优秀论文

 

高效液相色谱-电喷雾串联质谱法测定纺织品中

苯氧羧酸类除草剂的残留量

牛增元¹  罗 忻¹   汤志旭¹  叶曦雯¹   孙银峰² 王凤美¹

（¹山东出入境检验检疫局；²青岛科技大学）

摘  要 建立了纺织品中7种苯氧羧酸类除草剂的高效液相色谱-电喷雾串联质谱（LC-ESI-MS/MS）快速检测方法。样品经甲酸酸化的丙酮溶液超声提取两次，无需其它净化过程。液相色谱使用C₁₈反相色谱柱，流动相为醋酸铵水溶液和甲醇，在梯度条件下分析。在选择反应检测（SRM）负离子模式下进行质谱信号采集，采用两对同位素离子对进行定量及定性。选取三种有代表性的纺织品进行方法检出限（LOD）、定量限（LOQ）、线性、回收率和精密度的验证。方法的LOQ为 0.9 μg/kg ~ 2.4 μg/kg，回收率为85% ~ 106%，相对标准偏差为2% ~ 11%。本方法简便、有效、可靠、灵敏，能够满足国际生态纺织品标准（Oeko-Tex Standard 100）的限量要求，适用于纺织品中苯氧羧酸类除草剂的日常检测及确证。

关键词 高效液相色谱-电喷雾串联质谱，除草剂残留，苯氧羧酸，纺织品

1 引  言

随着环境保护和安全卫生意识的提高，人们越来越关注纺织品服装在生产过程中是否残留有毒有害物质。苯氧羧酸类农药是世界第一大阔叶杂草除剂，常用于棉花等农作物防止或去除双子叶杂草。苯氧羧酸类除草剂可以引起人类软组织恶性肿瘤，对动物体表现出胎盘毒性，经它处理过的植物体内蓄积很高浓度的硝酸盐或氰化物，其中2,4-D和2,4,5-T被认为是环境内分泌干扰物^[1]。鉴于苯氧羧酸类农药的危害，许多国家和世界权威组织相继颁布法律和技术标准来控制。最新版国际生态纺织品标准（Oeko-Tex Standard 100）^[2]规定杀虫剂（含除草剂）的残留总量不得超过1.0 mg/kg，对婴幼儿用品要求更为严格，要求不得超过0.5 mg/kg。我国GB/T 18885-2002《生态纺织品技术要求》^[3]也做了相同的规定。为了应对国内外相关技术法规的要求，我国已建立了纺织品中苯氧羧酸类农药残留的检测方法标准：GB/T 18412.6-2006《纺织品 农药残留量的测定 第6部分：苯氧羧酸类农药》^[4]。其中，苯氧羧酸类农药采用甲醇-三氟化硼乙醚溶液甲酯化，GC/MS测定，其前处理过程复杂费时，不利于高通量样品快速检测，且很多衍生化试剂对人体健康有害，限制了它们的使用。

国外关于水和土壤中苯氧羧酸类农药残留测定的报道较多，也有部分关于蔬果基质的研究^[5]，而对于纺织品中苯氧羧酸类除草剂测定的文献较少，2004年Edward Rybicki等人用液相色谱分离，紫外检测器监测了纺织品在工业处理前后农药残留量的变化情况^[6]，但方法中包含的苯氧羧酸类农药种类较少，仅有2,4-D和2,4,5-T两种，已不能涵盖最新Oeko-Tex Standard 100标准^[2]中规定的苯氧羧酸类农药种类。与传统液相色谱法相比，液相色谱-串联质谱法在农药残留检测的灵敏度及定性能力上都有很大提高，而目前国外尚未有基于该方法检测纺织品中农药残留的报道。

本文采用LC-ESI-MS/MS技术，样品经过简单超声提取后，无需衍生化，无需萃取净化，直接上机测定纺织品中7种苯氧羧酸类除草剂。本研究可以快速、有效地监控纺织品中苯氧羧酸类除草剂的残留量，旨在提高国内纺织产品的品质，并抵挡国外垃圾产品的进入，达到保证人们安全健康的目的。

2 实验部分

2.1仪器与试剂

Surveyor高效液相色谱系统（Thermo公司），TSQ QUANTUM ACCESS三重四极杆串联质谱（Thermo公司）；甲酸（88%，分析纯，国药集团化学试剂公司），二氯甲烷（分析纯，国药集团化学试剂公司），丙酮（HPLC级，J.T.Baker公司），乙腈（HPLC级，Burdick&Jackson公司），甲醇（HPLC级，Burdick&Jackson公司），乙酸乙酯（HPLC级，Burdick&Jackson公司）；苯氧羧酸类除草剂标准品（纯度>90%）：2,4-二氯苯氧丁酸（2,4-DB）、2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）、2,4-二氯苯氧丙酸（Dichlorprop）、2-甲基-4-氯苯氧乙酸（MCPA）、2-甲基-4-氯苯氧丙酸（Mecoprop）、2-甲基-4-氯苯氧丁酸（MCPB），AccuStandard公司，2,4,5-三氯苯氧乙酸（2,4,5-T），Riedel-de Haen公司；实验室用水均为超纯水（Millipore公司）。

分别称取标准品各10.00 mg至10 mL棕色容量瓶中，用乙腈定容，于4 ℃条件下保存。根据需要，用甲醇稀释上述标准储备液，配置成不同浓度的标准中间液。本实验采用基质匹配标准溶液定量：将标准中间液添加到按照2.2.1处理方法得到的空白提取液中，稀释为不同浓度的标准工作液。

实验用纺织品：纯棉布（100%棉）；棉麻布（65%棉，35％麻）；棉涤布（35%棉，65%涤）。

2.2实验方法

2.2.1样品前处理

取代表性样品，将其剪碎至5 mm × 5 mm以下，混匀。称取2.00 g试样，置于100 mL具塞锥形瓶中，加入30 mL丙酮，再加入100 μL甲酸，超声提取15 min，将提取液收集于浓缩瓶中，残渣再用20 mL丙酮超声提取10 min，合并提取液，在40 ℃水浴旋转蒸发，浓缩至1 mL以下，氮气吹干，用甲醇溶解并定容至2.0 mL，在4 ℃条件下放置1小时沉淀杂质，上清液过0.2 μm滤膜后，待测。

2.2.2色谱质谱条件

Thermo HyPURITY C₁₈反相色谱柱，100 mm × 2.1 mm，5 μm；柱温30 ℃；进样体积10 μL；流动相：5 mmol/L醋酸铵水溶液（A）和甲醇（B），梯度洗脱程序：0 min时10%B，0 ~ 5 min线性增加至95%B，5 ~ 15 min 95%B，15 ~ 15.1降至10%B，之后进行系统平衡；流速0.2 mL/min。

电喷雾离子源（ESI）：负离子检测模式；喷雾电压：3.5kV；鞘气（N₂）压力：17L/h（50 arbitrary units）；辅助气（N₂）压力：10L/h（10 arbitrary units）；碰撞气（Ar）压力：0.2Pa（1.5 mTorr）；离子传输毛细管温度：350 ℃；扫描模式：选择反应监测（SRM）；7种苯氧羧酸类除草剂的SRM参数见表1。

表1 苯氧羧酸类除草剂SRM采集参数

* 定量子离子

3 结果与讨论

3.1分析条件的优化

3.1.1质谱条件的优化

 

图1苯氧羧酸类除草剂的质谱图

（采用反向能量梯度扫描模式，扫描范围：m/z 30 ~ m/z 母离子，碰撞能量：50 V ~ 10 V）

采用流动注射泵连续进样，对7种苯氧羧酸类除草剂的质谱条件进行优化。图1是7种苯氧羧酸类除草剂的质谱图。从图中可以看出，7种苯氧羧酸类除草剂碰撞后的碎片信息较少，特别是MCPA、Mecoprop、MCPB这三种物质，碎片子离子的基峰均为m/z 141，而其他碎片离子的相对丰度均小于3%。从结构上看，这7种化合物在苯环上均含氯原子，因此本实验采用同位素离子进行定性，每种化合物选取两个同位素母离子及各自碰撞后的产生的一个子离子，这样共可得到5个识别点，满足欧盟2002/657/EC^[7]对禁用药物的鉴别要求（≥4个识别点）。表2是在纺织品基质中，不同添加水平下的苯氧羧酸类除草剂的子离子丰度比及欧盟2002/657/EC的相应要求。从表中看出，7种化合物的同位素子离子丰度比与各个物质在自然界中同位素母离子的理论丰度比基本吻合，其特征是：含一个氯原子的化合物，两个同位素母离子的丰度比约为3:1；含两个氯原子的化合物，其丰度较高的两个同位素母离子的丰度比约为3:2，含三个氯原子的化合物，其丰度较高的两个同位素母离子的丰度比约为1:1。

表2 纺织品基质中不同添加水平下的苯氧羧酸类化合物子离子丰度比及欧盟2002/657/EC相应要求

分析物	添加水平 (μg/kg)	定性子离子	相对离子丰度比
			平均值(%) n=18	相对标准偏差% %RSD n=18	欧盟2002/657/EC要求 2002/657/EC
MCPA	5，25，100	143 / 141	30，31，31	11，6，3	25%
Mecoprop	5，25，100	143 / 141	33，32，32	7，3，2	25%
MCPB	5，25，100	143 / 141	36，33，33	11，6，4	25%
2,4-D	5，25，100	163 / 161	63，63，61	13，5，3	20%
2,4-DB	5，25，100	163 / 161	62，63，61	17，10，5	20%
Dichlorprop	5，25，100	163 / 161	62，61，62	7，3，1	20%
2,4,5-T	5，25，100	197 / 195	102，101，100	6，4，2	20%

3.1.2液相分离条件的优化

苯氧羧酸类除草剂是极性较强的化合物，为了增大保留能力，选择C₁₈反相色谱柱。实验发现，从纯棉基质中提取的某些杂质，在乙腈中析出絮状沉淀，而在甲醇中不会出现，因此，流动相中的有机相选择甲醇，防止产生沉淀堵塞液相色谱系统。另一路流动相使用5 mmol/L醋酸铵水溶液，如用纯水做流动相，并采用相同的梯度洗脱方式，则色谱峰形变宽、信噪比降低、且出峰时间提前。图2是纯棉布基质匹配标准溶液（5 μg/kg）苯氧羧酸类除草剂总离子流色谱图。

图2 纯棉布基质匹配标准溶液（5 μg/kg）苯氧羧酸类除草剂总离子流色谱图

3.2前处理条件的选择

苯氧羧酸类除草剂易溶于水，酸性提取介质可以抑制其电离，从而以分子形式存在，容易被有机试剂提取，回收率较高^[5]。据报道，纺织品中苯氧羧酸类除草剂可以用酸性丙酮溶液进行提取^{[4, 8]}，另外，也有方法采用丙酮-石油醚混合溶液作为提取试剂^[9]。在植物基质如大豆或大米中，一般用盐酸乙腈溶液^[10]或甲酸乙腈溶液^[5]提取苯氧羧酸类除草剂。本实验采用基质匹配标准定量，考察了甲醇、乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮五种有机溶剂的提取效果，同时对是否加酸酸化，加何种酸，加酸量等条件进行了研究。

3.2.1提取溶剂的选择

用不含苯氧羧酸类除草剂的空白纯棉布基质，按照2.2.1的前处理方法，进行100 μg/kg水平的添加回收实验，基质匹配标准定量。从表3的回收率看，丙酮、乙腈、乙酸乙酯等都能够较为完全地提取苯氧羧酸类除草剂，提取能力相当。从提取液的颜色看，甲醇提取液的颜色最深，提取的杂质可能较多，其余溶剂的提取液颜色较浅，且互相接近。

表3 提取溶剂对提取效率的影响（以回收率表示，%）

在LC-ESI-MS/MS上进行农药残留分析经常会有基质效应的出现，或是抑制作用，或是增强作用，基质效应可以由基质标准的峰面积与溶剂标准的峰面积的比值来表示^[11]。图3显示：本实验中，绝大多数情况下，苯氧羧酸类除草剂在纯棉布基质中显示一定程度的基质抑制效应，五种提取溶剂的平均基质效应从大至小为：乙酸乙酯>甲醇≈二氯甲烷>乙腈≈丙酮。基质效应会导致苯氧羧酸类农药灵敏度的降低。考虑到乙腈毒性较大，因此选取丙酮作为提取溶剂。

3.2.2提取介质中酸的选择

分别添加100 μL硫酸（6 mol/L）、浓盐酸（36% ~ 38%）、甲酸（88%），作为提取过程中的酸化试剂，用不含苯氧羧酸类除草剂的空白纯棉布基质，按照2.2.1的前处理方法，进行100 μg/kg水平的添加回收实验，基质匹配标准定量。从表4的回收率看，甲酸作为酸化试剂明显优于硫酸和盐酸。

图3 苯氧羧酸类除草剂在纯棉布中的基质效应

表4 三种酸对提取效率的影响（以回收率表示，%）

ND = 未检出

分别添加0 μL、50 μL、100 μL甲酸，用不含苯氧羧酸类除草剂的空白纯棉布基质，按照2.2.1的前处理方法，进行100 μg/kg水平的添加回收实验，基质匹配标准定量。从表5中的回收率看，甲酸添加量为50 μL或100 μL时，回收率均较为理想，7种苯氧羧酸类除草剂的平均回收率接近100%。此外，考虑到加工工艺的差异，某些纺织品会显示弱碱性，因而添加甲酸的量选定为100 μL。

表5 加酸体积对提取效率的影响（以回收率表示，%）

3.3方法评价

3.3.1 标准曲线

分别配制苯氧羧酸类除草剂质量浓度范围1 μg/L ~ 100 μg/L的溶剂标准曲线、纯棉布基质匹配标准曲线、棉麻布基质匹配标准曲线、棉涤布基质匹配标准曲线，以目标组分的峰面积y对相应的质量浓度x（μg/L）做图，其相关系数（r²）在0.9974 ~ 0.9999之间，呈现很好的线性关系。

3.3.2 回收率和精密度

选取三种有代表性的纺织品基质：纯棉布、棉麻布、棉涤布，按照2.2.1的前处理方法，在5 μg/kg、25 μg/kg、100 μg/kg三个浓度水平下进行添加回收实验，基质匹配标准定量。结果显示（表6），本方法的回收率在85% ~ 106%之间，相对标准偏差（RSD）在2% ~ 11%之间。

表6 方法的添加回收结果和精密度

添加水平	分析物	纯棉布		棉麻布		棉涤布
		回收率（%）	RSD（%）	回收率（%）	RSD（%）	回收率（%）	RSD（%）
5 μg/kg	MCPA	100.3	5.0	96.9	1.8	98.3	4.3
	Mecoprop	91.6	7.2	91.1	4.8	89.7	4.0
	MCPB	97.0	8.4	90.6	5.5	104.8	4.4
	2,4-D	99.4	7.2	98.6	6.8	89.9	2.9
	2,4-DB	89.5	9.4	93.4	9.5	91.7	6.9
	Dichlorprop	96.6	4.9	94.9	3.5	90.8	2.6
	2,4,5-T	87.9	8.6	87.3	5.3	85.2	10.6
25 μg/kg	MCPA	95.9	4.8	95.6	1.9	104.2	7.4
	Mecoprop	96.5	3.6	92.3	2.9	105.8	4.8
	MCPB	102.7	3.4	96.0	3.0	95.6	5.5
	2,4-D	93.8	4.8	93.1	3.4	102.9	7.8
	2,4-DB	92.4	8.3	93.3	8.7	93.4	5.6
	Dichlorprop	98.7	4.6	91.9	2.1	105.1	6.1
	2,4,5-T	96.4	6.6	91.0	2.8	103.5	6.2
100 μg/kg	MCPA	96.5	3.9	101.2	4.0	96.0	3.2
	Mecoprop	94.9	4.4	100.0	2.9	94.0	1.9
	MCPB	102.1	5.5	103.3	2.7	100.3	2.9
	2,4-D	94.1	4.9	98.6	2.7	96.1	2.4
	2,4-DB	97.6	5.3	98.0	5.0	105.3	7.5
	Dichlorprop	98.9	6.5	95.8	2.0	94.7	3.1
	2,4,5-T	93.2	6.8	97.6	3.1	88.3	1.9

3.3.3 检出限和定量限

根据NATA（National Association of Testing Authorities, Australia）给出的化学测试方法验证准则^[12]：分析5 μg/kg、25 μg/kg、100 μg/kg三个浓度水平的添加回收，每个浓度水平做6个平行样，以回收率的标准偏差为纵坐标，相应的添加浓度为横坐标作图，求出其反向延长线在y轴的截距为S₀，则检出限（LOD）=3S₀, 定量限（LOQ）=3×LOD（置信度95%）。表7列出了本实验方法的检出限和定量限，7种苯氧羧酸类除草剂的检出限在0.3 μg/kg ~ 0.8 μg/kg之间，定量限在0.9 μg/kg ~ 2.4 μg/kg之间，完全满足Oeko-Tex Standard 100对纺织品中农药残留限量（0.5 mg/kg）^[2]的检测要求。

表7 方法的检出限和定量限

 

参考文献

1           Keith L H，Environmental Endocrine Disruptors: A Handbook of Property Data，Wiley，New York，1997

2           Oeko-Tex Standard 100，http://www.oeko-tex.com/xdesk/ximages/470/16459_100def2007.pdf，2008

3           GB/T 18885-2002. Technical specification for ecological textiles（生态纺织品技术要求），2002

4           GB/T 18412.6-2006. Textiles-Determination of the pesticide residues-Part 6:Phenoloxy hydroxy acids pesticides（纺织品 农药残留量的测定 第6部分：苯氧羧酸类农药），2006

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