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土壤中有机氯农药残留的分析方法研究及应用
导读：就爱阅读网友为您分享以下“土壤中有机氯农药残留的分析方法研究及应用”资讯，希望对您有所帮助，感谢您对92to.com的支持!成都理工大学硕士学位论文土壤中有机氯农药残留的分析方法研究及应用姓名：陈卫明申请学位级别：硕士专业：分析化学指导教师：邓天龙;张勤摘
要土壤中有机氯农药残留的分析方法研究及应用作者简介：陈卫明，女，1982年3月生，师从成都理工大学邓天龙教授和地球物理地球化学勘查研究所张勤教授，2009年6月毕业于成都理工大学分析化学专业，获得理学硕士学位。摘
要有机氯农药（OCPs ）残留的危害越来越受到人们的重视。本文主要研究了土壤中有机氯农药残留的分析方法，建立了微波萃取结合Florisil 固相萃取小柱净化的前处理技术，气相色谱-电子捕获检测器（GC-ECD ）检测法测定，气相色谱-质谱（GC-MS ）联用技术确证，分析土壤中18种有机氯农药的痕量分析方法。通过实验确定了丙酮/正己烷（1: 1, v/v）为微波萃取法的最佳提取溶剂，并设计正交实验方案对微波萃取法的实验条件进行优化，由实验结果可知，在萃取溶剂体积30mL 、萃取时间15min 、萃取温度120℃时，可以得到最佳的回收率。将微波萃取效果与索氏萃取相比，结果无显著差异，但索氏萃取需使用100mL 有机溶剂提取16h ，而微波萃取仅使用30mL 有机溶剂提取15min ，且微波萃取每次可处理10个样品，说明微波萃取更加省时高效。固相萃取净化方法具有操作简便、节省溶剂、可自动化批量处理等优点。实验发现，对于净化多种有机氯农药，固相萃取法比磺化法具有更广泛的适用性。实验研究了Si 和Florisil 两种固相萃取净化方法。结果表明，丙酮/正己烷（1: 9, v/v）洗脱液的效果较好，对于Si 固相萃取小柱，用10mL 洗脱液既可将18种有机氯农药洗脱完全，回收率为83.12%~117.42%。对于Florisil 固相萃取小柱，用6mL 洗脱液既可将18种有机氯农药洗脱完全，回收率为85.18%~114.22%。两种方法均能达到较好的净化效果。实验发现，使用Florisil 固相萃取法净化时，比Si 固相萃取法节省时间约一倍，因此，选用Florisil 固相萃取为最佳净化方法。对有机氯农药的检测方法进行研究，实验优化了GC-MS 的分析参数以及GC-ECD 的检测条件，并将两种仪器的性能参数进行对比。GC-MS 在定性方面优势明显，其准确鉴定化合物结构的特点克服了GC 只依靠保留时间定性的局限性。GC-MS 测定18种有机氯农药残留的仪器检出限为0.060~0.89μg/kg，方法检出限为0.16~1.86μg/kg，在测定空白土样品中5、20、40μg/kg3个添加浓度水平下有机氯农药的平均加标回收率为74.48%~118.90%，RSD 为4.40%~15.93%。GC-ECD 测定18种有机氯农药残留的仪器检出限为0.μg/kg，方法检出限为0.14~1.69μg/kg，在5、20、40μg/kg3个添加浓度水平下有机氯农药的平IPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文均加标回收率为71.20%~116.40%， RSD 为1.17%~9.91%。可见，GC-ECD 对有机氯农药残留的仪器检出限比较低，精密度比较好，本文采用GC-ECD 外标法定量、GC-MS 选择离子扫描（SIM ）方式定性，检测未知土壤样品提取液中有机氯农药的含量。将建立的实验方法应用于廊坊郊区某农田土壤样品中多种痕量有机氯农药的残留分析，并建立分析过程的质量保证与控制流程。结果表明，本文建立的分析方法具有简便快速、节省试剂、准确高效等优点，适用于环境土壤样品中有机氯类农药残留的检测。关键词：有机氯农药
固相萃取净化
气相色谱-质谱 ⅡPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 气相色谱AbstractAnalytical Method and Its Application of the OrganochlorinePesticide Residue in SoilsBriefly introduction of the author: Weiming Chen, who is a female and was born in March, 1982, graduated from Chengdu University of Technology in analytical chemistry major directed by Professors Tianlong Deng and Qin Zhang, and granted the Master Science Degree in June, 2009.AbstractA threat from organochlorine pesticide residue (OCPs) has been paid more attention at recent years. In this thesis, studies are mainly focused on the analytical methods of OCPs in soil samples. The trace analytical techniques for 18 OCPs species in soil samples are developed including sample preparation methods of microwave extraction (MWE) combining with Florisil solid phase extraction (SPE) purification, and the concentrations of OCPs in soils are analyzed by gas chromatography with electron capture (GC-ECD) and confirmed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).For the experimental conditions of extraction, a mixture slovent of acetone/hexane (1: 1, v/v) was used as an optimal extraction agent for MWE. Through using the orthogonal experimental design method, the conditions of MWE are optimized. The results show that the optimal conditions are as following as 15min extraction time, 120℃ extraction temperature under the conditions of solvent in 30mL, the recovery rates of OCPs are almost all optimal and satisfied. There was no significant difference between the effects of MWE and soxhlet extraction (SE). A comparison of the SE and MWE shows that 100 mL organic solvent extract for 16 h was used by SE whereas only 30 mL of organic solvent extract and 15min used by MWE. Moreover, the method of MWE could treat 10 samples in a beach time, which show that the method of MWE was much time saved with a high efficiency.The purification technique of SPE has an advantage of operating simply, saving solvent and automation of the samples batch treatment. Experimental shows that SPE purification has more applicability than sulfonation for purified more OCPs species. Then, A comparison of purification techniques by Silica gel (Si) and Florisil SPE are studied. The extraction was purified with acetone/hexane (1: 9, v/v) as eluent solventIIIPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文for Si and Florisil columns, and 18 OCPs could be eluented completely by 10mL and 6 mL eluent
the recovery rates by Si and Florisil columns were in the ranges of 83.12%~117.42%, 85.18%~114.22%, respectively.These two methods both have good purification effect. Experiment shows that the time cost for Florisil SPE purification is one time shorter than that of Si SPE purification. Consequently, Florisil SPE purification is used as the best purification method in this thesis.The analytical methods for OCPs were also studied. Analytical parameters of GC-MS and detection conditions of GC-ECD are optimized, and the performance parameters of the two instruments are compared. GC-MS is with obvious superiority in qualitative detection, which can identify the compounds structure exactly. To overcome the highly qualitative limitation of GC is only depended on retention time. The instrumental detection limit (IDL) of 18 OCPs detected by GC-MS were ranged within 0.060~0.89 μg/kg whereas the method detection limit (MDL) were ranged within 0.16~1.86μg/ the recovery rates of 18 OCPs with spike levels of 5, 20, 40 μg/kg in the blank soil samples were within 74.48%~118.90%, and the relative standard deviations (RSD) were within 4.40%~15.93%. The IDL of 18 OCPs detected by GC-ECD were ranged within 0. μg/kg whereas the MDL were ranged within 0.14~1.69μg/ the recovery rates of 18 OCPs with spike levels of 5, 20, 40 μg/kg were within 71.20%~116.40%, and RSD were within 1.17%~9.91%. It shows that the IDL of OCPs by GC-ECD is lower than that by GC-MS, and the precision of OCPs by GC-ECD is better than that of OCPs by GC-MS, In this thesis, external standard method of GC-ECD was used in quantitative analysis of unknown soil samples,and the results were confirmed by SIM mode of GC-MS.The analytical methods established above were applied to measure the trace OCPs in soil samples in the farmland located in suburbs, Langfang, and the quality assurance and quality control are also established in analytical process. Result shows that the analytical methods has many advantages including simple and rapid, solvent saving, precise and high efficiency, which are suitable for measuring the OCPs in environment soil samples.Keywords: Organochlorine pesticide residue
Microwave extraction
Solid phase extraction purification
Gas chromatography-mass spectrum
Gas chromatographyIVPDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建独创性声明 本人声明所呈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
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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：年
日 学位论文版权使用授权书 使用学位论文的规定，本学位论文作者完全了解
成都理工大学 有关保留、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阅。本人授权 成都理工大学
可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，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：学位论文作者导师签名： 年
日 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第一章
引言第一章 引言1.1土壤中有机氯农药残留分析监测的意义用化学药剂防治虫害具有久远的历史。现代农业离不开农药，目前世界化学农药总产量（以有效成分计）已超过300万t 。我国是一个农业大国，也是农药生产和使用大国，我国的农药年用量在20万t 左右，仅次于美国，居世界第2位[1]。农药作为一种必要的生产资料，在防治病虫害、铲除杂草、促进产品高产优质，保证农业丰产丰收等方面发挥着举足轻重的作用。同时，农药也是化学有害物质，20世纪40~60年代，在全球广泛应用的有机氯农药就严重污染了生态环境，威胁人类健康。有机氯农药残留的危害已经引起了各国政府、学术界、工业界和公众的广泛关注，已被列入《斯德哥尔摩公约》中首批受控的持久性有机污染物，其分析监测也越来越受到重视。土壤作为农业生态系统中物质与能量交换的载体，是人类赖以生存的物质基础。在农田施用农药有80%~90%直接或间接进入土壤，并且主要集中在0~20cm表层的可耕土层中。土壤中残留的有机氯农药可通过“全球蒸馏效应”遍布全球范围的各种环境介质以及动植物组织器官和人体中，残留污染问题十分严峻。传统的农药残留检测方法繁琐、耗时、有机试剂用量大，污染环境，而且定性定量方法不能够完全满足农药残留检测规定的低限量值标准。随着人们对环境生存质量要求的提高和对环境保护意识的不断加强，为了保证生态环境和食品安全，对土壤中的农药残留分析技术提出了更高的要求。因此，建立绿色、高效、简单、快速的分析新技术，完善土壤中有机氯农药残留的分析监测将有助于更深入地揭示农药在土壤中的动态及污染状况，这对于生态环境保护具有十分重要的意义。1.2有机氯农药1.2.1有机氯农药简介农药按照化学结构类型可分为有机磷、有机氯、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯类等。其中有机氯农药（Organochlorine Pesticides, OCPs），是一类应用最早的人工合成的高效广谱杀虫剂。有机氯农药主要可分为以苯为原料和以环戊二烯为原料的两大类。以苯为原料的包括六六六、滴滴涕和六氯苯等；以环戊二烯为原料的包括七氯、艾氏剂、狄氏剂和异狄氏剂等。从20世纪40年代开始，有机氯类农药由于其价格低廉而且具有较高的杀虫效果而在全球得到广泛的应用。其最典型 1PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文的产品为六六六和滴滴涕。这类农药曾在农林害虫及卫生防疫方面发挥过重大作用，尤其在控制斑疹和疟疾的传播方面，更是有着不可磨灭的功劳。随之而来，有机氯农药也带来了严重的污染和危害。大多数有机氯农药化学性质稳定，半衰期长，降解速度慢，在外界环境或有机体内不易被破坏、分解，容易造成残留，残留的农药具有一定的毒性，是一种重要的化学污染，对人类健康构成直接或潜在的危害。表1-1列出了几种有机氯农药的理化性质。 表1-1几种有机氯农药的理化性质①Table1-1 The physicochemical properties of some OCPs有机氯农药 α-六六六 β-六六六 γ-六六六 δ-六六六 DDD DDE DDT 艾氏剂 狄氏剂 异狄氏剂 异狄氏剂醛氯丹 毒杀芬 七氯 环氧七氯 α-硫丹 β-硫丹 硫丹硫酸盐 分子量 291 291 291 291 320 318 354.5 365 381 381 381 409.8 414 373.5 389.2 406.9 406.9 422.9在水中溶解度S, /(mg/L) 1.63（25℃） 0.24（25℃） 7.8（25℃） 31.4（25℃） 0.1（25℃） 0.04（20℃） 5.5×10-3（25℃） 0.180（25℃） 0.195（25℃） 0.25（25℃） 50（25℃） 0.056（25℃） 0.50（25℃） 0.18（25℃） 0.35（25℃） 0.53（25℃） 0.28（25℃） 0.22（25℃）辛醇-水分配系数K OW
7.80×103 7.80×103 7.80×103 1.40×104 1.60×106 9.10×105 8.10×106 2.00×105 3.50×103 3.50×103 1.43×10 3.00×105 2.00×103 2.60×104 450 0.02 0.02 0.05蒸汽压 P V, /KPa 3.3×10-6（20℃）
3.7×10-7（20℃）2.1×10-5（20℃） 2.3×10-6（20℃）/ /2.5×10-8（20℃） 6×10-6（25℃） 1.78×10-7（20℃） 2×10-7（25℃） 2×10-7（25℃） 1×10-5（25℃） 0.2-0.4（25℃） 3×10-4（25℃）/1×10-5（25℃） 1.9×10-5（25℃） 1×10-5（25℃）生物富集系数BCF 1.40×104 1.40×104 1.40×104 2.30×104 1.60×106 9.80×105 6.96×106 2.50×105 6.60×103 2.90×103 2.90×103 3.60×105 3.90×103 3.90×104 20 0.128 0.128 0.29①引自NIST 数据库 2PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第一章
引言从表2-1中可见，有机氯农药的溶解度很低（除了α-六六六、γ-六六六、δ-六六六、异狄氏剂醛），且大部分有机氯农药辛醇-水分配系数Kow 和生物富集系数BCF 都很高。除此之外，这些化合物还有另外一个明显的特点，各化合物的蒸气压都很低。1.2.1.1六六六 (Benzene hexachloride, BHC)六六六即六氯环己烷，分子式为C 6H 6Cl 6，分子结构式如图1-1所示。因分子中含碳、氢、氯原子各6个，因此得名。BHC 为灰白色到褐色晶体粉末，有难闻的霉臭味，有8种不同的异构体，分别以希腊字母命名，其中α-BHC 、β-BHC 、γ-BHC 、δ-BHC 四种最为常见，被称为甲体、乙体、丙体和丁体六六六。其中的丙体 (γ-BHC) 纯品即林丹，为商品杀虫剂的主要活性成分。1941年英国的R.E. 斯莱德和法国的迪皮尔等同时发现BHC 的杀虫作用。BHC 主要用于林业、果树和拌种用杀虫剂。 图1-1 BHC分子结构式Fig.1-1 The structural formula of BHC 1.2.1.2滴滴涕 (Dichlorodiphenyl trichloroethane, DDT)滴滴涕为白色或微黄色的蜡状固体，一般为粒状或片状物质，主要成份是p,p'-DDT 和它的异构体o,p'-DDT ，分子式为C 14H 9Cl 5，分子结构式见图2-2。此外还有少量的DDE (p,p'-DDE，o,p'-DDE) 和DDD (p,p'-DDD，o,p'-DDD) ，通常DDT 指的是这6种化合物的总和，DDT 还能降解为DDE 和DDD 。1874年德国化学家Zedler 首次合成DDT ，1938年Muller 博士发现其杀虫活性，到1941年才开始商业化生产，1946年首次投入农业应用，到1974年为止，全世界共生产和使用DDT 280万t 。DDT 主要用于防治棉花后期害虫、森林害虫以及卫生害虫 3PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文等，具有很高的残留性。首次检测到环境中的DDT 是在20世纪60年代[2]。自1971年之后，很多国家己相继被禁用，我国于1983年停止生产，1984年停止使用这类农药。 图1-2 DDT分子结构式Fig.1-2 The structural formula of DDT 1.2.1.3其他几种有机氯农药七氯（Heptachlor ），纯品为具有樟脑气味的无色晶体，挥发性较大，不溶于水，主要用于杀死土壤中的昆虫和白蚁，也广泛用于杀死棉花害虫、蝗虫、农作物害虫及携带疟疾的蚊子。七氯的降解产物为环氧七氯，其毒性与七氯相似，并能在脂肪组织中累积。艾氏剂（Aldrin ）和狄氏剂（Dieldrin ）是具有相似结构的人工合成有机氯杀虫剂。艾氏剂属于氯代环戊二烯类，在环境或者生物体内能够较快地降解为狄氏剂。狄氏剂化学性质很稳定，遇碱、弱酸和光都不分解。异狄氏剂（Endrin ），是狄氏剂的异构体，为白色晶体，不溶于水。艾氏剂、狄氏剂与异狄氏剂一起，自20世纪50年代起，就广泛地用作农业用杀虫剂、畜牧用药、杀白蚁剂和病媒控制药剂，它们都是剧毒的。美国环保署（Environmental Protection Agency, EPA）已将艾氏剂和狄氏剂指明为致癌物质。灭蚁灵（Mirex ），白色无味晶体，不易溶于水，被认为是在土壤、底泥和水中最稳定和持久的农药之一，在土壤中的半衰期超过10年，被用于杀灭侵害房屋建筑、土质堤坝、森林果园的白蚁和在室内传播疾病、危害人类健康的蚂蚁和蟑螂，也被广泛用于塑料、橡胶、油漆、纸和电力设备中用作阻燃剂。六氯苯（Hexachlorobenzene, HCB），既是农药，也是工业化学品，是一种无色针状固体或粉末，可用于杀死影响农作物根部的真菌，可用作种子的处理剂和防治小麦黑穗病，同时六氯苯也可作为生产五氯酚钠的中间体。4PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第一章
引言1.2.2有机氯农药的危害及受控有机氯农药多数有机氯农药属于持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants,POPs），具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性。这主要是由其物理化学性质决定的。有机氯农药具有高度的物理和化学稳定性，其沸点高、蒸汽压低，在水中的溶解度低，在环境中残留时间长，短时期内不易分解，在土壤中降解一半所需时间为几年甚至二十几年，表1-2列出了几种有机氯农药在土壤中的残留时间。表1-2几种有机氯农药在土壤中的半衰期②Table 1-2 The half-life of some OCPs in soil②
有机氯农药 土壤中半衰期, /年六六六滴滴涕七氯艾氏剂狄氏剂异狄氏剂灭蚁灵六氯苯 2~4
主要降解产物 γ-BHC 降解为α-BHC DDE 和DDD 环氧七氯 狄氏剂 难降解 难降解 难降解 难降解 有机氯农药污染物分布面极广，在全球范围的各种环境介质（大气、土壤、江河、海洋、底泥等）以及动植物组织器官和人体中广泛存在，有的通过迁移、转化、富集，浓度水平可能提高数倍甚至数百倍，对环境造成严重的污染，破坏生态平衡，威胁人类健康。有机氯农药性质稳定，难以降解，具有很高的溶脂性，容易在生物体中大量富集，其长期累积可达20~30年之久[3]，并且能够沿食物链的放大作用，使得居于食物链最高层的人类所受到的危害最为严重。有机氯农药对生物体的危害主要有以下几点[4]：(1) 慢性中毒。连续接触、吸入或食用较小量（低于急性中毒剂量）的农药，农药在人体组织内逐步蓄积，将引起慢性中毒。中毒者主要表现为食欲不振、上腹部和肋下疼痛、头晕、头痛、乏力、失眠、噩梦等。(2) 影响酶类。许多有机氯农药可以诱导肝细胞微粒体氧化酶类，从而改变体内某些生化过程。此外对其他一些酶类也有一定影响，如对多种三磷酸苷酶② 源于青岛环保局5PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文（ATP ）具有抑制作用。(3) 影响内分泌系统。有机氯农药具有雌性激素的作用，对肾上腺皮质也有抗类固醇效应，可以干扰人体内分泌系统的功能。(4) 影响免疫功能。有机氯农药曾在动物实验中发生免疫生物学反应的损害。(5) 影响生殖机能。有机氯农药对生殖机能的影响主要有：性周期障碍、胚胎宫内发育障碍和子代死亡或发育不良等情况。能够引起鱼类生殖能力下降；鸟类产蛋数目减少，蛋壳变薄，胚胎不易发育，严重影响鸟类的繁殖。此外，有机氯农药对哺乳动物的生殖能力也有一定影响。(6) 致癌、致畸、致突变作用。动物实验结果表明，有机氯农药具有致癌、致畸、致突变作用和遗传毒性，对生物体具有严重的远期毒性，对人类也造成潜在的威胁。20世纪60年代有机氯农药被发现具有污染、高残留和毒性问题后，引起了人们的高度重视。出于对人类健康安全的考虑，保护生态环境，自20世纪70年代起，许多国家禁止或限制了有机氯农药的使用。1974年，美国EPA 正式禁止使用狄试剂及艾试剂，接着又禁止使用七氯和氯丹。1977年6月又将有机氯类农药列入筛选出的129种水中优先检测及控制的污染物。我国也从1983年起全面禁止六六六和滴滴涕等高残留有机氯农药的使用。在2001年有127个国家签署的《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》中列出的首批受控需要采取全球性行动的12种污染物中，有9种是有机氯类农药，即艾氏剂（Aldrin ）、狄氏剂（Dieldrin ）、异狄氏剂（Endrin ）、滴滴涕（DDT ）、氯丹（Chlordane ）、灭蚁灵（Mirex ）、毒杀芬（Toxaphene ）、七氯（Heptachelor ）和六氯苯（Hexachlorbenzene ）。六六六虽未列上，但为可疑致癌物，属美国EPA 确定的129种优先控制污染物之一[1]。1.2.3我国有机氯农药的污染现状作为一个农业大国，我国在20世纪60~80年代生产和使用的主要农药品种是有机氯农药。当时，我国除了未生产艾氏剂、狄氏剂和异狄氏剂之外，曾大量生产和使用DDT 、七氯、六氯苯等有机氯农药。据20世纪80年代初对全国2258个县（市）使用农药情况的统计，有机氯农药占了78%[3]。自1982年我国实行农药登记制度以后，先后停止生产和使用氯丹、七氯、毒杀芬、灭蚁灵；从1983年起全面禁止六六六和滴滴涕等高残留有机氯农药的使用。为了解决南方白蚁危害十分严重的现象，我国于1988年、1997年相继恢复了氯丹、灭蚁灵的少量生产和使用，并且仍保留DDT 农药登记和六氯苯的生产，但禁止或限制其作为农药使用。DDT 主要用于生产农药三氯杀螨醇的原料，一部分供出口；六氯苯主 6PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 第一章
引言要用于生产农药五氯酚和五氯酚钠。目前，仅有林丹、三氯杀虫酯、三氯杀螨醇、三氯杀螨砜、硫丹等对环境相对较安全、无积累毒性的少数几个品种尚在使用，且用量日益减少，正逐渐被其他农药所取代。表1-3列出了9种有机氯类持久性有机污染物在我国的生产和使用情况[5]。 表1-3 我国9种有机氯类持久性有机污染物的生产和使用情况[5] Table1-3 The products and uses of 9 kinds of OCPs as the POPs in China[5]化合物名称及CAS 编号 艾氏剂 (Aldrin) 309-00-2 狄氏剂 (Dieldrin) 60-57-1 异狄氏剂 (Endrin) 72-20-8 滴滴涕 (DDT) 50-29-3 氯丹 (Chlordane) 57-74-9 灭蚁灵 (Mirex)
毒杀芬 (Toxaphene)
七氯 (Heptachelor) 76-44-8 六氯苯 (Hexachlorbenzene) 118-74-1 化学式 主要用途 防治仓库、农林害虫毒性 产量和使用C 12H 8Cl 6致癌 没有工业化生产广谱杀虫剂，C 12H 8Cl 6O 防治害虫、白蚁等 C 12H 8Cl 6O控制农作物害虫及鼠害 主要的农药，生产三氯杀螨醇 白蚁和地下害虫的预防和灭治致癌 没有工业化生产致癌 没有工业化生产C 14H 9Cl 5损害中枢神60~80年代大量生产，经系统，肝累积40万t ，近年每年脏，甲状腺等 的产量为4000 t年累计生产3000 t原粉，80年代初曾停产1988年后又恢复生产，近年年产量在500~800 t 年产量3000 t 原粉，近年年产量在20~30 t 累计产量不到2.4万t ，1980年停产，现进口2000多tC 10H 6Cl 8对人体免疫系统有损害C 10Cl 12主要用于防治蚂蚁和白蚁致癌C 10H 10Cl 8广谱、高残留 能引起甲状腺肿瘤和癌症 的杀虫剂 主要用于防治害虫C 10H 5Cl 7对免疫和生殖年累计生产系统有损害，17 t原粉，以后停止生同时能致癌 产历年产量39.81万t ，目前年产量约在2000 tC 6Cl 6杀菌剂，并是对人体免疫和农药五氯酚和生殖系统系五氯酚钠的中统有损害间体过去30多年来，我国累计使用六六六和DDT 约5×106 t ，我国受农药污染的耕地约1600万hm 2，污染状况非常严重，且耕地环境质量不断下降。1998年， 7PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文我国曾对湖南、江西、广西、广东、福建、浙江和海南6省（区）的全部县（市）以及江苏、湖北和安徽3省的部分县（市）进行农田有机氯农药残留的专门调查，总面积为113.3万km 2，约占全国土地总面积的11.8%。该调查区历史上主要施用有机氯农药，如六六六和DDT 等，而且施用量特别大。调查结果表明，尽管自20世纪80年代中期后已基本禁用有机氯农药，但这些农药仍有相当的残留量。表1-4列出了我国部分地区有机氯农药污染的情况[6-15]。 表1-4 我国部分地区有机氯农药污染情况[6-15]Table1-4 The pollution of OCPs in some districts, China[6-15] 检测对象太湖沉积物 检测年份 2000 污染情况 DDT 及其代谢产物、BHC 的异构体、艾氏剂、狄氏剂、六氯苯、七氯等在几乎所有的样品中均被检出。大连湾表层沉积物中检出六六六4种、滴滴涕3种，还有艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂检出。BHCs平均含量为3.162×10-4mg/kg，DDTs 平均含量为2.208×10-4mg/kg。BHCs 含量为0.006~0.025mg/kg，DDTs 含量为0.002~1.313 mg/kg。BHCs 含量最高值近60ng/kg，平均值为31.2ng/kg，DDTs 含量最高值为120ng/kg，平均值为51.2ng/kg。BHCs 各异构体平均含量为1.76ug/kg；DDTs 平均含量3.49ug/kg；其余有机氯农药中异狄氏剂0.76ug/kg、狄氏剂0.21ug/kg、七氯0.06ug/kg、艾氏剂1.46ug/kg。BHCs 以β-BHC 为主，占73.5%~99.5%并呈β&α&γ&δ规律，DDT 中仅有p,p'-DDT 检出。两个湖泊均不同程度地受到有机氯农药的污染，水与沉积物中DDTs 和BHCs 含量甚至与我国东部地区的一些淡水水体相近。总BHCs 含量为0~19.63ng/g，总DDTs 含量为0~176.01ng/g。BHCs 检出率为100%，最大值为2.326ug/kg，DDT检出率为86.67%，最大值153.00ug/kg。DDTs 的平均含量为3.328ng/g，其含量范围为1.014~9.022ng/g；并且不同样品中DDTs 的含量的差异较大，变异系数均超过65%。 大连湾附近海域的沉积物 1999 宁波市土壤 吉林松原地区农田土壤
东莞市土壤 2004 松嫩平原 西藏错鄂湖和羊卓雍湖 北京官厅水库周边土壤 昆明市土壤 04 河北水库及湖泊沉积物 20068PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第一章
引言此外，有机氯农药还对我国的水体造成了不同程度的污染，在我国的几大水系中，如长江、淮河、珠江、岷江、闽江和辽河等水体中都存在有机氯农药的污染情况[16-21]。有机氯农药污染分布范围广泛，在与人类密切相关的粮食、蔬菜、水果、茶叶、水产品、中药材等粮食作物和经济作物中，以及人体、鸟类、鱼类中，甚至人迹罕至的两极地区也检测出了有机氯农药。梁洪军等[22]对大米中有机氯农药残留随机抽取测定，测得β-BHC 残留量在0.141~11.078ug/g 之间，p,p'-DDT 残留量在0.2ug/g之间。薛秀玲等[23]对福建沿海养殖的贝类中的有机氯农药测定表明，DDT 对福建沿海经济贝类的污染较明显。宋平顺等[24]对甘肃省人工栽培的中药的检测表明，在许多的中药材中均有有机氯农药检出。有研究表明，我国产妇乳汁中的DDT 、BHC 的蓄积水平很高，是世界母乳中有机氯含量最高的国家之一。我国有95%的婴儿从母乳中摄入这类超过标准值的有毒物质。在我国，人乳、脂肪组织、胎盘组织中DDT 的平均浓度分别为0.40ug/kg，11.82ug/kg和0.61ug/kg；BHC 的平均浓度分别为0.60ug/kg，13.78ug/kg和0.89ug/kg[25]。另外，姚子伟等人[26]对北极地区表层海水中的有机氯农药污染状况的测定表明，白令海及楚科奇海区均存在有机氯农药。刘秀芬等[27]发现在南极地区海中的鲍鱼样品中都有不同程度的六六六和DDT 的检出。1.3国内外有机氯农药的前处理及分析方法研究进展农药残留分析程序通常是：水溶性溶剂提取、非水溶性溶剂再分配、固相吸附柱净化，再气相色谱或液相色谱检测，可见样品前处理至关重要，然而土壤中农药残留的提取一直是分析工作的薄弱环节，究其原因主要是大多数农药与土壤有较强的耦合。土壤中残留农药的常规提取方法有索氏萃取法（Soxhlet Extraction ）、振荡提取法、超声萃取法等[28]；近年来，新的前处理技术不断涌现，如微波萃取法（Microwave Extraction, MWE ）、加速溶剂萃取法（Accelerated Solvent Extraction, ASE）、固相萃取法（Solid Phase Extraction, SPE）、固相微萃取法（Solid Phase Micro Extraction, SPME ）、基质固相分散萃取法（Matrix Solid-phase Dispersion Extraction, MSPDE）、超临界流体萃取法（Supercritical Fluid Extraction, SFE）等，大大提高了提取效率，降低了有毒有机试剂对环境的污染，同时提高了自动化水平。另外，气相色谱技术（Gas Chromatography, GC）、气相色谱-质谱联用技术（Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC-MS）、酶联免疫法（ELISA ）等先进检测技术的不断完善，加速了土壤中有机氯农药残留分析的研究进程。9PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文1.3.1有机氯农药残留样品的前处理方法1.3.1.1微波萃取Ganzler 等[29]于1986年首次应用微波从污染土壤中提取有机化合物。微波萃取（MWE ）是利用微波辐射激发极性分子转动，辅之精确温压控制对样品中的目标成分进行选择性萃取，具有简便快速、试剂用量少、能耗低、制样精度好、回收率高及批样处理和全封闭无污染等优点，是固体中半挥发性有机物定性定量测定的一种很好的前处理技术，在环境样品分析领域已广泛应用于土壤、沉积物中农药残留的分析[30]。Lopez-Avila 等[31]研究了微波萃取在不同条件下对泥土样品中有机污染物提取实验，比较了多种溶剂的萃取效率，结果表明，丙酮/己烷（1: 1, v/v）作溶剂，在115℃下、萃取5~15min ，除苯甲酸和碱性化合物外，其他有机物萃取效果甚好，回收率均大于80%。Fuentes 等[32]采用微波萃取-气相色谱法检测了农田土壤中多种农药残留量。作者对微波萃取的实验条件进行优化，针对1.00g 土壤样品，用50%乙腈溶液混匀后，5ml 正己烷作为萃取溶剂，在250W 下萃取2min ，900W 萃取10min ，控制最高温度130℃，得到了满意的结果。12种农药的回收率均在较好范围，相对标准偏差（RSD ）小于9%，检出限0.004~0.036ug/g。戴晖[33]用微波萃取技术提取土壤中的六六六、滴滴涕8种有机氯农药，并应用于实际土壤样品的测定，该法的提取时间为7min ，色谱分析只需11min ，萃取回收率在90%~105%，RSD 小于10%，检出限0.005~0.010mg/kg，与传统的索氏萃取法相比，结果无显著差异，但微波萃取法大为节省有机溶剂耗量和提取时间。由此可见，微波萃取技术因其快速、高效的特点，在大批量土壤样品的有机污染物的提取中具有很好的应用前景。1.3.1.2加速溶剂萃取加速溶剂萃取（ASE ）是在高温（50~200℃）和加压（10.3~20.6MPa ）条件下的常规溶剂萃取法；样品密封在高压不锈钢提取仓内，经过起始的加热过程，样品在静态下与加压的溶剂相互作用，再用压缩氮气将提取液吹扫至收集瓶中。ASE 用于固体或半固体样品中多种农药的提取具有自动化、省时、省溶剂、安全的特点，现已被美国EPA 列为固体样品处理的标准方法之一[34]。HU 等[35]采用加速溶剂萃取-气相色谱/质谱（ASE-GC/MS）联用技术分析了包含有机氯农药在内的33种农药残留量，33种农药的回收率介于70%~120%，RSD 小于20%，检出限0.005~0.05mg/kg ，表明该萃取方法准确、灵敏、高效。Hubert 等[36]采用ASE 技术分析了德国莱比锡地区土壤中的持久性有机污染物的残留量。实验优化了ASE 最佳萃取条件，即以甲苯为萃取溶剂，在系统压力15MPa ，炉温80~140℃（平均 RSD 10.7%）条件下循环3次萃取35min 。结果 10PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第一章
引言表明，该法提取效果好于索氏提取，而且省时省溶剂，毒性小。硫与有机氯农药的溶解特性相似，进行残留分析时常常成为有机氯农药的共提物，干扰有机氯农药的测定。施治等[37]用ASE 法处理含硫沉积物中16种有机氯农药，将10.00g 含硫沉积物与10g 无水Na 2SO 4及2g 铜粉混合，用正己烷/二氯甲烷（1: 1, v/v）在125℃、10.3MPa 条件下进行提取，主要7种有机氯农药的回收率为75%~91%，且该法铜粉脱硫后有效地消除了硫的干扰，简化了分析中除硫的操作。黄园英等[38]采用ASE 技术，用丙酮/正己烷 （1: 1, v/v）作为提取溶剂，在系统压力10.3MPa ，炉温100℃条件下静态萃取5min ，循环2次萃取，联合气相色谱法对土壤中20种多氯联苯、有机氯农药进行测定。20种化合物的回收率为70.7%~98.0%，RSD 为2.19%~10.80%，检出限0.33~0.94ng/g；与索氏萃取法相比，提取时间由16h 缩短至0.5h ，提取溶剂消耗体积从150mL 降低至40mL 。结果表明，该法萃取时间短，溶剂用量少，萃取效率高，操作安全可靠，适宜于土壤中有机污染物萃取。1.3.1.3固相萃取固相萃取（SPE ）主要适用于富集水中的中等挥发性和难挥发性有机物，属于吸附萃取法中使用较广泛的一种提取净化法，也可用于检测土样、气体等样品。在萃取过程中，高效、高选择性的固定相对分析物的吸附力大于样品基液，从而将目标化合物与基液分离。SPE 能消除传统的液-液萃取中出现的乳化现象，具有净化效果好、溶剂用量少、可自动化批量处理、方法重现性好及可在线联用等优点，目前已广泛应用于土壤和沉积物等样品中农药残留分析的净化过程。Browska 等[39]运用氧化铝、硅胶、表面改良硅胶填料以及联合填料的SPE 技术净化土壤样品和沉积物中多种有机污染物，有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃等被分析物与干扰组分均达到良好的分离，表明SPE 技术是一种行之有效的净化方法。Koichi 等[40]用ASE 技术和SPE-GPC-GC/MS联用技术测定了生物器官组织中包含有机氯农药在内的59种农药残留量，结果表明，采用凝胶渗透色谱结合固相萃取的净化方法，有效地去除了样品中脂肪、色素等大分子，方法准确快速，灵敏度高，可用于常规分析。封棣等[41] 用Florisil 固相萃取柱（1g ），以丙酮/正己烷（1: 1, v/v）为洗脱液（15mL ），联合气相色谱技术测定中草药及其土壤中多种有机氯农药残留量。其中土壤样品中13种有机氯农药的加标回收率为94.2%~104.4%，RSD1.1%~7.0%。佟玲等[42]比较了磺化法和4种不同填料的SPE 法对土壤样品的净化效果。结果表明，使用磺化法净化，狄氏剂、异狄氏剂的加标回收率均低于20%，而选取3g 弗罗里硅土和0.5g 石墨化碳黑混合填料的SPE 法净化时，22种有机污染物的回收率为68%~106%，RSD 小于7.7%，测定结果满足农药残留分析的检测要求。研究表明，该净化方法操作简便，高效快速，适用范围广，克服了磺化时酸不稳定化合物损失的缺点，并减少了溶剂的消耗，一定程度上避免了对环境的污染。11PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文1.3.1.4固相微萃取技术1989年，加拿大Waterloo 大学Pawliszyn 等[43]在固相萃取技术的基础上首先提出了固相微萃取技术（SPME ）。该技术利用石英纤维表面的色谱固定相和分析组分之间的吸附平衡，将组分从样品基质中萃取富集，完成样品前处理过程。SPME 是一种无溶剂萃取技术，集采样、萃取、浓缩、进样于一体，样品取量少，无需进一步净化加之SPME 装置精巧，携带方便，在农药残留分析中有很好的应用前景，尤其是应用于现场采样分析和对样品进行定性分析及初步筛选方面优势明显。目前SPME 可与气相色谱、液相色谱等分析技术联用，适于分析挥发性和难挥发性有机物。但值得指出的是：SPME 应用于土壤样品的研究中，常因土壤溶液中大量复杂的有机物质影响目标化合物的吸附行为，导致定量的准确性和重现性稍差。近年来，SPME 应用于土壤中有机氯农药残留的分析有了新的进展。Doong 等[44]利用顶空固相微萃取技术（HS-SPME ），结合气相色谱法检测土壤中18种半挥发性有机氯农药残留量。作者分别采用100-μm （PDMS ）和65-μm （PDMS-DVB ）两种固相萃取纤维，在70℃下萃取水稀释的土壤样品5mL ，结果表明两种萃取纤维均具有较好的萃取效率，有机氯农药含量在0.2~4.0ng/g具有良好的线性范围，回收率为68%~127%，RSD 小于25%，检出限0.06~0.65 ng/g。Maria 等[45]首次将HS-SPME 用于土壤中有机氯、拟除虫菊酯36种农药残留的同时检测，作者选用PA 萃取纤维头，取超纯水稀释的土壤样品0.5mL ，在100℃下萃取吸附30min ，结合气相色谱-微池电子捕获检测器联用技术（GC-μECD ），测得两组农药化合物的线性范围均超过2个数量级， RSD 小于14%，检出限为ng/g级，且大部分农药的加标回收率大于70%，表明该法具有较高的准确度和重现性，对环境土壤中农药残留的检测具有很好的应用前景。1.3.1.5基质固相分散萃取基质固相分散萃取（MSPDE ）是美国Louisiana 州立大学的Barker 教授于1989年提出的一种在固相萃取基础上改进后的简单高效萃取技术。该技术将样品与适量的固体基质（硅胶、弗罗里硅土、C18、C8等）研磨，使样品吸附在固定基质上，混匀制成半固态作为填料装柱，然后选择合适的有机溶剂洗脱固定相，将各种待测物洗脱下来。其优点是样品匀化、提取、净化一步完成，避免了传统的样品前处理中样品匀化、转溶、乳化、浓缩等造成的待测物损失，适用于各种分子结构和极性农药的提取净化，尤其适合处理用溶剂萃取和固相萃取效果不佳且很难匀浆和均质的样品。QuEChERS （Quick 、Easy 、Cheap 、Effective 、Rugged 、Safe ）法是Anastassiadas 等[46]于2003年基于基质固相分散萃取技术建立的农药多残留检测技术，具有操作简单、快速、试剂用量小、费用低等特点。Steven 等[47]于2005年提出了改良的QuEChERS 逆基质固相分散净化法，进一步提高了方法的适用性。12PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第一章
引言Consuelo 等[48]用MSPDE 法处理下水道淤泥样品，将淤泥与氧化铝充分研磨后装入小柱，二氯甲烷超声洗脱，结合固相萃取-GC/MS联用技术对有机氯农药进行检测，方法简便、准确，检出限为0.03ng/g（4，4’-DDE ）~0.7ng/g（异狄试剂）。申中兰等[49]运用MSPDE 技术，以弗罗里硅土为分散剂，联合加速溶剂萃取-气相色谱法同时测定了土壤中16种有机氯农药残留量，并用于我国南方不同地域的72个土样实际样品的测定。该法简化了样品的前处理过程，达到一步提取和净化的效果，将提取液直接用于分析，该方法的回收率为77.3%~101.3%，检出限0.01~0.04 ng/g，满足了土壤中有机氯农药残留测定的要求。Lesueur 等[50]比较了QuEChERS 法和其他3种萃取方法联合GC-MS 、HPLC-MS/MS技术检测土壤样品中24种农药残留量。4种萃取法QuEChERS 、PLE 、END12393、USE 的待测物线性范围分别为20~4000ng/g、20~4000ng/g、4~800ng/g、7~1400ng/g，回收率分别为27.3%~120.9%、12.2%~153.2%、6.8%~108.1%、10.9%~96.3%，RSD 均小于20%，表明QuEChERS 法具有较高的灵敏度和提取效率。张卢军等[51]改进了QuEChERS 逆基质固相分散净化法，建立了逆固相基质分散净化-气质联用法快速、简便测定土壤中六氯苯（HCB ）残留量的方法，其研究结果表明，六氯苯在0.05~5mg/L呈现出较好的线性关系，相关系数为0.9995，检出限0.3μg/kg，定量限0.9μg/kg，在0.89、1.78、8.90 mg/kg三个水平的平均加标回收率分别为106.6%、108.2%和108.1%。该法经济、高效、实用，适合大批量样本中六氯苯的快速检测。1.3.1.6超临界流体萃取超临界流体萃取（SFE ）是利用超临界条件下流体良好的溶解特性和传质特性的特点，实现被测物从样品中分离的技术，Capriel 等[52]于1986年首次将该技术用于农药残留分析。SFE 最常用的超临界流体是CO 2，SFE 特别适于分析在超临界CO 2中具有高溶解性的非极性和中性化合物，为了提高极性较强化合物的萃取率，可添加适量的极性改性剂以增加对极性物质的溶解能力。与传统萃取技术相比，SFE 技术可在低温下提取分离，从而减少和防止热敏成分的氧化和逸散，并能同时完成萃取和分离两步操作，具有分离效率高、节省溶剂、高效快速、选择性好、易于自动化和环境友好等优点。目前SFE 可与气相色谱、气相色谱-质谱、薄层色谱、高效液相色谱及超临界流体色谱等技术联用，在环境样品的预处理方面发展迅速，应用甚广[53]。Synder 等[54]比较了SFE 、超声波萃取法和索氏萃取法提取土壤中6种有机氯和6种有机磷农药，结果表明，索氏萃取法平均回收率为94.7%，RSD 为4.47%，溶剂用量300mL ，耗时22h ；超声波法平均回收率为93.1%，RSD 为7.42%，溶剂用量120mL ，耗时2h ；SPE 平均回收率为91.6%，RSD 为2.94%，溶剂用量75mL ，耗时lh ，可见SFE 具有明显优势。Goncalves 等[55]采用SFE 萃取技术和 13PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文GC-MS-MS 联用技术检测土壤中有机氯、有机磷等多种农药残留量。作者通过优化萃取条件取得了满意的结果，该方法的萃取效率为80.4%~106.5%，检出限0.1~3.7ng/g，RSD 为4.2%~15.7%，表明该法适合于环境土壤样品中痕量有机氯类农药残留的分析。值得指出的是：SFE 也存在装置较复杂，成本较高，对于极性较强物质萃取不甚理想等因素，在一定程度上限制了其推广应用；但与传统的前处理方法相比，SFE 法优势明显，如SFE 为非溶剂提取，无需净化，且易于实现自动化，是未来农药残留分析前处理技术研究的重要发展方向。1.3.2有机氯农药残留样品的分析方法1.3.2.1气相色谱法气相色谱法（GC ）用于检测易气化且气化后不易分解的有机物质，具有灵敏度高、选择性强、操作简便、快速等优点，目前农药残留物检测近70%采用该法[56]。近年来，高效、分离能力强、灵敏度高的毛细管柱取代了以往的填充柱，气相色谱分析有了一次技术上的飞跃。随着毛细管柱和进样系统的不断完善，高灵敏度和高选择性检测器的出现使得残留检出限量大大降低，毛细管气相色谱的应用更加广泛。目前，国内外针对有机氯类农残分析时，GC 法常采用电子捕获检测器进行检测，如前已述及的相关处理技术和GC 联用的方法，如微波萃取-气相色谱法[31-33]、加速溶剂萃取-气相色谱法[37-38]、固相萃取-气相色谱法[41]、加速溶剂萃取-固相萃取-气相色谱法[42]、固相微萃取-气相色谱法[44-45]、基质固相分散萃取-加速溶剂萃取-气相色谱法[49]等，这些联用方法大大提高了分析效率，分析结果的精密度、准确度等能够满足农药残留检测的要求，为环境质量评价提供有利的技术支撑。1984年开发出一种新的多维气相色谱方法-全二维气相色谱（Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatography, GC×GC ）是气相色谱技术的一次突破性进展。由于其突出的分离性能而受到广泛关注，具有分辨率高、峰容量大，灵敏度高（比一维色谱提高20~50倍），分析时间短，定性可靠等优点[57]，适合分离复杂的混合物。Zrostkou 等[58]用GC ×GC 法研究水果中多种农残的痕量分析时，标准曲线的线性、峰面积的再现性及在二维色谱上的保留时间都取得很好的结果。值得指出的是，尽管GC 法在农药残留检测中已有应用的报导，但GC 法只依靠保留时间定性的方法对有机化合物的确认尚具有不确定性，还需要依靠其他方法对检测结果进行进一步确认。1.3.2.2气相色谱-质谱联用法气相色谱-质谱（GC-MS ）联用技术已相对成熟，它兼具气相色谱高分离效能和质谱准确鉴定化合物结构的特点，克服了气相色谱定性的局限性，可达到同 14PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第一章
引言时定性定量检测目的，而且质谱的多种扫描方式和质量分析技术可选择性地检测所需目标化合物的特征离子，具有选择性高、干扰少等优点，在农残分析中应用甚广[35,40,48,51,55]。国外许多学者针对有机氯农药使用GC-ECD 检测，并对分析的结果采用GC-MS 确认，排除样品中农药残留假阳性结果的可能性[59-61]。Pedro 等[62]用GC-MS 法检测河口沉积物中的11种有机氯农药残留，并与GC-ECD 的检测结果相比较，GC-ECD 测得的检出限为0.01~0.26ng/g；而GC-MS 法的检出限为0.005~0.11ng/g，线性范围可达5~6个数量级（最高1000ng/g），适合有机氯农药残留的常规检测。李娟等[63]用微波萃取结合Florisil 固相萃取小柱净化的前处理技术，GC-MS 法选择离子扫描 （SIM ） 模式测定土壤中的15种有机氯农药，以保留时间、选择离子及其相对丰度定性，以外标法定量，作者以低限加标样品的3倍信噪比确定方法的检出限，以1mg/L添加水平测定样品的回收率和RSD ，大大降低了土壤样品的背景干扰，提高了分析的灵敏度，结果表明，15种有机氯农药的回收率为75.5%~103%，RSD 为1.07%~9.03%，方法检出限为0.01μg/kg。近年来，Arrebola 等[64]报导了气相色谱-串联质谱（GC-MS-MS ）法一次进样测定食品中81种农药残留的分析，设定质谱仪程序在电子轰击（EI ）和化学电离（CI ）两种离子源之间切换，以最佳离子源状态检测每种农药，样品回收率为73%~108%，RSD 小于22%。串联质谱仪（MS-MS ），具有与一级质谱仪相当的功能；但针对复杂基体中微量待测物进行测定时，可进一步确认和区分一级质谱无法区分的化合物和同分异构体，这不仅有助于提高灵敏度，而且比选择性检测器具有更高的可信性。1.3.2.3 酶联免疫法酶联免疫法（ELISA ），是基于抗原抗体特异性识别和结合反应为基础的分析方法。其原理是先将抗体或抗原包被到某种固相载体表面，并保持其免疫活性。测定时，将待检样本和酶标抗原或抗体按不同步骤与固相载体表面吸附的抗体或抗原发生反应，后加入酶标抗体与免疫复合物结合，用洗涤的方法分离抗原抗体复合物和游离的未结合成分，最后加入酶反应底物，根据底物被酶催化产生的颜色或吸光度进行定性或定量分析。国外现已开发出100多种农药的酶联免疫试剂盒，包括有机磷类、氨基甲酸酯类、有机氯类、三嗪类、拟除虫菊类及酰胺类等，检测灵敏度一般在1.0×10-9~1.0×10-7之间。ELISA 适用于农药残留的粗筛检测，具有快速、灵敏、简便、特异性强、安全可靠等优点。Alexandra 等[65]利用ELISA 测定了水样、土壤样品和食品中的DDT ，并研究了影响分析的因素。结果表明，DDT 含量在0.1~2.0μg/L具有良好的线性范围，检出限为0.06μg/L。Anfossi 等[66]用非竞争免疫分析，利用一种抗体同时分析水样中的DDT 、DDD 和DDE ，该法提高了检测的灵敏度，取得满意的结果，检出 15PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文限为8ng/L。值得指出的是，ELISA 抗体制备难度大，开发费用较高、时间较长，且抗体专一的选择性，不适用于多残留分析，在不能肯定试样中的农药品种的情况下，其检测具有一定的盲目性，结果有可能出现假阳性或假阴性现象。但作为现场快速检测的免疫分析技术，ELISA 对于一些特定检测的农药其灵敏度还是相当高的，具有广泛的应用价值。1.3.2.4 其他检测方法除了气相色谱法、气相色谱-质谱联用法和酶联免疫法测定有机氯农药外，还有学者报道了其他分析方法测定有机氯农药。梁洪军等[22]研究了薄层色谱扫描法测定粮食中的有机氯农药，得到的回收率为74.1%~107.6%。Biplob 等[67]报道了薄层色谱法与气相色谱法共同测定有机氯农药残留。Jablonska 等[68]报道了用毛细管超临界流体色谱（MC-SFC ）测定有机氯农药的残留。Krock 等[69]用多维气相色谱-红外光谱-质谱联用技术（MDGC-IR-MS ）测定了水、土壤中有机污染物的残留，检测出土壤提取液中含有甲拌磷、DDD 、DDT 等42种农药及其他有机污染物。试验通过一个约含5100张标准红外谱图的谱库和两个各含5100张标准红外谱图的谱库和两个各含41000张和71000张标准质谱图的谱库确证各个组分，结果表明各组分都能得到满意的分离和确证。Campillo 等[70]用固相微萃取，气相色谱-原子发射光谱联用技术（GC-AES ）测定了蜂蜜中杀虫脒、乐果、艾氏剂、异氏剂、DDE 、DDD 、DDT 等16种农药，检出限0.02~10ng/g。Vinas 等[71]用GC-AES 法同时测定了废水中有机磷、有机氯、拟除虫菊酯3类14种农药残留，方法回收率为76.0%~113%。上述几种有机氯农药的分析方法虽有应用报道，但还存在某些制约因素。薄层色谱法虽不需要特殊设备和试剂，方法简单、快速、直观、灵活，但灵敏度不高。超临界流体色谱兼具气相色谱、液相色谱的优点，但设备昂贵，仅适用于非极性和弱极性物质检测，目前尚未广泛应用于农药残留检测。制约气相色谱-光谱联用技术在农药残留检测中应用的一个主要因素是，与其他选择性检测器如NPD 、ECD 等相比，其灵敏度相对较低。这些分析技术尚需进一步研究开发才能进入广泛应用阶段。1.4项目来源本论文的研究工作受导师所承担的国家自然科学基金项目资助（）；四川省应用基础研究基金项目资助（05JY029-089-1）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助（AS2007J5）。16PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第一章
引言1.5本论文的主要研究内容本文研究的主要内容是在了解有机氯农药的基本物理化学性质的基础上，针对土壤样品，对索式萃取（SE ）、微波萃取（MWE ）、固相萃取（SPE ）等前处理方法的实验条件、萃取效果进行研究，提出适合机氯农药残留分析的前处理方案。并对检测技术气相色谱法（GC ）、气相色谱-质谱法（GC-MS ）的仪器条件进行优化，采用有机氯农药的标准品为对照，对色谱柱的选择、载气流速、程序升温速率、进样口温度、检测器检测方法等色谱条件和离子化方式、离子化能量、扫描范围、扫描速度、鉴别离子选择等质谱条件进行实验优化，得到最优的有机氯农药残留的GC 、GC-MS 分析方法，将两种方法的分析结果进行比较、评价。并将建立的分析方法应用于实际样品分析。目的在于建立绿色、高效、简单、快速、准确的土壤中有机氯农药残留的分析技术，分析方法检出限、准确度、回收率不低于国家标准或行业标准中的相关规定；满足中国地质调查局地质调查技术标准的质量控制要求，继而开发适用于科研和生产的先进、稳定、高效的生态地球化学研究中所涉及到的土壤、沉积物、生物样品、水等样品中持久性有机污染物（POPs ）的分析方法体系，对POPs 在生态地球化学样品中的存在形态以及含量进行准确测定，为POPs 的环境行为和生态效应提供基础数据。1.6本论文的创新性成果(1) 建立了土壤中有机氯农药残留分析的微波萃取-固相萃取小柱净化的前处理方法，具有简便快速、节省试剂、准确高效、适于批量处理等优点。(2) 优化了气相色谱-质谱联用(GC-MS)法和气相色谱(GC)法两种检测方法的实验条件，研究了GC-MS 的定性分析方式和GC-ECD 的定量分析方法，充分发挥各自的优势，针对本文研究的痕量有机污染物，确定了最佳的分析方案。 17PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文第二章 实验部分2.1主要的药品试剂实验用正己烷（Hexane ）、二氯甲烷（Dichloromethane ）、丙酮（Acetone ）、甲醇（Methanol ）、异辛烷（Isooctane ）均为色谱纯，进口农残级，美国JT Baker公司。无水硫酸钠：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。使用前于马弗炉中700℃烘烤4h ，除去含有的部分有机杂质。冷却后迅速装瓶密封置于干燥器中保存，防止吸收空气中的水分。浓硫酸：优级纯，北京化学试剂厂。Florisil 和Si 固相萃取小柱：1g ，6mL ，美国SUPELCO 公司。2种回收率指示物标准：2,4,5,6-Tetrachloro-m-xylene (TMX)、Dibutyl chlorendate (DC)，质量浓度为2000mg/L，美国SUPELCO 公司。单品有机氯农药目标分析物标准：o,p'-DDT ，质量浓度为2000mg/L，美国SUPELCO 公司。17种有机氯农药目标分析物标准：α-BHC 、β-BHC 、γ-BHC 、δ-BHC 、p,p'-DDE 、p,p'-DDD 、p,p'-DDT 、Heptachlor 、Aldrin 、Heptachlor epoxide、Endosulfan I、Dieldrin 、Endrin 、Endosulfan II、Endrin aldehyde、Endosulfan sulfate、Methoxychlor ，质量浓度为2000mg/L，美国SUPELCO 公司。2.2主要仪器与设备气相色谱仪：GC-2010（日本岛津）配ECD 检测器，AOC-5000自动进样器。 气相色谱-质谱联用仪：TRACE DSQ（美国Thermo Fisher），AS3000自动进样器，NIST 谱库。毛细管色谱柱：DB-5石英毛细管色谱柱（30m ×0.25mmID ×0.25um 液膜厚）；质谱用色谱柱为DB-5MS 石英毛细管色谱柱（30m ×0.25mmID ×0.25um 液膜厚）。微波消解萃取仪：ETHOS 1型，意大利Milestone 公司。数控旋转蒸发仪：R215型减压旋转蒸发仪，瑞士BUCHI 。数控氮吹仪：KL512型12管水浴加热氮吹仪，北京康林科技有限责任公司。 数控超声波清洗仪：KQ-500DB 型，昆山市超声仪器有限公司。电热恒温水浴锅：HH-4型，北京科伟永兴仪器有限公司。调速多用振荡器：ZD-4，江苏金坛市金城国盛实验仪器厂。18PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第二章
实验部分索氏提取装置：北京京博仪器有限公司。SPE 固相萃取装置：北京艾杰尔科技有限公司。电子天平：精度±0.1mg ，BS124s ，北京赛多利斯仪器系统有限公司。马弗炉：SX-4-10型箱式电阻炉，天津市泰斯特仪器有限公司。电热鼓风干燥箱：101-2AB 型，天津市泰斯特仪器有限公司。冷却水循环机：H35/H50型，北京莱伯泰科仪器有限公司。循环水式多用真空泵：SHB-Ⅲ型，郑州长城科工贸有限公司。移液器（1000ul 、100ul 、20ul 、10ul ）：德国Eppendorf AG。2.3玻璃器皿及其他用品专用玻璃仪器：K.D 浓缩瓶（30ml ×1ml ）、标准样品瓶、GC 自动进样瓶、GC-MS 自动进样瓶。常规玻璃仪器及其他用品：平底烧瓶（250ml ）、圆底烧瓶（250ml ）、分液漏斗（250ml ）、量筒（200ml 、100ml 、50ml ）、烧杯（、50ml ）、广口试剂瓶（500m1、50ml ）、玻璃漏斗、胶头滴管、玻璃棒、三角瓶、坩埚、移液管、微量进样器（1000ul 、100ul 、20ul 、10ul ）、干燥器、移液器枪头、自动进样瓶垫片及帽子、封口膜、锡箔纸、冷冻盒、乳胶手套等。实验气体：高纯氮气、高纯氦气。镊子、剪刀及药匙：二氯甲烷超声清洗15min 两次、正己烷超声清洗15min 一次。滤纸、脱脂棉：于索式提取器中丙酮抽提12h 。所用玻璃仪器均超声波清洗半小时烘干后，再以重铬酸钾洗液浸泡1h ，分别用自来水、蒸馏水冲洗干净，在烘箱中110℃烘干，临用前用二氯甲烷冲洗两次，丙酮冲洗一次，晾干后使用。2.4实验研究方法2.4.1有机氯农药样品分析的萃取方法2.4.1.1索式萃取法索氏萃取法是一种传统的提取方法，具有萃取效率高，结果稳定等优点，在当前有机氯农药样品的制备中仍有着广泛的应用，其他方式制备分析的有机物一般都与其对比。本研究参照我国国标GB/T14550-93方法和美国EPA8080方法，建立了土壤中有机氯农药的索氏萃取法，本方法适用于从土壤中提取非挥发及半 19PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文挥发有机物。索氏萃取法是利用了虹吸的原理，使固体物质不断地被纯溶剂萃取。具体操作是将固体物质包裹在滤纸筒置于提取器中，提取器下端与盛有溶剂的圆底烧瓶相连，上接回流冷凝管。加热圆底烧瓶，使溶剂沸腾，蒸汽通过提取器的支管上升，被冷凝后滴入提取器中，溶剂和固体接触进行萃取，当溶剂面超过虹吸管的最高处，含有萃取物的溶剂虹吸回烧瓶，因而萃取出一部分物质，如此重复，使固体物质不断为纯的溶剂所萃取，将萃取出的物质富集在烧瓶中。索氏提取装置见图2-1。 图2-1 索氏提取装置Fig.2-1 The apparatus of soxhlet extraction 2.4.1.2微波萃取法本研究参照美国EPA 3546方法（微波快速溶剂萃取技术），建立了土壤中有机氯农药的微波萃取法。微波是一种频率范围为300~300,000MHz的电磁波。在工业和家用微波炉中，选定的频率一般是2450MHz ，当它作用于极性分子上时，分子以24.5亿次/s的速度不断做极性变换运动，极性分子间高速碰撞和磨擦，从而产生大量热能。微波密闭容器中，内压可达十几个大气压（atm=1.0Pa ），因此，溶剂沸点比常压下高许多。例如，丙酮的沸点由56.2℃提高到164℃，丙酮/正己烷（1:1）的共沸点由49.8℃提高到158℃，因此微波萃取可以达到常压下使用同样溶剂达不到的萃取温度。微波萃取是利用极性提取溶剂的分子（如甲醇、丙酮等）在微波电磁场中快速旋转，相互摩擦而发热，从而加热萃取溶剂，并利用不同物质吸收微波能的差异，通过选择不同溶剂和调节微波加热参数，使得目标成分从 20PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第二章
基体中分离，分配到提取的溶剂中。2.4.2有机氯农药样品分析的净化方法净化主要利用分析物与基体中干扰物质的物化特性的差异，将干扰物质的量减少到能正常检测目标残留农药的水平，一般讲，检测限越低，要消除的干扰杂质就越多，净化要求越高。本实验研究了磺化法（Sulfonation ）和固相萃取（Solid phase extraction, SPE）两种净化方法。2.4.2.1磺化法磺化法是利用浓硫酸与样品中的脂肪、油脂、蜡质、色素等干扰物反应，生成高极性的水溶性产物，经有机溶剂分配后除去的净化方法。磺化法适用于对强酸稳定的组分的净化。磺化法测定有机氯农药时，浓硫酸会使狄氏剂、异狄氏剂等酸不稳定的农残组分分解，环氧七氯也会部分进入磺化层造成回收率低，所以该方法通常仅被用来测定六六六和DDT [42]。2.4.2.2固相萃取法本实验研究了Silica gel (Si) 和Florisil 两种适用于土壤样品的固相萃取小柱净化方法。其中Si 是以未键合硅胶为吸附剂的极性萃取柱，Florisil 是一种高选性的吸附剂。两种小柱都属于正相柱，按照“吸附剂保留杂质型”的固相萃取方法操作。2.4.3有机氯农药样品分析的测定方法2.4.3.1气相色谱-质谱（GC-MS ）联用检测法(1) GC-MS的工作原理气相色谱-质谱联用仪的质谱系统主要由四部分组成：接口、质谱检测器、计算机系统和真空系统。毛细管柱出口通过接口直接插入离子源内，载气被真空抽走，被测组分被电离成分子离子和各碎片离子，经加速、聚焦后进入质量分析器，将各离子按质荷比分离后，在离子检测器上变成电流信号输出。该信号经计算机收集、处理和检索后，可打印出各种质谱图和鉴定结果。真空系统保证整个质谱在真空状态下工作。质谱检测器（MSD ）由离子源、质量分析器和离子检测器组成。他们安装在一金属密封箱内，真空度达10-5~10-4Pa 。质量分析器的作用是将不同m/z离子分离，它是MSD 的核心部件。本研究使用的仪器配置的是四级杆质量分析器。作用MSD 时，可称四级杆质谱检测器，是由四根横截面为双曲线的金属杆，平行固定安装在正四方形四个角的位置，水平两杆（x 方向）连在一起为一组电极，垂直两杆（y 方向）连在一起为另一组 21PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文电极。在x 、y 轴方向的杆上分别加上急性相反的高频电压，当离子从离子源中加速飞出进入进入四级杆后，只有与四级杆上所加的对应电压相匹配的离子才能通过四级杆检测器，产生信号。其余离子便打在四级杆壁上被过滤掉。(2) GC-MS的测定条件GC 条件：DB-5MS 毛细管色谱柱（30m ×0.25mm ×0.25μm ），氦气载气（＞99.999％），恒流方式，流速1mL/min；进样口温度260℃，不分流进样，1min 后分流阀、隔垫吹扫打开，进样量为1μL ；柱温采用程序升温，初始温度90℃保持1min ，以10℃/min升温至200℃保持2min ，以4℃/min升温至300℃保持10min ；传输线温度260℃。MS 条件：电子轰击EI 电离模式，电离能70eV ；离子源温度250℃；全扫描检测（Full Scan）质量范围为50-650amu ，扫描时间（Scan Time）0.20秒；选择离子检测（SIM ）应根据被测物的保留时间，在对应的时间窗内设定特征离子，溶剂延时5min 。2.4.3.1气相色谱-电子捕获检测器（GC-ECD ）检测法(1) GC-ECD的工作原理气相色谱工作原理如图2-2。载气由高压钢瓶供给，经减压阀，流速计控制计量后，以稳定的压力，精确的流速连续流过气化室，色谱柱检测器最后放空。其中气化室的作用是把液体或固体试样瞬间气化为蒸汽，以便被载气带入色谱柱进行分离。 图2-2 气相色谱工作原理图Fig.2-2 The function diagram of Gas Chromatography 检测器是一种检测装置，它能把经色谱柱分离后的载气中的组分及其浓度变化转变为电讯号。电子捕获检测器（electron capture detector, ECD）是灵敏度最高的气相色谱检测器，同时又是最早出现的选择性检测器。它是一种选择性很强的检测器，它只对含有电负性元素的组分产生响应，因此，这种检测器适于分析 22PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第二章
含有卤素、硫、磷、氮、氧等元素的物质。电子捕获检测器主要缺点是线性范围较窄。由于本论文研究的目标检测物为有机氯农药，所以选择ECD 检测器。 1，色谱柱；2，阴极；3，放射源；4，阳极；5，吹扫气；6，气体出口；7，支流或脉冲电源；8，微电流放大器；9，记录器或数据处理系统.图2-3 ECD检测器原理示意图Fig.2-3 Principle flow-chart of ECD detector ECD 电子捕获检测器工作原理（图2-3）：由柱流出的载气及吹扫气进入ECD 池，在放射源放出β-射线的轰击下被电离，产生大量电子。在电源、阴极和阳极电场作用下，该电子流向阳极，得到基流。当电负性组分从柱后进入检测器时，即捕获池内电子，使基流下降，产生一负峰。通过放大器放大，在记录器记录，即为响应信号。其大小与进入池中组分量成正比。负峰不便观察和处理，通过极性转换即为正峰。(2) GC-ECD的测定条件DB-5毛细管色谱柱（30m ×0.25mm ×0.25μm ），氮气载气（＞99.999％），压力97.7kPa ，总流量9.6mL/min，柱流量1mL/min，吹扫流量3.0mL/min；进样口温度260℃，不分流进样，进样量1μL ；柱温采用程序升温，初始温度90℃保持1min ，以10℃/min升温至200℃保持2min ，以4℃/min升温至300℃保持10min ；ECD 检测器温度310℃，尾吹流量30mL/min。 23PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文第三章 土壤中有机氯农药前处理方法的研究有机氯污染物在土壤样品中的含量是痕量的，样品的前处理可以起到富集痕量组分、消除基体干扰、提高方法灵敏度的作用，但也是最费时和劳动强度最大的步骤。本文基于国标GB/T14550-93、EPA 8080方法和EPA 3546方法（微波快速溶剂萃取技术）以18种有机氯农药作为本研究的目标化合物，对索氏萃取、微波萃取两种前处理过程中包括提取、净化和浓缩等方法进行研究。3.1土壤样品采集与制备3.1.1土壤样品采集采样点主要选在河北省廊坊市郊区某农田分布的区域，于2008年9月采集土壤样品。在布点处去除覆土，采集近表层土壤样品（5cm~30cm），弃去动、植物残留体等，取样品重量约2kg 。样品在运输过程中避免与高温、有机污染源接触，尽量避光。样品风干研磨后过60目筛，充分混匀，取500g 贮存于干净的硬质玻璃瓶中，并密封保存在-18℃冷冻箱中备用，样品采集后供即时分析。3.1.2空白土壤样品制备本实验采用石英砂作为空白土壤样品，过60目筛后，在马弗炉中700℃烘烤4h ，冷却后迅速装瓶密封置于干燥器中保存备用。3.2索式萃取的提取方法准确称取10.00g （精确至0.00lg ）的空白土壤样品和5.00g 无水硫酸钠置于同一滤纸中（滤纸使用前用丙酮抽提），搅拌均匀后将滤纸筒装入索氏提取器中，取100mL 正己烷和丙酮（1: 1, v/v）的混合液，一部分浸泡样品，一部分加入圆底烧瓶中，在浸泡液中加入有机氯农药标准溶液和回收率指示物标准溶液二丁基氯菌脂与2,4,5,6-四氯间二甲苯混合溶液，浸泡样品12h 后，在75℃恒温水浴上提取4h 。待滤液冷却后，选用适当的方法进行下一步净化，待测。24PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第三章
土壤中有机氯农药前处理方法的研究3.3微波萃取法的研究3.3.1提取溶剂的选择提取溶剂的选择一方面要能够定量的从样品基体中将待测物分离萃取出来，另一方面要方便于后续净化和浓缩等过程。微波萃取溶剂的选择除了依据传统的相似相溶的原理之外，还要考虑所选择的溶剂是否具有吸收微波并将微波转化为热能的能力。微波的吸收与永久偶极子在电磁场中的重排有关，因此溶剂必须有介电极性才能吸收微波，一般的，溶剂的极性越大，对微波的吸收能力越强。此外还需要及随后续反应的影响，例如，高沸点的溶剂浓缩困难，而极性高的溶剂选择性差，共萃取物干扰严重，需要严格的净化过程[72]。有机氯农药是一种弱极性化合物，其提取普遍选用农残级或相当水平的二氯甲烷/正己烷或丙酮/正己烷以不同的比例配成混合溶剂作为提取溶剂[31,33,35,37,38,40-42]，为保证提取效率，所用溶剂量一般为5~10mL/g样品。椐资料推荐[73]，丙酮/正己烷混合溶剂对分析物选择性好、便于纯化和浓缩、毒性低，两者能够将土样中的有机氯农药充分提取出来。因此，本研究选择丙酮/正己烷混合溶剂做萃取溶剂。3.3.2微波萃取的提取方法准确称取5g （精确至0.00lg ）的空白土壤样品，加入2.5g 无水硫酸钠和有机氯农药标准溶液、回收率指示物标准溶液，充分混匀，静置一段时间，在微波温度120℃和适当的微波功率条件下用丙酮/正己烷（1: 1, v/v）混合液30mL 提取15min 。待微波萃取结束后，过滤(滤纸使用前用丙酮抽提) ，并分别用l0mL 的正己烷洗涤萃取罐2次，一并过滤。将滤液选用适当的方法进行下一步净化，待测。3.3.3萃取溶剂对提取效果的影响本实验设计两组不同体积比的丙酮/正己烷（1: 1、1.5: 1）混合溶液进行提取效率的对比实验。其分析结果列于表3-1。通过表3-1对比实验可以看出，提取液丙酮/正己烷（1: 1, v/v）优于丙酮/正己烷（1.5: 1, v/v）的提取效果，可能原因是有机氯农药极性很弱，更容易被非极性的正己烷萃取，而异狄试剂醛（Endrin aldehyde ）、硫丹硫酸酯（Endosulfan sulfate ）、甲氧滴滴涕（Methoxychlor ）在有机氯农药中极性相对较强，更易于溶解到极性较强的提取液中。综合考虑，丙酮/正己烷（1: 1, v/v）的混合溶剂体系能够满足有机氯农药分析的要求，因此确定为本实验的萃取溶剂。25PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文 表3-1不同配比萃取溶剂下的有机氯农药回收率, /%Table 3-1 Recoveries of OCPs at different volume of extraction solvents, /% 有机氯农药 α-BHC β-BHC γ-BHC δ-BHC Heptachlor AldrinHeptachlor epoxide Endosulfan I p,p'-DDE Dieldrin Endrin p,p'-DDD o,p'-DDT Endosulfan II Endrin aldehyde p,p'-DDT Endosulfan sulfate Methoxychlor丙酮/正己烷（v/v） 1: 1 80.85 83.15 83.54 91.18 117.03 87.53 98.29 86.62 87.01 92.46 89.54 91.20 105.72 78.53 95.28 107.55 90.60 113.331.5: 1 78.22 81.42 79.25 84.47 110.09 79.05 87.43 78.87 82.89 86.55 85.07 87.43 103.64 72.06 102.44 103.01 96.06 116.71 3.3.4萃取溶剂体积、萃取时间、萃取温度对提取效果的影响3.3.4.1正交实验设计与实验结果据文献报道[31-33, 74-75]，微波萃取最佳化的因素和选择范围是：溶剂体积（20~40mL ）；微波辐射时间（5~15min ，加热1~2min 到温）；微波辐射温度（100~120℃）。对本研究中使用的ETHOS 1型微波萃取仪的实验条件进行初步探索发现，达到要求萃取温度需要5~6min，为了寻找最佳萃取条件，本文设计了3个因素各3个水平的正交实验，见表3-2。若不考虑这些因素间的交互作用 26PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 第三章
土壤中有机氯农药前处理方法的研究影响，适宜选用L 9（34）正交表来考察各因素对有机氯农药回收率的影响，根据此表共设计9组实验，具体实验方案及结果见表3-3。 表3-2正交实验因素和水平Table 3-2 The factors and levels of orthogonal experiment 表3-3
L 9（34）正交实验方案及结果Table 3-3 The methods and results of L9（34）orthogonal experiment3.3.4.2实验结果的极差分析实验结果的极差分析见表3-4。 表3-4 正交实验结果的极差分析Table 3-4
V ariation analysis of the orthogonal experiment results
均值1 均值2 均值3 极差R A 84.18 90.46 90.74 6.5627B 87.29 89.19 88.89 1.90C 84.51 87.31 93.55 9.04PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文极差R 反应了各因素对实验的影响程度，一般来说，各列的极差是不相等的，说明各因素的水平的改变对试验结果的影响是不相同的，极差越大表示该因素的数值在实验范围内的变化，会导致实验指标在数值上有更大的变化，所以极差最大的那一列，就是因素的水平对实验结果影响最大的因素，也就是最主要的因素。从表3-4可见，各因素对有机氯农药回收率的影响作用主次依次为C ：萃取温度，A ：萃取溶剂体积，B ：萃取时间。各因素的最高点组合A 2B 2C 3为实验的最优条件，即萃取溶剂体积30mL 、萃取时间15min 、萃取温度120℃。但极差分析给不出误差的估计量，没有作误差分析，无法估计各因子各水平之间的差异是由于实验误差造成的，还是水平间实质性变化[76]。因此，仍需进一步作实验结果的方差分析。 3.3.4.3实验结果的方差分析实验结果的方差分析见表3-5。表3-5正交实验结果的方差分析Table 3-5 Variance analysis of the orthogonal experiment results 如表3-5所示，用F 检验法判断因素的显著性，结果显示，在显著性水平α＝0.05时，微波萃取温度和萃取溶剂体积为影响有机氯农药回收率的显著性因素，而萃取时间的影响不显著，分析结果与极差分析结果一致。 3.3.4.4结果讨论图3-1是各实验因素对有机氯农药萃取效果的趋势图，从图中可见，随着溶剂体积的增加萃取效率有所提高，但体积超过30mL 以后，效率提高不是很明显。一般来说，在传统萃取技术中，回收率与溶剂体积成正比关系。但是，在微波萃取中，体积过高不仅不会提高回收率，而且还会给后续净化带来困难，本研究确 28PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第三章
土壤中有机氯农药前处理方法的研究
定的溶剂体积可达到较好的萃取效果，也符合溶剂体积适量的原则。有机溶剂沸点都比较低，快速升温易引起体积膨胀过快，从而引发危险，所以萃取时间（升温时间）不易过短；同时萃取时间过短，有机溶剂对待测组分的溶解不够，可能会影响到组分的回收率。本实验中三个辐射时间水平对萃取效率影响不显著，说明微波萃取在此辐射时间范围可以满足分析的要求。萃取温度是影响有机氯农药回收率的最主要因素。温度比较高的时候溶剂的渗透能力较强，微波萃取密闭加压的条件提高了萃取溶剂的共沸点，从而有助于待测物在较短的时间溶解在萃取溶剂中，提取效率大大升高。但要准确控制溶剂温度使其不沸腾、不分解待测物并使待测物尽可能从基质中分离出来溶解到溶剂中。在微波萃取中，丙酮/正己烷（1: 1）的共沸点为158℃，本实验120℃的提取效率最佳，满足分析要求。本研究是在较优条件的基础上进行的，因而观察到的实验结果只代表某一水平的变化趋势。据文献报导，萃取回收率随温度升高而升高的趋势仅表现于不太高的温度范围内，且各物质的最佳萃取回收温度不同，对于不同的检测对象，其萃取的最优条件还需进一步深入研究。微波萃取操作条件要求高，加之有机样品成分复杂，若想获得最佳的实验结果则需要对更多的因素和水平进行系统分析。正交实验法是一种行之有效的数理统计方法，在具有代表性选择的基础上大大减少了实验次数，具有较高的效率，应用于科学研究领域具有显著的效果。回收率, /% A, 溶剂体积, /mL; B, 萃取时间, / C, 萃取温度, /℃.图3-1各因素对有机氯农药萃取效果的影响趋势Fig.3-1 Effective tendency for the factors of the extraction of OCPs 29PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文3.3.5微波萃取功率对提取效果的影响ETHOS 1微波萃取仪可根据反应情况自动调节功率，本机软件上提供的功率选择方法见表3-6。 表3-6微波功率选择方法Table 3-6 The selection method of microwave power
萃取罐3个或3个罐子以下4~8个罐子8个或8个罐子以上功率, / W 500 700 1000以上作为仪器的经验参数，表示该阶段中的最大能量，并不表示实际能量，仪器可根据反应情况自动选择实际功率，从屏幕上可以读出。实验发现，功率变化受温度的控制，升温阶段功率上升，到达设定温度时，功率显示500W 左右，恒温阶段功率在300~400W之间波动，因此，温度是仪器条件设置中的主要因素。3.3.6萃取罐的影响密封萃取罐由聚四氟乙烯材料制成（体积约100mL ），能够允许微波能自由穿透，耐一定的高温高压且不与溶剂反应。用清洗后的萃取罐做全程序的空白实验，未检出待测物，证明萃取罐无吸附及记忆效应。本仪器系统中可同时放置10个萃取罐，因此试样的批量处理能力大大提高。3.3.7微波萃取与索式萃取的效果比较在以上微波萃取与索式萃取的条件下，对添加20ng 有机氯农药标准混合液的空白土壤样品进行提取，分析。结果表明，对于用索式萃取回收率较低的α-BHC 、β-BHC 、γ-BHC 、δ-BHC 和环氧七氯（Heptachlor epoxide），微波萃取都具有较好的回收率，只有硫丹Ⅰ（Endosulfan I）和异狄氏剂（Endrin ）的回收率索式萃取比微波萃取的高，其余的回收率都相当。图3-2比较了微波萃取与索式萃取的效果。微波萃取与传统的索氏萃取法相比，结果无显著差异，均能满足实际分析要求，但微波萃取法大为节省有机溶剂耗量（微波萃取30mL ，索氏萃取100 mL）和提取时间（微波萃取15min ，索氏萃取16h ），而且微波萃取可以避免索氏萃取 30PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第三章
土壤中有机氯农药前处理方法的研究
中低沸点有机氯化合物容易损失的现象发生，因此，本实验确定微波萃取为最佳萃取方法。 1-18分别为: 1, α-BHC; 2, β-BHC; 3, γ-BHC; 4, δ-BHC; 5, H 6, A 7, H 8, Endosulfan I; 9, p,p'-DDE; 10, D 11, E 12, p,p'-DDD; 13, o,p'-DDT; 14, Endosulfan II;15, E 16, p,p'-DDT; 17, E 18, Methoxychlor.图3-2微波萃取与索式萃取测定结果的比较Fig.3-2 Comparison of the determination results by microwave extraction and soxhlet extraction3.4净化方法研究3.4.1磺化法现参照国标GB/T14550-93方法，以索氏萃取法的提取溶液为例介绍磺化法的具体操作过程：① 将土壤提取液（100mL ）转移至250mL 分液漏斗中，用10mL 正己烷分3次洗涤提取烧瓶，向分液漏斗中加2%硫酸钠溶液100mL 振摇1min ，静置分层后弃去水相。② 用移液管加入10mL 优级纯的浓硫酸，充分混匀，放气，静置分层后放出硫酸层，反复磺化直至硫酸层无色为止。③ 在有机相中加入2%硫酸钠溶液20~25mL充分混匀，放气，静置分层后放出硫酸钠水溶液层，反复中和直至用pH 试纸检测有机相层为中性为止。④ 将有机相层转移至平底烧瓶中，用正己烷冲洗分液漏斗，将冲洗液也转移至平底烧瓶中，加无水硫酸钠除水完成磺化过程。⑤ 将净化液旋转蒸发至3~5mL，氮吹定容至1mL ，待测。31PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文3.4.2固相萃取法的研究3.4.2.1操作方法① 分别用10mL 丙酮/正己烷（1: 1, v/v）混合液和5mL 正己烷分先后活化固相萃取小柱。② 当正己烷层接近柱吸附层表面时，立即加入待净化的样品溶液（提前用旋转蒸发仪浓缩至1~3mL），用30mL K.D浓缩瓶承接。③ 采用适当体积丙酮/正己烷（1: 9, v/v）的洗脱液洗涤烧瓶后淋洗固相萃取小柱进行洗脱，一并收集于浓缩瓶中。④ 将收集的液体氮吹定容至1mL ，待测。3.4.2.2结果讨论采用正相固定相时，洗脱溶剂强度是影响固相萃取效率的关键。为了考察洗脱液对目标化合物的洗脱情况，实验采用各含有20ng 有机氯农药和回收率指示物的混合标准溶液作为样品溶液加入到固相萃取柱中，并实验不同比例的丙酮/正己烷混合液进行洗脱，每隔1mL 收集一次洗脱液，绘制洗脱曲线。Si 和Florisil 固相萃取小柱吸附18种有机氯农药和2种回收率指示物的洗脱曲线图见图3-3和图3-4。结果表明，采用丙酮/正己烷（1: 9, v/v）洗脱液的效果较好，对于Si 固相萃取小柱，用10mL 洗脱液既可将18种有机氯农药洗脱完全，回收率在83.12%~117.42%之间。对于Florisil 固相萃取小柱，用6mL 洗脱液既可将18种有机氯农药洗脱完全，回收率在85.18%~114.22%之间。正相固相萃取柱对极性较强的化合物吸附力较强，因此目标农药的洗脱顺序一般是非极性-弱极性-极性。正相柱的洗脱体积与固定相的极性、洗脱液的强度密切相关，当采用相同极性洗脱液时，Si 柱比Florisil 柱的洗脱液体积用量多。洗脱溶剂强度随其极性增强而增强[常用有机溶剂的极性由强到弱的顺序为[77]：水；乙腈；甲醇；乙酸；乙醇；异丙醇；丙酮；二氧六环；正丁醇；正戊醇；乙酸乙酯；乙醚；硝基甲烷；二氯甲烷；三氯甲烷；苯；甲苯；二甲苯；四氯化碳；二硫化碳；环己烷；正己烷（石油醚）和正庚烷]，洗脱溶剂强度过大，杂质也被同时洗脱出来，干扰检测；洗脱溶剂强度不够，则洗脱体积较多，失去了固相萃取的意义。本文使用的丙酮/正己烷（1: 9, v/v）洗脱液可以满足固相萃取净化效果的要求。32PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 第三章
土壤中有机氯农药前处理方法的研究 系列1-20分别为: 1, 2,4,5,6-Tetrachloro-m- 2, α-BHC; 3, β-BHC; 4, γ-BHC; 5, δ-BHC; 6, H 7, A 8, H 9, Endosulfan I; 10, p,p'-DDE; 11, D 12, E 13, Endosulfan II; 14, p,p'-DDD; 15, o,p'-DDT; 16, E 17, E 18, p,p'-DDT; 19, M 20,Dibutyl chlorendate.图3-3
Si 固相萃取小柱吸附18种有机氯农药和2种回收率指示物的洗脱曲线 Fig.3-3 Elution curve of 18 kinds of OCPs and 2 kinds of recoveries indicators adsorbing by SiSolid-phase extraction columns 系列1-20分别为: 1, 2,4,5,6-Tetrachloro-m- 2, α-BHC; 3, β-BHC; 4, γ-BHC; 5, δ-BHC; 6, H 7, A 8, H 9, Endosulfan I; 10, p,p'-DDE; 11, D 12, E 13, Endosulfan II; 14, p,p'-DDD; 15, o,p'-DDT; 16, E 17, E 18, p,p'-DDT; 19, M 20,Dibutyl chlorendate.图3-4
Florisil 固相萃取小柱吸附18种有机氯农药和2种回收率指示物的洗脱曲线 Fig.3-4 Elution curve of 18 kinds of OCPs and 2 kinds of recoveries indicators adsorbing byFlorisil Solid-phase extraction columns 33PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建成都理工大学硕士学位论文3.4.3净化方法的对比磺化法是一种传统的净化方法，费用低廉，但操作繁琐而且会使狄氏剂、异狄氏剂等农残组分分解，适用于六六六、DDT 等对强酸稳定的有机氯农药的净化。磺化法净化土壤中有机氯农药的色谱图见图3-5。固相萃取法发展较快，具有众多优点，如操作简便，可自动化批量处理等。本文使用的Si 和Florisil 两种固相萃取法适用于多种有机氯农药的净化，萃取效率和净化效果令人满意。Florisil 固相萃取法净化上图中土壤样品的色谱图见图3-6。与磺化法相比，两者都没有待测物的干扰成分，净化效果较好。图3-7对比了Si 和Florisil 两种固相萃取法净化土壤样品中有机氯农药的效果，从图中可见，两者净化效果相当。通过实验可知，Florisil 小柱洗脱液溶剂用量（6mL ）比Si 用量（10mL ）少，且柱流速（0.4mL/min）比Si 的流速（0.2mL/min）快一倍，更加节省时间，因此本研究确定Florisil 固相萃取法为最佳净化方法。 由上到下依次为: 1, 8种有机氯农药标准溶液色谱图; 2, 磺化法净化土壤样品色谱图.图3-5
磺化法净化土壤样品中有机氯农药色谱图Fig.3-5 Chromatogram of sulphonation method to purify OCPs in soil samples 34PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建第三章
土壤中有机氯农药前处理方法的研究 由上到下依次为: 1, 8种有机氯农药标准溶液色谱图; 2, Florisil固相萃取法净化样品色谱图.图3-6
Florisil 固相萃取法净化土壤样品中有机氯农药色谱图Fig.3-6 Chromatogram of Florisil solid-phase extraction to purify OCPs in soil samples 由上到下依次为: 1, 18种有机氯农药标准溶液色谱图; 2, Si固相萃取法净化土壤样品色谱图;3, Florisil固相萃取法净化土壤样品色谱图.图3-7
Si 和Florisil 固相萃取法净化土壤样品中有机氯农药色谱图对比Fig.3-7 Comparison of the chromato