DOI： 10.3724/SP.J.1096.2011.01238
1（中国地质科学院水文地质环境地质研究所，正定 050803）
2（河北科技大学，石家庄 050018）
摘 要 以Na4-EDTA为络合剂、五氟苄基溴为衍生试剂，对土壤中酸性除草剂进行在线衍生络合萃取，采用负化学源质谱技术对衍生产物实现了快速、高灵敏检测。将10.0 g土壤样品、1.5 mL蒸馏水、0.50 g Na4-EDTA充分混合，加入过量衍生试剂，采用加速溶剂萃取仪，样品在100 ℃，10.3 MPa压力下，10 min完成衍生及萃取过程, 萃取液脱水并净化后进行检测。本方法在10～500 μg/kg范围内线性关系较好，相关系数r2＞0.990。方法的检出限为0.8～7.7 μg/kg；回收率为70%～130%；精密度2.0%～8.0%。
关键词 络合萃取； 在线衍生； 土壤； 除草剂； 负化学源质谱
2010-09-28收稿；2011-03-14接受
本文系中国地质科学院基本科研业务费（No.Q201017），中国地质科学院水文地质环境地质研究所基本科研业务费（No.SK2010008）资助
* E-mail: Agui_mail@163.com
1 引 言
苯氧羧酸类物质是最早研制出来并投入使用的除草剂。该类化合物因具有较高的水溶性和漂移性，会对土壤、地下水和农作物造成污染。由于其极性较强，依靠常规相似相溶的原理很难提取，基于可逆络和反应的萃取方法对极性有机物的分离有很高的选择性和实用性。储晓刚等［1］采用超高效液相色谱-电喷雾串联质谱法同时检测了大豆中107种除草剂残留； 牛增元等［2］将样品经甲酸酸化丙酮超声提取，建立了纺织品中7种苯氧羧酸除草剂的高效液相色谱-电喷雾质谱快速检测方法。颜鸿飞等［3］采用乙腈超声振荡提取。以气相色谱-质谱法测定茶叶中29种酸性除草剂。本实验以Na4-EDTA为络合剂进行了系统实验，开发出了一套新的萃取方法。由于在线衍生的难度较大，极性化合物在线衍生的报道较少，且不够系统［4～7］，本实验采用Na4-EDTA为络合剂、五氟苄基溴为衍生剂，将萃取与衍生技术融为一体，结合负化学源质谱技术［8］，实现了土壤中酸性除草剂快速、高灵敏检测。
2 实验部分
2.1 仪器与试剂
ASE200型加速溶剂萃取仪（美国戴安公司），GC-MS QP2010气相色谱-质谱联用仪（日本岛津公司），配负化学电离源；MTN-2800W氮吹仪、HA-20固相萃取仪（恒奥公司）。
丙酮、正己烷、甲苯（农残级）；五氟苄基溴（99.5%）、乙二胺四乙酸四钠盐（Na4-EDTA）、无水Na2SO4（400 ℃烘烤4 h）、K2CO3（优级纯）。茅草枯、3,5-二氯苯甲酸、2-（四氯苯氧基-2-甲基）-丙酸、麦草畏、二-甲基-4-氯苯氧乙酸、2,4-滴丙酸、2,4-滴、2，4，5-滴丙酸、五氯酚、地乐酚、2,4,5-涕、草灭平、2，4-滴丁酸和2,4二氯苯乙酸均购自Dr. Ehrenstorfer公司。
2.2 样品预处理
准确称取10.0 g样品于研钵中，加入0.50 g Na4-EDTA、1.5 mL蒸馏水充分混合均匀，静置干燥过夜，然后将样品与25 g石英砂充分混合，装入33 mL萃取池中；在萃取池顶部，加入0.4 mL K2CO3（20%）、0.5 mL五氟苄基溴（30%），盖好萃取池盖子，装入快速溶剂萃取仪，开启仪器，收集萃取液。
2.3 快速溶剂萃取及衍生条件
萃取剂：丙酮，络合剂：Na4-EDTA；衍生试剂：五氟苄基溴；萃取池压力：10.3 MPa；萃取池温度（在线衍生温度）：100℃；静态萃取时间（衍生时间）：10 min，衍生催化剂：K2CO3。
2.4 样品浓缩和净化
在萃取液中加入5 g 无水Na2SO4使其充分脱水，并在氮吹仪上将萃取液吹至近干，用2～3 mL正已烷定量转移至硅胶柱净化柱上（预先用4 mL正己烷进行活化），采用3 mL正己烷-甲苯混合液（6∶1, V/V）淋洗，弃去淋洗液，再用8 mL正己烷-甲苯混合液（1∶9, V/V）洗脱，收集洗脱液，将收集的洗脱液氮吹至1 mL，上机检测。
2.5 色谱与质谱条件
HP-5MS色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；柱始温度90 ℃；以30 ℃/min程序升温至200 ℃;再以10 ℃/min的速度升到300 ℃,保持2 min；进样口温度：230 ℃；不分流进样；进样体积：1 μL。
负化学离子源；反应气：甲烷；电离能量：70 eV；离子源温度：200 ℃；连接杆温度：220 ℃；选择离子扫描（Selected ion monitoring）。
3 结果与讨论
3.1络合剂的络合能力验证及络合条件分析
方法所涉及的酸性除草剂均含有羧基或羟基，属Lewis酸，具有较强的极性，按照常规的相似相溶原则难以满足高回收率的要求。依据可逆络和萃取的原理，对于含有Lewis酸性官能团的化合物，选择具有Lewis碱性官能团的化合物为络合剂，可实现有效萃取。
本研究以Na4-EDTA为络合剂。在Na4-EDTA分子结构中含有具有给电子能力的CO键，具有Lewis碱性，酸性除草剂（Lewis酸）中的H与Na4-EDTA（Lewis碱）中的CO键上的O形成氢键，构成络合物，从而顺利实现相转移。但Na4-EDTA的络合作用需要一定的条件和充分的络合反应时间，隔夜放置能够使络合反应充分；加入适量水， 能够使Na4-EDTA充分溶解，保证其在土壤中均匀分布；分散剂石英砂的加入能够使萃取溶剂与土壤颗粒迅速接触，实现络合物的快速转移。表1为加标浓度为200 μg/kg， 以砂土样品为基质， 不同络合条件对回收率的影响。
表1 络合剂分散度对回收率的影响
Table 1 Recovery data with different dispersity of complexing agents
3.2 衍生试剂和在线衍生条件
以五氟苄基溴为衍生试剂。含有羟基或羧基的除草剂在催化剂K2CO3作用下，与五氟苄基溴反应，生成酯类化合物，从而实现气相色谱的检测。衍生试剂的加入方法有两种：将衍生试剂加入到萃取溶剂丙酮中，配成一定浓度的五氟苄基溴丙酮溶液；将衍生试剂直接加入萃取池顶端，当萃取仪高压将丙酮加入到萃取池时，由于石英砂对样品的分散性作用，五氟苄基溴会和样品充分接触，两种加入法有相同的效果。本研究采用后者，操作较为简便。
从表2可见，衍生时间为10 min时各化合物回收率呈现最佳状态，超过此时间，一些化合物（如茅草枯）反而会出现回收率下降，这可能与其易挥发性或萃取所带来的基质有关。萃取温度的提高能够减小目标物与土壤间的相互作用力，增加溶剂进入样品的扩散力，从而对目标物进行有效萃取。温度实验表明，100 ℃为最佳萃取温度，超过此温度，多数目标物回收率没有明显改观，甚至一些目标物回收率降低。在合理的萃取时间和温度条件下，增加萃取压力可有效提高目标物的沸点，从而抑制沸腾，减小低沸点化合物（如茅草枯）的损失。最佳条件见2.4节。
表2 衍生时间、温度与回收率关系
Table 2 Recovery data with different derivatization time and temperature
3.3 衍生产物的净化
酸性除草剂经衍生转化成了极性较弱的酯类化合物，硅胶净化柱对此类化合物均有较好的净化效果。采用3 mL 甲苯-正己烷（1∶6，V/V）淋洗，弃去未反应物和副产物，淋洗液超过此体积时，尽管色谱背景值有所降低，但有些化合物回收率降低。淋洗完毕，用8 mL甲苯-正己烷 （9∶1，V/V） 洗脱目标物［5］。
3.4 衍生产物的定性分析
酸性除草剂与五氟苄基溴反应生成低沸点酯类化合物，由于五氟官能团的引入使其电负性明显增强，非常适合于负化学源的高灵敏度电离检测；同时，由于负化学源的电离碎片会因化合物的分子量不同而各不相同，从而为质谱定性分析提供了很大方便［8］。根据各化合物单标定性情况及质谱解析，确定了各组分的负化学源检测的定量离子和参考离子，见表3。
3.5 检出限及线性关系
以石英砂为基质，以10.0～500.0 μg/kg的加标样品为标准系列，按照2.2～2.5节操作，各化合物的相关系数均大于0.990（表4）；以西北高原黄土为基质，同时添加9个浓度为50.0 μg/kg的样品，进行回收率实验，其平均回收率及相对标准偏差见表4；以3倍信噪比计算，检出限低于10.0 μg/kg。
3.6 不同基质样品的回收率
采用黄土、粘土、亚粘土为基质样品，浓度添加水平为50和200 μg/kg，样品按实验流程操作，地乐酚回收率在65%～130%之间，其余化合物的回收率在70%～120%之间。
表3 衍生产物定性主要参数
Table 3 Main qualitative parameter of derivatization product
表4 线性范围、相关系数、回收率、相对标准偏差及方法检出限
Table 4 Linearity range， correlation coefficient，recovery, RSD and LOD
References
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Determination of Acidic Herbicide in Soil by Complexing
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ZHANG Li1, GUI Jian-Ye*1, QI Ji-Xiang1, CHEN Zong-Yu1, ZHANG Yong-Tao1,
ZUO Hai-Ying1, LI Xiao-Ya1, WEI Fu-Xiang2, WANG Hao-Ran2
1（Institute of Hydrogeology and Environmental Geology,
Chinese Academy of Geological Sciences, Zhengding 050803）
2（Heibei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018）
Abstract A rapid and sensitive method for the detection of acidic herbicides in soil was developed by in-situ derivatization complexing extraction with Na4-EDTA as complexing reagent and pentafluorobenzyl bromide （PFBBr） as derivatization reagent combining with GC-negative ion chemical ionization（NCI）-MS. On the basis of sufficient mixture of 10.0 g soil, 1.5 mL H2O, and 0.5 g Na4-EDTA, the derivatization and extraction was completed in 10 min, with elevated temperature （100 ℃） and pressure （10.3 MPa） by accelerated solvent extractor （ASE） with excessive PFBBr in the extraction cell. The extract was detected after drying and clean-up. The correlation coefficient （r2） ＞ 0.990 in the samples concentration of 10-500 μg/kg, the MDL was 0.8－7.7 μg/kg, the recovery was 70%－130%, and the RSD was 2.0%－8.0%.
Keywords Complexing extraction; In-situ derivatization; Soil; Herbicide; Negative ion chemical ionization
（Received 28 September 2010; accepted 14 March 2011）
