土壤中有机磷农药的测定题库.doc

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/L4。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Council Directive 98/93/EC指令（Council Directive 98/93/EC，1998）设置饮用水中单一农药的限值是0.1g/L，农药总量限值是0.5g/L711。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3g/L，马拉硫磷2g/L，乙拌磷1g/L，克线磷2g/L等。四个欧盟法令（Council Directive 76/895/EEC，1976； Council Directive86/362/EEC，1986； Council Directive 86/363/EEC，1896； Council Directive 90/642/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1216，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%。Mohammad Hosein Naeeni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0.0010.009mg/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（1:2 m/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0.010.06g/kg。Edwar Fuentes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13mL萃取溶剂（水-乙腈或水-甲醇混合溶剂，5477%，v/v）并混匀，然后再加入5mL正己烷。250W微波功率预热2min，300600W功率保持315min，土壤加标回收率高于73%，标准偏差小于11%，检出限范围在0.0040.012g/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Gang Wu 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-Bead S-X3作为GPC填料,流速是5ml/min，检测波长是254nm，并收集820min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。1 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4.54.8ng/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1012g/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510-14g/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Ahmadi24等采用FPD测定水中的13种有机磷农药，检出限范围在0.0010.005g/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0.2g/L。2 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Chunxia Wu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0.10.3g/L。3 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5.010-62.010-5mg/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 EPA Method 8141B29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 EPA Method 8270C、EPA Method 8085、EPAMethod 1657、EPA Method 614 和 EPA Method 622 等，见表3。美 国 EPA Method 8270C30： Semivolatile Organic Compounds By Gas Chromatography/Mass Spectrometry（GC/MS）标准适用于固体废物浸出液、土壤、气体和各类水样中有机磷农药的测定，使用液液萃取-气相色谱质谱检测。美国 EPA Method 808531：Compound-independent elemental quantitation of pesticides by gas chromatography with atomic emission detection (GC/AED)标准适用于液体和固体中有机磷的检测，使用液液萃取-气相色谱-AED 检测器。美国 EPA Method 165732：The Determination of Organo-phosphorus Pesticides in Municipal and Industrial Wastewater 标准适用于城市污水和工业废水中有机磷农药的检测，使用液液萃取加凝胶净化-气相色谱-火焰光度检测器检测。美国 EPA Method 61433：The Determination of Organophosphorus Pesticides in Municipal and Industrial Wastewater 标准适用于城市污水和工业废水中有机磷农药的检测，使用液液萃取-气相色谱-火焰光度检测器检测。美国 EPA Method 62234：The Determination of Organophosphorus Pesticides in Municipaland Industrial Wastewater 标准适用于城市污水和工业废水中有机磷农药的检测，使用液液萃取-气相色谱-火焰光度检测器检测，方法检出限为 0.25g/L。美国 EPA Method 8141B、EPA Method 8085、EPA Method 1657、EPA Method 614 和 EPA Method 622 等均采用气相色谱法测定，检测器常用火焰光度检测器，也可选用氮磷检测器、原子发射检测器。美国 EPAMethod 8270C 采用气相色谱-质谱法测定。上述标准方法使用的提取/萃取溶剂大都为二氯甲烷，也有采用二氯甲烷/丙酮加凝胶色谱净化。表3 测定有机磷农药的EPA方法方法名称适用范围仪器萃取方法萃取溶剂色谱柱EPA8141B水样、土壤GC-FPD/NPDLLE/索式二氯甲烷石英毛细柱EPA8270C固废、土壤、空气、水样GC-MSLLE/索式二氯甲烷石英毛细柱EPA8085液体、固体GC-AEDLLE/索式二氯甲烷石英毛细柱EPA1657城市污水和工业废水GC-FPD/NPDGPC二氯甲烷或氯仿/丙酮连续萃取石英毛细柱EPA614城市污染和工业废水GC-FPD或thermionic beadLLE/索式二氯甲烷/正己烷为15/85玻璃填充柱EPA622城市污染和工业废水GC-FPD或thermionic beadLLE二氯甲烷（最后转换成正己烷）玻璃填充柱8.4.2国内相关分析方法 危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别GB 5085.3-2007 附录 I35，中性条件下，用二氯甲烷分液漏斗萃取，固体样品采用二氯甲烷/丙酮（1：1），使用索氏提取法。本方法不适合检测酸或碱分离处理的样品。适用于固体废物中有机磷化合物的测定。采用 FPD 或 NPD 气相色谱可检测出：丙硫特普、甲基谷硫磷、乙基谷硫磷、硫丙磷、三硫磷、毒虫畏、毒死蜱、甲基毒死蜱、蝇毒磷、巴毒磷、S-内吸磷、二嗪农、除线磷、敌敌畏、百治磷、乐果、敌杀磷、乙拌磷、苯硫磷、乙硫磷、灭克磷、伐灭磷、杀螟硫磷、丰索磷、大福松、倍硫磷、对溴磷、马拉硫磷、脱叶亚磷、速灭磷、久效磷、二溴磷、乙基对硫磷、甲基对硫磷、甲拌磷、亚胺硫磷、磷胺、皮蝇磷、乐本松、硫特普、特普、地虫磷、硫磷嗪、丙硫磷、三氯磷酸酯、壤虫磷、六甲基磷酰胺、三邻甲苯磷酸酯、阿特拉津、西玛津。水中方法检出限为 4.0010-58.0010-4mg/L，土壤中为 2.0010-34.0010-2mg/kg。气相色谱法测定水质有机磷农药 GB 13192-9136，采用三氯甲烷萃取，气相色谱 FPD测定。色谱柱为硬质玻璃填充柱，外标法定量。适用于地面水、地下水及工业废水中甲基对硫磷、对硫磷、马拉硫磷、乐果、敌敌畏、敌百虫的测定，检出浓度为 5.1010-56.4010-4mg/L。水、土中有机磷农药测定的气相色谱法GB/T 14552-200337，采用有机溶剂提取，再经液-液分配和凝结净化步骤去除干扰物，用气相色谱 NPD 或 FPD 检测，外标法定量。8.5难点分析 有机磷农药的分析难点在于某些有机磷农药的响应非常低，特别在使用质谱检测器时，比如敌敌畏、乐果等农药的响应就远低于其它有机磷农药而影响分析结果的正确性。因此目前条件下，氮磷检测器仍然是有机磷农药分析的重要选择。8.6实例(气相色谱法测定土壤中有机磷农药)本应用实例来自于文献38。8.6.1适用范围适用于分析土壤中的有机磷农药：二嗪农、甲拌磷、乙拌磷、异稻瘟净、丙溴磷、毒死蜱、乐果、甲基对硫磷、马拉硫磷、稻丰散、对硫磷、乙硫磷。8.6.2 规范性引用文件GB/T 5009.2-1996 食品中有机磷农药残留量的测定方法NY/T 395农田土壤环境质量监测技术规范NY/T 396 农田水源环境质量监测技术规范8.6.3方法原理 采用索式提取，固相萃取方法净化，气相色谱/氮磷检测器（NPD）进行检测，根据色谱的保留时间定性，峰面积定量。8.6.4试剂和材料正己烷：色谱纯，经色谱检验无目标化合物检出。丙酮：色谱纯，经色谱检验无目标化合物检出。 乙酸乙酯：色谱纯，经色谱检验无目标化合物检出。4 12种有机氯农药混标：200g/mL，正己烷溶剂。 无水硫酸钠：400烘烤4h，优级纯。 石英砂：400烘烤4h，分析纯。 硅胶小柱：1g/6mL。8.6. 5仪器和设备8.6.5.1 索式提取仪8.6.5.2 气相色谱仪气相色谱：带分流/不分流进样口、色谱工作站（Agilent 7890A），NPD色谱柱：DB-1701，30m0.32mm0.25m8.6. 6样品8.6.6.1样品的采集和保存按照HJ/T166的相关规定进行土壤样品的采集和保存。按照GB17378.3的相关规定进行沉积物的采集和保存。采集样品的工具应用金属制品，用前应经过净化处理。土壤样品保存在-18冷冻箱中备用。8.6.6.2试样的制备 实验室内取出样品瓶，恢复至室温后，称取10g样品，再加入无水硫酸钠除去水分。8.6.6.3含水率的测定土壤样品含水率的测定按照HJ613执行，沉积物样品含水率的测定按照GB17378.5执行。8.6.6.4 空白样品 取不含目标化合物空白土壤混合相同重量的无水硫酸钠待测。8.6.7 样品前处理及色谱分析 索式提取：取样10g，以正己烷和丙酮的混合物溶剂（9：1，v/v）提取18h。 浓缩：采用氮吹浓缩萃取液至1mL。 净化：依次用5mL乙酸乙酯和15mL正己烷活化固相萃取小柱，将1mL浓缩液转移至小柱上，再用4mL正己烷淋洗，15mL乙酸乙酯洗脱，并收集洗脱液，再将洗脱液氮吹浓缩至1mL待测。 色谱分析进样口温度：240；载气：氮气（纯度：99.999），1.2mL/min；柱温：初始温度60，不保持，以60/min的升温速率升至180，不保持，以10/min的速度升至200，保持15min，以10/min至250，保持5min。进样模式：全不分流进样；H2流量：3 mL/min；Air流量：60 mL/min；8.6.8结果计算与表示按照外标计算方法进行计算，建立的线性校准曲线的相关系数大于0.995。8.6.9精密度和准确度以空白砂为基质，加入有机磷标准溶液使其浓度分别为2.5、10.0、25.0g/kg，重复测定六次计算其精密度。甲拌磷8.36%13.4%；二嗪农5.24%9.30%；乙拌磷6.27%14.7%；异稻瘟净5.03%11.0%；乐果6.32%9.63%；毒死蜱4.70%10.5%；甲基对硫磷5.75%12.8%；马拉硫磷4.41%8.96%；对硫磷4.16%13.2%；稻丰散7.01%8.97%；丙溴磷3.39%10.9%；乙硫磷6.19%12.6%；在空白砂中加入有机磷标准使其浓度为10.0g/kg，重复测定六次计算其准确度（回收率均值）。甲拌磷92.97%；二嗪农95.20%；乙拌磷90.71%；异稻瘟净97.18%；乐果109.8%；毒死蜱93.88%；甲基对硫磷90.33%；马拉硫磷96.85%；对硫磷90.09%；稻丰散106.7%；丙溴磷102.4%；乙硫磷97.96%；8.6.10质量保证和质量控制8.6.10.1 定性 使用相对保留时间定性时，样品中目标化合物RRT与校准曲线中该目标物RRT的差值应在0.06以内。8.6.10.2 校准 线性校准曲线相关系数大于0.995，否则重新绘制校准曲线。将校准曲线最低点的响应值带入曲线计算，目标物的计算结果应在实际值的70%130%。8.6.10.3 样品 空白试验分析结果的目标物浓度小于方法检出限； 目标物浓度小于相关环保标准限值的5%；8.6.10.4 平行和加标每一批样品（20）应选择一个样品进行平行分析或加标分析。所有样品中，目标化合物的加标回收率范围应在60%130%之间，若回收率不合格，说明样品存在基体效应。此时应分析一个空白加标样品，其中的目标物回收率应在70%120%。8.6.11废物处理 实验产生的废物应集中保管，委托有资质的相关单位进行处理。8.6.12注意事项8.6.12.1 注意交叉污染 采样工具、标准配制时应注意交叉污染，包括使用的水和试剂、标准等。8.6.12.2 采样运输保存 某些有机磷农药极易分解，在样品的保存和运输过程中，避免沾污，样品应放在密闭、避光的冷藏箱中。8.6.13附录（方法性能参数） 采用DB-1701柱分离12中有机磷农药，采用正己烷丙酮的混合溶剂（9:1，v/v）进行索式提取，并用硅胶小柱进行净化，洗脱液是15mL乙酸乙酯。当取样量为10g时，12种有机磷农药的检出限为0.3041.469g/kg。参考文献：1 夏家淇土壤环境质量标准详解M北京：中国环境科学出版社，1996，53-652 周明耀环境有机污染物与致癌物质M成都：四川大学出版社，1992，94-993 (苏)麦尔尼科夫等农药与环境M北京：化学工业出版社，19854 Nalini Sankararamakrishnan, Ajit Kumar Sharma, Rashmi SanghiOrganochlorine and organophosphorous pesticide residues in groundwater and surface waters of Kanpur，Uttar Pradesh，IndiaJEnvironment International，2005，31(1)：113-1205 束放、邵振润. 2003年我国农药械市场概况及2004年农药械市场需求分析与展望J农药科学与管理，2004，25(2)：3436.6 有机磷酸酯类农药工业污染物排放标准编制说明7 国家环境保护局.土壤环境质量标准(GB15618-1995)S,1996,7:13.8 国家环境保护总局.危险废物毒性标准浸出毒性鉴别(GB5085.3-2007)S,2007,10 :56.9 环境保护部.生活垃圾填埋污染控制标准(GB16889-2008)S ,2008,7:114.10 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