一种测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法

1.本发明涉及农药残留检测技术领域，尤其涉及一种测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法。


背景技术：

2.农药是一类能有效控制或杀死水系统中微生物的化学制剂，主要用来防御控制各种农作物种植过程中由各种病原体产生的病害。在现代农业生产中，杀菌剂的使用范围逐年增大，品种较多，施用于农田后，随着雨水或者灌溉水的淋溶作用，杀菌剂残留会进入水体，污染水体环境。快速准确检测出水体中杀菌剂残留浓度对于评价该种农药在环境中潜在风险具有重要意义。
3.以往污染物的风险评估大都基于污染物的总浓度来评判，忽视了总浓度与生物可吸收的浓度之间的相关性，导致错误的地估计了污染物在环境中的风险，而污染物的自由态浓度则能够更为客观有效地表征其有效性。现有的研究大多针对杀菌剂在水体中的总浓度进行分析，缺少对于杀菌剂自由态浓度的精准监测的手段。基于此需开发一种快速、准确、灵敏的测定杀菌剂农药自由态浓度的方法。


技术实现要素：

4.基于目前缺少精准检测环境中杀菌剂自由态浓度的相关技术，本发明提出了一种测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法，该方法基于硅橡胶薄膜的固相微萃取法，以测定水中三唑酮等典型杀菌剂自由态浓度，本发明采样快速、分析灵敏、环境适用性强，可以实现环境水体中典型杀菌剂的实时监测。
5.本发明提出的一种测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法，采用硅橡胶薄膜为被动采样相，乙酸乙酯为洗脱相，结合气相色谱法检测，运用模型公式计算典型杀菌剂自由态浓度。
6.优选地，采用硅橡胶薄膜对水中杀菌剂进行吸附，于不同时间点采集硅橡胶薄膜样品和水样。
7.优选地，所述水中杀菌剂为三唑酮、啶氧菌酯、醚菌酯、烯唑醇和嘧菌酯中的至少一种。
8.优选地，利用乙酸乙酯溶剂对各时间点下采集的硅橡胶薄膜和水样进行萃取，辅以超声或涡旋解吸附方式，分别回收硅橡胶薄膜和水样品提取液。
9.优选地，采用气相色谱法，分别测定薄膜和水样提取液中的三唑酮、啶氧菌酯、醚菌酯、烯唑醇和嘧菌酯浓度。
10.优选地，所述气相色谱检测条件为：色谱柱为hp-5毛细管柱(30m
×
320μm
×
0.25μm)；所述程序升温为40℃开始，先保持1min；接着以40℃/min速率一直升温直至230℃，并保持1min；然后再以15℃/min升至280℃保持7min。
11.优选地，基于吸附过程中各时间点下薄膜和水样中杀菌剂浓度，根据公式(1)绘制
吸附动力学模型，计算各杀菌剂在硅橡胶薄膜和水中的平衡分配系数；
12.所述公式(1)为
13.其中，c
film
—不同时间点下薄膜上杀菌剂浓度，μg/ml；
14.c
water
—不同时间点下水中杀菌剂浓度，ml；
15.kf—杀菌剂在薄膜和水体系中的平衡分配系数；
16.t—吸附时间，h。
17.优选地，测定实际水样中杀菌剂自由态浓度时，利用硅橡胶薄膜对水中杀菌剂进行吸附；吸附平衡时检测薄膜上杀菌剂浓度，根据公式(2)计算实际水样中各目标物的自由态浓度(c
free
)；
18.所述公式(2)为
19.优选地，具体检测步骤为：取杀菌剂标准物质，以丙酮为溶剂配成标准溶液，逐级稀释后，进样并绘制标准曲线获得线性回归方程；将硅橡胶薄膜置于杀菌剂水溶液中，分别于不同时间取样，测定硅橡胶薄膜上的杀菌剂含量，绘制杀菌剂在薄膜上的吸附动力学曲线；取待测水样和硅橡胶薄膜吸附样品进样，计算通过线性回归方程计算水样、硅橡胶薄膜样品中杀菌剂的含量；最后，计算出水中杀菌剂自由态浓度。
20.为了证明验证杀菌剂分析方法的可靠性，进行了硅橡胶薄膜和水中杀菌剂的添加回收实验。5种杀菌剂在薄膜和水中的添加浓度为0.1mg/l时，薄膜上平均回收率为88.4～101.9％，水样中平均回收率为87.3～105.8％，相对标准偏差在1.5～6.6％之间。目标农药的检出限为0.1～1μg/l，满足残留检测要求。
21.有益效果：
22.本发明提出了一种测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法，通过硅橡胶薄膜材料对水中杀菌剂进行平衡吸附，采用乙酸乙酯溶剂对硅橡胶薄膜上吸附的目标物进行解吸附，结合气相色谱分析，再根据动态吸附平衡分配模型计算出水中杀菌剂自由态浓度。本发明利用硅橡胶薄膜材料的吸附动力学结合气相色谱法，建立了实时、简便、灵敏的水体中5种典型杀菌剂自由态浓度的原位精准检测技术，弥补了水体中农药生物有效性分析方法的空缺，为客观评估环境水体中农药的暴露风险提供了技术支撑。
附图说明
23.图1为三唑酮工作溶液的标准曲线。
24.图2为啶氧菌酯工作溶液的标准曲线。
25.图3为醚菌酯工作溶液的标准曲线。
26.图4为烯唑醇工作溶液的标准曲线。
27.图5为嘧菌酯工作溶液的标准曲线。
28.图6为5种杀菌剂标准工作溶液(1mg/l)的典型色谱图，其中，各峰保留时间分别为:(1)三唑酮(7.3min)、(2)啶氧菌酯(8.0min)、(3)醚菌酯(8.3min)、(4)烯唑醇(8.7min)、(5)嘧菌酯(14.6min)。
29.图7为实施例1添加回收试验中薄膜提取液的典型色谱图。
30.图8为实施例1添加回收试验中水样提取液的典型色谱图。
31.图9为实施例2中5种农药在硅橡胶薄膜上48h内吸附动力学曲线图(水-sr膜)。
具体实施方式
32.下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
33.主要仪器设备：
34.kq-5200超声波机：江苏舒美超声仪器有限公司提供；
35.移液器：百尔地化工科技有限公司提供；
36.vxmtal多管涡旋混匀仪：美国奥豪斯公司提供；
37.气相色谱仪：美国安捷伦7890b，配以电子捕获检测器(ecd)。
38.主要试材和试剂：
39.三唑酮(纯度98.7％)；啶氧菌酯(纯度99.5％)；醚菌酯(纯度99.2％)；烯唑醇(纯度99.5％)；嘧菌酯(纯度97.3％)；丙酮(分析纯)；乙酸乙酯(分析纯)；正己烷(分析纯)；乙腈(分析纯)；超纯水。
40.实施例1：一种硅橡胶薄膜和水中5种典型杀菌剂的提取分析方法
41.杀菌剂标准溶液配置：称取化合物标准品各0.05g，用丙酮溶解三唑酮、嘧菌酯、醚菌酯、烯唑醇、啶氧菌酯定容至10ml，得到浓度为5000mg/l的各种化合物标准溶液。各吸取0.2ml用丙酮定容至10ml配置成100mg/l的五种杀菌剂混合标准溶液。超声处理使五种药混合均匀，将各标准溶液放置4℃遮光保存。
42.水样提取分析：取5ml水溶液于10ml离心管中，加入5ml乙酸乙酯涡旋提取10min。随后在4000r/min的低速离心机中离心5min，将上层溶液用一次性吸管转移至10ml玻璃离心管中。提取过程重复三次，收集全部上清液氮吹近干，加入1ml正己烷定容，待gc分析。
43.硅橡胶薄膜提取分析：将采集好的薄膜(0.5cm
×
2cm)置于10ml离心管中，加入5ml乙酸乙酯超声提取15min，之后转移至10ml玻璃离心管中，重复相同操作三次。氮吹近干，加入1ml正己烷定容，待气相色谱分析。
44.薄膜和水样提取液采用安捷伦7890b气相色谱仪进行检测，色谱柱为hp-5毛细管柱(30mx320μmx0.25μm)，配备电子捕获检测器；进样口温度为230℃；检测器温度为300℃；程序升温条件为40℃开始，先保持1min；接着以40℃/min速率一直升温直至230℃，并保持1min；然后再以15℃/min升至280℃保持7min；进样量为1μl；载气为氮气，不分流进样。
45.标准曲线绘制：移取100mg/l五种杀菌剂的混合标准溶液1ml置于10ml容量瓶中，丙酮定容至刻度线中，得到的混合标液涡旋混合均匀，逐步稀释成2mg/l、1mg/l、0.5mg/l、0.2mg/l、0.1mg/l、0.05mg/l的混合标准溶液。
46.仪器检测：按照上述气相色谱条件，分别检测各标准工作溶液、薄膜提取液和水样提取液，采集测定数据。以标准工作溶液中测得的目标物峰面积为纵坐标、检测浓度为横坐标，绘制标准曲线获得线性回归方程，通过外标法计算待测薄膜和水样提取液中各杀菌剂浓度。图1-5分别为三唑酮、啶氧菌酯、醚菌酯、烯唑醇和嘧菌酯的标准曲线，及线性回归方程和相关系数。根据薄膜提取液和水样提取液中各杀菌剂浓度，及薄膜和水样体积之间质量关系，采用公式(3)计算薄膜及水样中杀菌剂浓度(cs)。计算公式如下：
[0047][0048]
式中：
[0049]cder
—提取液中杀菌剂浓度，μg/ml；
[0050]vex
—提取液体积，ml；
[0051]vs
—薄膜或水样体积，ml。
[0052]
回收率验证：通过添加已知浓度的样品，按照实施例1的方法和检测条件检测样品中目标物的浓度，计算回收率。操作过程如下：分别向空白纯水(5ml)和空白硅橡胶薄膜(0.5cm
×
2cm)中添加5种杀菌剂的标准溶液，使得样品中浓度为0.1mg/l，设置3个重复。采用上述步骤对薄膜和水添加样品进行分析，用气相色谱进行检测。通过外标法及公式(3)计算添加样品中杀菌剂浓度，根据其在空白薄膜及水样添加浓度中所占比例，计算回收率。经过测定，薄膜中5种农药的平均回收率为88.4～111.9％，水样品中5种农药的平均回收率为87.3％～105.8％，相对标准偏差在1.5～6.6％之间，目标农药的检出限为0.1～1μg/l。五种杀菌剂标准工作溶液、硅橡胶薄膜和水样添加样品检测典型色谱图如图6-8所示
[0053]
实施例2：一种硅橡胶薄膜对水中5种典型杀菌剂的吸附动力学方法
[0054]
硅橡胶薄膜的吸附动力学过程：于1l锥形瓶中加入500ml纯水，添加适量5种杀菌剂混合标准溶液配制成浓度为0.1mg/l的杀菌剂水溶液。放入1片硅橡胶薄膜(0.5cm
×
2cm)作为被动采样材料，用封口膜封住瓶口，将锥形瓶置于120r/min的摇床进行震荡吸附。分别于1h、2h、3h、5h、8h、12h、24h、48h采集硅橡胶薄膜和水样进行取样，每个时间点设置3组重复。取出的硅橡胶薄膜用滤纸将膜的表面擦干，置于10ml玻璃瓶中，放于-20℃冰箱中保存，水样则置于干燥遮光处保存，待提取检测。
[0055]
水样提取分析：取5ml水溶液于10ml离心管中，加入5ml乙酸乙酯涡旋提取10min。随后在4000r/min的低速离心机中离心5min，将上层溶液用一次性吸管转移至10ml玻璃离心管中。提取过程重复三次，收集全部上清液氮吹近干，加入1ml正己烷定容，待gc分析。
[0056]
硅橡胶薄膜提取分析：将采集好的薄膜(0.5
×
2cm)置于10ml离心管中，加入5ml乙酸乙酯超声提取15min，之后转移至10ml玻璃离心管中，重复相同操作三次。氮吹近干，加入1ml正己烷定容，待气相色谱分析。
[0057]
仪器检测：按实施例1中气相色谱条件，分别检测各标准工作溶液、薄膜提取液和水样提取液，采集数据。分析采集数据，根据实施例1中步骤绘制标准曲线获得线性回归方程，再通过外标法按线性回归方程计算薄膜提取液和水样提取液中杀菌剂浓度。采用公式(3)计算各吸附动态时间点采集的薄膜及水样中杀菌剂浓度。
[0058]
吸附动力学数据处理：通过拟合吸附过程中杀菌剂在硅橡胶薄膜和水中浓度比值(c
film
/c
water
)及对应时间点之间的一级动力学模型(见公式1)，可得出各杀菌剂在硅橡胶薄膜和水中的平衡分配系数(kf)：
[0059][0060]
其中k
abs
为吸附速率常数(h-1
)。
[0061]
各杀菌剂在硅橡胶薄膜-水体系中的时间-浓度关系如图9所示。硅橡胶薄膜对5种
杀菌剂的吸附过程均符合准一级动力学方程，在12h时，5种杀菌剂在薄膜上基本达到了吸附平衡状态，吸附曲线保持平稳。由拟合方程可知，5种杀菌剂在硅橡胶薄膜-水中的分配系数(kf)为759.9～3517.8，吸附速率常数为0.25～1.16h-1
，拟合方程的相关系数为0.9040～0.9806，相关参数见表1。结果表明，硅橡胶薄膜对5种杀菌剂均具有较快的吸附速率，以及较高的富集性能，目标农药可以在较短时间达到吸附平衡。
[0062]
表1 5种杀菌剂在sr膜上的吸附动力学参数
[0063][0064]
实施例3：一种基于硅橡胶薄膜-被动采样测定实际水样中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法
[0065]
环境水样模拟：采集50l环境水样放于100l的玻璃鱼缸中，添加适量的5种杀菌剂标准溶液，使水中目标物浓度均为1μg/l。于鱼缸中装备循环水泵，使鱼缸内水体以一定流速循环流动。将裁剪为10
×
1cm大小的硅橡胶薄膜用钢丝悬挂在鱼缸顶部中，使薄膜浸没与水体中，在水泵的作用下随水流缓慢流动。分别于12h、1d、2d时采集薄膜，按照实施例1和2的提取分析方法和检测条件，通过公式(3)计算硅橡胶膜上的杀菌剂浓度。
[0066]
数据处理分析：将3个采集时间点上测得的杀菌剂浓度，和实例2中测定的杀菌剂在硅橡胶薄膜-水中的平衡分配系数代入公式(2)，计算出实际水样中各目标物的自由态浓度(c
free
)：
[0067][0068]
如表2所示，不同取样时间点下计算出5种杀菌剂的自由态浓度为0.84～1.19μg/l，与接近添加浓度1μg/l较为接近，且每个时间点的自由态浓度结果也无明显差异，测定准确度为84～119％。结果表明，建立的硅橡胶薄膜-被动采样法能够准确环境水体中5种典型杀菌剂的自由态浓度。
[0069]
表2硅橡胶薄膜被动采样法测得室内模拟环境水体中5种杀菌剂的自由态浓度(μg/l)
[0070][0071]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法，其特征在于，采用硅橡胶薄膜为被动采样相，乙酸乙酯为洗脱相，结合气相色谱法检测，运用模型公式计算典型杀菌剂自由态浓度。2.根据权利要求1所述测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法，其特征在于，采用硅橡胶薄膜对水中杀菌剂进行吸附，于不同时间点采集硅橡胶薄膜样品和水样。3.根据权利要求1或2所述测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法，其特征在于，所述水中杀菌剂为三唑酮、啶氧菌酯、醚菌酯、烯唑醇和嘧菌酯中的至少一种。4.根据权利要求1所述测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法，其特征在于，利用乙酸乙酯溶剂对各时间点下采集的硅橡胶薄膜和水样进行萃取，辅以超声或涡旋解吸附方式，分别回收硅橡胶薄膜和水样品提取液。5.根据权利要求1所述测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法，其特征在于，采用气相色谱法，分别测定薄膜和水样提取液中的三唑酮、啶氧菌酯、醚菌酯、烯唑醇和嘧菌酯浓度。6.根据权利要求5所述测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法，其特征在于，所述气相色谱检测条件为：色谱柱为hp-5毛细管柱(30m
×
320μm
×
0.25μm)；所述程序升温为40℃开始，先保持1min；接着以40℃/min速率一直升温直至230℃，并保持1min；然后再以15℃/min升至280℃保持7min。7.根据权利要求1所述测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法，其特征在于，基于吸附过程中各时间点下薄膜和水样中杀菌剂浓度，根据公式(1)绘制吸附动力学模型，计算各杀菌剂在硅橡胶薄膜和水中的平衡分配系数；所述公式(1)为其中，c
film
—不同时间点下薄膜上杀菌剂浓度，μg/ml；c
water
—不同时间点下水中杀菌剂浓度，ml；k
f
—杀菌剂在薄膜和水体系中的平衡分配系数；t—吸附时间，h。8.根据权利要求1所述测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法，其特征在于，测定实际水样中杀菌剂自由态浓度时，利用硅橡胶薄膜对水中杀菌剂进行吸附；吸附平衡时检测薄膜上杀菌剂浓度，根据公式(2)计算实际水样中各目标物的自由态浓度(c
free
)；所述公式(2)为9.根据权利要求1-8任一项所述测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法，其特征在于，具体检测步骤为：取杀菌剂标准物质，以丙酮为溶剂配成标准溶液，逐级稀释后，进样并绘制标准曲线获得线性回归方程；将硅橡胶薄膜置于杀菌剂水溶液中，分别于不同时间取样，测定硅橡胶薄膜上的杀菌剂含量，绘制杀菌剂在薄膜上的吸附动力学曲线；取待测水样和硅橡胶薄膜吸附样品进样，计算通过线性回归方程计算水样、硅橡胶薄膜样品中杀菌剂的含量；最后，计算出水中杀菌剂自由态浓度。

技术总结
本发明公开了一种测定水中5种典型杀菌剂自由态浓度的方法，采用硅橡胶薄膜为萃取相，基于平衡分配原理，采用乙酸乙酯提取薄膜和水溶液中待测物，同时结合气相色谱检测，通过建立被动采样模型测定环境水中5种常见杀菌剂的检测方法。根据一级动力学模型得出5种杀菌剂在硅橡胶薄膜上的平衡分配常数为759.9～3517.8，水中杀菌剂自由态浓度的测定准确性为84～119％。本发明操作简便，测定结果稳定可靠，克服了传统方法成本高、基质效应干扰大等难点，能够实现环境水体中典型杀菌剂自由态浓度的实时精准检测。度的实时精准检测。度的实时精准检测。


技术研发人员：薛佳莹 李文辉 顾莹 刘子坤 吴祥为 花日茂
受保护的技术使用者：安徽农业大学
技术研发日：2023.02.14
技术公布日：2023/7/11