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了解地表水和沉积物中拟除chong菊酯类化合物的高灵敏度检测

发布时间:2022-08-29   点击次数:218次

 前言拟除chong菊酯类化合物是人工合成的除chong菊酯衍生物 。除chong菊酯是从植物除菊的花中分泌的天然杀剂(Chrysanthemum cinerariiaefolium 和 C. coccineum)。拟除chong菊酯类化合物合成于 30 年前 ,用于取代剧毒有机磷农药和 DDT。天然除chong菊酯可以迅速杀灭飞 ,对哺乳动物毒性小 ,在环境中存留时间短 。然而由于它们暴露于阳光和空气中时会迅速发生降解 ,从而导致户外杀效率低 。合成的拟除chong菊酯类化合物比除chong菊酯更耐降解 ,现在已被广泛应用于商品农药中 ,包括 3500 多种 EPA 注册的产品 。但是 ,它们对哺乳动物的毒性较大 ,极低的浓度(ppb)就会对鱼类和其它水生生物产生剧毒 。加利福尼亚的某些沉积物和水流中发现拟除chong菊酯类化合物的浓度已达到了急性毒性水平 ,由于建筑和园林病害防治 ,居民用水径流已成为主要的污染源 [1]。因此 ,优先监测城市和郊区水源和沉积物中的拟除chong菊酯类化合物备受重视 ,并急需一种灵敏的检测方法 。


最初 ,使用气相色谱和电子捕获检测器(GC/ECD)分析拟除chong菊酯类化合物 。后来采用电子轰击电离(EI)模式下的气相色谱/质谱(GC/MS)法 ,但它没有足够的灵敏度满足所有拟除chong菊酯类化合物的监测要求 。而负化学电离(NCI)与电子捕获检测器方式相同 ,利用卤代化合物自身的电负性 ,为拟除chong菊酯类化合物的检测提供了更灵敏和高选择性的方法 。本文描述了一种采用高效萃取步骤以及使用安捷伦微板流路控制技术的气相色谱反吹功能 ,在 Agilent 7000 系列三重四极杆气质联用系统的 NCI 模式下对水中和沉积物中拟除chong菊酯类化合物进行高灵敏度检测的方法 [2]。多反应监测(MRM)MS/MS 分析实现了浓度低至 0.01 ppb 拟除chong菊酯类化合物的检测限 ,动态线性范围 0.01~10 ppb。


实验部分标准品与试剂所有经认证的拟除chong菊酯标准品均购自 Chem Service 公司(West Chester,PA)。每种分析物用于校准的标准品购自AccuStandard 公司(New Haven,CT)和 Ultra Scientific 公司(North Kingstown,RI)。每种拟除chong菊酯分析物的储备溶液均由丙酮配制 ,并合并成包含 6 种化合物的混合储备液 :联苯菊酯 、顺式氰戊ju酯 、λ-氯氟氰菊酯 、氟氯氰菊酯 、氯氰菊酯和氯菊酯 。从该混标中用丙酮制备用于强化样品的基体加标溶液 。拟除chong菊酯混合储备液还可以用异辛烷配制成仪器校准混合液 ,浓度范围 0.01—10 ppb。分析结果以每种分析物的总浓度而不是单个立体异构体的浓度表示 。使用外标法对拟除chong菊酯类化合物进行定量分析 。水样使用的替代物(用于监控萃取和样品制备过程 )是二溴八氟联苯(DBOB),购自 Restek 公司(Bellefonte,PA);沉积物样品使用的 替 代物是 氯菌酸二丁 酯 ( DBCE) , 购 自AccuStandard 公司 。GPC 校准标准溶液购自 Ultra Scientific 公司 , 60/100 目 , PR 级 的 弗罗里硅土购 自 Floridin 公 司(Berkeley Spring,WV)。OI 分析用凝胶渗透色谱(GPC)柱(J2 Scientific,Columbia,MO)用于净化萃取物 。PFE 纤维素过滤器购自 Dionex 公司(Salt Lake City,UT)。


仪器本实验在带有多模式进样口(MMI)的 Agilent 7890A 气相色谱仪 ,及与其联用的 Agilent 7000B 三重四极杆气质联用系统上进行 ,负化学电离(NCI)模式下采集数据 。气相色谱使用Ultimate Union 吹扫的反吹技术(图 1)进行反吹操作 ,仪器条件列于表 1。

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表 1 .安捷伦 7890A/7000B 气相色谱和三重四极杆质谱仪的实验条件气相色谱运行条件预柱 DB-XLB 15 m × 0.25 mm,0.25 µm J&W 122-1212分析柱 DB-XLB 15 m × 0.25 mm,0.25 µm J&W 122-1212进样体积 2 µL进样口温度 240 ºC进样模式 脉冲不分流柱箱程序 150 ºC 保持 0 min;以 30 ºC/min 升至 220 ºC,保持 1 min;再以 5 ºC/min 升至 300 ºC,保持 2 min后运行柱箱程序 时间 :0.5 min预柱流速 :-19.7 mL/min分析柱流速 :20 mL/min载气 氦气传输线温度 300 ºC质谱条件调谐 NCI 氨气自动调谐EMV 增益 25采集模式 NCI 多反应监测模式(MRM)化学反应气体 氨 35%碰撞气体 氮气 ,恒流 0.75 mL/min淬灭气体 氦气 ,恒流 2.25 mL/min溶剂延迟 10 min质谱温度 离子源 150 ºC;四极杆 150 ºC


样品制备水样和沉积物样品制备方法参照先前的描述[3],制备步骤汇总见图 2。将 1 升水样装入棕色玻璃瓶中 ,在 4 ºC 下冷藏 ,并尽快萃取 。所有水样均将拟除chong菊酯类化合物加标溶液和 DBOB 替代溶液直接放入样品瓶中 。将加标后的水样手动振摇后 ,用 120 mL二氯甲烷(DCM)萃取 2 次 。萃取液用无shui硫酸钠干燥后 ,在K-D 浓缩器上浓缩到大约 2–5 mL。向浓缩液中加入石油醚(PE)(约 50 mL,分 3 次加入 )进行溶剂置换 。再将萃取液浓缩至5 mL,并进一步浓缩到少于 1 mL,最终用异辛烷定容至 2 mL沉积物样品首先被匀浆 ,然后进行自动加压流体萃取(PFE),使用的 ASE 200 快速溶剂萃取仪购自 Dionex 公司(Salt LakeCity,UT),配有 33 mL 的萃取池和纤维素过滤器 。使用自动凝胶渗透色谱 GPC 净化萃取液 。流动相为二氯甲烷(DCM),流速为 5 mL/min。GPC 的操作程序如下 :弃去前 19 min 流出液 ,收集后 24 min 流出液 ,再冲洗 10 min。经净化的萃取液用石油醚进行溶剂 DCM 置换 ,然后在含 25 g 弗罗里硅土(60/100目 )的 11 mm × 300 mm 色谱柱中进行分离 。相应的流出物被浓缩后 ,用异辛烷定容至 2 mL。

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分析参数三重四极杆 GC/MS 参数见表 2 。

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结果与讨论低检测限设置因为水中或者沉积物中拟除chong菊酯类化合物(一些情况下< 1ppb)对水生生物的高毒性 ,因此用于检测这类化合物的方法要求具有非常低的检测限 。一种合理的设置检测限的方法是使用LC50 作指导 。 LC50 是半数致死量 ,定义为导致测试种群半数死亡的毒物浓度 。存在于土壤沉积物中的拟除chong菊酯类化合物可在水中分解 ,但从水生生物的水源采集的水样中含有可能已被拟除chong菊酯类化合物污染的溶解性固体 。所以 ,水样中的低检测限(MDL)设为 LC50,而沉积物中的低检测限为 LC50 的 10%。这些如表 3 所示 。

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使用 NCI GC/MS/MS 进行高灵敏度检测最初 ,使用气相色谱和电子捕获检测器(GC/ECD)分析拟除chong菊酯类化合物 。然而 ,GC/ECD 检测频繁出现假阳性促使了开发EI 源的 GC/MS 作为备选方法 。虽然 GC/ MS/MS-EI 的选择性显著高于 GC/ECD,但其灵敏度还是无法满足所有化合物的 MDL要求 。与电子轰击电离质谱相比 ,负化学电离(NCI)提供了一种低能耗 、高选择性的方法 ,用于复杂基质中电负性化合物的检测和定量 。它与过去的电子捕获检测器一样 ,都是利用卤代化合物自身的电负性(图 3)。更重要的 II 型拟除chong菊酯类化合物如氟氯氰菊酯和氯菊酯均为电负性 ,适用于 NCI。然而 ,至少有两种 I 型拟除chong菊酯类化合物(苄呋菊酯 )无法通过传统的NCI 技术检测 。优先选择氨气作为反应气体 ,而不是甲烷 ,是因为氨气的热化能力大约是甲烷的 7 倍[4]。使用串联四极杆质谱的优势在于可以产生高选择性母离子到子离子转换的数据 ,最大限度降低背景干扰 ,提高了信噪比 。此外 ,与 EI 模式相比 ,使用 NCI 模式的 MS/MS 可以显著增强灵敏度 ,同时保持选择性不变 。

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EMDL、IDL 和定量分析使用 500 倍浓度的水样 ,GC/MS/MS-NCI 方法可提供的评估方法检测限(EMDL)明显低于大多数拟除chong菊酯类化合物的 MLD(表 4)。该方法检测水中溴氰菊酯的浓度可低至 0.01 ng/L 或者0.01 ppt。采用异辛烷标准溶液测定的仪器检测限(IDL)也列入了表 4。仪器检测溴氰菊酯的线性上限可高达 10 ppb,线性相关系数良好 ,R2=0.9974(图 4)。水样中氯氰菊酯检测浓度可低至0.1 ppt,仪器检测氯氰菊酯的线性上限可高达 10 ppb,线性相关系数更高 ,R2=0.9996(图 5)。

结论使用氨气作为反应气的 NCI GC/MS/MS 分析水和沉积物样品萃取 液 中的拟除chong菊酯类化合物 ,与现有的 GC/ECD 和GC/MS/MS-EI 方法相比 ,该方法提高了检测灵敏度和选择性 。使用 NCI GC/MS/MS 建立的水样和沉积物中的 EMDL 明显低于II 型拟除菊酯化合物如氟氯氰菊酯和氯菊酯的致毒浓度 。用这种技术分析拟除chong菊酯类化合物可获得低于 ppb 级的检测限 ,从而确保水生生物的安全 。

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