一种环境水体中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的快速、高通量检测方法

摘要

本发明提供了一种环境水体中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的快速、高通量检测方法，属于分析检测技术领域。本发明提供的检测方法中样品前处理方法简单、不消耗有机溶剂、操作简单、省时，能够实现环境水体中涕灭威及其代谢物的高通量检测；本发明通过对TIP头点样位置、点样方法、离子化温度和进样速率的优化克服了DART离子源取样不均，平行性较差的缺点，实现了环境水体中涕灭威及其代谢物的定量分析。实施例的数据表明，本发明提供的检测方法对涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的检出限分别为0.5μg/L、0.1μg/L和0.1μg/L，回收率分别为94～102％、94～118％和95～109％，精密度均＜10％。

说明书

技术领域

本发明涉及分析检测技术领域，尤其涉及一种环境水体中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的快速、高通量检测方法。

背景技术

涕灭威是一种氨基甲酸酯类杀虫剂、杀螨剂，被广泛用于棉花、花生、玉米等多种农作物。涕灭威在喷洒后会迅速氧化成较为稳定的涕灭威亚砜，进而会氧化成更为稳定的涕灭威砜。涕灭威及其代谢物在喷施过程中40～60wt％落于土壤，经过土壤的淋溶等作用最终进入到水体中，从而造成人体暴露。因涕灭威及其代谢物具有致癌、致畸、致突变的潜在毒性，因此涕灭威及其代谢物在不同水体中的存在会不同程度的对人体的健康产生威胁。世界卫生组织(WHO)《饮用水水质准则》中规定饮用水中涕灭威(包括涕灭威砜和涕灭威亚砜)的限量为10μg/L；美国国家环境保护局《饮用水标准和健康指导》中规定饮用水中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的限值标准分别为3、2和4μg/L，三者之和不能超过7μg/L。我国《GB/T14848-2017地下水质量标准》中也对不同级别的地下水中的涕灭威的含量进行了限量要求。

目前，国内外涕灭威及其代谢物的检测方法主要有气相色谱法、高效液相色谱法和高效液相色谱串联质谱法，这些方法在检测过程中，都需要冗长的分离过程，过于消耗时间和精力。除此之外，采用以上检测方法对水体环境中的涕灭威及其代谢物进行检测时，需要对样品进行预处理过程，常见的水体中涕灭威的前处理过程步骤繁琐，耗时较长，成本较高难以实现样品的大批量检测。

实时直接分析离子源现已广泛应用于药物发现与开发、食品药品安全控制与检测、司法鉴定、临床检验、材料分析和天然产品品质鉴定等领域。关于环境水体中的农药残留的检测鲜有报道。

由于实时直接分析离子源的原理，纯水溶剂在进行检测时，该离子源需要消耗过多的能量将水分子气化，从而降低了单位时间内的用于目标化合物的能量，从而使得检测灵敏度降低，达不到实际的检测要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种环境水体中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的快速、高通量检测方法。本发明提供的检测方法预处理方法简单、环保，检测灵敏度高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种环境水体中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的快速、高通量检测方法，包括以下步骤：

将待测环境水体离心，所得上清液过0.22μm滤膜，得到待测样；

利用实时直接分析串联质谱法对所述待测样进行检测，得到待测样中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度；

基于涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜对应的总离子流峰强度-浓度标准曲线，实现环境水体中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的检测；

所述实时直接分析串联质谱法的参数包括实时直接分析离子源参数和MS/MS参数；

所述实时直接分析离子源参数包括：

离子化气：氦气；

离子气流速：2mL/min；

离子源：正离子模式；

进样模式：12Dip-itSamplers模式；

点样量：10～20μL；

进样速率：0.6～0.7mm/s；

离子化温度：300℃；

栅极电压：150～200V；

离子源出口距离质谱进样口的距离：2～4cm；

外置泵真空度：-70～-90kPa；

TIP头点样位置：TIP头下端1～5mm；

TIP头点样方式：在TIP头点样后，将TIP头平行放置于加热板上，进行吹干，所述吹干时间为≤10min。

优选地，所述加热板的温度为30～50℃；所述吹干在0.05MPa的气体流速下进行。

优选地，所述MS/MS参数包括：

毛细管电压：2.8～3.4kV；

离子源温度：100～120℃；

脱溶剂气流量：0L/h；

锥孔气流量：0L/h；

采集模式：多反应监测。

优选地，所述离心的转速为8000～15000r/min，时间为3～10min。

优选地，所述涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜对应的总离子流峰强度-浓度标准曲线的建立方法包括以下步骤：

配制系列混合标准工作液；所述系列混合标准工作液包括第一混合标准工作液、第二混合标准工作液、第三混合标准工作液和第四混合标准工作液；所述第一混合标准工作液中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的浓度分别为50ng/mL、10ng/mL和10ng/mL；所述第二混合标准工作液中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的浓度分别为10ng/mL、2ng/mL和2ng/mL，所述第三混合标准工作液中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的浓度分别为5ng/mL、1ng/mL和1ng/mL，所述第四混合标准工作液中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的浓度分别为0.5ng/mL、0.1ng/mL和0.1ng/mL；

利用实时直接分析串联质谱法对所述系列混合标准工作液进行检测，得到系列混合标准工作液中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度；

将涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度和浓度进行线性拟合，得到涕灭威总离子流峰强度-浓度标准曲线、涕灭威亚砜总离子流峰强度-浓度标准曲线和涕灭威砜总离子流峰强度-浓度标准曲线；

所述实时直接分析串联质谱法的参数与上述技术方案一致。

本发明提供了一种环境水体中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的快速、高通量检测方法，包括以下步骤：将待测环境水体离心，所得上清液过0.22μm滤膜，得到待测样；利用实时直接分析串联质谱法对所述待测样进行检测，得到待测样中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度；基于涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜对应的总离子流峰强度-浓度标准曲线，实现环境水体中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的检测。本发明的检测方法样品前处理方法简单、不消耗有机溶剂、操作简单、省时，能够实现环境水体中涕灭威及其代谢物的高通量检测；本发明通过对TIP头点样位置、TIP头点样方法、离子化温度和进样速率的优化克服了DART离子源取样不均，平行性较差的缺点，实现了环境水体中涕灭威及其代谢物的准确、高灵敏的定量分析。实施例的数据表明，本发明提供的检测方法对涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的检出限分别为0.5μg/L、0.1μg/L和0.1μg/L，回收率分别为94～102％、94～118％和95～109％，精密度均＜10％。

附图说明

图1为不同离子化温度下涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度的响应对比图；

图2为不同进样速率下涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度的响应对比图；

图3为不同外置泵真空度下涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度的响应对比图；

图4为不同点样量涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度的响应对比图；

图5为不同点样位置涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度的响应对比图。

具体实施方式

本发明提供了一种环境水体中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的快速、高通量检测方法，包括以下步骤：

将待测环境水体离心，所得上清液过0.22μm滤膜，得到待测样；

利用实时直接分析串联质谱法对所述待测样进行检测，得到待测样中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度；

基于涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜对应的总离子流峰强度-浓度标准曲线，实现环境水体中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的检测。

本发明将待测环境水体离心，所得上清液过0.22μm滤膜，得到待测样。在本发明中，所述离心的转速优选为8000～15000r/min，优选为13000r/min；时间优选为3～10min，进一步优选为5min。

得到待测液后，本发明利用实时直接分析串联质谱法(DART-MS/MS)对所述待测样进行检测，得到待测样中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度。

在本发明中，所述实时直接分析串联质谱法的参数包括实时直接分析离子源(DART)参数和MS/MS参数；所述实时直接分析离子源参数包括：

离子化气：氦气；

离子气流速：2mL/min；

离子源：正离子模式；

进样模式：12Dip-itSamplers模式；

点样量：10～20μL，优选为10μL；

进样速率：0.6～0.7mm/s，具体优选为0.6mm/s；

离子化温度：300℃；

栅极电压：150～200V，优选为200V；

离子源出口距离质谱进样口的距离：2～4cm，优选为3cm；

外置泵真空度：-70～-90kPa，具体优选为-70kPa；

TIP头点样位置：TIP头下端1～5mm，优选为2～4mm，具体优选为2mm；

TIP头点样方式：在TIP头点样后，将TIP头平行放置于加热板上，进行吹干，所述吹干时间为≤10min；所述加热板的温度优选为30～50℃，具体优选为45℃；所述吹干优选在0.05MPa的气体流速下进行。

在本发明中，本发明通过优化TIP头点样位置、TIP头点样方式、点样量、进样速率和离子化温度，克服了DART离子源取样不均，平行性较差的缺点，提高了检测方法的灵敏度。

在本发明中，所述MS/MS参数包括：

毛细管电压：2.8～3.4kV，优选为3.2kV；

离子源温度：100～120℃，优选为120℃；

脱溶剂气流量：0L/h；

锥孔气：0L/h；

采集模式：多反应监测。

在本发明中，在上述实时直接分析离子源参数和MS/MS参数的检测下，所述涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的质谱参数见表1。

表1涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的质谱参数

得到待测样中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度后，本发明基于涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜对应的总离子流峰强度-浓度标准曲线，实现环境水体中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的检测。

在本发明中，所述涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度-浓度标准曲线的建立方法优选包括以下步骤：

配制系列混合标准工作液；所述系列混合标准工作液包括第一混合标准工作液、第二混合标准工作液、第三混合标准工作液和第四混合标准工作液；所述第一混合标准工作液中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的浓度分别为50ng/mL、10ng/mL和10ng/mL；所述第二混合标准工作液中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的浓度分别为10ng/mL、2ng/mL和2ng/mL，所述第三混合标准工作液中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的浓度分别为5ng/mL、1ng/mL和1ng/mL，所述第四混合标准工作液中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的浓度分别为0.5ng/mL、0.1ng/mL和0.1ng/mL；

利用实时直接分析串联质谱法对所述系列混合标准工作液进行检测，得到系列混合标准工作液中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度；

将涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度和浓度进行线性拟合，得到涕灭威总离子流峰强度-浓度标准曲线、涕灭威亚砜总离子流峰强度-浓度标准曲线和涕灭威砜总离子流峰强度-浓度标准曲线。

本发明对配制系列混合标准工作液的方式不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的混合标准工作液的配制方法进行配制即可。

在本发明中，所述实时直接分析串联质谱法的参数优选与上述技术方案一致，在此不再赘述。

本发明对所述线性拟合的方式不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的线性拟合方式即可。

下面结合实施例对本发明提供的环境水体中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的快速、高通量检测方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

以下实施例中所用实时直接分析串联质谱法的参数的包括

所述实时直接分析离子源参数：

离子化气：氦气；

离子气流速：2mL/min；

离子源：正离子模式；

进样模式：12Dip-itSamplers模式；

点样量：10μL；

进样速率：0.6mm/s；

离子化温度：300℃；

栅极电压：200V；

离子源出口距离质谱进样口的距离：3cm；

外置泵真空度：-70kPa；

TIP头点样位置：TIP头下端2mm；

TIP头点样方式：在TIP头点样后，将TIP头平行放置于45℃的加热板上，用0.05MPa的气体流速进行吹干；

所述MS/MS参数包括：

毛细管电压：3.2kV；

离子源温度：120℃；

脱溶剂气流量：0L/h；

锥孔气：0L/h；

采集模式：多反应监测。

实施例1～6中所用的检测液为涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的浓度均为100ppd的标准混合液。

实施例1离子化温度的选择

离子化温度是影响DART-MS/MS分析结果的一个关键性参数，本实施例从250～400℃的范围内对离子化温度进行优化，以获得最佳的热解析条件。图1为不同离子化温度下涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度的响应对比图。由图1中可看出：离子化温度为300℃时，涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的响应值明显高于其它温度时的响应值。离子化温度通过影响样品的热解析速率，进而影响单位时间内进入质谱仪的化合物数量，进而影响分析物的响应。

实施例2自动采样器的进样速率的选择

自动采样器是将点有样品的TIP头放置于自动采样器的采样架上，当自动采样器匀速经过DART离子源和三重四级杆质谱仪的接口区域时，便可将样品匀速的转移至离子源的电离区，图2为不同进样速率下涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度的响应对比图。从图2可以看出：当进样速率为0.6～0.7mm/s时，涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流谱图获得最佳的响应值。进样速率会通过影响样品在电离区域边缘的活动时间：当进样速度慢时，会增加样品在电离区域边缘的活动时间，使得样品还没有到达电离区域时，便已开始部分离子化，在该样品未完全离开离子化区域时，下一样品已部分开始离子化，从而造成了样品的峰展宽和平行样品的峰交叉的问题；当进样速率快时，减少了样品在离子化中心区域的通过时间，过短的通过时间会造成样品的未完全解析附，从而降低灵敏度。

实施例3外置真空泵真空度的选择

DART离子源配置的外置真空泵具有稳定三重四级杆质谱仪的真空度以及辅助取样的作用。图3为不同外置泵真空度下涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的总离子流峰强度的响应对比图。从图3可以看出：当外置泵的真空度为-70kPa时，涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜的响应值最高。DART离子源因其离子化的特点，以3L/min的速度向质谱仪内部吹氦气，DART离子源配置的外置真空泵的真空度低会造成质谱仪因受氦气的影响而引起的真空度的不稳定性。真空度过高会使得样品在进入质谱仪的过程中被抽离质谱，降低检测灵敏度。

实施例4栅极电压的选择

本实施例分别采用同一浓度的混合标准物质，以其余参数不变的情况下，对栅极电压进行优化，结果表明，在栅极电压为150V时，涕灭威及其代谢物的混合标准物质的峰面积为26635；在栅极电压为200V时，涕灭威及其代谢物的混合标准物质的峰面积为26700。从峰面积可以看出：在对涕灭威及其代谢物进行分析时，栅极电压在150～200V之间进行波动时，对其相应影响不大，均可达到检测要求。

实施例5点样量的选择

本实施例分别采用同一浓度的混合标准物质，以其余参数不变的情况下，对点样量进行了优化，如图4所示，分别对点样量5μL～20μL范围内的5μL、10μL、15μL、20μL进行了对比试验，从图4可以看出，点样量为10μL时较点样量5μL，峰响应明显增加；当点样量为15μL和20μL时，其结果与点样量为10μL时差别不大，因为当点样量大于10μL时，点样量超出了TIP头正面的承载能力，点样后的溶剂会随TIP头进行扩散至TIP头背面，影响离子化效率。结果表明：在点样量为10～20μL范围内均可以达到检测要求，但是以点样量为10μL时，响应最佳。

实施例6点样位置的选择

点样位置的不同，不仅影响样品间的平行性，同时也会影响离子化程度。本实施例通过研究表明，点样位置在距离TIP头下端1mm到5mm之间时，离子化效果最佳。如图5所示当点样位置在TIP头最下端时，样液易扩散至TIP头底部及TIP头背面，使得目标物质不能被有效离子化。当点样位置在5mm以上位置时，超出了离子化区域的高度，使得目标物质不能被有效离子化。因此，本申请选择的最优点样位置为TIP头下端1mm至5mm之间。

实施例7

对比水体环境中涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜采用DART-MS/MS检测和LC-MS/MS检测

本实施例采用的LC-MS/MS技术是按照国标《GB/T23214-2008饮用水中450种农药及相关化学品残留量的测定液相色谱-串联质谱法》的方法对涕灭威及其代谢物进行检测。下面从样品预处理过程、方法检出限、仪器检测时间3个方面对DART-MS/MS和LC-MS/MS两种技术进行对比分析。

4.1样品预处理对比

国标GB/T23214-2008中，水体样品的预处理方法包括了称样、液液萃取、固相萃取、浓缩、定容、检测等6大步骤，需要的试剂种类为6种，单个样品的试剂总消耗量为71mL。本发明建立的DART-MS/MS技术，对水体环境中的涕灭威及其代谢物进行检测时，除污水需要进行离心外，其余水体样品只需过膜后进行检测，无需有机溶剂，从而简化了检测流程，缩短了检测时间，实现了样品的高通量检测，同时也节约了试剂降低了成本，减少了对环境的二次污染。

4.2方法检出限对比

国标GB/T23214-2008中，涕灭威砜的检出限是2.14μg/L，涕灭威的检出限为26.1μg/L。本发明采用DART-MS/MS技术，对水体环境中的涕灭威及其代谢物进行检测时，涕灭威砜的检出限是0.1μg/L，涕灭威的检出限为0.5μg/L，涕灭威亚砜的检出限为0.1μg/L，远远低于国标中规定的检出限要求。

4.3检测时间对比

HPLC-MS/MS技术对水体中的三种化合物进行检测时，采用HPLC系统对其进行分离，需要色谱柱平衡、样品分离、色谱柱冲洗几个过程，耗时较长；且环境水体较脏时，对样品预处理的净化手段要求较高，否则容易造成色谱柱的堵塞和质谱的基质效应，从而影响检测。DART-MS/MS法因其原位电离的特点，极少产生加和离子和极少形成源外电离，从而可以不进行色谱分离即可根据分子量对混标样品中的不同化合物进行定性。将DART离子源与MS/MS串联后，可发挥多反应监测模，通过碎片离子的不同实现化合物的二次分离和准确定性的优势增加了定性的准确性，同时也极大的提高了该技术的检测灵敏度。单个样品的仪器分析时间只有几秒钟，实现了水体样品的原位高通量检测。

实施例8

方法检出限、线性范围和精密度

本发明配制不同浓度的目标物质混合标准溶液添加于所测样品中，同一样品平行采集三次，三次平行样品的平均值作为最终参与计算的数据，以信号的三倍信噪比计算，结果表明该检测方法的最低检出限能够达到国家标准的要求，其结果见表2。

将配制的标准系列溶液，按照上述的实时直接分析串联质谱法的参数进行测定，以目标化合物的质量浓度(x，μg/L)对其峰面积(y)进行线性回归分析，各化合物的线性范围、相关系数及线性回归方程见表2。

加标回收率

鉴于DART-MS/MS原位电离的特点，本实施例中对回收率的影响因素仅体现在滤膜的影响，离子化效率参数的影响。为了验证本发明提供的检测方法的准确性，本发明分别选取了检出限、3倍检出限、5倍检出限的浓度值添加于样品中按照上述的实时直接分析串联质谱法进行检测后，其结果见表2。

表2 涕灭威、涕灭威亚砜和涕灭威砜线性、检出限、精密度表

从表2可以看出：3种目标物质的相关系数均大于0.98；在10ng/mL加标水平进行6次平行试验，相对标准偏差＜10％，满足检测要求；三种目标物质的回收率也满足检测要求。

实施例9实际样品测定

为了更加准确的验证本发明提供的实时直接分析串联质谱法的准确性，本发明随机抽取了部分兰州市的地下水样品采用国标方法和DART-MS/MS方法进行检测，结果一致，3种目标物质均未检出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。