Study on extraction methods of triazophos in sediments

沉积物中三唑磷农药残留的萃取方法研究

林坤德 袁东星 沈政赢 李猛
（海洋环境科学教育部重点实验室（厦门大学），厦门大学环境科学研究中心，福建 厦门 361005）

2003年12月22日收稿; 福建省重大科技资助项目（NO2003Y010）

摘要 对滩涂沉积物中三唑磷农药残留的萃取方法进行了比较研究。结果表明，以水和正已烷为萃取溶剂进行磁力搅拌萃取是有效的萃取方法。萃取液用气相色谱-火焰光度检测器检测。沉积物样品中三唑磷的加标回收率在87%-95%之间；相对标准偏差（n=3）为4.3%；线性范围在0.01-1.0mg/kg之间，相关系数为0.9994；方法检出限为3.0mg/kg干样。研究还表明，磷酸三苯酯可以作为本方法数据质量控制的替代物样品。利用所建立的方法对2个滩涂沉积物样品中的三唑磷进行了测定。
关键词 三唑磷 沉积物 萃取

    三唑磷是20世纪70年代德国Hoechst公司开发的一种高效、中毒、广谱有机磷杀虫杀螨剂，其化学名称为O，O－二乙基－O－（1－苯基－1，2，4－三唑－3－基）硫代磷酸酯，化学分子式如下：

    三唑磷对害虫具有触杀和胃毒作用，可用于防治水稻、棉花、玉米、豆类和蔬菜中的虫害^[1]。近年来一些高毒高残留有机磷农药（如甲胺磷、对硫磷、甲基对硫磷等）先后被禁用，而三唑磷作为我国农业部推荐的无公害农药之一，被广泛应用于农业生产中。此外，水产养殖中也采用三唑磷作为清埕杀菌和消除敌害的农药^[2]，使用不当而引起的死鱼事件时有发生。
    为控制水产养殖中的农药污染，须对滩涂沉积物中三唑磷农药残留进行分析检测，但目前国内尚无沉积物中三唑磷测定的标准方法。美国EPA标准方法1657A^[3]采用超声破碎法萃取沉积物中的有机磷农药残留，遗憾的是该方法的适用对象并未提及三唑磷，且所用的超声波仪器也较特殊。本研究探讨一种萃取滩涂沉积物中三唑磷残留的简便方法，用GC-FPD法测定萃取液中的三唑磷含量，同时考察以磷酸三苯酯作为本方法的数据质量控制过程中替代物的可行性，并对滩涂沉积物样品中的三唑磷进行分析。

1 实验部分
1.1 主要仪器和试剂
    Agilent 6890 plus气相色谱－火焰光度检测器（美国Agilent公司）；85-1型磁力搅拌器（常州国华电器有限公司）；Branson超声波清洗器（248W，美国SmithKline公司）。
    二氯甲烷，正已烷，乙酸乙酯（美国Tedia公司，色谱纯）；三唑磷标准样品（沈阳科发新技术开发公司，97.5%），磷酸三苯酯（美国ACROS公司，99％），使用时用乙酸乙酯稀释至所需浓度；无水硫酸钠（上海化学试剂公司，分析纯）。
1.2 气相色谱条件
    色谱柱为30m×0.32mm SPB1701毛细管柱（美国SUPELCO公司），涂层厚0.25mm；进样口温度为250℃；火焰光度检测器（FPD，磷滤光片）温度为250℃，氢气流速为75mL/min，空气流速为100 mL/min；载气为高纯氮气，流速1.5 mL/min；柱箱起始温度160℃，以20℃／min升温至260℃，保持6min。不分流进样，进样量1.0mL。三唑磷的保留时间为8.956min，磷酸三苯酯的保留时间为9.236min。
1.3 样品的采集与保存
    用于方法研究的沉积物基底样品采自福建诏安湾非养殖区，以塑料器皿采集和装盛，带回实验室后自然风干，研磨，过20目筛，于110℃烘干，经检测不含三唑磷和磷酸三苯酯，存于玻璃样品瓶中备用。待测样品用同样的方法采集，回实验室立即分析或于0-4℃下保存，在2d内分析。分析时先取部分湿样烘干求算含水率，再称取相当于10.0g干样的样品。
1.4 样品的萃取
    称取10.0g烘干的沉积物于100mL具塞三角烧瓶中，加入一定量的去离子水使沉积物含水率在100-200%（V/W）之间，加入15mL正已烷或其它萃取溶剂，置于磁力搅拌上或超声波清洗器中萃取10min，静置分层后倾出有机相，用萃取溶剂重复上述萃取2次，合并有机相。有机相经盛有无水Na₂SO₄的漏斗过滤并脱水干燥，收集滤液于K-D瓶中，在40℃水浴中用氮气吹脱溶剂，浓缩至约0.5mL，用正已烷转移至小样品瓶并定容至1.0mL。

2 结果与讨论
2.1 萃取溶剂的选择及其用量的优化
    根据三唑磷的分子结构和物化性质，采用非极性的正已烷、弱极性的乙酸乙酯和二氯甲烷萃取样品，研究比较不同萃取溶剂萃取率。以不含三唑磷农药的沉积物作基底样品，加标浓度为0.1mg/kg，如1.4所述进行萃取，测定三唑磷的萃取率，观察萃取液，实验结果列于表1。由表1可见，三种溶剂的萃取率很接近，但三者的萃取浓缩液颜色相差较大。乙酸乙酯和二氯甲烷萃取浓缩液的颜色提示有色杂质的存在。由于这两种溶剂的极性相对较正已烷强，容易将沉积物中的色素或其它有色杂质萃取出来。这些色素或杂质对后续的气相色谱分析不利，故实验不采用乙酸乙酯和二氯甲烷而选用正已烷作为萃取溶剂。

表1 不同萃取溶剂的萃取率及萃取液颜色
Tab.1 Extraction efficiencies with different extracting solvents and the color of responding extracts

    以不含三唑磷农药的沉积物为基底，三唑磷的加标浓度为0.1mg/kg，用正已烷在磁力搅拌下萃取，如1.4所述，但变化萃取溶剂的体积，考察正已烷用量对三唑磷萃取率的影响。正已烷的每次用量分别为5mL，10mL，15mL和20mL，所得萃取率分别为52.9%，73.7%，91.5%和92.4%。由结果可见，随着正已烷用量的增加，萃取率增大。但用量大于15mL，萃取率的增加不明显。因此确定正已烷的用量为每次15mL。
2.2 萃取方法的选择及加水量对萃取率的影响
    常用的固液萃取方法有超声波萃取、索氏提取和搅拌萃取等。本研究对操作比较方便的超声波萃取和磁力搅拌萃取进行比较。以不含三唑磷农药的沉积物为基底，加标浓度为0.1mg/kg，除了加水量外如1.4所述，用正已烷萃取；检测萃取率。由于沉积物含水率对萃取率有较大的影响，实验在干燥的沉积物中加入一定量的水，考察含水率的影响。上述实验结果示于图1。

图1 萃取方法和加水量对萃取率的影响
Fig.1 Effects of extraction methods and water volume added on extraction efficiency

    由图1可见，搅拌萃取的萃取率基本上比超声萃取的高。虽然沉积物含水率为0%（V/W）时，搅拌的萃取率略低，但与超声萃取的相差不多。可是当加一定量的水时，搅拌萃取的萃取率明显高于超声萃取。分析认为，沉积物样不同于组织样等固体样品，尤其是粘粒含量高的沉积物在超声时趋于聚集在一起，形成板结，阻碍了萃取溶剂与沉积物的有效接触，造成萃取效率降低。磁力搅拌时沉积物颗粒被搅动起来，萃取溶剂与沉积物颗粒充分接触，故萃取率高。因此，磁力搅拌萃取的方法应是萃取沉积物样品的好选择。
    由图1还可见，沉积物含水率对超声波萃取的萃取率影响不大。由于超声波的作用使沉积物板结，其它因素的改善无法明显提高其萃取率。当含水率为50%（V/W）时，由于沉积物处于半干不湿的的粘滞状态，更加阻碍了萃取溶剂和沉积物颗粒的有效接触，使萃取率达到最低。
    沉积物不含水或含水很少时，溶剂与沉积物颗粒直接接触，但溶剂难以有效地浸润颗粒表面并渗入到颗粒内部，因而不能有效地将吸附于沉积物颗粒上的三唑磷萃取出来。无论超声波萃取或搅拌萃取，萃取率仅有30%左右。
    如图1所示，沉积物含水率对搅拌萃取的萃取率有较大的影响。当沉积物含有水时，搅拌使沉积物松散，此时萃取的传质有两种可能过程，一是目标物从沉积物颗粒直接进入溶剂；另一是目标物从沉积物颗粒到水相再进入溶剂相。三唑磷在水中的溶解度较高，23℃时为39mg/L；水比溶剂更容易浸润沉积物表面并渗入到颗粒内部，可将沉积物中的三唑磷有效地提取到水相中再转入溶剂相，因而第二种过程是效率更高的传质过程。随着含水率的增加，搅拌萃取的萃取率也呈上升趋势。但含水率太大不利于后续的相分离，经比较研究，加水量以使沉积物含水率在100-200%（V/W）之间为佳。
2.3 萃取时间的选择
    按上述优化的萃取参数如1.4所述进行样品预处理，比较萃取时间分别为5 min、10min、和15 min的萃取率，对应的萃取率分别为63.9%，91.5%和93.0%。由此结果可见，随着搅拌萃取时间的增长，萃取率增大。萃取时间长于10min后，萃取率的增加并不明显。因此确定每次萃取的时间为10min。
2.4 方法的线性范围、检出限、回收率、精密度及样品测试
    取不含三唑磷农药的沉积物样作基底加标分析，考察方法的线性范围、检出限、回收率和精密度。结果表明，线性范围为0.01-1.0mg/kg，线性方程为：y = 12.616x–148.54，g=0.9994。根据定义^[4]，以仪器信噪比的2倍作为检出限，本方法对沉积物中三唑磷的检出限为3.0×mg/kg干样。回收率与精密度的实验结果列于表2。由表2可见，沉积物中三唑磷的回收率≥87.3%，相对标准偏差（RSD）为4.3%。本分析方法具有较好的回收率和精密度。

表2 方法的回收率和精密度
Tab.2 Method recoveries and RSDs of the established method

    采用所建立的方法对采自福建厦门养殖区2个滩涂沉积物样品进行分析，结果列于表3。2个滩涂沉积物样品中均未检出三唑磷，这一方面与福建省今年已明令禁止在滩涂水产养殖中使用三唑磷有关，另一方面与三唑磷在海水和滩涂中的降解有关。由表3可见，样品中的三唑磷和磷酸三苯酯的加标回收率仍在81%以上。

表3 样品测定结果及加标回收率
Tab.3 Analytic results of some sediment samples

注：ND为未检出。

2.5 磷酸三苯酯作为替代物的可行性
    环境样品分析中引入替代物作为数据质量控制样品，可以提高数据的可靠性和准确度^[5]。美国EPA标准方法1657^[3]推荐采用磷酸三苯酯或磷酸三丁酯作为废水中有机磷农药测定的替代物。本实验以不含磷酸三苯酯的沉积物样作基底，加入磷酸三苯酯标准至浓度为0.1mg/kg，结果表明其回收率在81.6-92.7%之间（见表2和表3），RSD为2.5%（n=3），与三唑磷的加标回收率85.7-95.1%相近，说明这2个化合物的被萃取性质相似。此外，磷酸三苯酯在本方法中的气相色谱保留时间与三唑磷相近，可以较好地反映三唑磷的气相色谱行为。因此可采用磷酸三苯酯作为本分析方法的替代物。根据替代物的加入量与样品中被分析物含量应在同一数量级的原则，选择加入量为1.0μg/10g干样。

3 结语
    本研究对沉积物中三唑磷的萃取溶剂及其用量、萃取方法、沉积物含水率和萃取时间与萃取率的关系进行了比较研究，建立了沉积物中三唑磷农药残留的分析方法。获得最佳萃取率的关键参数确定为：取10g沉积物（按干重计），加入一定的水使沉积物含水率在100-200%（V/W）之间，磁力搅拌下用15mL正已烷萃取10min，重复2次。所建立的方法可应用于沉积物中三唑磷及同类有机磷农药残留的萃取与测定。

REFERENCES
[1] Chen W Y, Zhao Z H, Xue Z X et al. Pesticides manufacture and synthesis (Nong Yao Sheng Chan Yu He Cheng). Beijing: Chemical Industry Press, 2000.
[2] Li C D. Scientific Fish Farming (Ke Xue Yang Yu), 1995, 2: 32-33.
[3] US EPA Standard Method 1657A, Organo-phosphorus Pesticides in Wastewater, soil, sludge, sediment, and tissue by GC/FPD.
[4] State Environmental Protection Administration of China. Analytic Methods for Water and Wastewater (Shui He Fei Shui Jian Ce Fen Xi Fang Fa). Beijing: China Environmental Science Press, 2002.
[5] Li Q L, Yuan D X, Chen M. Marine Environmental Science (Hai Yang Huan Jing Ke Xue). 2002, 21 (4): 46-49.　

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