多残留分析技术及其在praess模型验证中的应用

多残留分析技术及其在 PRAESS 模型验证中的应用 孔祥吉 张雪梅 周军英 韦笑 王娜 程燕 单正军 环境保护部南京环境科学研究所 国家环境保护农药环境评价与污染控制重点实验室 江苏省计量科学研究院 南京信息工程大学 摘 要： 目的建立水环境中农药多残留的快速分析技术, 为农药水生生态风险评价提供技术支撑。方法采用固相萃取-气相色谱-质谱联用方法分析地表水中 10 种高风险稻田农药 (毒死蜱、硫丹、灭多威、莠去津、烟嘧磺隆、氟乐灵、百菌清、苯醚甲环唑、二嗪磷、氯氰菊酯等) 的残留状况, 对比固相萃取小柱、洗脱溶剂等因素对回收效率的影响。结果采用 500 mg 的 HLB 小柱、丙酮-乙酸乙酯-二氯甲烷 (体积比 111) 作为洗脱溶剂, GC/MS (SIM 模式) 测定地表水中 10 种农药, 最低检出限 (LOD) 在 0.0050.1g/L, 方法回收率在79%116%。采用该方法验证 PRAESS 稻田-地表水模型及场景, 测试质量浓度 (1.83g/L) 与模型预测质量浓度 (2.32g/L) 有较高的拟合水平, 后期测试质量浓度与模型估算值有较大差异。结论多残留分析技术简便易行, PREASS模型仍有待于进一步修正和完善。关键词： 固相萃取; 气质联用; 农药多残留分析; PREASS 模型验证; 作者简介：孔祥吉 (1979) , 男, 博士, 副研究员, 主要研究方向为农用化学品的测试技术与环境行为。E-mail:kxjnies.org。收稿日期：2017-06-12Research on the Multi-residue Analysis Technique and Application in Validating of PRAESSKONG Xiang-ji ZHANG Xue-mei ZHOU Jun-ying WEI Xiao WANG Na CHENG Yan SHAN Zheng-jun Nanjing Institute of Environmental Sciences, MEP; Jiangsu Institute of Metrology; Nanjing University of Information science Abstract： Aims The aims were to establish the analysis techniques for pesticides multi-residues, and provide technical support for the ecological risk assessment on the pesticides. Methods The SPE-GC-MS technique was adopt in the analysis of 10 high risk pesticide residues in surface water, which was used in rice field, that were chlorpyrifos, endosulfan, methomyl, atrazine, nicosulfuron, trifluralin, chlorothalonil, difenoconazole, diazinon and cypermethrin.The effects of different type of SPE column and elution solvents on recoveries were discussed. Results The operation conditions were the HLB cartridge of 500 mg, and the mixed elution solvent of acetone, ethyl acetate and dichloromethane (111, by vol) and SIM mode of GC-MS. The detectable residues level range for the 10 pesticides was between 0.005 and 0.1 g/L, and recoveries were 79-116%. The analysis method was adopted in the validation of PRAESS mode in the rice-surface water model and scene. It was indicated that the highest concentration of chlorpyrifos was 1.83 g/L tested in the field, which fit well with the peak value of 2.32 g/L predicted by the PRAESS Risk Prediction Model, however, it has great difference between the detection values and estimates from follow-up samples.Conclusions The pesticide multi-residue analysis techniques were simple and convenient, and PREASS model need more verification and improvement.Keyword： solid phase extraction; GC-MS; pesticide multi-residue analysis; PREASS model verification; Received： 2017-06-12我国稻田农药的使用量大, 对稻田附近的地表水体污染严重, 但稻田使用农药水生生态风险评价基础薄弱, 开展稻田使用农药水生生态风险评价具有重要的现实意义1, 其中暴露评价的作用尤为突出2。在国内, PRAESS (Pesticide Risk Assessment Exposure Simulation Shell, PRAESS) 是农药生态风险评价所用的暴露模拟外壳, 是由环保部南京环境科学研究所开发构建, 其是在国外的暴露模拟外壳和暴露评价模型的基础上, 结合我国农药生态风险评价工作的需求构建的, 模型包含 PRZM-EXAMS、RICEWQ-EXAMS 和 PRZM-ADAM 3 套模拟模型。其中的 RICEWQ-EXAMS 可用于模拟水稻-地表水的场景3, 模拟后得到稻田附近水体及地下水中的农药浓度, 用于估测农药在水稻上使用后对水生生物和地下水的生态风险。主要从水中多农药残留分析方法的建立, 及其在 PRAESS 模型估算结果验证的角度开展试验。选择快速高效的 SPE-GC-MS 法, 优化了 SPE 操作参数, 建立了 10种农药的同步快速检出技术, 并将其用于典型稻田场景中毒死蜱 PRAESS 模型预测结果的验证。1 材料及方法1.1 仪器设备气相色谱-质谱联用仪 (Agilent 7890A-MS5975c) , 配备 HP-5 毛细管色谱柱 (30 m×0.25 mm×0.25m) , 美国安捷伦公司;固相萃取装置 (配备大体积采样器) , 12 孔, Supelco 公司;Buchi R-210 旋转蒸发仪, 瑞士布奇公司;Mettler AL204 电子天平, 瑞士梅特勒公司。1.2 试剂与材料农药标准品, 包括毒死蜱、硫丹、灭多威、莠去津、烟嘧磺隆、氟乐灵、百菌清、苯醚甲环唑、二嗪磷、氯氰菊酯等, 均购自德国 Dr.Ehrenstorfer Gmb H公司, 纯度>99% (质量分数) ;丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、正己烷, 均为色谱纯, 德国 Merck 公司;无水硫酸钠, 分析纯, 南京化工试剂公司, 用前 500下烘干 2 h;硅胶, 分析纯, 粒径 75m, 国药试剂公司。玻璃纤维滤膜 (60 mm×0.45m) , 上海兴亚净化材料厂, 用前 500下烘干 4 h。HLB 小柱 (200 mg/500 mg) , ENVI-CARB (500 mg) 小柱和 ENVI-18 (500 mg) 小柱, 均为Waters 公司。1.3 试验方法1.3.1 标准溶液的配制准确称量各农药标准品, 以色谱纯正己烷 (或乙酸乙酯) 配制成单一标准储备溶液, 质量浓度为 200500 mg/L, 于 4下保存。定量移取各单标储备溶液, 以正己烷/乙酸乙酯稀释定容, 配制 10 mg/L 的单一中间储备溶液。再定量移取单一中间储备溶液, 配制质量浓度 0.0052 mg/L 的混合标准系列工作溶液, 用气相色谱-质谱测定。1.3.2 标准工作曲线的建立在最佳的 GC-MS 运行参数下, 进 0.0052 mg/L 的 10 种目标农药的混合系列标准溶液, 建立峰面积对浓度的标准工作曲线。1.3.3 样品前处理条件的建立水样的前处理主要包括以下几步:1) 样品初滤, 量取 1000 m L 水样, 真空条件下过 0.45m 玻璃纤维滤膜, 去除水中悬浮物, 提高下一步固相萃取的富集效率。2) 固相萃取, 包括: (a) SPE 柱的活化:首先选用合适的溶剂对 SPE 柱进行浸泡和活化; (b) 上样, 真空条件下采用大体积采样器将初滤后的水样过固相萃取小柱 (上样速率保持在 0.5 L/h) , 使目标农药在柱中富集, 过柱后在继续抽干水分 1 h; (c) 洗脱, 选择合适的溶剂对富集在小柱中的目标农药进行洗脱; (d) 净化, 采用无水硫酸钠+层析硅胶对洗脱液进行净化, 进一步去除其中可能存在的杂质 (如腐殖酸、蛋白质、叶绿素、水分) ; (e) 浓缩、定容, 将净化后的洗脱液进行浓缩, 定容至 2 m L, 进气相色谱-质谱测定。样品前处理过程中, 需要确定的操作条件主要包括萃取柱和洗脱溶剂的选取, 本研究主要对比了 4 种固相萃取小柱 (包括 2 种容积的 HLB 小柱, ENVI-18 柱及 ENVI-CARB 柱) 以及 2 种组合洗脱溶剂 (丙酮-乙酸乙酯-二氯甲烷、甲醇-正己烷) 对提取效果的影响。2 结果与讨论2.1 分析方法的建立2.1.1 仪器测试条件GC:柱温:初温 60, 保持 1 min, 20/min 升温至 180, 保持 8 min;5/min 升温至 250保持 1 min, 25/min 升温至 280, 保持 5 min;后运行:60, 保持 0.5 min;总运行时间 36.2 min;进样口:250, 压力 121.824 k Pa, 不分流进样模式, 进样体积 1L;载气:He, 隔垫吹扫:50 m L/min。MS:离子源温度 230, 四级杆温度 150;分别采用 TIC (总离子流图) 扫描和SIM (选择离子扫描方式) 对各种农药进行定性和定量, TIC 模式下质量范围在50300 au, 扫描阈值:150, SIM 模式下的各农药的色谱保留时间 (min) 和定性离子对和定量离子对见表 1, 10 种农药的 TIC 模式下色谱图 (质量浓度均为1 mg/L) 见图 1。表 1 各种农药的保留时间和特征离子 下载原表 图 1 TIC 模式下 10 种农药的 GC-MS 色谱图 (混标质量浓度均为 1 mg/L) 下载原图由以上试验结果可见, 在所选择的 GC-MS 条件下, 10 种目标农药的色谱峰有较好的峰形和响应, 且保留时间不存在干扰。2.1.2 标准工作曲线标准工作曲线测定结果见表 2。10 种农药的标准曲线最低值