土壤中农药残留的分析方法及应用研究

南京理工大学 硕士学位论文 土壤中农药残留的分析方法及应用研究 姓名：蒋慧 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：王正萍 20040701 硕士论文土壤中农药残留的分析方法及应用研究 土壤中农药残留的分析方法及应用研究 摘要：本课题研究的是一种快速测定土壤中农药残留的新方法及其应用。实验 采用薄层层析、土壤柱层析结合固体直接进样法研究了滴滴涕在土壤中的迁移 性和溴氰菊酯在土壤中的移动和降解。固体直接进样法无需使用溶剂提取，并 且可以免去净化浓缩，直接用土壤样品进样分析。实验从固体直接进样法的重 复性、准确度、解吸温度、解吸率、进样1 2 1 升温方式等几个方面对该方法进行 了研究，确定了实验的最佳条件，采用外标法进行定量分析；在对滴滴涕和溴 氰菊酯在土壤中移动性的研究中，采用了薄层层析和土壤柱两种方法，结果得 出滴滴涕在中性土壤当中属于一级难移动农药，在非中性的条件下，移动性有 所增强；溴氰菊酯在中性土壤中移动性最弱，属于二级不易移动农药，非中性 条件下，R f 随着p H 的降低而有所降低；溴氰菊酯在土壤中降解符合一级降解 模式，方程为C = 1 9 59 e - 0 0 9 ”，降解的半衰期为71 天。 关键词：农药残留分析方法迁移降解 硕上论文土壤中农药残留的分析方法及应用研究 S t u d y o nt h ea n a l y t i c a lm e t h o do ft h e p e s t i c i d er e s i d u e si nt h e s o i la n di t sa p p l i c a t i o n A b s t r a c t ：I nt h i sp a p e r , an e w a n a l y t i c a lm e t h o df o rt h ep e s t i c i d er e s i d u e si n s o i l s a m p l ew a ss t u d i e d T h i sm e t h o di sb a s e do nan o v e ld i r e c ts a m p l ei n t r o d u c t i o n i n s t r u m e n tc a l l e dC h r o m a t P r o b et h a te n a b l e se x t r a c t f l e es o i ls a m p l ei n t r o d u c ei n t o G CT h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n sf o rt h ee x p e r i m e n tw e r eo p t i m i z e dT h er e l a t i v e s t a n d a r dd e v i a t i o ni sw i t h i nl5 55 T h es a m p l er e c o v e r yi sw i t h i n8 0 11 0 T h en e w t e c h n i q u ew a su s e d t os t u d yt h et r a n s f e r a b i l i t yo f D D T , d e l t a m e t h r i n a n dt h ed e g r a d a t i o no fd e l t a m e t h r i ni nt h es o i l C o m p a r e dt ot h en o n n e u t r a l s o i l e n v i r o n m e n t ，t h et r a n s f e r a b i l i t yo fD D Ta n dd e l t a m e t h r i n i nn e u t r a ls o i li st h e w e a k e s t A c c o r d i n gt ot h eR f ，t h et r a n s f e r a b i l i t yg r a d a t i o no f D D Ti sIg r a d e ，w h i l e t h eg r a d a t i o no fd e | t a m e t h r i ni sI Ig r a d eT h e d e g r a d a t i o ne q u a t i o n o fd e l t a m e t h r i ni n t h es o i li sC = 1 9 5 9 e - 0 , 0 9 7 9 tT h eh a l f - l i f eo f d e l t a m e t h r i ni sa b o u t7l d K e y w o r d s ：p e s t i c i d er e s i d u e sa n a l y t i c a lm e t h o dt r a n s f e r a b i l i t yd e g r a d a t i o n Y 6 2 4 6 97 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历面使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：盘茔：2 牛年) 月，6 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：i 茎姿：2 。嘶年7 月，占日 硕士论文 土壤中农药残留的分析方法及应用研究 1 引言 1 1 研究背景 11 1 农药的发展和使用 农药的发展经历了天然药物时代、无机合成农药时代、有机合成农药时代 三个部分。2 0 世纪4 0 年代出现了大量的有机合成农药，它们具有类型多、药 效高、应用范围广等优点，这使得无机农药无法与之抗衡而用量锐减，促使农 药进入了有机合成的时代。在这个时代早期，有机氯、有机磷和氨基甲酸甲酯 是杀虫剂的三大支柱，它们在防治农业和卫生害虫方面起过极其重要的作用， 其中D D T 是我国自6 0 年代起使用最频繁的有机氯农药之一，至1 9 8 2 年停产、 停用，累计使朋D D T 原粉达5 0 万吨，平均每亩地投放05 千克；接着有机农 药开始向高效化发展，新农药的开发朝着高效、低污染、低毒的方向发展，7 0 年代开发出的拟除虫菊酯类农药就是在天然的除虫菊酯的基础上发展起来的， 并且，随着国内外对农药引起的环境污染问题高度重视，不断淘汰对环境有害 的农药，逐步推广低毒无害或生物农药【1 1 。 目前全世界化学农药约1 4 0 0 0 多种，常用的4 0 种左右口l 。我国依靠自已的 力量建立起1 6 0 多种原药的生产设备，目前拥有每年5 0 万吨的生产能力，居世 界第二位f 3 1 。5 0 年代初我国农药使用量较少，品种主要是砷酸铅，氟化钠等无 机杀虫剂，有机汞类杀菌剂。但是由于该类农药毒性高，性质稳定，在土壤中 残留时间长，我国在2 0 世纪7 0 年代初便不再使用。到了2 0 世纪6 0 8 0 年代 初，有机氯农药的生产和使用量一直占我国农药总产量的一半以上，随着该类 农药大量使用带来的不良影响日益严重，1 9 8 3 年后又被有机磷、拟除虫菊酯类、 氨基甲酸酯类农药所取代。目前，我国使用的农药仍以杀虫剂为主，占总用量 的6 8 ，其中有机磷杀虫剂占整个杀虫剂总用量的7 0 以上。杀菌剂和除草剂 的用量占总用量的1 87 和1 25 1 4 1 在人类的经济活动中，农药很早就被用作保护农作物和防治病虫害的工具， 毫无疑问，农药在人类经济，特别是农业经济的发展中起着十分重要的作用。 从2 0 世纪4 0 年代起，随着首例合成农药D D T 的问世，各类农药迅速在世界 范围内推广应瑁。据统计，世界农作物的病虫草害约有5 0 多种真菌，1 8 0 0 种杂草和1 5 0 0 种线虫，使世界粮食减产5 0 1 4 1 。因此，农药在防治病虫草害， 保证农作物高产稳产方面起着十分重要的作用。农药的使用可使全球3 0 4 0 的粮食作物免遭损失【”。据估计，到2 0 2 0 年，世界粮食需求量将由2 0 0 0 年 的1 90 4 亿吨增长至2 48 7 亿吨，但耕地的面积却是有减无增，而全世界每年因 受病虫草害而减少的粮食产量，约占粮食总量的3 0 v , 左右1 6 l 。中国平均每年发 硕士论文 土壤中农药残留的分析方法及应用研究 生病虫害约2 7 2 8 亿亩次，施用农药的防治面积为2 3 亿亩次左右，挽回粮食 损失02 亿吨t 03 亿吨，棉花6 0 万吨7 0 万吨f 7 】o 由此可见，如果停止使用 农药等化学品，全世界人口的温饱问题将会受到严重的威胁。 1 1 2 农药污染的危害性 农药的使用是农业生产上的一次飞跃，但正如任何事物都有其两面性一样， 农药的使用也带来了许多环境问题，如农药污染、农药残留等等的阿题【”。农 药的一大危害性就是它的“三致”作用，即致畸、致癌、致突变，对人体健康 和动植物有着特殊的危害作用。更有许多农药在土壤中积累残留，造成土壤质 量恶化，危害农作物生长，造成减产：还有可能通过食物链影响人体健康【”。 近几年来我国高毒农药的频繁使用，引发了许多问题的产生：农药中毒事 故，1 9 9 21 9 9 6 年问我国就发生农药中毒2 4 7 3 4 9 例，死亡2 4 6 1 2 人，我国每 年因农药中毒的人数己占世界同类中毒伤亡事故的5 0 t 9 1 。据统计，近十年 来，我国平均每年有l o 万人发生中毒事故，死亡约1 万人【1 1 1 2 1 。 最早发现农药长期危害的是美国女作家雷切尔卡尔逊女士，在她1 9 6 2 年 出版的寂静的春天一书中，首次揭露了农药对人体的损害，该书第一次把 滥用D D T 等长效有机氯杀虫剂造成的环境污染、生态破坏的大量触目惊心的 事实系统地揭露出来，引起了整个社会的震动。D D T 能够被植物所吸收，再通 过食物链富集和放大，而且它是一种脂溶性很强的有机物，因而很容易积累在 人体脂肪、肝脏、肾脏等部位。并且不易排出体外，而是不断的在人体内蓄积， 当人体内的D D T 达到2 0 m g k g 时，神经系统会发生障碍，达到5 0 0 m g k g 时， 则可以致死，可见D D T 的污染对人类的健康存在着很大的潜在性威胁，而且 对环境仍具有长期的危害1 6 ”。 D D T 的原药当中包含有大约8 0 的P P - D D T 和t 5 2 0 的0 ，P - D D T ， 其结构式如下： o , p - D D T n 拍一 c l 卜一c I c L p p - D D T 按我国毒性分级标准，D D T 为高毒性有机氯农药，由于其化学性质稳定， 不易分解，降解半衰期长，在土壤中完全消失需要2 0 年之久，并且能够通过食 物链向生物及人体内转移、蓄积，在8 0 年代初就已被禁用，但近年来的调查发 2 硕士论文 土壤中农药残留的分析方法及应用研究 现，水体、土壤以及农畜产品中的D D T 污染普遍存在，以至D D T 残留量仍是 我国农副产品进出口的必测项目之一。因此，开展有机氯农药残留分析污染过 程以及在土壤中的迁移规律研究，己成为我国急待解决的重大环境和健康问题。 1l3 农药对环境的污染 从人们认识到农药污染的严重性开始，人们较为关注的是作物、食品等与 人类密切接触的东西，在一定程度上忽略了农药对环境的污染，而我国由于不 重视土壤中的农药残留而导致大量出口的农副产品由于其种植地土壤中农药含 量的超标而遭到拒绝。由此可见，环境中特别是土壤当中农药残留的研究也成 为今后农药污染研究和控制的一个不可缺少的部分。 农药进入环境主要有三种途径：是农药直接喷撤在土壤中，用于防治地 下害虫、去除杂草；二是为防治病虫草害而喷洒于作物上的各类农药，其中至 少会有5 6 的农药落入土壤当中；三是在喷雾和喷粉使用农药时，部分农药弥 漫于大气中，并随着气流和风迁移，散布到环境的各个角落，曾经有人计算过， 6 0 年代欧洲北海每年从大气中沉降的D D T 高达3 0 0 万吨之多。对于半衰期很 长的D D T ，其分布几乎遍布了世界的每一个角落，在有机氯大量使用的年代， 一些著名河流，如密西西比河、莱茵河、多瑙河等的河水中都曾检测到岭L 级 的D D T 以及代谢产物；美国等发达国家是最早经停止使用D D T 的国家之一， 但到目前为止，水中仍然检测到它的存在；在印度东部的孟加拉邦和比哈尔邦 喷洒D D T 近半个世纪后，每升地下水中的D D T 含量仍然比安全含量高出几千 倍1 6 ) 1 ：在我国，很多大型的水域也经常检测到D D T 的存在，如长江流域、北 京的官厅水库、北京永定河、厦门的闽江等流水体系都检测到D D T 的存在1 6 ”。 D D T 不仅仅存在于自然界的水体当中，有时甚至在饮用水当中也能发现它的存 在。 1 2 国内外研究情况 l2 1 农药在土壤中的行为研究 l2ll 农药在土壤中的扩散与吸附 农药在土壤中的扩散有两种形式：一种是由于农药分子的不规则运动而使 农药迁移的过程；而另一种则是由于外力发生的结果：土壤中的农药在流动水 或在重力作用下向下渗滤，并在土壤中逐层分布。后种形式是土壤中农药扩 散的主要模式。这个过程与吸附、降解和挥发等过程密切相关。农药在土壤中 的主要吸附模式有以下几种：分子吸附模式、氢键吸附模式、不可逆交换吸附 模式、质子化吸附模式和吸附分解模式【1 3 1 。土壤对农药的吸附随着有机质的增 加和含水量的减少而增加的。这是因为当有机质含量增加时。它的吸附位也相 _ = 壤中农药残留的分析方法及应用研究 应的增加、从而增大对农药的吸附【”】。周风帆等研究了多效唑在黄棕壤、红壤 水稻土和黑土一p 的吸附，结果发现吸附率随着有机质含量的增加而增加m 】。刘维 屏研究了利谷隆在四种上壤中的吸附，也发现有机质含量越高的土壤中农药的 吸附量越大，含水量的多少影响农药的吸附是由于水是极性分子，能与农药竞 争土壤中的吸附位，所以当土壤中的含水量减少时，就有更多的农药被吸附【“1 。 此外，农药的性质也是影响土壤吸附性的重要原因，D D T 、拟除虫菊酯等脂溶 性农药易发生有机质吸附和粘土吸附，水溶性农药如甲磺隆等除草剂则容易在 土壤中下渗而不易被土壤所吸附。 1 2 1 2 农药在土壤中的迁移 农药进入士壤后，受到重力、水流、机械耕作等影响会发生迁移作用，自 有人类活动茏其是近代工业高速发展以来，这种活动已被显著的加速，而随 着农药的发展，把许多自然界原来没有的化合物释放到环境中，D D T 的大量使 用，已几乎使得地理环境的每一个角落都染上了它的足迹，在它的使用过程中， D D T 以有机胶体溶液、悬浮物、浆糊物等形式进入环境系统，以散布形式施用 的D D T 其有效作用部分大约只有总使用量的l O 2 0 ，而8 0 9 0 则分散 于大气和土壤，大气和土壤中的D D T 又进一步在环境中迁移，造成更大范围 的污染，目前发现在人迹罕至的南极地区的企鹅以及北极爱斯基摩人的体内已 经检测到D D T 的踪迹 6 。由此可见D D T 的环境行为也是环境化学不容忽视的 研究热点。此外，对于新开发出的高效、低毒、半衰期短的农药如拟除虫菊酯 类在环境中的迂移和转化也应当予以重视，以便对其污染状况做出正确的评价。 农药在土壤中的移动性决定了它在土壤层剖面中的分布情况和它污染地下 水的可能性。一般来说，水溶性的农药如灭线磷容易在土壤剖面中下渗，而脂 溶性的农药如D D T 和拟除虫菊酯类由于会和土壤中的粘粒和有机质发生吸附 作用，所以不易在土壤中产生移动而主要分布在土壤的表层或施药层内。 1 ，2 1 ： 农药残留在土壤中的降解 农药进入一t 壤后经受一系列物理、物理化学、化学和生物化学反应而使其 数量和毒性不断有所下降，这一过程称之为降解。农药在土壤中的降解主要包 括光解、化学降解和微生物降解，这些降解往往是在土壤中共同起作用来消除 土壤污染。在这些降解过程中，农药的结构会不断的发生变化，总的趋势是简 单化和无毒化，有的最终生成简单的无机化合物，但是也有很多农药半衰期虽 然很短，但是其降解产物的毒性却大于原药的毒性。 农药降解的速度与农药的稳定性有很大的关系，主要是光稳定性、化学稳 定性、微生物稳定性，其中光稳定性是判断农药稳定性的一个重要指标，例如 4 硕士论文土壤中农药残留的分析方法及应用研究 有机氯农药对光比较稳定，这也是D D T 等农药在土壤中降解速度缓慢的主要 原因之一一，一般D D T 在土壤中完全降解需要十几N - - - 十年的时间；天然除虫 菊酯光稳定性差，只能作为室内杀虫剂使用，而7 0 年代开发的拟除虫菊酯类农 药则具有一定的光稳定性。可以作为大田农药使用，但是由于对光的稳定性不 强，因此该类农药在光照的土壤当中的半衰期都比较短，通常在一个月内能够 完全降解。 122 农药残留的分析测定方法 122l 农药的提取和富集方法 土壤中的有机污染物含量往往较低，一般在m g L 唱甩的水平，有时甚至 会低至n g L ，并且分散在各种基质中，要直接分析有定的困难，因此需要采 用物理或化学的方法。将有机污染物分离出来，达到富集的目的，便于随后的 分析，这一过程便称为提取和富集。传统的方法有液液萃取、索氏提取等方法， 此类方法提取效果较好，但是溶刻使用量大、周期长、易发生样品的污染和损 失，并且后续的净化程序也比较复杂I l s 。随着仪器设备技术的发展，一些高效、 快速的预处理方式应运而生。 12211 索氏提取法 索氏提取技术是种传统的液一固相萃取方法。将样品放入索氏提取器套简 中，在圆底烧瓶中加入提取剂，当加热烧瓶时，瓶内溶剂被蒸出的气体遇冷凝 结成液滴连续不断地滴入索氏提取管中提取固体样品，是一种从固体样品中提 取物质的有效方法。曾有报道用索氏提取法提取土壤中的有机磷农药毒死蜱 f l g l 、多环芳烃f 2 0 l 等等。D D T 常用的提取剂有：丙酮、正己烷、石油醚等等，溴 氰菊酯类农药可用苯、乙腈、石油醚等作为提取剂。 l22l2 超声波萃取法 超声波提取方法的原理是利用超声空化作用，超声波产生巨大压力对固体 样品直接反复冲击，其产生的微波与辐射力也起到了一种搅拌作用，使得固体 样品不断与新鲜溶剂充分接触，从而使固体样品在溶剂中容易分散、乳化，加 速了样品在溶剂中的溶解速度。由于方法简单且成本较低，在广泛使用有机氯 农药时期，曾长期被用来提取土壤和植物中的有机污染物。该法简单易行，节 约时间，可以同时进行多个样品的处理而不需要增加装置皿”。孟平蕊等f 2 2 J 在研 究酞酸酯( P E s ) 在土壤中的残留情况时，分别用索氏提取和超声提取两种方 法对比提取土壤中的痕量酞酸酯( P E s ) ，结果表明，索氏提取耗时长，空白值 较高，对于P E s 浓度较低的土壤样品会造成较大的系统偏差，而超声提取不仅 提取完全，而且空白值低，克服了索氏提取的缺点。杨丽莉、郑延慧等f 2 1 墚用 S 硕士论文 土壤中农药残留的分析方法及应用研究 超声波提取土壤中残留的D D T ，以丙酮：石油醚( 1 ：1 ) 为提取剂，提取效率较 高，回收率在7 7 1 0 0 之间。 l2213 超临界流体萃取法 超临界流体萃取法是2 0 世纪9 0 年代发展起来的一种新型而有效的分离提 取技术，它是利用在一定的温度和压力下，超临界流体强大穿透力和高溶解度， 快速地将提取物从液体或固体中萃取出某些成分并进行分离的技术【”1 。超临界 流体萃取能满足样品复杂性和稳定性的要求，可以分析痕量污染物，使用无毒 气体，操作时不伤害人体和污染环境，可在线联用且可对污染物进行选择性萃 取【2 ”。该法适用于土壤和生物样品的农药污染物的提取，其提取物可直接用于 分析，从而可以免去浓缩过程。其主要缺点是超临界流体萃取仪价格昂贵，同 时需要利用超临界流体作为提取剂，成本较高。国外超临界流体萃取已经很成 功应用于环境样品中的各类污染物，如P C B 、P A H 和除草剂的提取陋2 甜。 l22t4 微波萃取 微波萃取是在微波能的作用下，用有机溶剂将样品基体中的待测组分溶出 的过程，以往微波预处理样品主要是用于无机分析，到2 0 世纪8 0 年代末期才 渐渐扩展到有机分析口”。 微波萃取已应用于土壤沉积中的多环芳烃、农药残留、有机金属化合物、 植物中有效成分以及生物样品中的残留的萃取测定。与传统的萃取法相比，该 法具有所需有机溶剂体积小、快速、高效、可以同时处理多个样品的优点1 2 8 I 。 12 2l5 固相萃取( S P E ) 圃相萃取是一种试样预处理技术，由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发 展而来，从1 9 7 8 年出现一次性固相萃取商品柱算起，S P E 以其现代形式存在已 有二十多年的历史。据统计，自其出现以来，直以l o 的年增长率扩大其应 用f 2 9 | 。固相萃取是液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来的【”1 。圆相萃取 是一种吸附剂摹取，根据液相色谱分离、解吸、浓缩等原理，使样品溶液混合 物通过柱子后，样品中的待测组分保留在柱中，而其它组分随溶液流出，再选 择合适的溶剂将保留在柱中的组分洗脱下来，从而达到分离、净化的目的p ”。 图122 1 为固相萃取柱的示意图。 固相萃取操作简便、快速，回收率高，还具有廉价、低毒的优势瞰】。固相 摹取吸附被测组分稳定性好。可以很好地储存，适用于从痕量分析到工业大规 模检测分析。但是，它不能用于萃取沸点高于溶剂脱附温度的不完全挥发性或 非挥发性物质”l 。固相萃取比较常用的是水中污染物的处理该法可在选择适 当的萃取柱、洗脱液和其它优化条件后，使萃取、富集、净化一步完成。梁定 硕士论文 土壤中农药残留的分析方法及应用研究 鸿、葛江海等【”1 采用C I 。固相萃取法预处理富集，石油醚作为洗脱剂，用气相 色谱法对水中的溴氰菊酯进行了测定，该方法简便，经济，节省了萃取剂的用量， 减少了样品的用量和预处理时间，具有较好的灵敏度、准确度和精密度，最低 检测浓度为0Jr t g L ，回收率达8 3 以上。 薹 聚露氰己烯柽 填j | i I 接头 图1 2 2 1 固相萃取柱 l22l6 固相微萃取法( S P ) d E ) 同相微萃取是在固相萃取的基础上发展起来的新的萃取分离技术。该装置 主要由两部分组成：是涂在l c m 长的熔融石英细丝表面的聚合物构成的萃取 头，固定在不锈钢的活塞上：另一部分是手柄，不锈钢的活塞就安置在手柄里， 可以推动萃取头进出手柄，整个装置形如一微量的进样器。平时萃取头收纳于 摹取头鞘内，可以不经任何洗脱直接进入气相色谱汽化室再探出萃取头。被 萃取物在汽化室内解吸附后，靠流动相将其导入色谱柱，完成提取、分离、浓 缩的全过程。蛔相微萃取的原理与S P E 不同。不是将待测物全部萃取出来，其 原理是建立在待测物在固定相和水相之间达成平衡分配的基础上【”1 3 “。固相微 萃取无需溶剂洗脱，不会造成二次污染，操作简单、快速，所以一经出现就得 到了迅速的发展【”】。图1 2 ，22 为固相微萃取装置。 手橘 革职器 萃驭头 样品瓶 图1 222 固相徽苹取柱 l2 22 样品的净化 所谓净化，是根据试样提取液中被测组分或其他组分的物理、化学性质， 硕士论文土壤中农药残留的分析方法及应用研究 利用各种分离方法或技术，把被测组分从样品提取波中分离出来，当只要求分 析环境样品中某一类有机污染物时，多采用净化这种处理方式。或者当待测组 分从基质中提取出来时，不可避免地还会有其他有机化合物，它们的存在会干 扰甚至严重干扰被测组分的定性或定量分析。因此需要采用相应的分离方法与 技术，将这些组分除去。目前常用的方法有液液分配法，吸附柱层析法和固相 萃取法等等。 液液分配法是利用待测农药与干扰杂质在两种互不相溶的溶剂当中，溶解 度差异而达到分离目的的净化方法，通常的溶剂有：浓硫酸、乙腈一石油醚， 二甲基甲酰胺一石油醚、丙酮正己烷、二氯甲烷一水等等：吸附柱层析法是 在玻璃柱中加入一种或几种吸附剂，待测样品提取液加到柱中后，用淋洗液洗 脱，根据吸附剂对农药与干扰杂质的吸附能力不同，达到分离的目的，常用的 吸附剂有：弗罗里硅土、氧化铝、硅胶、硅藻土、石墨及树脂等等；固相萃取 法除了可以用于提取，也是一种高效的净化方法，在2 0 世纪7 0 年代后期，微 型柱( 小柱) 被应用于农药残留检测工作，它能净化和富集分析样品，提高色 谱分辨率及分析效果。保护色谱柱。曾有报道利用固相萃取净化气相色谱法快 速测定土壤中的氯氰菊酯残留，克服了传统的柱层析净化法的费时、费力和费 溶剂，实验结果令人满意1 3 1 I 。 l223 样品的浓缩 浓缩是农药残留检测的重要步骤之一，尤其对高效低剂量农药，常用的浓 缩方法有四种： ( 1 ) 自然挥干法：将待测的溶液置于室温下，在通风橱中通风条件下，使溶剂 自然挥发，此法速度较慢，但对于如石油醚( 3 0 6 0 ) 、丙酮、二氯甲烷等 作溶剂的提取液比较有效。 ( 2 ) 气体吹千法：采用干燥空气或氮气，使溶剂挥发浓缩的方法。对于易氧化 的农药应采用氮气。此法适用于不易挥发、蒸汽压较低的农药。 ( 3 ) K - D 浓缩器浓缩法：采用K - D 浓缩装置进行减压蒸馏浓缩的方法。此法 简便。农药不易损失是较普遍采用的方法，但对于如甲醇、甲苯等沸点较高 的溶剂，则速度慢、效果差，不宜采用。 ( 4 ) 旋转蒸发法：在减压、加温、旋转条件下浓缩溶剂的方法。此法浓缩速度 快，农药不易损失，简便，是较常用的方法。对蒸汽压高的农药，使用时应注 意温度条件不能过高，否则易造成农药的损失。 硕上论文土壤中农药残留的分析方法及应用研究 1 2 24 检测方法 12241 气相色谱法( G C ) 气相色谱法是一种高效、灵敏、快速的分离分析方法，可以同时分离分析 多种组分，而且样品用量少，应用范围较广。气相色谱有很多种不同的检测器， 常用的检测器有热导检测器 9 99 9 9 ) 风干土壤 南京化学试剂厂 扬州农药厂 扬州农药厂 上海B O C 气体工业有限公司 采自南京郊区 3 2 土壤的预处理 将采集到的土壤样品均匀地铺在薄膜或是白纸上，待半干时，将土块用玻 璃棒压碎挑去植物根、茎、石块等。在通风的地方风干后，用研钵磨碎，再 用8 0 目筛子过筛，过筛后的土壤用棕色瓶贮存。 空白土壤的制各：将风干过筛后的土壤在马福炉中3 5 0 ( 2 烘烤三小时。 3 3 标准样品的配制 标准储备液的制备：准确称取1 00 m g 农药原药，用重蒸过的丙酮作为溶剂 溶解于l O O m L 的容量瓶中，配成1 0 00 m g r L 的储备液供使用； 标准使用液的制备；从1 0 0 ，O m g k 的储备液准确移取5m L ，用丙酮稀释 1 6 硕士论文 土壤中农药残留的分析方法及应用研究 至5 0 m L ，配制成1 00 m g L 的使用液； 标准溶液系列的制备：从1 00 m g L 的使用液中分别移取0 0 5 m L 、01m L 、 01 5 m L 、0 2 m L 、0 4 m L 、O6 m L 、08 m L 、10 m L 、2 O r a L 、40 m L ，最后用 丙酮定容至1 00m L ，配制成0 0 5m g ，L 、0l O m g L 、01 5m V L 、0 2 0 m g L 、 o 4 0 m g , r L 、o 6 0 m g l L 、o8 0 m g L 、10m g ，L 、20m r d L 、4 0m g J L 的标准溶液备 用。 3 ，4 方法的摸索 341 重复性研究 实验采用D D T 农药进行方法的摸索。 准确称取空白土壤样品log ，分别加入1 0 m L0 2 0 m g L 、0 4 0 m g l L 、 0 6 0 m g L 、O 8 0 m g L 的D D T 溶液，充分振荡，陈化半小时后，放置于通风橱 内使溶剂挥发干后供测定，分别配制成D D T 浓度为0 2 0 m g k g 、0 4 0 m g k g 、 o6 0 m g k g 、o 8 0 m g k g 的标准土壤样品。每个浓度水平称取2 0 0 m g 样品5 份， 分别装入微型样品瓶中，待测。 气相色谱分析条件： 载气：高纯N 2 ； 流速：2 m L m i n ： 进样口温度：2 3 0 。C ； 进样：分流进样，分流比为3 0 ：1 ； 色谱柱：C P S i l8 C B - - M S 柱，3 0 m 02 5 r a m ； 升温程序：5 0 C ( 保持3 r a i n ) ，以2 5 C 每分钟的升温速率升温至2 8 0 。C ( 保持 1 0 r a i n ) 检测器温度；3 0 0 34 2 进样口升温方式不同的比较 进样口有两种不同的升温方式，种是迸样前直接将温度升到实验所设定 的温度，并一直保持到分析结束；另种是采用程序升温的方式，逐步将温度 升高至所设定的温度。 进样口不同温度条件的设定： ( 1 ) 非程序升湿方式：2 3 0 ( 2 ) 程序升温方式：5 0 C ( 保持06 秒) ，迅速以2 0 0 C m i n 的速率将温 度升高至2 3 0 C 称取D D T 浓度分别为o 2 0m 眺g 、o 4 0m g l 【g 、0 6 0m 沐g 、0 ：8 0 m g k g 的 土壤样品各2 0O m g 放入微型样品瓶中，分别使用上述两种不周的方式进行测 1 7 硕士论文士壤中农药残留的分析方法及应用研究 定，色谱条件按照3 41 中所列的方法。 343 解吸率的研究 影响解吸率的因素主要是进样目的温度和样品的进榉量，本实验撸改变进 样口温度和样舳的进样量来确定这两种因素对解吸率大小的影响【”1 。 343I 迸样温度对解吸率的影响 根据342 实验的结果，进样口采用非程序升温方式，采取四种进样口温度： 2 0 0 “C 、2 1 04 C 、2 3 0 C 、2 5 06 C 。实验准确称取O2 0 m g k g 、O4 0 m g k g 、0 6 0 m g k g 、 08 0 m g k g 四种不同浓度的土壤样品备2 00 m g ，放入微型样品瓶中待测。色谱 条件参照2 4l ，每种样品解吸三次。 3432 迸样量对解吸率的影响 分别称取50 r a g 、1 00 m g 、1 50 m g 、2 00 m g 、2 5n a g D D T 浓度为o4 0 m g k g 的土壤样品，放入微型进样瓶中待测。送样口温度2 1 0 C ，其它色谱条件参照 341 ，每种样品解吸两次。 344 定量分析 按照3 41 中的方法配制00 5 0 m g k g 、01 0 m g k g 的标准样品，分别称取 1 0 0 m g D D T 浓度为00 5 0 m g k g 、0 1 0m g k g 、02 0m g ，l ( g 、04 0m g k g 、O6 0 m g k g 、 o8 0m g J k g 土样，装入微型样品瓶待测。测定方法参照2 225 ，每个样品解吸 两次。以浓度和蜂面积为横、级坐标作标准曲线。 3 45 加标回收率实验 称取s 份lO g 含有D D T 农药的风干土壤样品，分另0 向其中加入t m L 浓度 oj m 班、01 5 订够、0 2 0 m g L 、03 0 m g L 、04 0 m g L ，充分振荡后放置陈化， 待样品风干后每份称取1 00 m g 进行加标回收率实验。 3 5 直接进样法研究D D T 在土壤中的移动性 351 薄层板的制各 称取5 9 左右的风干土壤i l i a4 n 1 = 左右的蒸馏水，调和成稀泥浆状，用 玻璃棒将泥浆均匀的涂布在规格为2 0 e r a x5 c m x O5 e r a 玻璃板上，涂布后的土 壤薄层厚度约为O5c m ，将薄板在室温下放餐2 4 小时风干。 352 点样和展开 用微量注射器准确移取4 0 止浓度为4 0 m g L 的D D T 标准溶液，缓慢的平 行点在玻璃板下端2 , 0 c m 处待溶齐J J 挥发干净后，将点样后的土壤薄板置于展 硕上论文土壤中农药残留的分析方法及应用研究 开缸内，薄板倾斜约3 0 。，板端淹水o5 c m 以下，在室温下展开，用蒸馏水作 为展开剂，分别用N a O H 溶液和H 2 S 0 4 溶液调节p H 值为4 ，6 ，7 ，8 ，1 0 作为 展开剂。当展j F 刺达到前沿，取出薄板，在室温F 放至干燥，测量展开剂前沿， 按O l c m 、l c m 2 c m 、2 c m 3 c m 、3 c m 5 c m 、5c m 7 c m 、7c m 1 0 c m 、 1 0c m 1 4 c m 分段割取土壤，供测试用，将每段取出的土壤充分混合均匀，准 确称取1 00 m g 的土壤样品，放入微型样品瓶中待分析。实验装置如图35 21 所示。 蕨歼弃莛蓁蚕- 燎 ， ，暴折缸 _ 垫鲤鲤蜀群飘 图352 1 薄层层析装置图 353 土壤柱制备 实验采用长2 0 c m 、内径15 c m 的玻璃柱装填待测 土壤，土柱高约15 c m 。首先在玻璃柱底端加入少量的 玻璃棉，然后称取一定量的风干土壤，加入一定量的 蒸馏水，充分搅拌均匀后将土壤填入玻璃柱中填至 l l c m 处暂停装柱，计算出柱中土壤的质量，算出装填 4 c m 土柱所需耍的土壤质量。按照所算出的土壤质量 进行称取，并在其中加入40 m L l0 m g L 的D D T 农药 混匀待溶剂挥发以后，严实的装入土往上层。用 1 0 0 m L 的雨水进行连续淋溶，待土壤风干后，分别割 取0 3 c m 、3c m 6 c m ，6e m 9 c m 、9c m 1 2 c m 、 1 2c m 1 5 c m 的土柱，混合均匀后，称取1 00 m g ，分 别测定其中D D T 的含量。右图为土柱实验的装置图。 3 6 直接进样法研究溴氰菊酯的迁移和降解 3 61 标准样品的制备 雨水 参出7 k 图3 5 ，31 土拄装置 按照实验3 3 的步骤配制出溴氰菊酯浓度分别为01 0 m g k g 、01 5 m g k g 、 硕士论文 土壤中农药残留的分析方法及应用研究 02 0 m g k g 、0 2 5 m g k g 、03 0 m g k g 、0 4 0 m g k g 、05 0 m g k g ，0 6 0 m g k g ，08 0 m g k g ? I O m g k g 土壤标准样品。 362 实验条件的确定 ( 1 ) 根据2 4 中实验方法摸索的结论，本实验采用非程序升温进样方 ( 2 ) 式，每次迸样量称取1 0 O m g ，进样温度选取1 8 06 C 、2 0 06 C 、2 2 0 、2 4 0 。 载气：高纯N 2 ； 流速：2 m L m i n ： 进样口温度：1 8 0 ，2 0 0 ( 2 ，2 2 0 ，2 4 0 ： 进样：分流进样，分流比为3 0 ：1 ； 色谱柱：C P S I l8 C B - - M S 柱，3 0 m X 02 5 r a m ： 升温程序：5 0 6 C ( 保持3 m i n ) ，以3 06 C 每分钟的升温速率升温至 2 8 0 f 保持1 0 m i n ) 检测器温度：2 8 0 363 标准曲线的确定 采用外标法进行定量。分别称取1 00m g 溴氰菊酯浓度为61 0m g k g 、0 2 0 m k g 、o4 0 m k g 、o6 0 m 舭g 、o8 0 m g k g 、l0 m e J k g 土壤标准样品。装入微 型样品瓶进行测定。取浓度和峰面积为横、纵坐标作标准曲线，计算相关系数。 36 4 加标回收率实验 取五份lO g 含有溴氰菊酯的土壤，分别向其中加入l m L 浓度为01 0 m g L 、 0l5m g L 、o2 5m e J L 、o3 0m g L 、o6 0 m g L 的标准溶液，做加标回收率实验。 365 薄层层析法 称取约5 9 风干土壤，加入4 m L 蒸馏水调成稀泥浆，用玻璃棒均匀涂布在 玻璃板J 二，土壤涂布的厚度约为O5c m ，薄板在室温下放置2 4 小时风干，实验 装置如图352l 。用微量注射器进行点样，点样量为5 0 9 L 浓度为2o m 玑的 标准溶液，待溶剂挥发干后，使用p H 值为4 、6 、7 、8 、1 0 的蒸馏水作为展开 剂进行层析，层析结束后在室温下放至干燥。分析时，按O 2 c m 、2 c m 4 c m 、 4 c m 6 c m 、6 c m 9 c m 、9 c m 1 2 c m 、1 2 c m 1 5 c m 分段割取土样，供测试用。 366 土壤柱法 实验用一根长2 0 c m 、内径I5 e r a 的玻璃柱装填待测土壤，土柱高约1 5 c m 。 首先在玻璃柱的端加入少量的玻璃棉，然后称取一定量的风干土样，加入一定 硕士论文土壤中农药残留的分析方法及应用研究 量的蒸馏水，充分搅拌均匀后严实的将土壤填入玻璃柱中，填至l O c m 处暂停 装柱，计算出柱中土壤的质量，算出装填5 c m 土柱所需要的土壤质量，按照所 算出的土壤质量进手于称取，并在其中加入4 m L l O r r l g L 溴氰菊酯溶液混匀，待 溶剂挥发以后，严实的装入土柱上层，实验装置同图3531 。用l O O m L 蒸馏水 进行连续淋溶，待土壤风干后，分别割取O 3 c m 、3 c m 6 c m 、6 c m 9 c m 、9 c m 1 2 c m 、1 2 c m 1 5 c m 的土柱，充分混合均匀后，称取1 0 0 m g ，分别测定其中溴 氰菊酯的含量。 367 溴氰菊酯在土壤中的降解 称取I O ，O g 土壤样品于烧杯中，加入l m L 左右的蒸馏永并混匀，培养活化 7 天以后，添加lO m g L 的溴氰菊酯标准溶液2O m L 继续培养，并定期补充水 分，分别测定培养0 ，3 ，6 ，9 ，1 2 天后溴氰菊酯农药在土壤中的残留量。 硕士论文 土壤中农药残留的分析方法及应用研究 4 结果与讨论 4 1 最佳条件的选择 41l 重复性分析 用D D T 标准溶液进样，确定出蜂时间为l l7 r a i n 和11 9 m i n 左右，其标准 色谱图见附录中的图I 。以解吸第一次时的保留时间和峰面积大小作为重复性 研究的对象，通过计算五次测定的相对标准偏差( 变异系数) 来判别使用该直 接进样装置对方法重复性的影响。表4l l1 和表4l12 是四种浓度水平下，五 次测定乎行样的保留肘问，峰面积以及它们变异系数大小。 表4 111 保留时间重复性实验表 表4 iI 2 峰面积重复性实验表 对于一个新方法的评价，其重复性是论证该方法可靠性的一个首要指标。 对于气相色谱的分析和测定，采用峰面积和保留时间作为重复性的评价指标， 2 2 硕士论文 土壤中农药残留的分析方法及应用研究 通过验证它们的重复性来判断该方法的可靠性，一般要求保留时间的变异系数 不大于l ，峰面积的变异系数不大于5 。 从表4l 1l 和表4l 1 2 可以看出，保留时问的变异系数均小于1 ，峰面 积的变异系数在l5 5 5 ，可以满足重复性的要求。当一个方法的重复性 满足要求后，说明该方法在实验室内是可靠的，可以进行下一步的研究。 4l2 进样口不同升温方式比较 对于常用的液体进样方式，迸样口通常可以采用程序升温方式，这种方式 进样可以去除溶剂和低沸点组分，实现样品的浓缩，增大灵敏度；不挥发物可 滞留在衬管中，保护色谱柱。但是对于固体热解吸方式迸样，采用程序升温迸 样方式是否会产生其它影响，则需要通过实验来评价。我们用两种不同进样方 式，用目标峰的出峰面积作为衡量指标，选择一种较好的方式。图4121 是两 种不同方式下峰面积大小的比较。 从图41 2l 可以看出，进样口不同升温方式对于峰面积的影响比较明显， 在非程序升温进样的条件下，各浓度水平的样品的峰面积都大于程序升温下的 峰面积，其中的原因可能是采用程序升温进样时，由于溶剂和组分的沸点差异 较大，溶剂比较容易汽化，当它们汽化后达到分流点时，汽化状态可能不太相 同，由于分流之量远远大于柱内流量，汽化不太完全的组分就比完全汽化的组 分多分流掉一些，从而引起了峰面积的减小1 6 ”。 1 5 0 E 1 2 0 E i 9 ，O O E 器6 O O E 厘 髫3 O O E 0 O O E l 忍 l_ l l kI ll 测劂 黝 硕士论文 土壤中农药残留的分析方法及应用研究 4l3 解吸率的影响因素讨论 4l3l 进样口温度对解吸率的影响 通过实验发现，每个样品在解吸两次后基本达到完全解吸，因此按照如下 公式413l1 计算解吸率的大小。 解吸率= 耵意蒜拦N I 3 1 1 ， 实验采用的固体直接进样装置，其解吸原理类似于吹扫一捕集技术中的进 样原理，都是通过加热使得吸附或是捕集到的有机物从基质中挥发出来，所不 同的是吹扫一捕集有个吸附装置，因此更适合大气中污染物的分析。控制这种 解吸方式的主要因素有解吸时间和解吸温度。其中，解吸时间主要取决于待测 物与样品基质的作用大小以及样品基质的颗粒大小，通常的解吸时间需要几十 秒或是2 m i n 3 m i n ，对于复杂的待测样品，如果解吸的时间过长会导致初始谱 带的大大加宽而影响分离的效果，由于土壤中农药与土壤颗粒的作用力比较强， 所以我们取3 m i n 为解吸时间，同时将土壤颗粒磨碎并过8 0 目筛。 乎 一 _ I L 甾 琏 极度( m g k g ) 厂二鬲= i i = 丽_ 葡 图4 13l