CN109557220A - 一种土壤中8种有机氯农药残留量检测样品的前处理方法及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤中8种有机氯农药残留量检测样品的前处理方法及检测方法。所述方法包括以下过程:S1.土壤样品采用加速溶剂萃取法萃取得到萃取液;S2.将萃取液浓缩后进行溶剂替换,得到浓缩液;S3.将浓缩液用浓硫酸进行磺化处理,得到无色透明的有机相并浓缩;S4.将浓缩上清液转移至SPE小柱中进行洗脱,洗脱液浓缩后即为待测样。本发明所述方法一方面提高了样品中待检测成分的提取率、减少了待检测样品在提取和纯化过程中的损失;另一方面减少了待检测样品中高沸点杂质的含量,降低了色谱系统进样口被污染的风险,从源头上解决了色谱系统进样口易被污染的问题,既提高了样品分析时的准确性,又可以节省色谱系统进维护清洁的人力、物力、时间成本。
Description
技术领域
本发明涉及农药残留检测技术领域,更具体地,涉及一种土壤中8种有机氯农药残留量检测样品的前处理方法及其检测方法。
背景技术
有机氯农药(Organochlorine Pesticides,OCPs)是用于防治植物病、虫害的组成成分中含有有机氯元素的有机化合物。20世纪初,有机氯类农药由于其价格低廉而且具有突出的杀虫效果而在全球得到广泛的应用。但是它的高生物累积性,致癌、致畸、致突变作用,也对人类健康构成了直接或潜在的危害。再加上有机氯农药具有相当稳定的物理和化学稳定性,沸点高、蒸汽压低,在水中的溶解度低,在环境中残留时间长,短时期内不易分解,在土壤中降解一半所需时间为几年甚至二十几年。因此多数有机氯农药属于持久性有机污染物,具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性。其中在我国曾经应用最广、最为典型的产品为六六六和滴滴涕。
有机氯农药可通过气象活动、水循环、“全球蒸馏”及食物链传递等多种方式,进入全球范围的各种环境介质(水、气、土)中,同时富集到动植物组织器官和人体中,残留污染问题十分严峻。有机氯农药残留的危害已经引起了各国政府、学术界、工业界和公众的广泛关注,已被列入《斯德哥尔摩公约》中首批受控的持久性有机污染物,其分析监测也越来越受到重视。
土壤作为农业生态系统中物质与能量交换的载体,是人类赖以生存的物质基础。在农田施用农药有80%~90%直接或间接进入土壤。考虑到其在环境中的危害性,六六六、滴滴涕等一直是我国GB 15618-1995《土壤环境质量标准》中的重要检测因子。检测并监控土壤中六六六和滴滴涕的含量,对于农产品的质量安全生产有着积极的现实意义。
目前,样品中六六六和滴滴涕的含量检测的前处理提取技术如溶剂超声法、索氏提取法等;其中索氏提取法操作繁琐、萃取时间长、且需使用大量有机溶剂,环境友好度低,不适合大批量土壤样品的处理;超声提取法对含高脂肪类的样品萃取效果差,挥发性较强的成分易造成损失。现有的前处理净化技术如层析柱净化法操作繁琐,费时费力,填料消耗量大;而凝胶渗透色谱法虽然净化效果好,但成本昂贵,步骤复杂,无法应对大批量样品处理。
而采用现有技术中样品前处理方法得到的壤提取待测液由于存在基质效应,容易导致色谱系统进样口被高温区物质污染,最终导致待测样中的DDT在进样系统内分解为DDE和DDD,严重影响测试结果的准确度,而现有的解决技术就是清洗和维护进样系统,但是这种方法治标不治本,而且严重增加了检测成本、降低了检测效率,不适用于大批量样品的检测。
因此,提供一种降低色谱系统进样口污染率的土壤样品前处理方法,对于提高有机氯农药残留的检测效率和检测结果的准确性、以及降低检测成本具有极大的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土壤中8种有机氯农药残留量检测样品的前处理方法。本发明所述土壤样品的前处理方法是结合使用了加速溶剂萃取法(ASE萃取法)、溶剂替换、硫酸磺化和SPE小柱净化几种前处理方法,一方面提高了样品中待检测成分的提取率、减少了待检测样品在提取和纯化过程中的损失;另一方面减少了待检测样品中高沸点杂质的种类和含量,如脂肪类物质的含量,降低了色谱系统进样口被待测样品中高沸点杂质的污染,从而从源头上解决了色谱系统进样口易被污染的问题,降低了大批量样品检测的时间成本和经济成本,提高了检测的效果和检测结果的准确性。
本发明的另一目的在于提供一种土壤中8种有机氯农药残留量的检测方法。
本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的:
一种土壤中8种有机氯农药残留量检测样品的前处理方法,包括以下过程:
S1.取研磨过筛后的土壤样品与硅藻土混匀,然后采用加速溶剂萃取法(ASE萃取法)进行萃取,以丙酮-正己烷混合溶剂为萃取剂进行萃取,得到萃取液;
具体过程为土壤样品与硅藻土混匀后填入ASE萃取池,然后使用硅藻土将萃取池填满,使用加速溶剂萃取仪,以丙酮-正己烷混合溶剂为萃取剂进行萃取,得到萃取液;
S2.将步骤S1得到的萃取液浓缩,然后加入正己烷溶解后继续浓缩,如此重复进行至少3次,完成溶剂替换,得到浓缩液;
S3.向步骤S2得到的浓缩液中逐滴加入98%浓硫酸,混均后静置分层,直至上层有机相变为无色透明,然后移出上层有机相并清洗除去硫酸,得到上清液并浓缩;
采用98%浓硫酸进行磺化时,根据实际样品情况调节加入量,直至有机相无色透明为止;
S4.将步骤S3得到的浓缩上清液转移至活化的SPE小柱中,并用二氯甲烷-正己烷混合溶液进行洗脱,收集全部洗脱液,浓缩后即为待测样。
本发明所述方法中,步骤S1中,通过采用加速溶剂萃取法(ASE萃取法)提高了萃取的效率;而且步骤S2中采用溶剂替换的方法代替了水洗的方法,不仅降低了样品中水分含量,排除了由于检测样品中水分含量的存在导致检测结果不准确的问题,而且还减少了水洗的过程中待检测物质含量的损失;在净化过程中,采用硫酸磺化与SPE小柱净化两种方式的结合,减少了样品中高沸点杂质的种类和含量,净化效果好,降低了色谱系统进样口被待测样品中高沸点杂质的污染,从而从源头上解决了色谱系统进样口易被污染的问题,减少了待测样品中的DDT在进样口降解率,既提高了样品分析时的准确性,又可以节省色谱系统进维护清洁的人力、物力、时间成本。
优选地,步骤S1中,萃取条件为:载气压力为1.0Mpa,加热温度为100℃,萃取池压力为1500~1700psi,预加热平衡为5min,静态萃取时间为5min,溶剂淋洗体积为60%池体积,氮气吹扫时间为90s,萃取剂为体积比为1:1的丙酮和正己烷。
优选地,步骤S2和S4中,浓缩方式为旋转蒸发浓缩、氮吹浓缩、KD-浓缩或平行蒸发浓缩;浓缩温度≤35℃,真空度260Pa。
优选地,步骤S2中,浓缩后少量多次加入正己烷,置换出萃取液中的丙酮。
优选地,步骤S2中,在溶剂替换过程中,萃取液浓缩至体积为1~5mL后,加入正己烷溶解,然后再次浓缩。
优选地,步骤S3中,清洗浓硫酸采用的溶剂为正己烷,清洗的具体过程为:向上层有机相中加入正己烷,混匀后静置分层,移出上清液,重复清洗至少3次,然后合并所有有机相。
优选地,步骤S4中,使用硅酸镁SPE小柱进行净化,先在填料表层铺设1cm无水硫酸钠,然后用二氯甲烷淋洗净化,再用正己烷活化SPE小柱。
优选地,步骤S4中,所述硅酸镁SPE小柱填料标铺设的硫酸钠厚度为1cm。
优选地,步骤S4中,洗脱液为10mL二氯甲烷-正己烷(1:1)混合溶液;洗脱液使用氮吹法进行浓缩,过程控制温度低于35℃。
优选地,所述8种有机氯农药为α-BHC、β-BHC、γ-BHC、δ-BHC、P,P-DDE、P,P-DDD、O,P-DDT和P,P-DDT。
本发明同时还保护一种土壤中8种有机氯农药残留量的检测方法,包括上述样品前处理方法,然后待测样采用GC/MS进行检测;
其中GC条件为:色谱柱为DB-5MS;进样口温度为230℃,不分流;进样量为1.0μL,柱流量为1.0mL/min;色谱柱升温程序为:130℃保持0min;以25℃/min速率升至180℃,保持0min;以5℃/min速率升至205℃,保持0min;再以30℃/min速率升至250℃,保持0min;再以5℃/min速率升至260℃,保持2min;后以40℃/min速率升温至280℃保持1min;
其中MS条件为:离子源温度为230℃;接口温度为280℃;四级杆温度为150℃;扫描模式为离子模式。
优选地,升温程序:130℃保持0min;以25℃/min速率升至180℃,保持0min;以5℃/min速率升至205℃,保持0min;再以30℃/min速率升至250℃,保持0min;再以5℃/min速率升至260℃,保持2min;后以40℃/min速率升温至280℃保持1min。优化后样品分析时间缩短为13.5min
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明所述方法结合使用了加速溶剂萃取法(ASE萃取法)、溶剂替换、硫酸磺化和SPE小柱净化几种前处理方法,一方面提高了样品中待检测成分的提取率、减少了待检测样品在提取和纯化过程中的损失;另一方面减少了待检测样品中高沸点杂质的种类和含量,如脂肪类物质的含量,净化效果好,降低了色谱系统进样口被待测样品中高沸点杂质的污染,从而从源头上解决了色谱系统进样口易被污染的问题,减少了待测样品中的DDT在进样口降解率,既提高了样品分析时的准确性,又可以节省色谱系统进维护清洁的人力、物力、时间成本。结合升温程序的优化,将进样间隔缩短至少1/2。
附图说明
图1为色谱测试条件优化前8种标准物质的TIC图。
图2为色谱测试条件优化后8种标准物质的TIC图。
图3为8种标准物质的标准曲线图。
图4为对比例1的实际样品TIC图。
图5为实施例1的实际样品TIC图。
图6为对比例2检测方法进样前曲线中间点的TIC图。
图7为对比例2检测方法进样5次后曲线中间点的TIC图。
图8为实施例1检测方法进样前曲线中间点的TIC图。
图9为实施例1检测方法进样50次曲线中间点的TIC图。
图10为实施例1检测方法进样100次曲线中间点的TIC图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出进一步地详细阐述,所述实施例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明,均为常规方法;所使用的材料、试剂等,如无特殊说明,为可从商业途径得到的试剂和材料。
以下实施例应用的仪器与试剂:
7890B-5977B气相色谱质谱联用仪(美国Agilent公司);
ASE-350加速溶剂萃取仪(美国Themo公司);
SPE固相萃取仪(Supelco);
旋转蒸发仪(BUCHI公司);
DC-24型氮吹仪(上海安谱);
色谱柱DB-5MS,30m×0.25μm×0.32mm(美国Agilent公司);
丙酮、正己烷、二氯甲烷(色谱纯,CNW);
硫酸、无水硫酸钠(优级纯,国药);
分散剂:粒状硅藻土,百灵威,Thermo;
固相萃取小柱:硅酸镁,1g,6mL,CNW;
标准溶液:甲苯中8种有机氯混合标准溶液(α-BHC、α-BHC、β-BHC、γ-BHC、δ-BHC、p,p'-DDT、o,p'-DDT、p,p'-DDE、p,p'-DDD,浓度均为100mg/L),市售有证标准物质,o2si;
内标物:菲-d10(二氯甲烷,ρ=200mg/L),市售有证标准溶液,Acc;
替代物:2,4,5,6-四氯-间-二甲苯和氯茵酸二丁酯,(各200μg/mL,AccuStandard,购于百灵威);
有证标准物质:土壤中22种有机氯农药,ERA。
标准溶液配制:用正己烷-丙酮混合溶剂(体积比为1:1)将含(α-BHC、β-BHC、γ-BHC、δ-BHC、p,p'-DDT、o,p'-DDT、p,p'-DDE、p,p'-DDD)8种有机氯混合标准溶液和替代物标准溶液配制成6个浓度点的标准系列,各点质量浓度分别为0.02、0.05、0.10、0.20、0.50、1.0μg/mL,同时加入内标标准溶液,浓度为0.10μg/mL。
实施例1
一种土壤中8种有机氯农药残留量的检测方法,其中样品的前处理过程包括以下步骤:
S1.土壤样品的提取:称取冻干研磨过筛后的土壤样品10g(精确到0.001g),和硅藻土混合均匀后,全部转移至萃取池中,并用硅藻土尽量使萃取池填充满,加入替代物(2,4,5,6-四氯-间-二甲苯和氯茵酸二丁酯),基体加标样品加入10μg/mL8种有机氯混合标准溶液20μL,并将萃取池拧紧置于萃取盘中,以丙酮-正己烷混合溶剂为萃取剂,使用加速溶剂萃取仪进行萃取;萃取条件为:载气压力为1.0Mpa,加热温度为100℃,萃取池压力为1500~1700psi,预加热平衡为5min,静态萃取时间为5min,溶剂淋洗体积为60%池体积,氮气吹扫时间为90s,萃取剂为体积比为1:1的丙酮和正己烷。
S2.萃取液的浓缩及溶剂置换:将步骤S1收集到的萃取液使用旋转蒸发仪设定加热温度低于35℃,真空度保持>260Pa进行浓缩;当浓缩至2mL左右时,加入1mL正己烷进行溶剂替换,继续浓缩至约2mL;重复进行3次溶剂替换。
S3.浓缩液的净化与定容:向步骤S2得到的浓缩液移至玻璃离心管中,逐滴加入98%浓硫酸,震荡后静置分层,直至有机相变为无色透明;然后将上清液转移至另外洁净玻璃离心管,用1.5mL正己烷分三次洗涤浓硫酸相,上清液移出合并。
S4.采用市售的弗罗里硅SPE小柱进行净化,SPE小柱(1g,6mL)在使用前,现在填料表层铺设烘烤过的无水硫酸钠,用4mL二氯甲烷淋洗净化,加入正己烷浸润小柱至少5min,在填料暴露在空气之前,关闭控制阀,弃去流出液;然后将步骤S3得到的浓缩上清液转移至SPE小柱中,用2mL正己烷分3次洗涤浓缩器皿,洗液全部转移进小柱;在填料暴露在空气之前,用10mL二氯甲烷-正己烷(体积比为1:1)混合溶液进行洗脱,收集全部洗脱液;洗脱液用氮吹浓缩至约0.5mL,加入内标液,并用正己烷定容至1.0mL,待测。
检测过程,采用GC/MS内标法进行检测。
其中GC条件为:
色谱柱:DB-5MS,30m×0.25μm×0.32mm;
色谱条件:进样口温度:230℃,不分流;进样量:1.0μL,柱流量:1.0mL/min;
柱温:130℃保持0min;以25℃/min速率升至180℃,保持0min;以5℃/min速率升至205℃,保持0min;再以30℃/min速率升至250℃,保持0min;再以5℃/min速率升至260℃,保持2min;后以40℃/min速率升温至280℃保持1min。
MS条件为:
离子源温度:230℃;接口温度:280℃;四级杆温度:150℃;扫描模式:选择离子模式(SIM)模式。
采用上述方法进行检测时,进样间隔时间不超过17min。
GC/MS测试条件优化前后,标准物质的TIC图如图1和图2所示,其中图1是色谱测试条件优化前8种标准物质的TIC图,图2是色谱测试条件优化后8种标准物质的TIC图,从这两幅图的对比可知,色谱柱测试条件优化后,各目标物的响应值明显提高,保证各目标物分离效果的同时,分析时间缩短一半以上,即未优化前,一个样品需要的时间为34min左右,优化后一个样品需要的时间仅为17min左右,分析效率有了明显提升。
实施例2方法的线性范围、准确度、回收率和精密度测定
参照GB/T 27417-2017《合格评定化学分析方法确认和验证指南》对曲线线性、检出限、精密度和准确度(有证标准物质、基体加标回收)方面进行评价实验。由8种有机氯混合标准溶液和替代物标准溶液制备的标准曲线如图3标准曲线所示。
其中表1为8种有机氯农药的线性方程和相关系数;表2为8种有机氯农药的准确度数据;表3为8种有机氯农药的加标回收率和精密度。
表1 8种有机氯农药的线性范围和相关系数
表2 8种有机氯农药的准确度
表3 8种有机氯农药的加标回收率和精密度
从表2和表3中可知,8种化合物(α-BHC、β-BHC、γ-BHC、δ-BHC、p,p'-DDT、o,p'-DDT、p,p'-DDE、p,p'-DDD)的加标回收率为83.0%~107%,测定结果的相对标准偏差为0.4%~3.8%;有证标准物质的测定结果均在证书中控制限范围内,测定结果的相对标准偏差为6.1%~7.6%;表明本实施例1所述检测方法的准确性高,稳定性好。
对比例1
本对比例参照GB/T 14550-2003记载的前处理方法进行样品处理,具体过程为:萃取液加入20g/L硫酸钠溶液50mL,振荡1min,静置分层后,弃去下层丙酮水溶液,留下正己烷提取液;加人2.5mL浓硫酸,振摇1min,静置分层后,弃去硫酸层;重复数次,直到有机相与浓硫酸相界面清晰无色;弃去浓硫酸相,向有机相中加入20g/L硫酸钠溶液10mL,振摇十余次,静置分层后弃去水层;如此重复至提取液成中性时止。有机相少量无水硫酸钠脱水,用氮吹浓缩至约0.5mL,加入内标液,并用正己烷定容至1.0mL,待测。
为避免检测仪器或检测条件导致的检测结果不同,上述方法制备的样品同样采用实施例1中所述GC-MS内标法和条件进行测试。
图4为对比例1的实际样品TIC图,图5为实施例1的实际样品TIC图;两种方法的加标回收率分别如表4和表5所示。
表4对比例1所述方法的基体加标回收率
表5本方案基体加标回收率
通过图4和图5的对比,可知实施例1的检测方法相比传统磺化形式样品TIC谱图基线更低,更稳定,杂质峰更少,样品测试的准确度和稳定性更有保障。
通过表4和5的对比可知,实施例1的检测方法相比传统磺化形式,其检测方法对目标物的回收率有明显提高。
对比例2
选取同一个基质较脏的实际样品参考HJ835-2017记载的前处理方法进行样品处理,具体过程为:萃取液使用旋转蒸发浓缩至约2mL;使用市售弗罗里硅SPE小柱(1g,6mL)净化:用4mL二氯甲烷淋洗净化,加入正己烷浸润小柱至少5min,在填料暴露在空气之前,关闭控制阀,弃去流出液;将浓缩后的提取液转移至小柱中,用2mL正己烷分3次洗涤浓缩器皿,洗液全部转移进小柱;在填料暴露在空气之前,用10mL二氯甲烷-正己烷(1:1)混合溶液进行洗脱,收集全部洗脱液。用氮吹浓缩至约0.5mL,加入内标液,并用正己烷定容至1.0mL,待测。每测试5个实际样品,分析一次曲线中间点。
为保证衬管寿命试验结果具有可比性,对比例2与实施例1的寿命试验实验间更换新进样口衬管,清洁进样口,并截取色谱柱前段至少5cm。
测试结果如图6~10所示。
其中图6和图7分别为对比例2进样前和进样5次后曲线中间点的TIC图。通过对比图中各目标物的响应值,可见对比例2实际样品进样5次后,o,p-DDT、p,p’-DDT已完全降解为o,p-DDD和p,p’-DDD;表明衬管已严重污染,不可再使用。
图8、图9、图10分别为实施例1进样前、进样50次、进样100次后曲线中间点的TIC图。通过对比图中各目标物的响应值,可见实施例1中实际样品进样50次后,o,p-DDT、p,p’-DDT基本没有降解,进样100次后仅有部分降解为o,p-DDD和p,p’-DDD;表明采用实施例1所述前处理的方法制备的样品,可以连续进样50次,而待检测物质不讲解,色谱系统进样口未被污染,衬管的使用寿命明显优于对比例2所述检测方法。
对比以上谱图,可见实施例1的前处理方法可以明显减少样品中的杂质,避免其对进样系统的污染,从而将衬管寿命延长10~20倍。因此实施例1的前处理方法可以更好保障连续测试样品的准确性,且具有优越的经济性。
最后所应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,对于本领域的普通技术人员来说,在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种土壤中8种有机氯农药残留量检测样品的前处理方法,其特征在于,包括以下过程:
S1. 取冷冻干燥并研磨过筛后的土壤样品与硅藻土混匀,然后采用加速溶剂萃取法进行萃取,以丙酮-正己烷混合溶剂为萃取剂进行萃取,得到萃取液;
S2. 将步骤S1得到的萃取液进行浓缩,然后加入正己烷溶解后继续浓缩,如此重复进行至少3次,得到溶剂替换的浓缩液;
S3. 向步骤S2得到的浓缩液中逐滴加入98%浓硫酸,混均后静置分层,直至上层有机相变为无色透明,然后移出上层有机相并用正己烷清洗硫酸层,合并上清液并浓缩;
S4. 将步骤S3得到的浓缩上清液转移至填料表层铺设有无水硫酸钠的活化SPE小柱中,并用二氯甲烷-正己烷混合溶液进行洗脱,收集全部洗脱液,浓缩后即为待测样。
2.根据权利要求1所述检方法,其特征在于,步骤S1中,萃取条件为:载气压力为1.0Mpa,加热温度为100℃,萃取池压力为1500~1700 psi,预加热平衡为5min,静态萃取时间为5min,溶剂淋洗体积为60%池体积,氮气吹扫时间为90s,萃取剂为体积比为1:1的丙酮和正己烷。
3.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤S2和S4中,浓缩方式为旋转蒸发浓缩、氮吹浓缩、KD-浓缩或平行蒸发浓缩;浓缩温度≤35℃,真空度260Pa。
4.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤S2中,在溶剂替换过程中,萃取液浓缩至体积为1~5mL后,加入正己烷溶解,然后再次浓缩。
5.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤S3中,清洗浓硫酸采用的溶剂为正己烷,清洗的具体过程为:向上层有机相中加入正己烷,混匀后静置分层,移出上清液,重复清洗至少3次,然后合并所有有机相。
6.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤S4中,使用硅酸镁SPE小柱进行净化,先在填料表层铺设1cm无水硫酸钠,然后用二氯甲烷淋洗净化,再用正己烷活化SPE小柱。
7.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤S4中,洗脱液为10mL二氯甲烷-正己烷(1:1)混合溶液;洗脱液使用氮吹法进行浓缩,过程控制温度低于35℃。
8.根据权利要求1~8任一所述方法,其特征在于,所述8种有机氯农药为α-BHC、β-BHC、γ-BHC、δ-BHC、P,P-DDE、P,P-DDD、O,P-DDT和P,P-DDT。
9.一种土壤中8种有机氯农药残留量的检测方法,其特征在于,包括权利要求1至8任一所述样品前处理方法,然后待测样采用GC/MS进行检测;
其中GC条件为:色谱柱为DB-5MS;进样口温度为230℃,不分流;进样量为1.0 µL,柱流量为1.0 mL/min;色谱柱升温程序为:130℃保持0 min;以25℃/min速率升至180℃,保持0min;以5℃/min速率升至205℃,保持0min;再以30℃/min速率升至250℃,保持 0min;再以5℃/min 速率升至260℃,保持2 min;后以40℃/min速率升温至280℃保持1 min;
其中MS条件为:离子源温度为230℃;接口温度为280℃;四级杆温度为150℃。
10.根据权利要求9所述检测方法,其特征在于,所述检测方法扫描模式为选择离子模式(SIM),定量方式为内标法。
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