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摘要 建立了高效液相色谱／质谱法(HPLCMS)同时检测土壤中10种磺酰脲类除草剂多残留量的方法。样品在磷酸缓冲液（pH值7.8）：甲醇（8∶2，Ｖ/Ｖ）中经超声波萃取，提取液直接经固相萃取小柱净化，采用 HPLCESI（+）MS 进行定性定量分析。比较了Cleanert C18，Cleannert HXN 和Oasis HLB ３种SPE商品柱的净化效果， 结果表明 Cleanert C18和Cleannert HXN柱的净化效果和回收率均较好。10种磺酰脲类农药的液相色谱分离在乙腈甲醇水（0.2％冰醋酸）梯度洗脱下完成，10个化合物的保留时间在10~16 min。10种磺酰脲类除草剂在0.1~10.0 mg/L范围内线性良好， 相关系数均在0.9964~0.9989之间;相对标准偏差在099%~4.26%之间。在0.01~1.0 mg/kg添加水平范围内，平均添加回收率在80.2％～104.5％之间(除苯磺隆)。本方法中10种磺酰脲类除草剂在土壤中的检出限为0.6～3.5 μg/kg之间。
关键词 磺酰脲类除草剂，土壤，多残留，高效液相色谱电喷雾质谱，固相萃取
1 引言
磺酰脲类除草剂是一类新型超高效除草剂，大约包括20多种化合物，已广泛用于禾谷类作物防除阔叶杂草以及某些禾本科杂草。该类除草剂在土壤和水等环境中存在一定残留危害。目前，除草剂产量逐年上升，而磺酰脲除草剂在除草剂品种和使用面积上又占较大比重。因此，建立土壤中多种磺酰脲除草剂的多残留方法非常必要。由于此类除草剂的用量非常少，一般在10～60 g/hm2，多者也不超过100 g/hm2，假设这些药剂在表层5 cm土层内，则其浓度约为20～80 μg/kg，若在表层10 cm土层内，则其浓度约为10～40 μg/kg，用量仅为1 g/hm2的磺酰脲类除草剂品种已有发现。因此，分析检测极限相应要达到1 μg/kg，甚至更低，加之该类化合物的热和化学不稳定性，增加了磺酰脲除草剂残留检测的难度[1]。
磺酰脲类除草剂残留分析的检测方法有高效液相色谱（HPLC）[2~7]、高效液相色谱/质谱（HPLCMS或者HPLCMS/MS）[8~11]和毛细管电泳[12~14]。文献报道的方法中多残留检测方法大多繁琐，操作复杂[13]。Ayano[15，１６]等评价了C18和Oasis HLB在水中一些磺酰脲类除草剂的残留分析中的应用，C18和Oasis HLB[17]的效果相近，回收率都比较理想。本研究评价了Cleanert C18和Oasis HLB以及另外一种新型固相萃取小柱Cleanert HXN在土壤中磺酰脲类除草剂多残留分析中的净化效果及回收率情况。建立了烟嘧磺隆、噻吩磺隆、甲磺隆、甲嘧磺隆、氯磺隆、胺苯磺隆、苯磺隆、苄嘧磺隆、吡嘧磺隆及氯嘧磺隆10种磺酰脲除草剂在土壤中的残留分析方法，使用缓冲液提取，固相萃取柱净化浓缩， HPLCMS检测，方法快速简单可靠。
2 实验部分
2.1 仪器与试剂
1100 LCMSDTrap 系统（美国安捷伦公司），含在线真空脱气机、二元高压梯度泵、自动进样器、恒温柱箱、二极管阵列检测器及质谱检测器（配大气压化学源和电喷雾离子源）以及Chemstation色谱工作站；PB10型pH计（德国赛多利斯股份公司）；TDL40B型低速台式定容量离心机（上海安亭科学仪器厂）；QL901型旋涡混合器（江苏海门市其林贝尔仪器制造有限公司）；KQ50B型超声波清洗器（昆山市超生仪器有限公司）。所用乙腈、甲醇均为色谱纯(Honeywell,USA)；ＫＨ２ＰＯ４，Ｋ２ＨＰＯ４、85%Ｈ２ＰＯ４、NaOH均为分析纯； 实验用水为MilliQ高纯水；Cleanert C18SPE柱（200 g/3 L），Cleanert HXNSPE柱（100 g/3 L）（北京艾杰尔科技有限公司）；Oasis HLBSPE柱（30 g/1 L）（美国Waters公司）；土壤样品为北京地区土壤 （棕壤，pH 6.4）。标准溶液：磺酰脲类除草剂用乙腈配制成标准储备液，根据检测需要用乙腈将标准储备液稀释成相应的标准工作溶液。
2.2 样品处理
称取风干后过0.9 mm粒径筛的土壤10.00 g于50 mL具塞离心管中，加入提取液(pH 7.8，0.2 mol/L磷酸盐缓冲液甲醇（8∶2，Ｖ/Ｖ）)10 mL，涡旋3 min，超声波振荡5 min，离心10 min（4000 r/min），重复提取3次，合并上清液。85% H３PO4调节上清液pH值至2.5。上清液过事先用甲醇和提取液（85% Ｈ２ＰＯ４调节pH值至2.5）处理过的SPE小柱，流速控制在1 mL/min，弃去流出液。样品过完后，抽真空10 min，最后用3 mL乙腈：pH 7.8 磷酸盐缓冲液(9∶1, Ｖ/Ｖ）洗脱，收集洗脱液，N2吹定容至1 mL进行测定。实际样品在可能为磺酰脲类除草剂产生药害的油菜地采集。
2.３ HPLCUV的分离条件
色谱柱：ZORBAX Eclipse XDBC18色谱柱（250 mm×4.6 mm i.d.，5 μm，美国Agilent公司）；流动相为乙腈甲醇水（0.2%冰醋酸），流速1 mL/min；柱温：30℃；检测波长254 nm；进样量：10 μL；梯度洗脱程序列于表１。
2.４ 质谱条件
采用正电子电离方式，扫描范围m/z 100~500；,碎裂电压为2.75 Ｖ；喷雾电压为3.5 kV，雾化气压力为40 psi；干燥气（N2）流速为6 mL/min，温度为350℃；检测方式ESI模式。10种磺酰脲类除草剂的质谱检测条件见表２。
表１ 流动相梯度洗脱程序（略）
表２ 10种磺酰脲类除草剂的质谱检测条件（略）
3 结果与讨论
3.1 梯度洗脱溶液的选择
多残留分析中色谱条件的选择和优化，不仅应使待测组分完全分离，而且还应实现待测组分与样品基质中干扰物质的分离。１０种除草剂化学结构相近，性质相似。本实验研究了乙腈水、甲醇水、乙腈水溶液（0.2％冰醋酸）和乙腈甲醇水等为流动相的等度以及梯度洗脱。等度洗脱中前６种可以达到基线分离，但是后４种磺酰脲类除草剂很难分开。如果在后面使用梯度则基线漂移严重。梯度洗脱比较中，乙腈甲醇水的配合分离效果和基线漂移情况最佳。图1为１０种磺酰脲类除草剂混合标准溶液的ＨＰＬＣMS总离子流图。
图1 １０种磺酰脲类除草剂混合标准溶液的ＨＰＬＣMS总离子流图（略）
1. 烟嘧磺隆(nicosulfuron)； 2. 噻吩磺隆(thifensulfuronmethyl)； 3.甲磺隆(metsulfuronmethyl)； 4.甲嘧磺隆(sulfometuronmethyl)； 5. 氯磺隆(chlorsulfuron)； 6. 胺苯磺隆(ethametsulfuronmethyl)； 7. 苯磺隆(tribenuron)； 8. 苄嘧磺隆(bensulfuronmethyl)； 9. 吡嘧磺隆(pyrazosulfuronethyl)； 10. 氯嘧磺隆(chlorimuronethyl)。
3.2 样品前处理条件的优化
3.2.1 提取液 土壤的化学成分复杂，其中有机质含量较高，磺酰脲类除草剂与土壤中的有机质结合力强，使得此类除草剂的提取效果差，净化困难。文献报道，从土壤中提取磺酰脲类除草剂可以选用不同的溶剂，如：0.1 mol/L NaHCO3（pH 7.8）[3]、0.07 mol/L磷酸缓冲液（pH 7.0）[2]、磷酸缓冲溶液（pH 95）[4]等。由于磺酰脲类除草剂为弱酸性，对pH值较敏感，10种磺酰脲类除草剂的pKa值在3.3~52之间，故提取液的pH值至少应该大于pKa值最少两个单位，才易于将磺酰脲类除草剂从土壤的有机质中提取出来。本实验分别采取磷酸缓冲液（PB）、PB甲醇、PB乙腈作为提取液，每种提取液分别设置4个pH，即7.0、7.8、8.5和9.4进行实验，结果发现PB（pH 7.8）：甲醇（8∶2，Ｖ/Ｖ）提取样品时的提取效果最佳，其次为PB（pH 7.8）：乙腈（8∶2，Ｖ/Ｖ），故选用PB（pH 7.8）：甲醇（8∶2，Ｖ/Ｖ）作为提取液。提取效率在97%以上。
３.2.2 液液分配[5]与SPE净化的研究 为使水相和有机相达到分离，要在液液分配处理中，使用的提取液为PB（pH 7.8）∶乙腈（8∶2，Ｖ/Ｖ）。弱酸性的磺酰脲类除草剂在环境pH值低于本身pKa值两个单位时易于从水中萃取到有机溶剂中去。因此，提取后调节提取液pH值至2.5，加入饱和NaCl溶液，用乙腈反萃取，将磺酰脲类除草剂从缓冲液中萃取到乙腈相中，达到去除杂质的目的，N2吹定容进样分析。结果表明，回收率在50%左右。
固相萃取柱（SPE）净化技术具有能够有效去除杂质的特点，在农药残留分析中应用广泛。本研究评价了Cleanert C18、Cleanert HXN和Oasis HLB[15,16]３种固相萃取小柱的净化吸附效果和浓缩效率，操作过程同2.2.１。过柱之前将提取液pH值调节至2.5，因为在酸性条件下，弱酸性的除草剂分子以分子状态存在，易与固相萃取柱中的固相材料结合，从而保留在固相萃取柱中。在洗脱时加入10％的pH 7.8 Ｈ３ＰＯ４缓冲液，使除草剂溶解在有机溶剂（乙腈）中并被洗脱下来。３种SPE小柱的回收率效果如图2。通过比较选择 Cleanert C18SPE小柱进行回收率等实验。
实验结果证明在2.2.1中提到的操作条件下，Oasis HLB固相萃取柱对土壤提取液中磺酰脲类除草剂的保留效果不理想，而Cleanert C18和Cleanert HXN的效果均可。考虑到C18是比较常用的固相萃取材料，因此在后续实验中采用Cleanert C18固相萃取柱。文献[15,16]中Oasis HLB对水中残留农药的效果较好，可能是因为土壤提取液中20％的有机溶剂的存在使Oasis HLB中的固相材料对此类除草剂的保留能力降低。
3.3 线性范围、 回收率、精密度和检出限
在确定的最佳分离条件下，配制一系列不同浓度的混合标准溶液进行测定，以各组分的峰面积对浓度（mg/L）绘制标准曲线。结果表明，10种磺酰脲类除草剂采用HPLCMS分析方法，在0.1～10.0 mg/L范围内线性良好，相关系数均在0.9964~0.9989之间，相对标准偏差在0.99%~4.26%之间，可以满足定量分析的要求。
在土壤空白样品中添加3个水平10种磺酰脲类除草剂的混合标准溶液，按照方法进行回收率实验。每个添加浓度重复3次，计算添加回收率以及测定结果的相对标准偏差。结果表明，采用HPLCMS，除苯磺隆外（苯磺隆对酸敏感，在pH值2.5时分解），其余磺酰脲类除草剂回收率在80.2％～1045%之间（表３）。3次测定结果的相对标准偏差为0.02%~14.90%。方法的准确度和精密度均符合残留分析的要求。以３倍信噪比计算本实验土壤中10种磺酰脲类除草剂的检出限（LOD）在0.6～35 μg/kg范围内。
表3 土壤中10种磺酰脲类除草剂的线性方程，检出限和回收率（略）
3.４ HPLCMS方法定量评价和土壤样品分析
目前认为HPLCMS方法是一种比较好的定性方法。而对于定量来说，基质效应比较大。本研究评价了基质中标准溶液和纯溶剂中标准溶液响应值的差异，结果见表４。由表４可见，HPLCMS方法对于土壤基质中的这10种磺酰脲类除草剂的定量符合要求，基质效应影响不大。
表4 HPLCMS中的基质效应（略）
通过对实际土壤的测定，在发生药害的田地土壤中测得甲嘧磺隆的含量为0.3 mg/kg，其它9种磺酰脲类除草剂未检出。
本方法适用于同时检测土壤中上述10种磺酰脲类除草剂残留。实验证明,SPELCESIMS方法对于环境土壤中这些除草剂的残留分析，是一种灵敏度高、选择性强的定性和定量的方法。在土壤样品只有10倍浓缩的情况下，可以达到0.6～3.5 μg/kg的检出限。检出限可以通过加大处理土壤的量以及减小最终定容体积继续降低。
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本文系国家重点基础研究发展规划（No.2002CB410805）资助项目
（中国农业大学理学院，北京，100094）