土壤中有机磷农药的测定

第8章土壤中有机磷农药的测定8.1概述长期以来，大面积使用化学农药严重破坏环境和生态，而我国化学农药的使用量是世界平均用量的2.5倍，高毒农药使用量占我国农药使用量的30%[1]。有机磷农药是上世纪三十年代德国G.Schradev首先发现的，有机磷农药是作为取代有机氯农药而发展起来的新型农药，这种农药较有机氯农药容易降解，对自然环境的污染和生态系统的危害、残留没有有机氯农药普遍和持久。但事实上，有机磷农药并不是理想高效、低毒、低残留农药，其在环境中的残留也不容忽视[2]，并在动物体内富集[3]。有机磷农药一般为硫代磷酸酯类或磷酸酯类化合物，大多呈结晶状或油状，工业品呈棕色或淡黄色，除敌敌畏和敌百虫之外，大多有蒜臭味。这类农药除敌百虫、磷胺、甲胺磷、乙酰甲胺磷等易溶于水，其它不溶于水，易溶于有机溶剂如苯、丙酮、乙醚、三氯甲烷及油类。有机磷农药分子结构一般具有容易断裂的化学键，在酸性和中性溶液中较稳定，遇碱易分解破坏，对光、热、氧均较稳定，略具挥发性，遇高热可异构化，加热遇碱可以加速分解。有机磷农药是一种神经毒物，作用机制是抑制生物体内的乙酰胆碱酯酶，引起神经系统紊乱，并造成中毒。另外，有机磷农药迟发性毒性还会对生殖系统造成损害。印度北部Kanpur市，地表水中马拉硫磷含量达2.618mg/L，地下水含量高达29.835mg/L[4]。近年来，我国农药工业迅速发展，农药年产量居世界第二位。其中，有机磷农药产量占全世界总量的1/3，占全国农药总量的50%以上[5]。我国近年来用量最大的农药主要是甲拌磷、特丁硫磷、甲胺膦、氧乐果、丙溴磷、乐果、水胺硫磷、杀螟硫磷、辛硫磷、异稻瘟净、马拉硫磷、乙酰甲胺磷、甲基毒死蜱、毒死蜱、三唑磷、敌百虫、敌敌畏、草甘膦等有机磷农药产品年产量约占我国有机磷类农药总产量的90%以上[6]。8.2相关环保标准和工作需要8.2.1国内相关标准目前我国的各类环境质量标准和污染物排放标准中，除了危险废物毒性标准中有四种有机磷的排放限值，还没有土壤和沉积物中有机磷的相关质量和排放标准，详见表1。表1有机磷相关环境质量或排放标准环境质量或排放标准标准号排放限值浓度单位土壤环境质量标准GB15618-1995无相关排放标准危险废物毒性标准浸出毒性鉴别GB5085.3-2007乐果对硫磷甲基对硫磷马拉硫磷浸出液80.30.25.0mg/L生活垃圾填埋污染控制标准GB16889-2008无相关排放标准展览馆用地土壤环境质量标准HJ350-2007无相关排放标准城镇垃圾农用控制标准GB8172-1987无相关排放标准10.2.2国外相关标准欧盟CouncilDirective98/93/EC指令（CouncilDirective98/93/EC，1998）设置饮用水中单一农药的限值是0.1μg/L，农药总量限值是0.5μg/L[7~11]。美国EPA对于地下地表水中有机磷农药的标准限值是：二嗪农3μg/L，马拉硫磷2μg/L，乙拌磷1μg/L，克线磷2μg/L等。四个欧盟法令（CouncilDirective76/895/EEC，1976；CouncilDirective86/362/EEC，1986；CouncilDirective86/363/EEC，1896；CouncilDirective90/642/EEC，1990）设置了食物中最大农药残留量标准，国际食品法典委员会也设置了食品中农药最大残留量标准[12~16]，相关标准限值如表2所示。表2国外食品中有机磷农药残留的标准限值农药允许的最大残留量（mg/kg)农药允许的最大残留量（mg/kg)ECCodexECCodex高灭磷0.05-0.20.01-0.5马拉硫磷0.02-80.01-20谷硫磷0.01-0.50.05-10甲基对硫磷0.02-50.05-1毒死蜱0.05-50.01-5甲拌磷0.02-10.05-1二嗪农0.01-50.01-5亚胺硫磷0.05-100.05-0.2乐果0.02-20.05-5特丁磷0.010.05-0.38.3分析方法最新进展有机磷农药的分析方法主要由色谱技术（气相色谱和液相色谱）、电化学、免疫化学、生物传感器等技术组成，其各部分构成比列见图1所示。图1有机磷分析方法的各部分组成及比例8.3.1色谱分析技术色谱分析技术是有机磷农药的主要分析技术，其比例占到了整个有机磷分析技术的66%，而且色谱技术是目前应用最广泛也是最成熟的技术。完整的土壤中有机磷色谱分析技术包括前处理和仪器分析两大部分。8.3.3.1土壤中有机磷的样品前处理技术土壤中有机磷的样品前处理技术主要包括提取和净化两个方面，提取技术主要有索式提取、超声萃取、超临界流体萃取、加速溶剂萃取、微波辅助溶剂萃取等方法。净化方法主要采用固相萃取净化和凝胶渗透色谱净化方法两种。刘成亮等[17]采用超声萃取土壤中有机磷农药（敌敌畏、对硫磷、甲基对硫磷），取5g土壤,加入10g无水硫酸钠，用DCM：ACE（1:1，v/v）混合溶液超声提取3次，每次萃取时间10min。加标回收率范围在91%~96%，7次RSD范围在3.8%~6.4%。MohammadHoseinNaeeni等[18]采用超临界流体萃取测定土壤和沉积物中的七种有机磷农药，三乙基膦、硫磷嗪、治螟磷、乙拌磷、甲基对硫磷、对硫磷和胺磺磷。超临界CO2（150bar、60℃）10min静态萃取和30min动态萃取，萃取液收集在1mL乙腈中。加标回收率范围在44.4%~95.4%，相对标准偏差低于7.5%，检出限范围在0.001~0.009mg/kg。朱晓兰等[19]采用加速溶剂萃取法测定土壤中有机磷农药残留物。土壤样品与无水硫酸钠（1:2m/m）混合后，再加适量中性氧化铝和活性碳，用丙酮、甲醇（1:1,V/V）在加速溶剂萃取仪上以10.2Mpa、60℃提取10min,对土壤中10种有机磷农药的回收率在80.4%~113.7%之间。该法用于土壤中的有机磷农药残留测定，速度快，检出限为0.01~0.06μg/kg。EdwarFuentes等[20]采用微波辅助溶剂萃取测定农业土壤中的二嗪农、对硫磷、甲基对硫磷、杀螟松、灭线磷、甲基嘧啶磷。称取1g土壤样品，加入1~3mL萃取溶剂（水-乙腈或水-甲醇混合溶剂，54~77%，v/v）并混匀，然后再加入5mL正己烷。250W微波功率预热2min，300~600W功率保持3~15min，土壤加标回收率高于73%，标准偏差小于11%，检出限范围在0.004~0.012μg/g。固相萃取小柱净化又称为柱层析净化，根据不同吸附填料可有很多种选择，但主要的萃取小柱净化方法有三种，分别是氧化铝净化、佛罗里硅土净化和硅胶净化。（1）中性氧化铝：中性氧化铝对烷烃的去除不是十分有效，一般不单独使用氧化铝作净化柱，而是用硅胶、氧化铝占一定比例的混合柱。（2）弗罗里硅土柱：又称硅酸镁，重复性较高，但在净化有机磷农药样品时，在上样时会有机磷农药损失，故不适用于有机磷农药的净化；（3）硅胶柱层析：该方法主要用于PAHs的纯化分离，在有机磷农药的净化中的上样部分没有损失。硅胶柱需先活化，可采用400℃下活化2h，也可以采用在130℃下活化16h，也可使用商品化的小柱。凝胶渗透色谱是较为理想的土壤有机磷农药萃取液的净化方法，主要对于土壤中的共萃取大分子等物质能较好去除。如GangWu等[21]采用是环己烷和乙酸乙酯的混合溶液（1:1，v/v）作为GPC的有机流动相，40gBio-BeadS-X3作为GPC填料,流速是5ml/min，检测波长是254nm，并收集8~20min的流出液。8.3.3.2土壤中有机磷农药的色谱分析技术土壤中有机磷农药的色谱分析技术主要有气相色谱法、气相色谱/质谱联用法、液相色谱法和液相色谱/质谱联用法。⑴气相色谱法气相色谱法一般结合电子捕获检测器(ECD)、火焰光度检测器(FPD)和氮磷检测器(NPD)测定有机磷农药，使有机磷农药残留量最小检出量达到纳克级水平，并成为环境样品中有机磷农药的有效分析方法[22]。ECD对电负性有机物有很高灵敏度，一般有机磷农药多为电负性的磷酸脂类有机物，适合用ECD进行检测，并且ECD选择性也很好好，可以避免烃类等不含电负性基团化合物的干扰，但使用ECD的缺点在于容易过载，因此对样品的净化程度要求很高需要除去或者改用，如wan等[23]采用ECD检测器测定苹果、葡萄和草莓中的三种有机磷农药，检出限范围在4.5~4.8ng/g。FPD是目前用于分析有机磷农药最广泛的专用检测器，这种检测器对于含磷化合物的选择性好，灵敏度较高，一般10~12g/s，线性范围达103，并且FPD抗干扰能力强，只能对含磷和硫化合物有响应，对水不敏感，所以可以减少样品的前处理步骤，但如果样品中存在硫化物，则往往会对方法产生干扰，需要除去或者改用NPD检测器。NPD对磷的检测限可达5×10-14g/s，线性范围大于104，灵敏度高，专一性强，适合于分析复杂样品中的有机磷农药。AED(原子发射检测器)是近年发展的多元素检测器，研究表明，GC/AED能够有效地选择性检测有机化合物中的非金属元素，主要应用于测定样品中的残留农药等。如Ahmadi[24]等采用FPD测定水中的13种有机磷农药，检出限范围在0.001~0.005μg/L，相对标准偏差范围在1.1%~8.6%。如刘维屏[25]等用GC/NPD法测定了环境水样中的的乐果，其最低检测限达0.2μg/L。⑵液相色谱法高效液相色谱法对高沸点\热不稳定或极性较强以及易于在GC柱上发生吸附和分解的有机磷农药分析具有明显优势。最小检测量达10-9或10-11g，目前应用HPLC/UV或二极管阵列（DAD）检测器检测有机磷农药的报道较多。如ChunxiaWu等[26]采用DAD检测器测定水样中的有机磷农药，检出限范围在0.1~0.3μg/L。⑶色谱质谱联用技术气相质谱/质谱联用技术是目前仪器分析联用技术中使用极为广泛的一种。这种技术充分发挥了色谱优良的分离能力和质谱准确的定性和定量特点，通过选择合适的样品预处理方法和定量手段就可以对多种有机磷农药残留同时进行准确地定性、定量分析。如林长青[27]采用气相色谱-负化学离子化质谱法测定土壤中有机磷农药，检出限范围在5.0×10-6~2.0×10-5mg/kg。高效液相色谱与质谱联用技术结合了HPLC分离热不稳定、强极性和男挥发有机物的优点以及质谱的高灵敏度、高选择性的特点，在不适用于采用GC和GC/MS分析测定的有机磷农药如敌敌畏、敌百虫等方面有很大的优势[28]。8.3.2其他分析方法其他分析方法有电化学法、免疫化学法、生物传感器法等。这些方法有的分析灵敏度不够，有的特异性不强，因此这里不再做详细的描述。8.4国内外相关标准分析方法8.4.1国外相关分析方法美国EPAMethod8141B[29]是将水样在中性PH条件下，用二氯甲烷进行萃取的方法。可采用方法3510（分液漏斗法）、方法3520（连续液液萃取法）、方法3535（固相萃取），或其它适合的萃取技术。土样用正己烷-丙酮（1:1）或二氯甲烷-丙酮（1:1）进行萃取，可用方法3540（索氏提取法）、方法3541（自动索氏提取法）、方法3545（加压流体萃取）、方法3546（微波萃取）、方法3550（超声萃取），或其它适合的萃取技术。根据基体干扰和目标分析物的性质，净化方法可采用氧化铝法（方法3610）、弗罗里硅土法（方法3620）、硅胶法（方法3630），凝胶渗透色谱（方法3640）和硫净化（方法3660）。使用有火焰光度检测器(FPD)或氮磷检测器(NPD)的毛细管气相色谱法检测目标化物。此方法使用双柱系统，两个色谱柱连接在同一进样口，并分别和两个不同的检测器相连。在单柱上进行定性的化合物应该在另一根其它柱子，或使用其他定性分析方法进行确认。其它与有机磷分析方法相关的标准有美国EPAMethod8270C、EPAMethod8085、EPAMethod1657、EPAMethod614和EPAMethod622等，见表3。美国E