LC-MS/MS法检验土壤中的磺酰脲类和磺酰胺类除草剂

LC-MS/MS 法检验土壤中的磺酰脲类和磺酰胺类除草剂

李素魁 倪东梅 宋雪 陈婧

北方水资源（大连）新技术工程有限公司 辽宁 大连 116600

摘要：磺酰脲类和磺酰胺类除草剂是目前世界上应用最广泛、种类最多的一类除草剂。这一类除草剂因为具有高活性、低毒、高选择性、低剂量等优点，在农业生产生活中被广泛应用。即使单次使用磺酰脲类除草剂的剂量极低，但由于长时间使用，土壤及周围环境中仍会大量残留，容易毒害后茬作物。因此，开展检测土壤中痕量剂量的磺酰脲类和磺酰胺类除草剂研究就显得尤为重要。本文选择此类除草剂中具有代表性的4种除草剂，分别为氯磺隆、苄嘧磺隆、苯磺隆以及双氟磺草胺。这4种除草剂通常被应用于田间阔叶类杂草的防治，具有良好的除草效果。

关键词：除草剂；液相色谱－串联质谱；磺酰胺类；磺酰脲类

一、化学品与试剂

    从阿拉丁（中国上海）获得氯磺隆、苄嘧磺隆、苯磺隆和双氟磺草胺。甲醇，乙腈，二氯甲烷和甲酸，所有HPLC级，都是从TEDIA（俄亥俄州，美国）购买的。分析试剂级丙酮来自北京化学工程（中国北京），超纯水由ELGA（英国海威科姆）的PureLab Ultra系统在我们的实验室生产。正确选择萃取溶剂在样品制备中起着至关重要的作用。本研究测试了四种常用溶剂。选择程序涉及使用浓度为0.25μg / g的掺杂物的土壤样品和通过比较土壤提取物与标准溶液的匹配度来进行的回收计算。研究表明，甲醇为大多数除草剂提供了更高的回收率，除了双氟磺草胺，它对使用的不同溶剂均具有相似的回收率。

二、样品制备

    在浓度为1.0 mg/mL的二氯甲烷中制备含有氯磺隆、苄嘧磺隆、苯磺隆和双氟磺草胺的储备标准溶液。为了选择提取溶剂，首先将氯磺隆、苄嘧磺隆、苯磺隆和双氟磺草胺的标准混合物加入到四个空白土壤样品（2.0g，pH≈7.0）中，每种除草剂的已知量为0.5μg。经过密集混合后，分别使用2.0mL甲醇，乙腈，丙酮或水进行后续提取。为了进行稳定性测试，首先将目标化合物的标准混合物加入到30个空白土壤样品（5.0g，pH≈7.0）中，每种除草剂的已知量为5.0μg。经过密集混合后，所有样品保持打开状态，以模拟现场的真实情况。随后使用5.0mL甲醇以24小时的间隔逐个提取。为了测试线性度和检测限（LOD），将2.0 g等分试样的空白土壤样品（pH≈7.0）与浓度为0.001，0.005，0.01，0.02，0.05，0.1，0.25，0.5，1.0，2.0和5.0μg/g的目标化合物的标准混合物加注，然后用2.0mL甲醇单独提取。对于案例样品制备，用5.0mL甲醇从案例中提取5.0g土壤。对于所有实验中的提取程序，将样品超声处理10分钟，以10,000r/min离心10分钟，然后在过滤后对每个上清液进行LC-MS/MS分析，通过0.22μm孔的膜过滤。

三、LC-MS/MS 分析

    在Qtrap 3200三重四极杆质谱仪（AB Sciex，美国）与1100 LC系列（美国安捷伦）耦合上进行分析。色谱分离通过Eclipse XDB-C18色谱柱（150mm×4.6mm，粒径5μm，美国安捷伦）在室温下进行。注射体积为10μL。流动相由两种洗脱液组成：甲醇作为洗脱液A，0.1%甲酸在水中作为淋洗液B。梯度以0.4mL/min的流速运行，从20% A开始至60% A在8分钟内线性增加，保持4分钟，然后在2分钟内继续增加到90% A并保持6分钟，然后在0.1分钟内恢复到初始状态。在下一次注射之前允许2.9分钟的平衡时间。

    电离使用在正电离或负电离模式下工作的电喷雾电离源（ESI）进行电离。为所有物质选择以下参数：喷雾电压5.5kV（正电离模式）和－4.5kV（负电离模式）；帘式气体=20psi;GS1=65psi;GS2=55磅/平方英寸；温度=650°C；停留时间=200毫秒。通过在含有0.1%甲酸的甲醇/超纯水（50/49.9，v/v）中以5μL/min的流速直接输注1.0μg/mL新制备的标准溶液，优化了除团簇电位和碰撞能等其他仪器参数。每个分析物的前体离子由第一个四极杆质量选择，并通过第二个四极杆与碰撞能的组合进行碎裂，以获得产生的离子。通过多反应监测（MRM）模式进行分析。为了提高该方法的特异性，使用四个产生的离子进行定性分析，一个离子用于定量。仪器控制和数据采集由分析师1.4.2的操作软件进行。本文分析总结了每种分析物的LC-MS/MS参数，包括保留时间（RT），电离模式（IM），前体离子（Q1），产物离子（Q3），去聚集电位（DP）和碰撞能（CE）。

4. LC-MS/MS条件的优化

使用分析的标准品分散在纯溶剂中进行LC分离参数的优化。通常，洗脱梯度，溶剂强度和流速等因素主要影响分析物的保留时间，峰形和分辨率。在这项研究中，评估了等度和梯度的洗脱模式对目标除草剂的分离。在等度洗脱的情况下，甲醇/水与0.1%甲酸的典型流动相为双氟磺草胺提供了更宽的峰，而对氯磺隆、苄嘧磺隆和苯磺隆的保留力过强。在梯度洗脱中，乙腈的使用对所有分析物产生了适当的保留和良好的峰形，但分离的选择性较差（苄嘧磺隆和苯磺隆的迁移顺序在正电离模式下逆转，而氯磺隆和双氟磺草胺的共迁移出现在负电离模式）。为了在分辨率、运行时间和峰形之间做出折衷，采用梯度洗脱法，以水中甲醇/0.1%甲酸为流动相，用于后续实验。

进一步的研究表明，尽管运行速度明显提高，但随着流动相流速从400μL/min到600μL/min，检测到所有分析物的灵敏度降低。在这种情况下，常见的选择是将流速设定在一定值，以便尽可能快地生产运行速度。然而，当灵敏度是痕量分析等分析中的主要问题时，应选择较低的流速以确保高灵敏度。因此，400μL/min 的流速是我们在本研究中的最终选择。针对不同模式下的最大灵敏度，优化了 MS/MS 调谐参数。苄嘧磺隆和苯磺隆在正电离模式下的电离效率高于负电离模式，而对于氯磺隆和双氟磺草胺，只有负电离模式提供了正常的响应。

4. 除草剂在土壤中的稳定性

为了进行可核查的分析，样品必须代表从土壤中取出的整个样品。磺酰脲类和磺酰胺类除草剂对阔叶杂草的抑制作用通常在施用后持续一周甚至更长的时间。此外，这类除草剂对温度、湿度和pH值相当敏感。由于本身具有的挥发性或暴露于空气以及光照中发生化学作用而降解，除草剂在土壤中的浓度会随着时间的推移而变化。因此，研究除草剂的降解趋势对于有效检测具有极高的重要性。

稳定性测试旨在探索在模拟农业条件下仍可检测到分析物的时间长度。这些实验是在空白土壤中加注除草剂标准品的情况下进行的。在土壤样品中，所有分析物的浓度随着储存时间的延长而显著降低。研究观察发现氯磺隆、苄嘧磺隆、苯磺隆和双氟磺草胺在30天后分别降解至其初始含量的20%，20%，40%和30%。因此，应尽快收集与农业刑事案件有关的土壤样本并进行分析。

六、结束语

    开放的环境使用和农场化学品的复杂性使得作物损害的案例难以解决。虽然这类案件的社会影响不如凶杀案严重，但经济损失往往给相关农民带来巨大负担。因此，我们应该开发有效的分析方法，以满足实践中的需求。本研究建立了固液萃取和LC-MS/MS对磺脲类和磺酰胺除草剂的分析方法。平均回收率均在67%以上，检测限在1.0~20纳克/克范围内。在考虑这些化学品的作用机制和固有特性的基础上，系统研究了这些化学品在土壤中的降解趋势，表明样品的有效收集和检测对于法医鉴定具有相当重要的意义。本方法的实验及其在实际案例中的实际应用表明，本方法具有便利性、快速性、灵敏性，适用于磺酰脲类和磺胺类除草剂的定性和定量分析。

参考文献

1. 宋丽娟, 许满军, SONG, et al. LC-MS/MS法检验土壤中的磺酰脲类和磺酰胺类除草剂(英文)[J]. 刑事技术, 2015, 40(5):6.

2. 张敏恒. 磺酰脲类除草剂的发展现状、市场与未来趋势[J]. 农药, 2010(4):7.