提高水溶性農藥的回收率

圖1.  攪拌棒吸附萃法（SBSE）示意圖。

攪拌棒吸附萃取法(SBSE)在飲用水的農藥分析檢測中已得到廣泛的應用，但由于Ko/w系數的不同，某些物質的回收率仍然不甚理想，順序式SBSE法對這種經典方法做了簡單而有效的優化，使水中極性和非極性農藥樣品都能以很低的檢測限得到確證。

飲用受污染的水會對健康造成危害，目前，必須加以監控的危險污染物質包括一些揮發性及難揮發性有機化合物，例如有機氯農藥、多環芳烴（PAK）和多氯聯苯（PCB）等。這些污染物的排放多是人為因素，通過廢水排放、農業作業或垃圾焚燒進入自然的水循環中。這些水中存在的微量、超微量化合物皆為具有毒性的致癌物質或激素類物質，必須進行準確、可靠的分析檢測，這對相應的分析方法提出了很高的要求。

尋找理想的萃取技術

Gerstel磁子攪拌棒吸附萃取法（SBSE）是一種有效、靈敏和資源友好型的方法，SBSE方法在過去幾年，已廣泛應用于從水、土壤、營養品、飲料以及生物質中萃取痕量的有機組分。

SBSE方法與固相微萃取（SPME）相似，但也存在一些差別，SBSE方法采用以聚二甲基硅氧烷（PDMS）為外層覆膜的磁性攪拌棒。當磁子攪動樣品溶液時，溶質被萃取到磁子的表層中；萃取完成后，將磁子從樣品溶液中取出，用蒸餾水洗去基體殘留液，擦干，置于熱解吸單元 TDU中進行解吸，然后轉入與之相聯的氣相色譜儀中，內部的程序升溫氣化進樣器（冷進樣器系統）進行冷卻、富集，繼而進行定量分析。

這種SBSE方法易于操作，無需復雜的樣品前處理步驟，熱解吸可以完全自動化地進行。磁子攪拌棒法優于帶纖維的固相微萃取法之處在于高分子聚合物（PDMS）具有大的載體體積，范圍為20~130 μl，而固相微萃取法的纖維體積僅為0.5 μl。因此，在同樣的重現性和高回收率情況下，SBSE方法具有更低的檢測限（亞ng/L級），尤其是分析疏水性的化合物時。

圖2.  采用順序式攪拌棒吸附萃法SBSE-TD-GC-RTL-MS方法得到的河水中農藥分析的總離子譜圖（TIC）以及質譜圖。

辛醇-水分配比決定成效

分析溶質在應用磁子攪拌棒吸附萃取法時得到的回收率，可借助該溶質在辛醇-水中的分配系數（Ko/w）進行估計，Ko/w表示在一定溫度下某化學物質在正辛醇和水組成的兩相之間的平衡濃度比。Ko/w ＞1意味著該物質在脂中有很好的溶解度，而Ko/w <1則表明其在水中的溶解度較高。磁子對logKo/w值較高（logKo/w＞4）的疏水性物質能以較高的回收率直接萃取，對logKo/w值（logKo/w<4）較低的親水性物質，通過加入NaCl (20%~30%)也能改善回收率，當然在加入鹽的同時，也會降低疏水性溶質回收率，對于這種情況，可將同一樣品均分為兩份然后應用攪拌棒吸附萃取法，采用不同的萃取條件，對化學性質差別大的化合物進行確證。從水相中對疏水性溶質進行萃取時也可以通過加入甲醇來優化。

在早期的工作中，兩個磁子攪拌棒分別用于不同介質的方法，這已在分析檢測水相樣品中80種農藥的應用中得到推廣，極性農藥一般具有較低的Ko/w值，而非極性的農藥則具有較高的Ko/w值，即使是很低的濃度（亞μg/L級），SBSE方法也適用于多種農藥殘留物的同時分析，并顯示出進一步的優化潛力。值得注意的是，應用雙SBSE法可以降低所加鹽的副作用，從而改善親水性物質的回收率。該方法顯示出對大多數目標化合物良好的線性（R2＞0.9900）以及較高的靈敏度（檢測限<10 ng/L），然而，回收率卻只有11%~72%，對于強疏水性的化合物（logKo/w＞6）甚至均值僅為33%。通過將雙SBSE法改進為順序式SBSE法，可將80種農藥的回收率提高到82%~113%。

順序式SBSE法

在10 ml頂空瓶中注入5 ml樣品溶液，置入磁子（覆膜為24 μl PDMS），旋緊密封螺紋瓶蓋，將如法炮制的多個樣品頂空瓶同時置于多孔式電磁攪拌器中，以1500r/min的轉速于室溫下萃取60 min。所有實驗均按照SBSE法保持同樣的攪拌速度，以便同雙SBSE法進行對比。經過第1次萃取之后，用鑷子夾出攪拌磁子，用水洗凈，以不含纖維的布擦干，轉入到熱解吸玻璃管中，在進行分析前，將這種熱解吸玻璃管保存于所連接的多用性進樣器（MPS）的樣品盤中，進行自動化的樣品前處理。

往原頂空瓶樣品溶液中加入NaCl（30%），放入第2個攪拌磁子，旋緊瓶蓋。按照第1次萃取過程進行第2次萃取，最后將熱解吸玻璃管自動轉入熱解吸單元TDU中，此后無需其它的樣品前處理操作。

圖3.  位于熱解吸器中玻璃襯里中的Gerstel磁子近照。

TDU-GC/MS分析水溶液樣品

樣品前處理后，將兩根攪拌磁子予以解吸，通過熱解吸器TDU進行編程：從40℃（0.5 min）以720 ℃/min的速率加熱至280℃（5 min），所用解吸流速為50 ml/min。 以氦氣為載氣，經解吸后的化合物于-100℃的低溫下，進入冷進樣器系統程序升溫氣化進樣器中進行低溫聚集，然后進行GC/MS分析。解吸后，該冷進樣器系統通過編程以720℃/min的速率從100℃加熱到280℃（5 min），以便將所收集的化合物轉入到分析柱上（安捷倫HP-5 MS,內徑30m×0.25mm，膜厚度0.25 μm）。進樣采用無分裂模式，無分裂時間為2min。柱溫爐編程為：從70℃（2 min）以25℃/min的速率加熱至150℃，繼以3℃/min速率加熱至200℃,最后以8℃/min的速率加熱至300℃。采用安捷倫的保留時間鎖定數據庫，柱子初壓的調節，以保證甲基毒死蜱出峰于恒定的保留時間16.59 min。MS采用掃描模式運行，實施電子碰撞電離（電子加速電壓70 eV），掃描范圍調節為m/z 58 ~ 510。

這種順序式SBSE法的線性已通過80種水溶農藥20~1000 ng/L的6種濃度范圍內的測試，對于每一范圍均進行了雙份測定。對于所有溶解的物質均獲得了良好的線性，線性相關系數為R2=0.9900。檢測限（LOD）通過對各添加有20 ng/L（校正曲線的最低濃度）溶質的富集后的水的重復分析來求得。對于67種溶解的物質均得到了很低的檢測限，范圍為2.1~10 ng/L。對于其它13種溶解物質的檢測限則介于11~74 ng/L之間。將順序式SBSE法與雙SBSE法進行了對比，其不同之處在于，順序式SBSE法得到了更高的回收率，對于75種農藥的回收率優于80%，重現性也良好，相對標準偏差RSD <10%，線性為R2=0.99。

農藥分析實踐應用

這種方法成功地用于Tama及Tsurumin河流等河水樣品中農藥殘留物的檢測。農藥的測定采用6次重復分析，或20~100 ng/L校正標準加入法的雙重分析。對11種分屬于不同種類的農藥測得的范圍為7.2~52 ng/L，所檢出農藥的log Ko/w值為2.79（甲基氨基甲酸鄰仲丁基丙酯）~5.40（惡醚唑 1,2）。此外，安捷倫的RTL農藥掃描器還發現了一些目標物質之外、未予定量的農藥，例如烯蟲磷（log Ko/w值2.50）以及稻瘟靈（log Ko/w值2.79）等。