主题：【第十二届原创】固相萃取—气质联用测定地表水中DDT含量

固相萃取—气质联用测定地表水中DDT含量

摘要：随着生活条件的改善，人们开始关注地表水的污染情况。在二十世纪中叶，有机氯农药被大规模用作杀虫剂和杀菌剂，该类农药是含有持久性作用的有机污染物(POPs)，长时间在环境中易积蓄且难降解。目前，国家标准DDT检测方法还是1987年颁布实施的，本实验为地表水中DDT残留量的测定提供了实验依据。本文选用固相萃取/气质联用技术（SPE/gc/MS)对DDT的含量进行测定。研究讨论了萃取小柱、洗脱剂的种类对检测结果的影响，进行了线性范围、检出限的试验，并在最佳条件下对实际水样进行了检测。实验结果表明：DDT的线性范围为0.00872 mg/L～87.2 mg/L；DDT的最低检出限是0.6262 μg/L；相关系数大于0.9999；回收率范围在50.62%-70.91%。该方法回收率高、净化效果好，适用于地表水中DDT残留量的检测。
关键词：固相萃取；地表水；DDT；气质联用

Determination of xylene in automobile interior decoration by headspace gas chromatography

Abstract：Nowadays, people start to pay more attention to the population of surface water as their living conditions has been improved greatly. In the middle of the 20th century, organochlorine pesticides were extensively applied as the insecticides and fungicides. However, as the persistent organic pollutants (POPs), such kind of pesticides is likely to accumulate in the environment and it is hard to be degraded. At present, the national standard DDT detection method still follows the implementation in 1987, and this experiment provides an experimental reference for the determination of DDT residues in surface water. In this paper, solid phase extraction/gas chromatography-mass spectrometry (SPE/gc/MS) is adopted to determine the DDT contents. By this means, the influence of the category of extraction column and eluent on the detection results is discussed, and linear range and detection limit are tested, and the actual water samples are detected under the optimal conditions. According to the experimental results, the linear range of DDT is within 0.00872 mg/L--87.2 mg/L; the minimum detection limit of DDT is 0.6262 μg/L; the correlation coefficient is greater than 0.9999; the recovery range is within 50.62%--70.91%. It is concluded that this method is suitable for detecting the residual amount of DDT in surface water with high recovery rate and good purification effect.
Keywords：SPE; Surface water; DDT; gc-MS

目 录

第1章 绪 论1
1.1 有机氯农药的分类1
1.2 DDT的介绍3
1.2.1 DDT的发展史3
1.2.2 DDT对人体健康的危害4
1.3 常见有机氯农药检测分析方法4
1.3.1目前国内DDT预处理技术5
1.3.2目前国内DDT检测技术7
1.4固相萃取—气质谱联用方法的运用11
1.5研究的目的和意义12
第2章 实验部分13
2.1实验仪器及试剂13
2.1.1实验仪器13
2.1.2实验试剂及规格13
2.2实验仪器检测条件13
2.2.1固相萃取前处理13
2.2.2自动进样条件14
2.2.3气相色谱条件14
2.2.4质谱条件14
2.3 目标物选择14
2.4标准曲线的绘制17
2.5样品的制备17
第3章 结果与讨论18
3.1绘制标准曲线18
3.2固相萃取小柱的影响18
3.3洗脱剂和洗脱剂体积的确定19
3.4方法的线性范围和检出限22
3.5样品分析22
第4章 结 论23

第1章 绪 论

1.1 有机氯农药的分类
我们国家为追求高产曾利用过的农药：有机磷（敌敌畏、氯硫磷等）、有机氯（DDT、莰烯、六六六）等。有机氯农药因其稳定的性质、特殊的作用、实惠的价格、高效的药性，使用率占一半以上。有机氯农药不但可以按照它的使用途径进行分类：去螨类、杀菌类、除虫类等，除虫类作为农田增产剂、森林保护剂使用量最大；有机氯农药还可按照它们的结构组成进行分类：氯化脂环类化合物、氯化苯和它的衍生物。常用的种类六氯化苯（六六六）、DDT等是以苯为材料制成；艾试剂、狄试剂、氯丹等是以环戊二烯为材料制成。这些农药难代谢、半衰性持久，对环境是漫长的化学污染。
DDT（C14H9Cl5）该物质主要以粒状和片状微黄或白色的固体形式存在，无特殊气味。DDT利用光化作用、生物代谢等转化成不易分解的氯苯结构。图1-1列出了DDT的几种分子结构式。

六六六（C6H6Cl6）也可称作BHC。BHC物理性质：灰白色或褐色晶体状粉末；散发霉味。在上个世纪五十年代，六六六因其特殊的除虫能力，被普遍应用于治理传染性害虫；直至二十世纪六十年代，六六六被发现对人和畜都有持久未知的毒害作用，才被全面禁止生产和使用。六氯环己烷的物理化学性质稳定且难以分解。只有在锌、铁、锡或碱性溶液环境中能分化，长时间处在潮湿或暴晒情况下会失效。图1-2列出了六六六的几种分子结构式。

图1-2六六六分子结构式

艾试剂、狄试剂作为结构极其相似的土壤杀虫剂，主要以白色晶体的形式存在。泥土中虽存在丰富的有机质，但此类化学药品几乎不会渗出到泥土中以致被沾污。艾试剂和狄试剂在农业上的应用使其在土壤中留存数年，同时会通过挥发转化到空气中，最终对人的健康造成影响。
氯丹作为杀虫剂残留时效长，能够对自然界中的水源、泥土、空气等造成污染。同时因其特殊的理化性质，对人体健康存在一定的威胁，例如：人体的重要器官，如人体的中枢系统和肝脏等器官受到威胁。表1-1列出了几种有机氯农药的物化性质。

表1-1几种有机氯农药的物化性质

有机氯农药	分子量	在水中溶解度S/（mg/L）/25℃	辛醇-水分配系数Kow	蒸汽压Pv/KPa 20℃	生物富集系数BCF
DDT	354.5	5.5×10-3	8.10×106	2.5×10-8	6.96×106
DDE	318	0.04	9.10×105	/	9.80×105
DDD	320	0.1	1.60×106	/	1.60×106
α-六六六	291	1.63	7.80×103	3.3×10-6	1.40×104
β-六六六	291	0.24	7.80×103	3.7×10-7	1.40×104
γ-六六六	291	7.8	7.80×103	2.1×10-5	1.40×104
δ-六六六	291	31.4	1.40×104	2.3×10-6	2.30×104
艾试剂	365	0.180	2.00×105	6×10-6	2.50×105
狄试剂	381	0.195	3.50×103	1.78×10-7	6.60×103
氯丹	409.8	0.056	3.00×105	1×10-5	3.60×105

由于有机氯农药是持久性有机污染物（POPs），到目前为止它们已经被禁止生产和销售，但其环境危害不容小觑。我们需要增强保护环境的意识，建立科学完善的环境检测的标准，为打造出安全健康、绿色安逸的生活环境作铺垫。
1.2 DDT的介绍
1.2.1 DDT的发展史
1874年，德国化学家奥特玛·辛德勒（Otmar Hinderler）完成了DDT的合成，但在之后的65年期间鲜为人知。
1930-1940年间害虫猖獗，大量农作物和森林被破坏。同时这些害虫带来了斑疹、痢疾、伤寒、丝虫病等多种疾病，严重的危害了人类的生存和健康。瑞士化学家保罗·赫尔曼·缪勒在1939年秋天首次发现DDT可在灭虫方面投入应用，因为DDT具有消灭害虫种类多、药效持续久、生产操作简单、价格实惠等益处而被大量使用。凭借多年的成功杀虫经验，DDT被直接运用在人类疾病的控制上。在1948至1970年期间，DDT成功地控制了黄热病和伤寒等传染病的传播，并挽救了数千万人。
在1962-2005年期间，DDT发展的第三个阶段——不被认可的同时却仍旧充斥着争议。在1962-1969年期间，人们逐渐认识到DDT的严重副作用开始谋划DDT的去留；在1970-1995年期间，世界上列国间开始争辩DDT的毒性；在1996-2000年期间，DDT的毒性得到了证实，DDT被全球禁止；在2001至2005年期间，制定并实行有关POPs的公约。
自2006年以来，DDT已进入第四阶段发展——重见光明却不可逆转地走向了消亡。国际社会关于使用DDT的辩论再次由世界卫生组织关于通过喷洒DDT防治疟疾的建议引发。直至2017年，DDT还是没有逃过被禁止生产销售的命运。
1.2.2 DDT对人体健康的危害
DDT主要是通过光化作用和生物代谢等途径在环境中完成迁移转化。转化物除了DDE和DDD有进一步的了解，其他转化产物毒理特性几乎前无所闻。
降低人体免疫力：长期食用含有DDT残留的食物，DDT可利用血液循环到达突触（神经元在功能上连接，同时是信息传递部位）和神经肌肉接头，然后对神经细胞直接造成损害，最终会导致由脑、脊髓组成的神经系统死亡，造成身体组成器官抵抗能力降低。
神经系统：DDT对人类脑组织神经系统及肝脏有毒害作用，这类农药对人及其自然界中大部分生物具有急性毒性。一旦DDT中毒，就会引起神经系统异常，上肢和下肢严重抽搐，甚至出现抽搐。
生殖系统：DDT存在类雌激素的作用，其存在影响下丘脑-垂体-性腺轴的功能，最终会导致生殖器官的病理变化以及生育困难等问题。
1.3 常见有机氯农药检测分析方法
20世纪中期，中国经济发展水平相对落后，当时有关于有机氯农药的研究检测很少，分析能力欠缺。目前我国与发达国家的检测技术和分析能力之间存在很大差距，能用来检测的方法有限，能检测出的组分相对也较少。当时我国还没有对应的质量监控，未能制定出一系列完善、系统的标准方法。二十年代后期，经济的发展带动了人们对环境安全的重视，成功借鉴了国外先进分析技术，同时引进了大量先进设备，推动了我国对有机氯农药检测分析的发展。很大程度上提高了中国有机氯农药的检测和分析水平。
有机氯农药的主要分析步骤：采样、样品保存、预处理和检测分析等。通常通过样品提纯和样品净化对样品进行预处理。常应用到的检测分析技术：gc（气相色谱）技术、gc/MS（气相色谱-质谱联用）技术、gc/ECD（气相色谱-电子捕获检测器）技术等。在定量分析和分离有机物时会经常使用到气相色谱(gc)技术，质谱法应用于有机物结构的分析并进行定性定量。
目前，实现系统化、自动化、绿色无害化和低成本化是样品前处理的发展方向；有机氯农药的检测分析技术正向着精度高，检测限范围低的方向发展。进一步提高实验结果的精密度和尽量减少个人误差，探索创建更准确、科学的有机氯农药检测分析方法。
1.3.1目前国内DDT预处理技术
有机氯农药作为持久性污染物成分很复杂，有可能存在几种甚至几十种同分异构体或同系物在一个被测样品中。未通过预处理的待测样品直接进入检测分析仪器，对检测仪器会造成严重污染。因此常需要对样品中微量甚至痕量组分进行分析，虽然目前常规使用的检测仪器具有很高的灵敏度，但用于样品检测时，仍然无法达到样品的实际需求条件。因此，在分析和测试样品之前预先分离、净化和浓缩样品中待测试样的组分以消除杂质的干扰，同时避免了仪器污染的问题。目前常采用的预处理方式主要有SPE技术（固相萃取）、液液萃取技术、MAE技术（微波辅助萃取）、ASE技术（加速溶剂萃取）、SE技术（超声波提取）、SPME技术（固相微萃取）等。
一、微波辅助萃取技术
微波辅助萃取（MAE）技术是利用微波和其他萃取技术相结合，使萃取效率得到大幅度提高，被美国环保局认定为标准样品预处理与富集的方法。微波辅助提取技术主要通过微波加热样品，因极性分子能飞快地吸收微波能量从而来加热极性溶剂，通过选择合适的微波加热参数和溶剂，最终实现样品中的目标物被萃取。
唐淼等成功分析了微波辅助萃取和气相色谱分析联用方法，建立了土壤中有机氯农药的检测方法。该试验过程主要采用微波萃取结合固相萃取法测定土壤中的几种有机氯农药，探究了萃取液、固相柱纯化和洗脱液的体积对实验的影响，以及改变微波提取时间对萃取泥土中沉积的有机氯农药的影响。该实验结果表明如下：使用丙酮(CH3COCH3)和正己烷(C6H14)混合液（体积按照1:1）作为萃取剂，萃取小柱：CARB-NH2净化，最佳提取效果需要30min的微波时间。该方法线性在10 ng/g ~ 200 ng/g范围之内；该方法检出限在0.8 ng/g ~ 2.9 ng/g范围之内；实验有较高重现的可能性和较高的精度，相应的标准偏差在0.9 % ~ 5.8 %（n=5）之间；加标回收率在89.2 % ~ 104.7 %之间，完全符合分析要求。该方法方便实用、成本较低、灵敏度好、准确度也相对较高，重现性好，适用于检测分析泥土样品中沉积的有机氯农药。
二、 液相萃取技术
液液萃取技术通过选择合适的有机溶剂，使水样中待测组分或部分杂质溶解于有机相中，最终实现提取分离。高雪、王翠芬等成功分析了液液萃取联合气相色谱技术，建立了生活用水中多种有机氯农药的检测方法。通过对生活中不同纯度的水进行试验，实验数据：桶装水中β—六六六的含量是0.0232 μg/L，DDT 的含量是0.0321 μg/L；蒸馏水中检测出的α—六六六、β—六六六、DDT的含量分别是0.0188 μg/L、0.0338 μg/L以及0.0503 μg/L；自来水中存在0.0236 μg/L的α—六六六、0.0218 μg/L的β—六六六、0.0732 μg/L的DDT。β—六六六和DDT的检出率是100%，虽检测含量低于国家要求，但几种水中都有一定程度的存在。该方法虽检测快速但需要有机溶剂的量较大。
三、 固相萃取技术
固相萃取（SPE）基于HPLC（液相色谱）的分离，通过将分析物与杂质分离，然后蒸发并浓缩样品，最终去除可能导致基质干扰的物质。利用固相萃取小柱对有机氯农药样品中存在的杂质进行吸附，样品中杂质被快速全部分离，通过加入洗脱液进行洗脱，之后水浴氮吹至浓缩，最终得到相应的分析物。将分析物定容后用注射器注射到色谱进样口中，进行测定。在固相萃取中，极性溶剂与固定相上保留时间和洗脱分数直接相关，溶剂极性能够决定强度，实验中通过利用溶剂间的混合来增强溶剂强度，使样品净化程度和回收达到最佳。图1-3展示了固相萃取过程。

图1-3 固相萃取过程
任朝兴成功分析了固相萃取结合气相色谱/质谱联用技术，创建了海水中几种有机氯农药（BHC、DDT、狄试剂）检测分析的方法。该方法使用Oasis HLB固相柱，使用二氯甲烷作为洗脱液，加入菲—d10内标法进行定量，对该材料实施质谱法表征。实验数据：六六六、DDT、狄试剂的线性范围分别在0.17 ng/L ~ 0.28 ng/L、0.50 ng/L ~ 1.0 ng/L、0.16 ng/L之间；其相关系数分别在0.9993 ~ 0.9995、0.9991 ~ 0.9996、0.9994之间，该方法干扰少、线性响应好。在采取的海水样品中加入有机氯农药混合标准物质5.00 μg，用色谱进行分析测定，最终得到它们的平均加标回收率分别在113% ~ 121%、101% ~ 122%、100%之间，相应的RSD分别在1.3% ~ 5.1%、1.9% ~ 4.1%、1.8%之间。通过对海水中有机氯农药的检测分析，验证了该方法的可行性。
固相萃取前处理技术简洁方便，耗费有机溶剂少，样品富集、纯化同步完成，同时提高了检测的灵敏度。该分析技术满足了海水中有机氯农药检测的需要。
四、加速溶剂萃取
加速溶剂萃取（ASE）是通过增大压力、升高温度来提高物质的扩散和溶解能力。并且如果需要，加入吸水剂无水硫酸钠，再根据溶剂不同产生的溶解度差异对目标物质进行提取（溶剂粘度降低有助于溶剂分子扩散至基质中，压力增大造成沸点升高，使溶剂在整个过程中都处于液体状态），最后将目标物送入气相色谱中进行分析检测。
陶鑫等成功分析了加快溶剂萃取结合气相色谱检测技术，建立了泥土中沉积的有机氯农药的分析测定方法（进一步优化实验条件，例如：萃取温度、静态萃取时间等。），探究出精度更高的分析方法和条件用于检测土壤中有机氯农药的沉积。其实验数据表明：该方法的检出限在1.03 μg/L ~ 2.64 μg/L之间，相对标准偏差（n=7）均不大于10%。土壤样品在10 μg/L和100 μg/L的加标水平下（n=7），DDT的平均加标回收率分别在91.6% ~ 120%和93.2% ~ 120%之间，艾试剂的平均加标回收率在104% ~ 115%之间。该方法有机溶剂耗费量少、基质的影响较小、再现性好，能够满足对土壤中沉积的有机氯农药分析测试的需求。
五、固相微萃取
固相微萃取（SPME）是将涂有纤维涂层（聚二甲基硅氧烷或聚丙烯酸酯类）的熔融石英光导纤维插入试样中，通过试样和纤维涂层之间的平衡达到分离的目的。SPME是一种比较新的萃取分离技术主要汇集样品采集、萃取、蒸发浓缩、进样于一身。主要通过石英纤维表面涂层的吸附能力，使目标物从基质中分离并富集，再根据不同的分离手段选择解吸方法。固相萃取操作技术分为直接固相萃取和顶空固相萃取。直接固相萃取技术就是通过在样品中插入涂层的萃取头直接萃取待测样品，适用于分析气体和液体；顶空固相萃取则是通过在样品的顶部空间放置萃取头进行萃取，不与待测样品直接接触，让气相色谱中的待测样品与涂层分配。该方法适用于任何基质样品。
许秀艳等成功分析了顶空固相微萃取结合气相色谱检测技术，建立了水中有机氯农药含量的测定方法。选用聚二甲基硅氧烷—二乙烯基苯萃取纤维头吸附，再利用气相色谱仪进行解吸并分析检测，最后达到水中有机氯农药含量测量目的。其实验数据表明：该实验过程下检出限在0.001 μg/L ~ 0.005 μg/L之间，以及平均加标回收率在70.6% ~ 132%之间（n=6），相对标准偏差在3.7% ~ 30%范围内。通过该法对水中有机氯农药进行了分析检测，验证了该法的可行性。实验表明，该技术具有萃取速度快、操作简洁、不需要有机溶剂等优点。
六、超声波萃取
超声波提取（SE）技术是通过超声波辐射引起压强空化反应、加速度提高引起的机械反应以及热反应等多级作用下，样品分子运动速度和频率增大，就会使溶剂的渗透能力增强，目标待测化合物就加速进入溶剂从而达到被提取的目的。
黎小鹏等成功建立了超声波提取结合气相色谱检测技术，对农田土壤中累积的有机氯农药进行了分析和检测。该方法选择的最佳萃取剂是乙腈，再通过加NaCl进行盐析，放置摇摆床上振摇，再利用超声提取然后放置一夜，第二天再次超声提取后通过固相小柱净化提纯。实验结果：该方法的检出限为0.012 ng /g ～ 0.059 ng /g，满足了泥土中微量元素的检测要求。试验条件相同情况下，添加浓度为0.005 μg /g 标样在六份空白泥土中测试得到的加标回收率在92.1% ~ 105.3%范围之内，且相对标准偏差都在10%以下（n=7）。该种方法操作难度小、费用低、污染小、方法准确性高、误差小，能用于泥土中累积的有机氯农药的快速检测。对这5种前处理方法进行分析比较详见表1-2。

表1-2几种代表性样品前处理技术的比较

1.3.2目前国内DDT检测技术
有机氯农药在环境中难以分离易于蓄积，用于分离提取的预处理方法有一定的局限性，所以研究制定出将待测组分分离完全、检测限低、灵敏度高的分析方法用来测定有机氯农药具有很重要的实际意义。
一、气相色谱法
气相色谱法的原理是根据待分析物的不同组分在流动相和固定相间分配系数存在的差异。被蒸发后的分析物随流动相至色谱柱，在两相中反复分配。由于固定相对不同组分的溶解力和吸附性能的不同（即分配系数的不同），运动速度就会存在相应的差异。在一段距离的流动后，样品组分分离完成。分离的样品流出色谱柱进入检测器，形成离子电流信号再经扩展，绘制出相应峰，最终色谱峰显示在屏幕上，实现对待测样品进行定性、定量分析目的。气相色谱（gc）法优点主要表现在分离速度快、检测能力强、分析耗时短，同时也存在一些缺点主要是不能直接得出定性分析结果，同时此法分析无机物以及沸点高且容易分解的有机物来说仍然存在一定的难度。
气相色谱法在分析领域占领着重要地位，常应用在分析研究一些挥发性较高的液态和固态样品以及热稳定性比较好的气体等样品。在运用气相色谱法进行检测分析时常要应用到检测器，那些被应用的检测仪器有TCD（热导池检测器）、FID（氢火焰离子化检测器）、ECD（电子捕获检测器）和FPD（火焰光度检测器）。热导检测器主要利用色谱中流动相（载气）和组分导热系数的差异，常被用于检测常量、微量组分，同时能用于检测有机物和无机物；氢火焰离子化检测器常应用于含碳化合物的检测；电子捕获检测器用于检测卤族源元素及亲电子物质，不能用于检测永久性存在的气体；火焰光度检测器适用于检测磷、硫化合物等。目前常利用氢火焰离子化检测器对有机微量化合物进行检测和分析，因其较高分析灵敏度、选择能力强等优点。图1-4气相色谱工作原理图。

图1-4气相色谱工作原理图

二、质谱法
质谱法的基本原理是试样分子在真空条件下遭到高速电子流或者在猛烈的电场作用下汲取能量，继而发生电离，分子与离子的生成拥有足够强的能量，从而使有机物依照本身特有的破碎规则再进一步分裂，使一系列结构的碎片离子形成，收集并记录下所有离子的数量和质量质荷比，从而得到相关的图像。一般在实验条件相同情况下，不同的物质都有其固有的质谱图，因此通过比较已知物质的质谱图与得到的样品的质谱图，达到给待测物质定性的目的。质谱法的优点有适应性广、较高灵敏度、较好的定性分析能力等；同时存在不适合用于复杂组分的待测样品定性、定量分析等缺点。
三、高效液相色谱法
高效液相色谱（HPLC）法是通过使用高压泵使流动相储存在仪器中进入系统，然后通过喷射器将样品淋到流动相，顺利到达色谱柱后，待测溶液中组分不同两相分配系数就会产生差异，因此试样在两相间相对运动时，多次反复分配。组分的差异导致流速上有很大的不同，因此不同的组分交替流出色谱柱，然后进入检测器并通过将样品浓度转换成电信号传输到记录仪，电信号以图形方式打印出来。高效液相色谱法的优点主要有分离能力强、选择能力高、分析检测结果灵敏度好、操作基本达到自动化、使用范围广等，缺点是设备费比较贵、维护损耗高，目前仍未得到广泛应用。
在检测和分析方面，高效液相色谱具有很强的优势，广泛应用于食品类、生化类的检测和无机化学分析。经大量检测分析实验发现，高效液相色谱在分离待测化合物时，分离物不会被造成破坏，且操作方便简单，分离效率极高。
四、气相色谱－质谱联用法
气相色谱法分离效果良好、检测能力强、分析过程简捷快速等特点，但同时存在定性效果较差的缺点，即通过把气相色谱仪同质谱仪联用，就可以达到扬长避短的目的，使定性定量能力同时变强，使用范围随着变广。气相色谱仪用作质谱分析的标准取样装置，待测样品经色谱分离后以单一的物质进入质谱仪，质谱法的优势得到充分的运用。质谱仪用作气相色谱分析的标准检测装置，色谱常用的检测器如ECD（电子捕获检测器）、TCD（热导池检测器）等都有其局限性，质谱法可以检测大多数的化合物，且灵敏度很高。所以将这两种仪器联用，能扩大检测分析范围，更加方便实用。
1.4固相萃取—气质谱联用方法的运用
气质联用技术是利用气相色谱仪结合质谱仪构成的，用于待测样品的分离和化学物质结构的分析，能够对某些组分含量进行测定。气相色谱结合质谱(gc/MS)技术，由于其高分离能力，其质谱可以准确识别化合物的结构，并能快速确定多种痕量农药残留，目前广泛应用于地表水和瓜果茶叶等食品中农药残留成分的检测。
农药用作保护农作物时，能在环境中堆积。降雨会导致残留的有机氯农药聚集在地表然后渗透至地下，对人类的生活存在着严重的威胁。王旭东等成功分析了固相萃取结合气质联用检测技术，建立了水中积蓄的有机氯农药分析方法。该方法使用C18固相萃取柱，然后使用二氯甲烷(CH2Cl2)作为洗脱液，其实验数据表明：该实验条件下的检出限在0.02 μg/L ~ 0.25 μg/L，平均回收率达到了分析要求，标准偏差在1.8% ~ 8.28%之间，该方法用于萃取水中五种有机氯农药实现了基本分离的目的。应用气质联用法对水中残留的农药进行检测，整个过程具有较高的可信性和良好的再现性、操作简便、消耗少量有毒溶剂、不存在再次污染的可能性等优点，因此被广泛的用在水中痕量物质的分析。
通过使用农药防止茶叶受害虫的侵扰，但茶叶表面残留的农药对人们的健康存在安全隐患，因此对茶叶中农药的残留量检测是非常必要的。采用有机溶剂萃取，杨梅等通过固相萃取纯化残留农药，优化gc/MS条件进行分析。成功分析了固相萃取结合气质联用检测技术，建立了茶叶中残留的26种有机氯农药测定方法。其实验数据： 加标浓度范围在0.01 mg/kg ~ 1.00 mg/kg时，农药的平均加标回收率在75.06%～108.26%范围内，其检出限在0.01 μg/mg ~ 0.0019 μg/mg范围间。实验数据显示该方法简洁、快速、精确性高。
目前，固相萃取—气质联用法日趋成熟，应用也比较广泛。它拥有质谱仪对待测样品的定性功能以及气相色谱对待测样品的定量功能，同时固相萃取前处理过程准确性高、色谱柱和检测器受污染小、易操作等优点。
1.5研究的目的和意义
在二十世纪中旬我国曾大规模生产有机氯农药，其生产量仅低于美国。DDT、六六六等有机氯农药主要被利用来防治农业害虫、铲除杂草，最终达到农田的高产。DDT、六六六这类农药是一种持久性有机污染物，其急性毒性较小，在水中难以溶解，性质极其稳定,难以被降解且易于积累在环境中。目前虽已明文禁止使用DDT、六六六等可致癌症、致畸形、致突变类型的化学农药，但地下水中仍然有一定水平的检出。有机氯农药可以在人体脂肪内积攒，然后导致人体慢性中毒，严重时可损害中枢神经系统和生殖系统,危害人类健康。因此，分析和检测地表水中的DDT和BHC尤为重要。有关有机氯农药的残留检测，目前常采用的标准前处理方法是液液萃取，但该种方法存在检出范围高、有机萃取剂消耗量大、复杂基体干扰影响大等缺点。近年来，出现了新的提取技术，其具有操作简洁、省时、有机溶剂耗费低的优点，并得到了认可和采用。本论文通过采用固相萃取结合气质联用检测技术（SPE/gc/MS）测定地表水中的DDT含量，同时对其进行定性、定量的分析讨论，进一步完善关于地表水中DDT残留量检测方法,更有助于了解地表水中的DDT动态及污染状况，这对于生态环境保护意义重大。

第2章 实验部分

2.1实验仪器及试剂
2.1.1实验仪器
Agilent Technologies 气相色谱-质谱联用仪（美国安捷伦公司，出厂编号：US11336503）
BPG—系列精密鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司）
Agilent Technologies 进样器（美国安捷伦公司，型号：gc Sampler 80）
色谱柱DB-5MS UI（30m×0.250mm×0.15μm）美国安捷伦公司
水浴氮吹仪JRA-12YW（无锡杰瑞安仪器设备有限公司）
VISIPREPTMDL12孔固相萃取装置（美国Supelco公司）
Oasis HLB固相萃取柱（6cc、200mg）
LC—C18固相萃取小柱（500mg，3mL）
SHZ—D(Ш)循环水式多用真空泵（常州亚旺仪器有限公司）
10-100μL和100-1000μL的移液器（德国Eppendorf AG）
2.1.2实验试剂及规格
本实验所用试剂纯度均为分析纯，详见实验试剂一览表2-1。

表2-1  实验试剂一览表

实验试剂	化学式	纯度	规格	生产厂家
正己烷	C6H14	≥95.0%	500mL	江苏强盛化工有限公司
DDT	C14H9Cl5	99.4%	0.1g	Dr. Ehrenstorfer GmbH
二氯甲烷	CH2Cl2	≥99.5%	500mL	江苏强盛化工有限公司
无水硫酸钠	Na2SO4	≥99.0%	500g	江苏强盛化工有限公司
无水甲醇	CH3OH	≥99.5%	500mL	江苏强盛化工有限公司
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2.2实验仪器检测条件
2.2.1固相萃取前处理
1.活化：按次序先加入6 mL的二氯甲烷或正己烷，再加入6 mL的无水甲醇，最后用10 mL的超纯水淋洗HLB或C18萃取小柱，使其达到活化的目的。（过程中避免萃取膜接触空气，不抽干固相小柱。）
2.上样：随机采取水样经过抽滤后去除悬浮物，量取200 mL的水样匀速通过已活化的HLB或C18固相小柱，上样结束后，继续抽滤5-10min至干。
3.洗脱：上样结束先用10 mL的纯水淋洗小柱，再用6 mL的二氯甲烷或正己烷洗脱剂洗涤固相小柱并收集目标化合物于小试管中，用平铺无水硫酸钠的砂芯漏斗达到脱水的目的。
4.氮吹：在45℃水浴条件下，用氮吹仪缓慢吹至近干。再用二氯甲烷或正己烷定容至lmL。
5.水样加标：取1000 mL的纯水加入10 μL浓度为100 ppm的标准溶液，配置成合适浓度的水溶液，按上述固相萃取方法及下述仪器条件对加标水样进行分析。
2.2.2自动进样条件
设置程序润洗进样针，自动进样。样品平衡时间：19.50min。
2.2.3气相色谱条件
本实验色谱柱：DB-5MS UI 毛细管气相色谱柱；流速：1 mL/min；进样口温度是280℃；载气选择为氮气（纯度≥99.999%）；进样量：1.0 μL；分流比：50:1。
升温程序：初始柱温为80℃，保持1min，以10℃/min 升温到150℃，保持1min，再以20℃/min 升至280℃，保持4min；运行时间为20min。
2.2.4质谱条件
质谱条件为传输线温度为150℃；离子源温度为230℃；选择EI源，碰撞能量在50ev；碰撞气为高纯氮气≥99.999%；溶剂延迟5min；Scan 扫描方式定性；用MRM模式检测定量，见表2-2。

表2-2  DDT的检测条件

化合物	保留时间	母离子 m·z-1	定量离子和碰撞能量 m·z-1/eV	辅助定性离子和碰撞能量 m·z-1/eV
DDT	15.318	235	165.0（25）	199.0（15）

2.3 目标物选择
在进行实验之前，首先选择本次实验的目标物。在Scan模式下对浓度为1ppm的4，4-DDT的纯物质进行测定，得到色谱图2-1和质谱图2-2如下，由此可知4，4-DDT的保留时间是15.318min。而后在Scan模式下对样品进行测定，得到色谱图2-4和质谱图2-5如下，由此图对照4,4-DDT的保留时间以及质谱图库2-3，可知样品中含有DDT，故选择DDT为目标物。

图2-1 DDT色谱图

图2-2  DDT质谱图

                                图2-3 质谱图库

图2-4 样品色谱图

图2-5 样品质谱图

2.4标准曲线的绘制
用分析天平准确称取DDT标准物质8.72 mg于10 mL的容量瓶中，用正己烷溶液震荡溶解，定容后得到浓度为87.2 mg/L的DDT标准母液；用移液器准确移取1 mL浓度为87.2 ppm的DDT标准溶液于10 mL的容量瓶中，用正己烷溶液摇匀并定容，此时得到的是浓度为8.72 mg/L的标准溶液；按上述方法再依次稀释成浓度为0.8720 mg/L、0.0872 mg/L、0.00872 mg/L一系列标准DDT使用液，用移液器分别取1-2 mL不同浓度的标准溶液分别于进样瓶中并编号，此时得到含有87.2 mg/L、8.72 mg/L、0.872 mg/L、0.0872 mg/L、0.00872 mg/L的目标物，在2.2.3条件下进样进行气质色谱分析。以DDT的浓度作为横坐标，色谱测得的峰面积作为纵坐标，绘制标准曲线见图3-1。
2.5样品的制备
随机采集河水、生活用水等地表水，通过多次过滤去除水样中悬浮物，根据2.2.1的萃取条件进行前处理，在2.2.3和2.2.4的色谱条件下进样检测，最后用外标法定量。

第3章 结果与讨论

3.1绘制标准曲线
按上述2.4的实验步骤进行实验，每个样测定3次并计算出平均值，获得实验数据如表3-1所示。

表3-1  标准曲线数据记录表

化合物	DDT浓度（mg/L）	峰面积1（A）	峰面积2（A）	峰面积3（A）	平均峰面积（A）
DDT	0.00872	3	5	7	5
	0.0872	8	7	6	7
	0.872	61	50	63	58
	8.72	613	601	595	603
	87.2	6143	6300	6187	6210

以DDT的浓度作为X轴，对应的峰面积作为Y轴，绘制标准曲线图3-1。

图3-1 标准曲线图

3.2固相萃取小柱的影响
本实验选取Oasis HLB和LC—C18两种固相萃取小柱，这两种萃取小柱都选用同种洗脱剂二氯甲烷（正己烷），再用甲醇和纯水洗涤；上样结束后用同种洗脱剂二氯甲烷（正己烷）洗脱富集目标物，色谱质谱条件参照2.2.3和2.2.4。HLB萃取小柱填料面积大于C18萃取柱，目标物DDT吸附量相对于C18更大，因此HLB对DDT的回收效果会更好。据实验3-2表中数据以及图3-2可知，HLB小柱的回收率比C18小柱的回收率更好，因此采用HLB小柱用于地表水中DDT的测定。

表3-2  HLB与C18小柱回收率的比较

化合物 DDT	二氯甲烷 第1次	第2次	第3次	正己烷 第1次	第2次	第3次
HLB萃取柱回收率（%）	75.91	72.64	70.58	67.46	64.06	67.8
C18萃取柱回收率（%）	62.32	60.56	59.91	57.85	50.62	49.87
HLB平均回收率	73.04	66.44	C18平均回收率		60.93	52.78

图3-2 HLB和C18萃取效果的比较

3.3洗脱剂和洗脱剂体积的确定
采用固相萃取时，洗脱剂的选择对固相萃取的效率有直接的影响。本实验分别采用HLB以及C18萃取小柱，在1L的纯水中加入100 mg/L的标准溶液10 μL，加标水样通过萃取小柱。分别采用正己烷和二氯甲烷作为洗脱剂，每隔1 mL收集一次洗脱液，分别绘制出流出曲线，如图3-3和3-5。（参照2.2.1方法活化洗脱，依照2.2.2和2.2.3的色谱条件。）实验表明，在2.2.3色谱条件下，二氯甲烷有较好的洗脱效果，洗脱结果如图3-3所示。由图3-4、3-6可知，洗脱剂对DDT的富集洗脱有很大影响，实验数据表明选用二氯甲烷洗脱剂更适合用于地表水中DDT的检测。

图3-3 HLB的流出曲线

图3-4 HLB萃取柱不同试剂回收率比较

图3-5 C18的流出曲线

图3-6 C18萃取柱不同试剂回收率比较

3.4方法的线性范围和检出限
在平衡温度为280℃、平衡时间为19.50min的条件下，按上述2.4标准曲线的绘制方法，以DDT的含量为X轴，对应的峰面积为Y轴绘图，计算出线性回归方程和相关系数，根据信噪比（S/N）=3计算出最低检测限。
检测限计算公式为：
式中C1——样品最小浓度
    C2——最低检测限
    SNR——最低样品浓度对应的SNR值
本实验中所测DDT的最小浓度为0.00872 mg/L，DDT对应的SNR值为47.9，计算结果如表3-7所示。由表3-7可知，含量在0.00872 ~ 87.2 mg/L范围内，相关系数r大于0.999，说明线性关系良好。检测限的大小主要受待测物质在气相色谱中峰的响应值影响，响应值取决于物质自身。DDT的最低检测限为0.6262 μg/L.

表3-7  DDT的线性方程和检出限

化合物	线性方程	相关系数r	线性范围（mg/L）	检测限（μg/L）
DDT	Y=702X+17.572	1	0.00872-87.2	0.6262

3.5样品分析
根据上述固相萃取小柱、洗脱剂以及洗脱剂体积实验比较。选用富集效果较好的HLB固相萃取小柱，对DDT洗脱能力更强的二氯甲烷作为洗脱剂，对几处地表水进行了DDT含量的测定，在实际样品检测过程中，DDT的含量较低且噪声大。由图2-4可知，部分地表水中仍有DDT的残留但含量较低。表3-8记录了随机几处水样检测出DDT的含量。

表3-8  地表水样品实验结果记录表

样品	化合物	峰面积1（A）	峰面积2（A）	峰面积3（A）	平均峰面积（A）	含量 （mg）
饮用水	DDT	0	0	0	0	0
污水	DDT	2	3	1	2	0.003773
凌波湖西侧	DDT	0	3	2	1.7	0.003340
凌波湖东侧	DDT	1	1	3	1.7	0.003340
自来水	DDT	0	0	0	0	0

第4章 结 论

本文采用固相萃取-气相色谱结合质谱法检测了随机几处地表水中的DDT含量，通过实验比较了C18和HLB两种常用萃取小柱对DDT的富集能力，并研究了正己烷和二氯甲烷两种洗脱剂的洗脱能力。得到结论如下：
1.采用固相萃取法，操作简单方便，降低了样品杂质成分对样品中DDT含量的分析所造成的影响以及对检测仪器系统的污染，此方法快捷有效，适用于地表水中检测。
2.本实验最终选用HLB固相萃取小柱，通过实验对比了固相萃取小柱的选择对含量的影响。实验证明HLB对DDT的富集能力相对于C18小柱更强，更适合用于微量DDT的检测。
3.通过研究不同洗脱溶剂和洗脱溶剂的体积对检测结果的影响：固相萃取小柱不变时，分别选用二氯甲烷、正己烷作为洗脱溶剂，实验表明二氯甲烷洗脱DDT的回收率更高；HLB萃取小柱用二氯甲烷洗脱时，DDT前5 mL基本被洗出；选用正己烷洗脱时，DDT则缓慢的流出小柱。
4.本实验通过对固相萃取过程的优化，选用HLB固相萃取小柱和二氯甲烷作为洗脱剂对随机几处地表水中DDT含量进行检测，发现DDT在水中仍有一定量的残留，提醒人们保护环境的重要性。