饮用水中的除草剂的快速检测

利用配有PDA 检测器的UHPLC检测饮用水中除草剂

本文采用UHPLC技术在约8 min内完成了9种除草剂的检测，并具有良好线性。Chromera 软件提供了多项数据采集和处理功能，是分析三维PDA色谱图信息的强有力工具。该光谱库的检索功能可以储存除草剂的标准光谱图，用于以后的样品峰的定性和确证。

水支持着所有生物细胞的生理活动，所以水对于我们整个星球的生命和生物多样性而言是必

需的。地球上主要有三种水资源：海水、地表水和地下水。其中，储存于地下蓄水层的地下

水提供了全世界90%的饮用水，并且是这个星球上最大的淡水储存器。然而，地下水非常容易受到除草剂的污染，人们为了控制不想要的植物而在农业生产中广泛使用除草剂。除草剂通过淋溶和径流而污染水，受污染的水会引起人类的健康问题，包括导致恶性肿瘤、致畸、致内分泌系统损害和DNA损伤。在卡拉卡尔帕克斯坦自治共和国(中亚咸海地区)，20世纪80年代恶性肿瘤死亡率增长了200%，新生婴儿畸形率也在增长。联合国环境保护署(UNEP)把这些情况归咎于被农药污染了的饮用水。世界各地的长期监测表明对饮用水中有害浓度的除草剂进行检测是非常重要的。在美国，清洁饮水法(CWA)规定了控制向地表水排污。而且，美国环境保护署(EPA)已经建立了针对所有饮用水污染的限量标准。遵循法规对水进行常规检测以确保其安全性，这是地方政府，同样也是食品工业所关注的。

本文提供了一个灵敏而有效的液相色谱方法来检测被广泛应用的9种除草剂(如图1所示)。本方法采用一根3µm UHPLC柱来实现在低流速下的高效检测，并缩短分析时间和减少溶剂消耗。本文还将UHPLC柱与传统的C18 HPLC柱的分析效果进行了比较。本方法的实验条件和技术性能指标，包括精密度和线性见下文。

图1. 9种除草剂的名称和结构。

实验方案

将标准品溶于纯水中，配置成含20-28µg/ml各除草剂的标准溶液。将标准溶液平行进样6次以考察方法的重复性。本方法确定的线性范围是125-28000ng/mL。在纯水中加入除草剂标准溶液，得到添加水平为0.5-0.7 µg/mL的样品。本实验采用配备Flexar FX PDA光电二极管阵列检测器PerkinElmer Flexar FX- 15系列UHPLC系统。色谱分离利用Restek® Pinnacle® DB C18，3 µm, 100 x 2.1 mm柱。运行大约8分钟，压力8500 psi (586 bar)。

仪器条件

UHPLC 系统和色谱条件：自动进样器;Flexar FX UHPLC;设置：50 µL定量环和15 µL进样针，部分充满定量环式进样;进样量: 5 µL;Flexar FX PDA UHPLC 检测器;分析波长：225 nm;泵：Flexar FX-15;色谱柱：Xterra^® MS C18, 3.5 µm, 100 x 4.6 mm;Restek^® Pinnacle^® DB C₁₈, 3 µm, 100 x2.1 mm (Cat#9414312);流动相B：乙腈，流动相A：水;(色谱纯试剂);

软件：Chromera^® Version 3.0。

结果与讨论

本方法最初是用传统的C18液相色谱柱而开发的，柱温30 °C时最佳流量为1.0 mL/min。所有除草剂的色谱峰都会在16min内检测到(如图2所示)。现在采用了专门为UHPLC而设计的色谱柱，该色谱柱能够耐受高达15000 Psi的压力和最高达80℃ 的柱温。从而使得本方法的选择性、分析能力和分辨率得到了显著提高，并将分析时间降低了一半，从16min降低到约8min(如图3和4所示)。

除了缩短了一半的运行时间和溶剂使用量之外，对被测物质色谱峰的分辨率也得到了提高。以50 °C的柱温下，最佳流速为1.0 mL/min，可以得到更好的分离效果。每进样一次的分析全程需要8min，溶剂总用量为8ml，与使用传统的HPLC柱分析时每次运行需要16min和16ml溶剂相比，本方法效果显著。该方法不仅节约了昂贵的色谱纯的溶剂，而且大大减少了实验废液，所以这一改进非常重要。它是分析成本更低并且更加“绿色”的实验技术。总体而言，该方法的各种指标都非常优异。本方法标准曲线的线性r2平均值为1;精密度相对标准偏差为0.6-1.4%，平均值为1.1%;样品的平均加标回收率为97-109%，平均值为102%。各指标如表2所示。

表2.精密度、线性和回收率

通过分析标准溶液得到190nm至700nm范围内的每一种除草剂的光谱图，确定最大吸收波长，从而选择适合本分析方法的检测波长。利用标准溶液在Chromera色谱数据系统中创建九种除草剂的光谱数据库，并用来鉴定确证加标水样中的各个色谱峰。带有命名的标准添加水样的UHPLC色谱图和2种除草剂的光谱图如图5和6所示。准确确证已知或未知样品的色谱图中的待测化合物是保证分析质量的重要部分，并且能增加方法的可信度。如图7所示证实了标准添加水样中目标除草剂的存在。在该图中，通过比较红色的样品吸收光谱和标样吸收光谱的匹配度来进行色谱峰的确证。

图2.传统HPLC分析的九种除草剂标准样品溶液的色谱图。

图3.UHPLC柱分析的九种除草剂标准样品的色谱图(标注为最大吸收波长)。

图4.UHPLC 柱分析的除九种除草剂标准样品色谱图。

图5.UHPLC分析的添加除草剂标准品的水样色谱图。

图6.分析标准溶液中的两种除草剂所得到的光谱图。

图7.标准添加水样的色谱图及使用 Chromera PDA光谱库进行光谱图确证。

小结

与传统HPLC分析相比，应用UHPLC技术分析9种除草剂可以节约大概50%的运行时间以及一半的溶剂用量。PerkinElmer Flexar FX-15系列UHPLC系统和Restek^® Pinnacle^® DB C₁₈,3µm, 100 x2.1mm色谱柱在约8 min内完成了所有9种除草剂的检测，并具有良好线性。PerkinElmer FX PDA检测器在紫外和可见光范围(190nm到 700nm)内能提供稳定耐用的， 高 精 度 的 检 测 。 PerkinElmer 的Chromera 软件提供了多项数据采集和处理功能: 创建光谱库, 峰纯度检测, 3D光谱图和选择波长光谱图, 是分析三维PDA色谱图信息的强有力工具。该光谱库的检索功能可以储存除草剂的标准光谱图，用于以后的样品峰的定性和确证。