱上得到较好的分离, 所以本文选择最常用的ODS柱作为分离色谱柱, 通过考察甲醇、乙腈和乙酸、氨水等作为流动相, 得到最佳流动相组成为:甲醇-0.1mmol/L乙酸铵-甲酸缓冲溶液(pH=4.0)。图1所示为优化分析条件下, 14种不同类型除草剂的液相色谱-质谱图。

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	图1 14种除草剂在优化分析条件下的液相色谱-质谱图

2.3 线性范围与检出限

将分别添加0.005μ g/mL、0.010μ g/mL、0.050μ g/mL、0.10μ g/mL、0.50μ g/mL、1.00μ g/mL、2.00μ g/mL 7个不同浓度14种除草剂的水样, 按照上述1.5方法进行固相萃取操作后, 选择各种除草剂的二级质谱选择离子色谱峰面积(Y)对不同浓度(X)绘制曲线, 拟合出各自的线性回归方程; 以信噪比等于3为标准, 测出各组分的检测限; 以信噪比等于10为标准, 测出各组分的定量限; 按照固相萃取富集10倍, 估算出最低检出限(LOD)和最低定量限(LOQ); 根据结果计算出各种除草剂的定量分析线性范围。表2所示为14种除草剂的线性方程、相关系数、最低检出限、最低定量限和线性范围。

表2 14种除草剂的线性方程、相关系数、最低检出限、最低定量限、线性范围

2.4 准确性与精密度

本文建立的方法其准确性与精密度采用回收率与相对标准偏差(RSD)进行衡量。在空白水样中分别添加浓度为0.050μ g/mL、0.50μ g/mL、1.00μ g/mL的14种除草剂, 按照上述1.5方法进行固相萃取操作, 每一浓度同一天内提取3次, 检测并计算回收率, 连续提取测定3天, 分别得到日内RSD和日间RSD。实验结果表明:3个浓度的不同除草剂的平均回收率在70.5%~110.2%之间, 日内RSD均小于10.2%, 日间RSD均小于14.4%, 各项指标较为满意, 符合分析与鉴定要求。

3 案例应用

某年6月, 某村一村民报案称自家已插完秧的水稻苗变黄、枯萎导致死苗, 怀疑被他人投入农药所致, 办案人员送来枯死的水稻苗和稻田水样到本实验室, 要求检验是否含有常见除草剂成分。按照本文建立的检测方法, 在送检检材中均检出烟嘧磺隆、莠去津2种除草剂成分; 其中在送检的稻田水样中烟嘧磺隆浓度为0.010μ g/mL, 莠去津浓度为0.20μ g/mL。

本文结合液相色谱分离效果好与质谱检测灵敏度高的特点, 建立了水中14种除草剂的液相色谱-电喷雾离子阱质谱分析方法, 具有快速、灵敏、高效等优点, 该方法能够满足相关司法鉴定工作的要求, 具有一定的实用价值。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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[1]	刘长令. 世界农药大全—除草剂卷[M]. 北京: 化学工业出版社, 2002. [本文引用:1]
[2]	马又娥, 刘宝峰. 环境水中7 种酰胺类和磺酰脲类除草剂残留检测方法研究[J]. 现代农药, 2011, 10(4): 43-45. [本文引用:1]
[3]	吴岩, 杨长志, 刘永, 等. 气相色谱-质谱法测定大豆中的豆磺隆的残留量[J]. 分析试验室, 2008, 27(3): 80-83. [本文引用:1]
[4]	刘彬, 蔡凯, 胡德禹, 等. 高效液相色谱法同时测定甘蔗及土壤中莠灭净与敌草隆的残留[J]. 农药, 2010, 49(8): 593-595. [本文引用:1]
[5]	杨俊, 王文辉, 王齐, 等. 超高效液相色谱-串联质谱法测定稻田水体中的甲磺隆、苄嘧磺隆残留[J]. 质谱学报, 2011, 32(3): 176-180. [本文引用:2]
[6]	冯蕾, 胡晓芳, 许书军, 等. SPE-UPLC-MS 法同时检测乳制品中11 种三嗪类除草剂的残留[J]. 上海交通大学学报 (农业科学版), 2011, 29(2): 88-94. [本文引用:2]
[7]	彭晓俊, 庞晋山, 邓爱华. 液相微萃取/高效液相色谱法测定环境水样中的痕量苯脲类除草剂[J]. 分析测试学报, 2011, 30(7): 784-788. [本文引用:1]

2002

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... 因此,对环境中各种不同除草剂进行分析检测就显得尤为重要^[1] ...

2011

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马又娥, 刘宝峰. 环境水中7 种酰胺类和磺酰脲类除草剂残留检测方法研究[J]. 现代农药, 2011, 10(4): 43-45.

本研究建立了能同时测定水中酰胺类除草剂和磺酰脲类除草剂残留量的分析方法.样品分别用正己烷、乙腈对不同类型的残留农药进行提取,然后分别以气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)和高效液相色谱-紫外检测器(HPLC-UV)进行定性和定量.各种农药在0.05～1.0mg/L浓度范围内线性关系良好,相关系数为0.997 9～0.999 9；在0.02～0.5 mg/L添加浓度范围内,平均回收率在76.0％～113.2％之间,相对标准偏差为2.68％～9.12％；最低检出限为0.2～2.0 μg/L.实验结果表明本方法简便、快速,定量准确,灵敏度和精密度好,可实现环境水样中痕量酰胺类和磺酰脲类除草剂残留分析的要求.

... 目前,分析水、土壤、作物等不同检材中除草剂的方法主要包括气相色谱法(GC)^[2]、气相色谱-质谱联用法(GC/MS)^[3]、液相色谱法^[4]、液相色谱-质谱联用法(LC/MS)^[5]等 ...

2008

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吴岩, 杨长志, 刘永, 等. 气相色谱-质谱法测定大豆中的豆磺隆的残留量[J]. 分析试验室, 2008, 27(3): 80-83.

建立了气相色谱-质谱法测定磺酰脲类除草剂豆磺隆在土壤中的残留量方法, 利用豆磺隆的热不稳定性, 对其水解产物4-氯-6-甲氧基嘧啶胺进行选择离子测定, 定性、定量准确, 排除了大豆中复杂基质的干扰, 方法的线性、回收率、精密度和检出限均符合残留分析的要求.

2010

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刘彬, 蔡凯, 胡德禹, 等. 高效液相色谱法同时测定甘蔗及土壤中莠灭净与敌草隆的残留[J]. 农药, 2010, 49(8): 593-595.

建立了用高效液相色谱法同时测定甘蔗及土壤中莠灭净与敌草隆的残留分析方法.样品经甲醇提取,二氯甲烷萃取和中性氧化铝柱层析净化,HPLC法测定,方法最小检出量莠灭净为1.2×10-9g,敌草隆为1.5×10-9g.莠灭净在土壤和甘蔗中的最低检出质量分数分别为0.015、0.02 mg/kg,方法添加回收率分别为82.12%～90.97%、85.89%～92.26%,相对标准偏差分别为1.70%～5.73%、0.40%～5.78%;敌草隆在土壤和甘蔗中的最低检出质量分数分别为0.01、0.02 mg/kg,方法添加回收率分别为80.93%～82.19%、81.81%～87.81%,相对标准偏差分别为2.34%～8.60%,0.35%～6.20%.

2011

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杨俊, 王文辉, 王齐, 等. 超高效液相色谱-串联质谱法测定稻田水体中的甲磺隆、苄嘧磺隆残留[J]. 质谱学报, 2011, 32(3): 176-180.

Metsulfuron-methyl and bensulfuron-methyl in paddyfield water were determined by ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry（UPLCMS/MS）. The remains of metsulfuron-methyl and bensulfuronmethyl were extracted with solid phase extraction C 18 cartridge.The separation of metsulfuron-methyl and bensulfuron-methyl was performed on Waters Acquity UPLC system with a BEH C 18 column (50 mm×2.1 mm×1.7 μm) and with a linear gradient elution (CH 3 OH and 0.05% acetic acid as mobile phase) at a flow rate of 0.4 mL/min， and detected by MS/MS with positive electrospray ionization mode. The method used external standard for quantification. The calibration curves have good linear correlation in the concentration range of 1.0—500 μg/L（ r =0.999 7—0.999 9）. The limits of detection are 0.002 5 μg/L and 0.005 μg/L，respectively. The recovery is in the range of 87.6%—98.2%, and the RSD is less than 3.5%．

建立了水体中甲磺隆、苄嘧磺隆残留检测的超高效液相色谱串联质谱法。水样中的甲磺隆和苄嘧磺隆经C 18 固相萃取小柱萃取，然后用Waters Acquity UPLC BEH C 18 色谱柱（50 mm×2.1 mm×1.7 μm）分离，以0.05％乙酸/甲醇为流动相进行梯度洗脱，流速0.4 mL/min, 采用正离子电喷雾电离模式测定,外标法定量。结果表明：甲磺隆、苄嘧磺隆在1.0~500.0 μg/L的浓度范围内呈良好的线性关系，相关系数分别为0.999 7和0.999 9，检出限分别为0.002 5 μg/L和0.005 μg/L，回收率为87.6％~98.2％，相对标准偏差小于3.5％。

... 2 色谱条件优化据文献报道^{[5- 6]},不同检材中的三嗪类、磺酰脲类和苯脲类除草剂均可以在C₁₈柱上得到较好的分离,所以本文选择最常用的ODS柱作为分离色谱柱,通过考察甲醇、乙腈和乙酸、氨水等作为流动相,得到最佳流动相组成为:甲醇-0 ...

2011

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冯蕾, 胡晓芳, 许书军, 等. SPE-UPLC-MS 法同时检测乳制品中11 种三嗪类除草剂的残留[J]. 上海交通大学学报 (农业科学版), 2011, 29(2): 88-94.

优化固相萃取(SPE)条件,采用SPE前处理,结合超高效液相色谱-质谱联用法(UPLC-MS)检测乳制品中11种常用三嗪类除草剂,即西码津、莠去津、西草净、阿特拉津、仲丁通、扑灭通、莠灭净、扑灭津、特丁津、扑草净、特丁净的残留量.分析方法为:经过Varian Plexa SPE柱处理的乳制品,用Waters BEH C18色谱柱(2.1×100mm,1.7μm)和梯度变化的水和乙腈流动相进行分离,Waters Q-Tof Premier质谱仪在m/z50～600范围内进行正离子全扫描监测,然后提取离子,用外标法进行定量分析.结果:11种三嗪除草剂的标准曲线线性范围为1.0～200.0 ng/mL,线性关系良好,回归系数r均大于0.99.牛奶中三嗪除草剂含量的检测范围为1.0～40.0 ng/g,回收率为84.30%～106.99%,RSD为0.04%～5.01%,最低检测限为0.02～0.08 ng/g.该研究对准确高效地监测各种乳制品中三嗪类除草剂的残留具有重要意义.

... 因此,参考文献报道^[6,7],根据分子结构特征,本文选择正离子(ESI⁺)检测,全离子扫描模式,得到14种除草剂各自的分子离子峰(母离子)后,进一步对分子离子进行碰撞诱导解离(CID)分析,得到二级全扫描质谱,根据二级质谱中的主要碎片离子,确定定性和定量分析碎片离子(子离子),然后优化仪器的各个参数使其响应值最大 ...

2011

0.0

彭晓俊, 庞晋山, 邓爱华. 液相微萃取/高效液相色谱法测定环境水样中的痕量苯脲类除草剂[J]. 分析测试学报, 2011, 30(7): 784-788.

A novel method was developed for the simultaneous determination of three trace phenylurea herbicides,such as isoproturon,metobromuron and monuron in environmental water,by liquid phase microextraction（LPME）coupled with high performance liquid chromatography（HPLC）.The effects of differerent extraction and measuring conditions on detection were investigated.The optimal experimental conditions were as follows:organic solvent:6 mL octanol,drop volume:3 μL,stirring speed:450 r/min,extraction time:30 min.Under the optimal conditions,the enrichment factors of isoproturon,metobromuron and monuron were 510,490 and 350,respectively.There was a good linearity between peak area and concentration of three herbicides in the range of 0.5-800 μg/L,with correlation coefficient of 0.995 8-0.998 3.The detectioin limits of three phenylurea herbicides ranged from 0.2 μg/L to 0.4 μg/L.The spiked recoveries of three herbicides from environmental water samples were in the range of 62%-92% with relative standard deviations（RSDs） no more than 7.7%.The method showed the advantages of sensitivity,simplicity and fastness for the use of very small amounts of organic solvent,and could meet the requirements of the determination of trace phenylurea herbicides in environmental water samples.

建立了液相微萃取/高效液相色谱联用（LPME/HPLC）技术同时测定环境水中痕量异丙隆?秀谷隆和灭草隆除草剂的分析方法。考察了不同萃取条件及测定条件对检测结果的影响。优化后的萃取条件为:6 μL正辛醇作萃取剂,液滴体积3 μL,搅拌速度450 r/min,萃取30 min。结果表明,在优化条件下，3种除草剂的质量浓度在0.5~800 μg/L范围内与其峰面积呈良好线性，相关系数为0.995 8~0.998 3,异丙隆?秀谷隆和灭草隆的富集倍数分别为510?490和350倍,检出限分别为0.2?0.2、0.4 μg/L,加标回收率为62%~92%,相对标准偏差（RSD）为4.3%~7.7%。该法灵敏度高?操作简单?快速,能满足环境水样中痕量苯脲类除草剂残留的分析要求。