（分析化学专业论文）液相色谱质谱法分析水中多种除草剂残留的研究.pdf

摘要 农药的大量使用，现己对世界环境和人类身体健康造成了重大的危害。三嗪 类和苯脲类除草剂是我国常用的除草剂，近几年使用量正在迅速增加，已经对水 体造成了严重污染。 液相色谱质谱联用方法( l c m s1 是二十世纪八十年代发展起来的一种分析 方法，它结合了高效液相色谱的分离性能高与质谱检测器灵敏度高、应用范围广， 且能给出分子量和结构信息的优点，成为一种强有力的分离分析工具。因此，液 相色谱一质谱联用方法在化学、医药卫生、食品科学、生命科学和环境科学等领 域引起日益广泛的关注。 固相萃取技术( s p e ) 是近些年来发展起来的样品处理方法，它具有操作简单、 省时、安全、溶剂用量少、不易乳化以及高富集因子等优点，广泛应用于水中痕 量有机物的分离富集。 本文首先概述了农药残留的现状，重点是除草剂在水中的残留，总结了在农 药残留分析中样品前处理技术和有关分析检测技术的特点和应用。重点介绍了固 相萃取技术的基本原理、操作步骤及其在环境水样分析中的应用，液相色谱质 谱联用中的接口技术、大气压离子化技术、质量分析器以及液质联用的应用。 本文主要针对水中三嗪类和苯脲类除草剂残留的分析研究，建立了同时测定 水中莠去津、扑草净、西玛津、绿麦隆、异丙隆五种除草剂的液相色谱质谱联 用( l c m s ) 方法。根据固相萃取新技术( s p e ) 和液相色谱一大气压电离质谱联用 ( l c a p | m s ) 技术的特点，首先对高效液相色谱( h p l c ) 分离条件和相关的质谱条 件进行优化，通过总离子流色谱图( 1 r i c ) 中各峰相应的质谱图可以快速同时鉴定 莠去津、扑草净、西玛津、绿麦隆、异丙隆五种目标组分；利用五种组分的提取 离子色谱图( e i c ) 分别制定校正曲线，定量方法简单。 通过大量实验，对c 。8 固相萃取小柱的萃取条件如洗脱溶剂、上样速率等进 行了优化，得出对目标组分的最佳的固相萃取实验条件。结合自动固相萃取，我 们用建立的l c m s 方法对实际污水样进行了分析。 本研究不仅为分析水中三嗪类和苯脲类除草剂残留提供了准确可靠的方法 同时，也为分析水中更多种类的除草剂成分奠定了良好的基础。 关键词：水质分析；除草剂；固相萃取；液相色谱一质谱联用 a b s t r a c t w i t ht h eu s eo fal o to fp e s t i c i d e s ，t h e r ew a ss i g n i f i c a n th a r mt ot h eh u m a n b e i n g sh e a l t ha n dt h ee n v i r o n m e n ti nt h ew o r l d t r i a z i n eh e r b i c i d e sa n dp h e n y l u r e a h e r b i c i d e sw e r et h ec o m m o n l yu s e dh e r b i c i d e si no u rc o u n t r y t h e ya r eb e i n gu s e d i n c r e a s i n g l yi nt h er e c e n ty e a r s ，t h ew a t e rh a sb e e np o l l u t e ds e r i o u s l y t h ec o m b i n a t i o no fl i q u i dc h r o m a t o g r a p h i cs e p a r a t i o na n dm a s ss p e c t r o m e t r y ( l c m s ) d e t e c t i o ni sa ni m p o r t a n ta n a l y t i c a lt e c h n i q u ew h i c hh a sb e e nd e v e l o p e d s i n c e1 9 8 0 s t h et e c h n i q u ei s i n c r e a s i n g l yb e i n gu s e df o rm a n yf i e l d s ，s u c ha s c h e m i s t r y , m e d i c a t i o ns a n i t a t i o n ，f o o ds c i e n c e ，l i f es c i e n c e ，a n de n v i r o n m e n ts c i e n c e ， b e c a u s ei tn o to n l yh a sg o o ds e p a r a t i o np e r f o r m a n c eo ft h ec h r o m a t o g r a p h i cb u ta l s o h a sh i g hs e n s i t i v i t ya n daw i d er a n g ea n a l y s i so ft h em a s ss p e c t r o m e t r y t h e t e c h n i q u eo fs o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ( s p e ) h a sb e e nd e v e l o p e di nt h er e c e n t y e a r sa sas a m p l ep r e t r e a t m e n tt e c h n i q u e i th a sa l o to fa d v a n t a g e ss u c ha ss i m p l y o p e r a t i o n ，q u i c ka n a l y s i ss p e e d ，s a f e t y f o rt h e o p e r a t o r , l o wc o s t s ，w i t h o u t e m u l s i f i c a t i o n ，f l e x i b i l i t y a n dh i g hp r e c o n c e n t r a t i o ne f f i c e n c y s oi th a sb e e nu s e d t os e p a r a t ea n d p r e c o n c e n t r a t el o t so fo r g a n i ca n a l y t e si nt h ew a t e l b a s e do nas u m m a r yo ft h ec u r r e n ts i t u a t i o no fp e s t i c i d er e s i d u e ，e s p e c i a l l yt h e h e r b i c i d e sr e s i d u ei nt h ew a t e r , t h e nt h e p r e t r e a t m e n tt e c h n i q u e sa n dd e t e c t i o n m e t h o d sw e r er e v i e w e d s p ea n dl c - m sw e r em a i n l yi n t r o d u c e d t h ep r i n c i p l e ， p r o c e s sa n du s i n gi nt h ee n v i r o n m e n tw a t e ro fs p e ，t h ei n t e r f a c i n gt e c h n i q u e ，t h e a t m o s p h e r i cp r e s s u r ei o n i z a t i o n ，m a s sa n a l y z e r sa n da p p l i c a t i o no fl c m sw e r e i m p o r t a n t l yi n t r o d u c e di nt h ea r t i c l e a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so ft r i a z i n eh e r b i c i d e sa n dp h e n y l u r e ah e r b i c i d e s a l c m sm e t h o dt od e t e r m i n et h ef i v eh e r b i c i d e s ，i e a t r a z i n e ，p r o m e t r y n e ，s i m a z i n e ， c h l o r o t o l u r o n ，a n di s o p r o t u r o ni nt h ew a t e rh a sb e e nf o u n d e d f i r s t ，t h ee x p e r i m e n t a l p a r a m e t e r so fh p l ca n dr e l a t e dc o n d i t i o n so ft h em sw e r eo p t i m i z e d b a s e do nt h e c o r r e s p o n d i n gm a s ss p e c t r u m so ft h ep e a k si nt h et o t a li o nc h r o m a t o g r a m s ，t h ef i v e c o m p o n e n t si nw a t e rc a nb ef a s ti d e n t i f i e d t h ec u r v ec o e f f i c i e n t sh a sb e e nm a d eb y i n t h ee x t x a c t e di o nc h r o m a t o g r a m s ，t h er e s u l t s s h o w e dag o o dl i n e a rr e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ep e a ka r e aa n dm a s sc o n c e n t r a t i o nf o rt h ef i v eh e r b i c i d e s i no r d e rt oi n c r e a s et h er e c o v e r ya n dr e p r o d u c t i v i t y , t h ee x t r a c t i o nc o n d i t i o n so f s p es u c ha se l u t i n gs o l v e n t s ，s a m p l e r a t e sw e r e o p t i m i z e dt h r o u g h m a s 5 1 ”。 e x d e r i m e n t s a tl a s t ，w ed e t e r m i n e dt h ea c t u a lp o l l u t e dw a t e rb yh i g hp e r f o r m a n c e 1 i a u i dc h r o m a t o g r a p h y m a s ss p e c t r o m e t r yc o u p l e dw i t hs o l i d l p h a s ee x t r a c t i o n t h e m e t h o di ss i m p l ea n dq u i c k l y t h ed e v e l o p e dm e t h o dn o to n l yp r o v i d e sa na c c u r a t ea n dr e l i a b l em e t h o dt o a i l a l v s et h et r i a z i eh e r b i c i d e sa n dp h e n y l u r e ah e r b i c i d e si nt h e w a t e rb u ta l s oi s r e a d vf o rt h ea n a l y s i so fm o r et y p e sh e r b i c i d e si nw a t e r k e y w o r d s ：w a t e ra n a l y s i s ：h e r b i c i d e s ；s o l i d p h a s ee x t r a c t i o n ；h i g hp e r f o m 蛐。 l i q u i dc h r o m a t o g r a p h y m a s ss p e c t r o m e t r y i v 独创性声明 本人声明所里交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得嚎 瓠呋学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：枷谚芗 签字日期： 沙 年年月玎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨 孙嵫有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借闯。本人授权岳 稆尊可叹将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 捡索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 杨萝导师签名：蝌 签字日期：7 0 0 年牛月万日签字日期：如口年f 月石日 学位论文作者毕业去向： i i _ 作单位：电话： 强讯娥址：邮编： 第一章前言 第一章前言 1 1 选题背景 农药是人类生产和生活中必不可少的生产资料。2 0 世纪4 0 年代起，人类进 入有机合成农药时代，几十年来，它为人类和社会的发展做出了巨大的贡献。农 药能防抬病、虫、草害，确保农产品的收成。在美国，使用杀线虫剂可使甜菜增 产1 7 5 ，大豆增产9 1 ；在菲律宾，使用除草剂使水稻增产5 0 ；同样，在非洲 加纳，使用了杀虫剂后能使可可产量翻三番。据统计，使用农药的经济效益为成 本的6 倍以上。使用农药还可以大大节省劳动力，这样可以间接产生其他财富。 如在日本，在未用除草剂时每亩( 折算) 需除草工时为3 3 0 小时，而使用除草剂 后，仅为2 8 8 小时。并且可大大节约能源，机械费用等【l l 。此外，人口的增长、 土地的减少，使农业生产更离不开农药。世界人口在不断增长，对粮食的需求也 不断增加，但耕地的增长却远远跟不上人口增长的速度。因此，通过利用包括使 用农药在内的各种手段来提高单位面积产量显得日盏重要。据研究报道，如不使 用农药，农作物会平均减产7 0 。 但是，农药为人类带来益处的同时，也给人类带来了负面影响。如一些环境 中高残留的有机氯农药，即使在停用3 0 多年之后，在美国，仍有残留的六六六 检出；在从未使用过农药的北极地域，从其2 0 米深的冰水中也能检出六六六等 农药残留，对人类环境造成了极大的负面影响。一些高毒的农药，会使人类及环 境中的生物中毒致死，每年有相当数量人畜由此而死亡。农业生产离不开农药， 同时农药的残留问题又在严重威胁着人类的健康。随着社会的进步，人们对环境 的要求越来越高，农药在环境中的残留问题越来越受到人们的关注1 2 】。 农药的品种很多，人们为了研究和使用的方便分别从不同角度对农药进行了 分类。根据用途的不同，人们将农药分为除草剂、杀虫剂、杀菌剂三个大类。从 上个世纪7 0 年代起，除草剂的使用量逐年上升。1 9 6 0 年，除草剂在三大类农药 市场中仅占2 0 位居第三，1 9 7 0 年上升到3 5 位居第二，从1 9 8 0 年起，除草剂 市场超过了杀虫剂，首次登上了三大类农药的榜首( 占4 1 以上) ，并一直独占 鳌头，独领风骚2 0 余年。因为种植结构和其他因素的影响，世界各国除草剂用 量差异较大，发达国家如美国除草剂在农药产品中所占的比例较大，约为5 0 ， 液相色谱质爵法分析水中多种除草剂残留的研究 而我国除草剂仅占2 0 。但是近几年，随着农村劳动力的社会转移，农业现代化 和集约化生产的发展，我国除草剂的需求正在迅速增加，无论是玉米田、大豆田、 稻田都广泛使用除草剂。除草剂增加的速度明显高于杀虫剂和杀菌剂类p 】。 大量的、多品种的除草剂在田间施用后，只有小部分起到除草作用，很大一 部分散落在土壤、大气和地表水中，土壤中的除草剂随着土壤水分的运动迁移进 入地下水，大气中的除草剂通过降水又回到地面，最终进入地表水或地下水。可 见，水体是持久性除草剂残留物的储藏所【4 】。从日本国1 9 9 0 年的水质调查表明， 在调查的2 4 种除草剂中，发现有1 4 种存在于水系中【5 】。众所周知，水是动植物 和人类生存的重要条件，而除草剂进入水体后，会导致水中生物死亡，从而破坏 生态系统的平衡。 为了保护人类赖以生存的水，必须对除草剂的使用加以控制。通过对毒理学 研究，得到每一种除草剂对人的日允许摄入量，在此基础上，制定每种除草剂在 水中的最大残留量( m r l ) ，最大残留量是对大量的残留试验数据进行数学统计、 计算，经过毒性风险评估后制定的。而后，通过田问试验，研究各种除草帮使用 的技术指标，以保证除草剂施用以后，在水中的残留低于最大残留量 4 1 。可以看 出，无论是制定除草剂在水中的最大残留限量值，制定除草剂合理使用法规，还 是研究除草剂对环境对生态的影响，都需要迸行水中除草剂残留分析。 当前，分析水中除草剂残留比较成熟的方法是气相色谱法( g c ) 、高效液相色 谱法( h p l c ) 和气相色谱一质谱法( g c m s ) 。但是在分析水中多种除草剂痕量残留 时，这三种方法都有各自的局限性，而液相色谱一质谱法( l c m s ) 具有不可替代的 优点。因此，液相色谱一质谱法分析水中多种除草剂残留的研究，成为现今除草 剂残留分析的一个研究热点。 1 2 农药残留分析的样品前处理技术 农药残留分析方法通常包括样品前处理和检测两部分，而样品的前处理即农 药残留物的分离、提取和净化是农药残留分析中工作量最大、对残留分析结果有 重大影响的步骤。一般来说，对环境水样中微量有机物进行分析时，常根据污染 物的极性、挥发性和高温稳定性等选择气相色谱( g c ) 或液相色谱( l c ) 分析，但水 2 第一章前言 中除草剂残留的浓度通常非常低，有时低于一些分析方法的最低检测限。因此， 分柝水中除草剂残留时，样品的富集与净化是非常重要的预处理过程。 1 2 1 液液萃取( l l e ) 液液萃取( l i q u i d 1 i q u i de x t r a c t i o n ，l l e ) 在化学工业是个非常老的也是非常 重要的技术，是分析农药残留的传统处理方法，常用的萃取剂有二氯甲烷，乙酸 乙酯等。但是传统的液液萃取不仅费时，而且消耗大量有机溶剂，造成了对操作 人员的危害、对环境的污染。随着农药残留分析技术的提高，样品预处理也向着 省时、省力、省钱、减少溶剂、减少对环境的污染、微型化和自动化方向发展。 如固相萃取、超焰界流体萃取、微波辅助萃取等都取得了很大进步嘲。 1 2 2 圃相萃取( s p e ) 固相萃取( s o l i d p h a s ee x t r a c t i o n ，s p e ) 是近年发展起来的一种样品预处理技 术，由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来，主要用于样品的分离、纯化 和浓缩。与传统的液液萃取法相比较可以提高分析物的回收率、更有效的将分析 物与干扰组分分离，缩短样品预处理过程。操作简单，省时，省力【7 埘。广泛应 用在医药、食品、环保、商检、农药残留等领域。 1 2 2 1s p e 基本原理和特点 固相萃取法通常采取柱分离，所用柱称为s p e 柱，也有采用圆盘【9 】。固相萃 取是一种吸附剂萃取，主要适用于水中样品的处理。当水中痕量物质通过装有合 适吸附剂的s p e 柱时被富集，再被少量的选择性溶剂洗脱，因此，s p e 是同时进行萃 取和浓缩的有效方法。s p e 也可以被近似地看作一个简单的色谱过程，吸附剂作 为固定相，流动相是萃取过程的水样。 固相萃i 驭( s p e ) 克服了液液萃取( l l e ) 及一般柱层析的缺点【9 。2 】。与l l e 相比， 缩短了预处理时间，提高了分析物的回收率，减少了有机溶剂的消耗，减少杂质 的引入，对操作者更安全，重现性好，可避免l l e 中乳化现象的产生，操作简单、 液相色谱质谱法分析水中多种除草剂残留的研究 实验成本低、易于自动化，它提高了样品处理的效率。 1 2 2 2s p e 操作步骤 固相萃取的操作步骤：第一步，柱的预处理。为了获得高的回收率和良好的 重现性，固相萃取柱在使用之前必须用适当的溶剂进行预处理，以除去填料中可 能存在的杂质，另一个目的是使填料溶剂化，提高固相萃取的重现性；第二步， 样品的添加。预处理后，试样溶液被加至并以一定的流速通过柱子。在该步骤分 析物被保留在吸附剂上；第三步，柱的洗涤。在样品通过萃取柱时，不仅分析物 被吸附在柱子上，一些杂质也同时被吸附，选择适当的溶剂，将干扰组分洗脱下 来，同时保持分析物仍留在柱上；第四步，分析物的洗脱。用洗脱剂将分析物洗 脱在收集管中，为了提高分析物的浓度或为以后分析调整溶剂杂质，可以把收集 到的分析物积分用氮气吹干，再溶于小体积适当的溶剂中。 1 2 2 3s p e 的应用 在过去的】o 年中，固相萃取作为一种新型的样品处理技术已广泛用于水中痕 量有机污染物的富集，对水样和其他液体样品，在选择合适的吸附剂和洗脱液及 其他优化条件后，可使萃取、富集、净化一步完成。然后直接进行气相色谱或液 相色谱分析 3 d s 】。 s p e 技术在环境中应用最多的就是对水样的预处理。自八十年代以来，每年 都有很多文献报道s p e 在水样预处理方面的研究进展。 而且s p e 特别适合远距离采集样品的处理，采样后立即进行固相萃取，使待 测组分吸附在固相上，不但可缩小样品体积，减少了运输的麻烦，更主要的是吸 附在固相上的组分往往比存放在冰箱内的样品更稳定，不易受光、热、微生物的 作用发生各种化学、物理变化。 1 2 3 其它萃取方法 固相微萃取( s o l i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n , s p m e ) 是九十年代兴起并迅速发展 4 第一章前言 的新型的、环境友好的样品前处理技术。其原理是在一根极细的纤维上涂上不同 极性的吸附剂一相当于气相色谱固定液，做成探针。将探针插入液体或处于顶空 状态，经一定的平衡时间，探针将吸附一定量的被测组分。将探针直接插入气相 色谱进样口，在高温下，被测组分被解吸附，直接被气相色谱检测。此方法简便、 快速。固相微萃取技术是一项极具吸引力的样品前处理技术，但也存在定的局 限性。由于商品化纤维种类较少，且易破碎，在很大程度上限制了该技术的应用 范围【1 9 - 2 0 。重要的是其萃取过程为动态平衡过程，受环境影响很大，所以它应用 于农药残留分析的各种技术指标尚有待进一步研究。 超临界流体萃取( s u p e r c r i t i c a lf u i l de x t r a c t i o n ，s f e ) 是利用超l 临界流体作为萃 取溶剂的一种萃取技术。所谓超l 临界流体是指在l 缶界温度( t c ) 和l | 每界压力( p c ) 以上，以流体形式存在的物质，这种物质同时具有液体的高密度和气体的低粘度 的双重特性。流体处于临界状态时，其密度随温度和压力的改变而发生明显的变 化，而溶质在超l 临界流体中的溶解度随流体密度的增大而增大。超临界流体萃取 正是利用这种性质，在较高压力下，将溶质溶解于流体中然后降低流体溶液的 压力或升高流体溶液的温度，使溶解于其中的溶质因密度下降溶解度降低而析 出，从而实现特定溶质的萃取。目前最常用的超临界流体为二氧化碳。它具有传 质速度侠、萃取效率高、无毒、经济、操作简便、选择住好等优于传统溶剂萃取 法的特点。但是由于超临界流体萃取需要一定的特殊设备，使目前广泛应用受到 限制l z l j 。 微波辅助萃取( m i c r o w a v ea s s i s t e de x t r a c t i o n ，m a e ) 是指利用微波能强化溶剂 萃取效率，即利用微波加热来加速溶剂对固体样品中目标萃取物( 主要是有机化 合物) 的萃取过程。微波加热是透入物料内部的能量被物料吸收转换成热能对物 料加热，形成独特的物料受热方式，整个物料被加热，无温度梯度，即微波加热 具有均匀性的优点。微波辅助萃取还具有快速、高效、省溶剂、环境友好等优点。 但是它一般用于固体试样，所以不适用于从水中萃取除草剂。 1 3 农药残留分析的检测技术 气相色谱和液相色谱是农药分析的主要手段。2 0 1 1 i 纪6 0 年代初气相色谱开始 葭相色谱，质谱法分析水中多种除草剂残留的研究 应用于农药残留分析，许多高灵敏度检测器的使用，推动了农药残留分析技术的 发展，大大提高了农药残留量的检测精度。7 0 年代末，特别是8 0 年代，高效液相 色谱的发展拓宽了残留农药的检测范围。在不挥发性和受热易分解的以及强极性 农药组分监测中，高效液相色谱比气相色谱更适用。随着农药残留分析的日益广 泛，薄层色谱法、毛细管电泳法、超临界流体色谱、免疫分析方法等也取得了很 大进步。 色谱法是一种分离技术，以其具有高分离效能、高检测性能、分析时间快速 而成为现代仪器分析方法中应用最为广泛的一种方法。它的分离原理是，使混合 物中各组分在两相间进行分配，其中一相是不动的，称为固定相，另一相是携带 混合物流过此固定相的流体，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相发生 作用的大小、强弱也有差异，因此不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，从 而按先后不同的次序从固定相中流出。这种借助在两相间分配原理而使混合物中 各组分分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法。 1 3 i 气相色谱法( g c ) 气相色谱( g a sc h r o m a t o g r a p h y ，g c ) 法是采用气体作为流动相的一种色谱法。 具有操作简便、选择性高、分离效能高、灵敏度高、分析快速以及应用范围广等 特点。对那些易汽化，汽化后又不发生分解的农药成分均可采用气相色谱法进行 检测。 气相色谱法使用的色谱柱主要是填充柱和毛细管柱。在农药残留分析上，已 从以填充柱为主，发展到以毛细管柱为主。用于气相色谱法的检测器主要有电子 捕获检测器( e c d ) 、氢火焰离子化检测器( f i d ) 、火焰光度检测器( f p d ) ，氮磷检 测器( n p d ) ，质谱( m s ) 、双质谱( m s m s ) 检测器等。在定量分析方面，n p d 、f p d 和 e c d 检测器都具有较好的选择性和较高的灵敏度。 目前，利用气相色谱分离和测定单一组分的含量，在除草剂的分析检测中应 用己经很普遍，例如，张素娣利用带氢火焰离子化检测器( f i d ) 的气相色谱仪， 采用内标法对敌草隆进行分离和测定2 2 1 ，胡先文等人对水样中的甲磺隆进行微量 液一液分配法提取后进行气相色谱分析进入电子捕获检测器( e c d ) 进行检测1 6 第一章前言 等。但是，同柱同温下分离和检测混合样品的报道还不多。秦冬梅等曾用气相色 谱法同柱分离污染的河水中莠去津和乙草胺后，分别进入氮磷检测器( n p d ) 和 电子捕获检测器( e c d ) 进行检测1 2 4 1 。c a g u i l a r 等用气相色谱分离环境水中的莠 去津、西玛津等多种物质，然后比较了电子捕获检测器( e c d ) 和质谱( m s ) 检测 结果。 但是气相色谱法应用范围有限，因为用气相色谱法分析时，样品必须气化， 所以被分离的物质就必须满足如下条件：一方面气相色谱法仪所能达到的工作温 度下“可以气化”，另一方面在这个温度下，待测物的组分都不会发生分解。因 而对于不挥发性和受热易分解化合物的测定，必须先进行衍生化处理，操作步骤 比较繁琐。 1 3 2 高效液相色谱法( h p l c ) 液相色谱法( l i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ，l c ) 是采用液体作为流动相的一种色谱 法。高效液相色谱法锄g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ，h p l c ) 是2 0 世纪7 0 年代以经典液相色谱法为基础发展起来的一种高效、快速的分离分析技术。三十 年来，高效液相色谱法的应用越来越广泛，现己成为农药残留检测不可缺少的重 要方法。其原因主要是气相色谱法因为受技术条件的限制，沸点太高的物质或热 稳定性差的物质都难以分析。而高效液相色谱法，只要求试样能制成溶液，而不 需要气化，因此不受试样挥发性的限制。对于高沸点、热稳定性差、相对分子质 量大的有机物都可以用高效液相色谱法来进行分离分析。其次是h p l c 采用高效色 谱柱、高压泵和高灵敏度检测器，具有高压、高速、高效、高灵敏度、高度自动 化、流出组分容易收集几个突出的特点【掏，这些都大大提高了液相色谱的检测效 率、灵敏度和速度。近几年，有关液相色谱的研究报告在色谱论文中的比例越来 越大，对液相色谱的研究和应用也越来越活跃。 高效液相色谱法在农药残留分析时使用最多的检测器是紫外检测器( u v ) 。紫 外检测器的优点是灵敏度较高，流量和温度的变化影响小，是梯度淋洗的一种比 较理想的检测器【2 ”，但是只能检测对紫外光有吸收性能的农药。荧光检测器( f i d ) 是一种灵敏度高、选择性强的检测器，比紫外检测器的灵敏度要高1 - 2 个数量级。 但由于大多数农药本身不发射荧光，经衍生化反应又较麻烦，限制了f i d 在农药 7 液相色谱一质谱法分析水中多种除草剂残留的研究 残留检测中的应用【2 5 】。近年来，一些新的检测器的使用，定程度上提高了液相 色谱法的检出灵敏度，有光化学诱导荧光检测器( p i f ) ，二极管矩阵检测器( d a d ) 和质谱( m s ) 等，近来还出现了双质谱联用作为液相色谱检测器，光电二极管矩阵 检测器( p d a ) 因其独特的光谱功能得到愈来愈广泛的应用。p d a 在得到色谱图的同 时，亦可同时得到相应色谱峰的紫外光谱信息，以此可进行色谱峰的谱库检索、 纯度检验与化合物的光谱鉴定【2 ”。 1 3 3 液相色谱一质谱法( l c m s ) 质谱( m a s ss p e c t r o m e t r y ，m s ) 法是利用带电粒子在磁场或电场中的运动规律， 按其质荷比( n 焖实现分离分析，测定离子质量及其强度分布，具有定性专属性 强、灵敏度高、检测快速的优势。质谱技术的发展已经有一个多世纪，液相色谱 一质谱法( l i q u i dc h r o m a t o g r a p h y m a s ss p e c t r o m e t r y ，l c m s ) 将应用范围极广的分 离方法一液相色谱与灵敏、专属、能提供分子量和结构信息的质谱结合起来，成 为一种重要的现代分离分析技术。自7 0 年代以来，经过约3 0 年的发展己趋向成熟 【2 5 1 。 1 3 3 1l c m s 的接口技术 高效液相色谱和质谱的联用首先要解决的问题是接口真空匹配的问题。质谱 的工作真空一般要求为1 0 4 p a ，要与在常压下工作的液相接口匹配并维持足够的 真空，只能增加真空泵的抽速。除真空匹配之外，液质联用技术的发展可以说就 是接口技术的发展。液质联用是通过一个接口( 即离子源) 来实现的。接口的作用 就是将被分析的样品分子电离成带电离子，并使这些离子在离子光学系统的作用 下，汇聚成一定几何形状和一定能量的离子束，然后进入质量分析器被分离。在 接口研制方面，前后发展了有2 0 多种，其中主要有直接导入接口、移动带接口、 快原子轰击接口、粒子束接口和热喷雾接口，新接口往往是在老接口的基础上改 进发展起来的，在技术上存在内在的联系。但这些技术都有不同方面的限制和缺 陷。直到大气压电离接口技术( a t m o s p h e r i cp r e s s r r ei o n i z a t i o n ，a p i ) 成熟后，液相 色谱一质谱联用方法才得以迅速发展，成为科研分析的有力工具。 第一章前言 1 3 。3 。2l c a p i m s 技术 常规的质谱电离技术电离样品是在高真空下进行，即在连接l c 和m s 时，为避 免溶剂进入离子源破坏真空，在样品进入离子源之前将溶剂去除。大气压电离 ( a p i ) 技术是大气压状态下的电离技术，它用于连接l c 和m s 时，l c 柱后流出物首 先在大气压下电离，然后带电离子从溶剂中分离出来进入高真空的质谱。大气压 电离接口( a p i ) 是目前商品化l c m s 仪器采用最广泛的接口，大气压离子化技术 ( a p i ) 主要包括两种：电喷雾离子化( e l e c t r o s p r a yi o n i z a t i o n ，e s i ) 和大气压化学离 子化( a t m o s p h e r i cc h e m i c a li o n i z a t i o n , a p c i ) 等技术，它们的共同点是样品的离子 化是在处于大气压下的离子化室完成，离子化效率高，大大增强了分析的灵敏度、 稳定性。电喷雾离子化( e s i ) 是现在应用最为广泛的大气压离子化技术，是在 相对低的温度下，逐步去溶剂化，因而是迄今最软的质谱离子化技术。电喷雾质 谱( e s i m s ) 的硬件包括：a 大气压腔，为雾化、去溶剂和离子化区；b 真空接 口和离子传输区，将离子从大气压传送至处于高真空的质量分析器中；c 质量分 析器，常用四极杆质谱仪( q r m s ) 、四极离子阱质谱仪( i t m s ) 、时间飞行质谱仪 ( t o f m s ) 、扇形磁场质谱仪。 大气压电离技术是当今质谱界最为活跃的领域，在生命科学、食品科学、临 床医学、环境科学、法医学等领域获得日益广泛的应用。 1 3 3 3 质量分析器简介 质量分析器是质谱仪的核心，它是将离子源产生的离子按其质量和电荷比的 不同而在空间的位置、时间的先后或轨道的稳定与否进行分离，以便得到按其质 量大小顺序排列而成的质谱图。质谱仪按照质量分析器的不同可分为磁质谱仪 ( 又可分为单聚焦质谱仪和双聚焦质谱仪) ，四极杆质谱仪( 四极滤质器) ，离子 阱质谱仪，傅立叶变换离子回旋共振质谱仪( f ti c r - m s ) 。早期的研究一般用双 聚焦扇形质谱仪与l c 连接，双聚焦扇形质谱仪特点是有很高的分辨率，但结构 复杂，价格较高，随着高气体流量和高离子源压力的l c m s 联用技术的发展，扇 形质谱仪因受真空度的限制，已满足不了需要。于是，人们相继将四极杆质谱仪、 四极离子阱质谱仪、时间飞行质谱仪与l c 联用。 9 液相色谱- 质潜法分析水中多种除草剂残留的研究 1 3 ，3 4l c m s 技术的应用 与液相色谱的常规检测器紫外检测器、二极管阵列检测器等相比较，质谱检 测器鉴定物质选择性好，灵敏度高，定性能力强，因而简化了实验步骤，减少了 样品预处理过程。这些特点使l c m s 在药物分析、生物分子、食品分析中得到日 益广泛的应用。尤其是在环境分析中，由于农药正向高效和低毒方向发展，使农 药的环境影响和残留农药的检测方法发生了变化。由于目前低浓度( g l 4 ) 、难 挥发、热不稳定和强极性农药的分析方法不是十分理想，因此发展高灵敏度、多 残留和可靠的分析方法己成为环境分析化学的重要战略目标。高效液相色谱法弥 补了气相色谱法不宜分析难挥发，热稳定性差的物质的缺陷，可以直接测定那些 难以用g c 分析的农药。但是紫外检测器和二极管阵列检测器等常规检测器在多 残留超痕量分析时有它们固有的局限性。自从8 0 年代末大气压电离质谱( a p i m s ) 成功地与h p l c 联用以来，h p l c a p i m s 己经在农药残留分析中占了很重要的地位， 成为农药残留分析最有力的工具。 总之，l c - m s 法对于测定强极性、难挥发性和热不稳定的痕量农药多残留有 不可替代的优点。随着l c m s 仪器设备的完善化及操作方法的改进，液质联用作 为环境分析的一个有力工具，正在得到日益的重视，在农药残留分析中得到了广 泛应用【2 8 3 ”。 1 3 4 其它方法 农药残留分析检测技术始于2 0 世纪5 0 年代，那时的农药残留分析技术方法以 简便、易推广应用的分光光度法为主。虽然操作简单，但是检测方法缺乏专一性， 灵敏度也不高。在色谱技术越来越发达的今天，分光光度法一般不作为常用的分 析方法。 薄层色谱( t l c ) 作为一种快速简便的色谱技术已经在中草药分析、农药残留 分析等领域也有应用。但是在传统薄层色谱法中，展开剂依靠毛细作用通过薄层 吸附剂来完成对组分的分离，因此其分离时间不可控，而且随着展开距离的增加， 溶剂前沿的移动逐渐减慢，被分离组分的扩散也越来越严重。由于灵敏度不高， 近年来较少使用，多用于复杂混合物快速筛选。 0 第章前言 毛细管电泳( c e ) 是近年发展起来的一种分离、分析技术，是药品分析分离分 析的工具之- - 嚣】。c e 的工作原理是使用毛细管柱内的不同带电粒子( 离子、分子 或衍生物) ，在高压场作用下以不同的速度在背景缓冲液中定向迁移，从而进行 分离。c e 的主要局限是系统的负荷能力低，由于一般毛细管的内径很小，导致检 测光程变短，检测灵敏度较低，不能满足环境监测中和临床上痕量、超痕量分析 的要求。 免疫分析( i a ) 是基于抗原抗体特异性识别和结合反应为基础的新型分析技 术。免疫分析具有特异性强、分析成本低、安全可靠等优点，已成为现代生命科 学的重要研究手段。由于免疫分析方法特有的优点，农药免疫分析的研究得到了 更多农药研究工作者的重视，正在引起农药研究领域的关注【3 6 1 。 超l 临界流体色谱( s f c ) 是以超临界流体作为色谱流动相的色谱分离模式。c 也 是最常用的s f c 流动相，它具有无色、无味、无毒、不易燃、临界条件适中 ( t c = 3 1 3 ，p c = 7 2 9 a t m ) 、环境友好等特点，特别适于分离分析热敏性物质。超 临界流体色谱技术作为一种重要的分离分析工具，在分离分析非挥发性大分子、 生物大分子、手性对映体等领域有广阔的应用前景。 1 4 本文研究内容 根据除草剂的化学结构不同，可以将除草剂分成三嗪类、苯脲类、酰胺类除 草荆等类另l j l 3 7 1 。三嗪类除草剂是早在2 0 世纪5 0 年代就推出的传统除草剂之一。 最早的三嗪类除草剂西玛津诞生于1 9 5 5 年，目前已经开发出3 6 个品种，成为现 代除草剂中最主要的类型之一。由于该除草剂具有优良的杀草功效且价格便宜， 成为在世界上使用最为广泛也是最重要的除草剂之一。苯脲类除草剂也是我国最 常用的除草剂。苯脲类除草剂作为一类重要的除草剂在全世界范围内应用己有半 个世纪的历史了，苯脲类除草剂以其高效、广谱、低毒等优点受到人们的重视。 但是，最近，由于这两类除草剂对水体的污染，使它们受到了很大的责疑。因为 它们都有持久的药性，且它们在水中是可溶的，随着使用量的逐年增加，它们已 广泛分布于地表水和地下水中。因此，对这两类除草剂的残留进行研究是非常必 要的。 目前，分析水中三嗪类除草剂和苯脲类除草剂一般采用气相色谱法( g c ) 、高 1 1 液相色谱质谱法分析水中多种除草荆残留的研究 效液相色谱法( h p l o 和气相色谱一质谱法( g c m s ) 。目前，很多实验室用色谱一 选择性检测器分析时，不可避免会遇到以下问题：第一，由于色谱的分辨能力有 限，当样品中组分过多时，色谱很难将所有的组分分离：第二对相邻的色谱峰， 当它们的保留时间相差很少时，仅凭保留时间对组分定性是不准确的；第三，分 析样品时，基质对样品的干扰用选择性检测器很难排除。g c m s 联用技术具有高 分离度、分析速度和灵敏度并可提供待测物质的分子量和结构信息，定性、定量 功能优于色谱法，但是，g c m s 应用范围有限，这是因为g c m s 分析时，样品必须 气化，因而难以用于极性、热不稳定和大分子化合物的测定。而液相色谱一质谱 法( l c m s ) 将应用范围极广的分离方法一液相色谱法与灵敏、专属、能提供分子 量和结构信息的质谱法结合起来，充分利用了高效液相色谱分离能力高、分离范 围广和质谱定性专属性强、灵敏度高、检测快速的特点，成为一种强有力的分离 分析工具，可以在较短的时间内对痕量的多种组分一次性的进行分离和鉴定，可 以利用选择离子监测( s i m ) 或提取离子色谱图( e i c ) 进行准确定量。 分析环境中痕量除草剂残留时，传统的提取过程是有机溶剂萃取。近2 0 年来， 固相萃取技术( s p e ) 进展迅速，现已成为环境样品分析前处理的重要手段。固相 萃取技术( s p e ) 因其简单、高效、易实现自动化和有机溶剂低耗量等优点逐渐取 代传统的液一液萃取法( l l e ) ，成为样品预处理的可靠方法，特别是在水中低浓度 ( 嵋l ) 有机物的富集方法中，s p e 是最理想的选择。 正是由于三嗪类除草剂和苯脲类除草剂在我国产量大，使用范围广，在