分散液相微萃取?氣相色譜法測定水樣中的多溴聯(lián)苯醚

(江蘇大學 環(huán)境學院，江蘇 鎮(zhèn)江，212013)

多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)是溴代阻燃劑的一種，也是一種新型的環(huán)境持久性有機污染物(POPs)，具有持久性、低水溶性、生物富集性和生物毒性等特點[1]，并可在全球范圍內(nèi)長距離遷移。該類物質(zhì)被廣泛地應用于電子產(chǎn)品、紡織品以及建筑設(shè)備等產(chǎn)品中，以提高其防火性能。PBDEs可以隨廢棄的電子產(chǎn)品、工業(yè)產(chǎn)品等進入環(huán)境中，目前已在土壤[2?3]、沉積物[4?5]、水體[6?7]、大氣[8?9]、生物體[10?11]、人體血液[12?13]和母乳[14]等多種介質(zhì)中檢測到該類物質(zhì)。由于PBDEs水溶性小，水體中 PBDEs以痕量級存在，而水環(huán)境又在PBDEs的全球循環(huán)中承擔十分重要的角色，故精確檢測水體中PBDEs的含量對控制其污染具有很大意義。目前，常用于液體樣品的前處理方法有液液萃取法(LLE)[15]、攪拌子吸附法(SBSE)[16]、固相萃取法(SPE)[17]和固相微萃取法(SPME)[18]。但是，液液萃取法操作復雜，且有毒有機溶劑用量很大，檢出限差；攪拌子吸附的攪拌棒涂層材料種類較少，限制了其應用；固相萃取的操作繁瑣，樣品用量較大且組分易損失；固相微萃取裝置的纖維頭價格昂貴且壽命短，多次易產(chǎn)生交叉污染問題。分散液相微萃取法(DLLME)是由Rezaee等[7]于2006年提出的一種新型的樣品前處理技術(shù)，該法由于操作簡單、有機溶劑用量少，耗時短、對環(huán)境友好且富集效率高等優(yōu)點而被廣泛應用。高溴代的PBDEs會發(fā)生降解(主要是光降解)生成低溴代的PBDEs(如BDE-15等)[19]，已有很多學者對BDE-15進行了研究[20?22]。本文作者采用分散液相微萃取法與氣相色譜法相結(jié)合，著重對水體中的BDE-15進行分析測定，建立水體中痕量低溴代PBDEs的DLLME-GC分析法，并對其回收率、富集倍數(shù)、檢出限和精密度進行研究。

1 實驗部分

1.1 儀器設(shè)備

儀器設(shè)備有：GC?2010ATF氣相色譜儀(日本島津公司制造)；低速離心機(上海分析器械廠制造)；氮吹儀(北京康林科技有限責任公司制造)；10 mL尖底離心管；10和50 μL微量進樣器(上海安亭微量進樣器廠制造)。

1.2 試劑及藥品

多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)標品：BDE-15 (Chem Service,Inc.生產(chǎn))；PBDEs標樣用甲醇稀釋后作為標準儲備液于冰箱中冷藏，標準系列由標準儲備液逐級稀釋而成；甲醇、正己烷、丙酮、乙腈、三氯甲烷、二氯甲烷、四氯乙烷、氯苯和四氯化碳(分析純，國藥集團化學試劑有限公司生產(chǎn)，二次蒸餾)；實驗室用水均為二次蒸餾水；實際水樣有取自江蘇省鎮(zhèn)江市市區(qū)窨井的生活污水和上海崇明島入海口水，水樣經(jīng)過0.45 μm濾膜過濾后再使用。

1.3 分散液相微萃取步驟

精確量取5.0 mL含目標物的水溶液于10 mL尖底離心管中，然后將含有30 μL四氯乙烷(萃取劑)的1.0 mL丙酮(分散劑)快速注入水樣中，振蕩搖勻，離心管中形成乳濁液體系，于室溫放置10.0 min，再以3 000 r/min離心5 min，萃取劑將沉于離心管底部尖端形成沉積相；用50 μL微量注射器移取沉積相于另一離心管中，氮氣吹干，殘渣用20 μL正己烷溶解，取1.0 μL進GC進行分析。

1.4 氣相色譜條件

色譜柱為 RTX?5毛細管柱(長×內(nèi)徑為 30.0 m×0.32 mm，液膜厚度為0.50 μm)，電子捕獲檢測器(ECD)。進樣口溫度為280 ℃，柱前壓為100 kPa，無分流進樣，進樣量為1 μL，載氣為N2。柱升溫程序如下：初始溫度為180 ℃，停留5 min，再以4 ℃/min的速度升至210 ℃并保持3 min。ECD檢測器溫度320℃，尾吹氣流速為50 mL/min。

1.5 標準曲線的繪制

配制質(zhì)量濃度為0.1～50 μg/L的5個系列多溴聯(lián)苯醚水溶液，然后按照參數(shù)液相微萃取步驟進行萃取與測定。每種質(zhì)量濃度平行測定3次，以分析物的峰面積Y對濃度ρ(μg/L)作標準曲線。

2 結(jié)果和討論

富集因子和萃取回收率是評價分散液相微萃取法萃取性能的重要參數(shù)，Rezaee等[7]對分散液相微萃取法的富集倍數(shù)和回收率進行的定義：富集因子(αCF)是沉積相中目標物的濃度(csed)與分析物的初始濃度(c0)之比，即

萃取回收率(ηER)為沉積相中提取出來的目標物的量(nsed)與目標物的總量(n0)之比，計算公式為：

其中：Vsed和Vaq分別為沉積相和樣品溶液體積。

2.1 分散液相微萃取的萃取條件優(yōu)化

2.1.1 萃取劑和分散劑種類的選擇

萃取劑和分散劑是影響分散液相微萃取法的重要因素，能顯著影響目標物的回收率及其富集因子。萃取劑需符合以下條件：密度大于水的密度；不溶于水或在水中溶解度低；對目標物的溶解能力大；有良好的色譜行為；與分散劑混合后在水溶液中能形成穩(wěn)定的兩相系統(tǒng)。而分散劑則必須滿足不僅能與水互溶，而且要與萃取劑能互溶，使萃取劑在水相中形成細小的液滴，并使溶液形成穩(wěn)定的乳濁液體系，增大萃取劑與目標物的接觸面積，以得到較高的萃取效率?；谝陨弦蛩?，本實驗分別考察了二氯甲烷(密度：1.33 g/mL)、三氯甲烷(1.47 g/mL)、四氯化碳(1.59 g/mL)、四氯乙烷(1.60 g/mL)、氯苯(1.11 g/mL)作為萃取劑(50μL)和甲醇、乙腈、丙酮作為分散劑(1 mL )時對BDE-15的萃取能力。具體方法是將萃取劑和分散劑兩兩組合，比較每組對BDE-15的回收率，以得到最佳組合。

二氯甲烷與任何一種分散劑都不能形成穩(wěn)定的兩相系統(tǒng)，其他各組組合的結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出：當使用四氯乙烷作為萃取劑、丙酮作為分散劑時，BDE-15的回收率最大，故采用該組合作為后續(xù)實驗的萃取劑和分散劑。

圖1 分散劑和萃取劑對BDE-15萃取回收率的影響Fig.1 Effect of disperser and extraction solvent on extraction recovery

2.1.2 萃取劑體積的選擇

為了考察萃取劑體積對萃取效率的影響，實驗通過用含有不同四氯乙烷體積(20.0，30.0，40.0，50.0和60.0 μL)的丙酮溶液(1.0 mL)作為萃取液進行萃取。圖2所示為目標物萃取回收率以及富集因子與萃取劑體積的關(guān)系圖。由圖2可以看出：回收率隨萃取劑體積的增加而增大，但當萃取劑體積超過 30 μL后，BDE-15的回收率變化不大，說明在實驗條件下，即使四氯乙烷的體積小，形成的細微液滴與水樣中目標物也有很大的接觸面積，可以達到對BDE-15的萃取要求。

另一方面，隨著萃取劑體積增大(20.0～60.0 μL)，相應的沉積相體積也會增大(15.0～55.0 μL)。而沉積相體積的增加會導致方法的富集因子下降，如圖2所示。從圖2可以看出：當萃取劑體積為30 μL時，富集因子最大，可達到166.3。故選用30 μL作為最佳萃取劑體積。

2.1.3 分散劑體積的選擇

分散劑影響萃取劑在水中的分散程度，進而影響萃取效率?？疾炝吮w積分別為0.50，0.75，1.00，1.25和1.50 mL時對萃取回收率的影響(四氯乙烷體積30.0 μL)，結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出：萃取回收率隨丙酮體積的增加而增大，在 1.0 mL時達到最大，隨著丙酮體積的進一步增加回收率反而減小。這主要是由于丙酮體積小于1.0 mL時，萃取劑不能很好地分散在水溶液中，傳質(zhì)效果差，萃取效率低；而當丙酮體積大于1.0 mL時，BDE-15在水溶液中的溶解度增大，使其不易被四氯乙烷萃取，故回收率下降。因此，選擇分散劑丙酮的最佳體積為1.0 mL。

圖2 萃取劑體積對BDE-15萃取回收率和富集因子的影響Fig.2 Effect of extraction solvent volume on extraction recovery and concentration factor

圖3 分散劑體積對BDE-15萃取回收率的影響Fig.3 Effect of disperser solvent volume on extraction recovery

2.1.4 萃取時間的影響

在分散液相微萃取中，萃取時間是指萃取劑和分散劑注入水溶液之后和混合液離心前之間的時間。在萃取實驗中，萃取時間影響兩相之間的平衡。本實驗考察了不同萃取時間(5，10，20，30和40 min)對萃取效率的影響，如圖4所示。由圖4可見：萃取時間對萃取回收率影響較小。說明該方法中萃取劑形成的微小液滴與水相的接觸面積大，達到平衡需要的時間短，目標物可以很快地由水相轉(zhuǎn)移到有機相。故選取萃取時間為5 min即可。

圖4 萃取時間對BDE-15萃取回收率的影響Fig.4 Effect of extraction time on extraction recovery

2.1.5 離子強度

水溶液中無機鹽質(zhì)量分數(shù)對目標物的萃取效率有一定影響。本實驗在最佳條件下(30 μL四氯乙烷為萃取劑，1 mL丙酮為分散劑，萃取5 min)，通過在水相中加入不同含量的鹽類(NaCl，質(zhì)量分數(shù)為0～5%)以考察離子強度對萃取效率的影響。圖5所示為萃取回收率和富集因子隨NaCl質(zhì)量分數(shù)變化圖。由圖5可知：鹽質(zhì)量分數(shù)對萃取效率無明顯影響，但實驗結(jié)果表明隨 NaCl質(zhì)量分數(shù)增大，富集因子減小，這可能是由于 NaCl的存在會導致萃取劑在水中的溶解度減小，從而使得沉積相體積增大，故富集因子減小。因此，本實驗不需要加鹽。

2.2 方法的線性范圍、檢出限、精密度以及富集因子

配制一系列不同質(zhì)量濃度的BDE-15標準溶液，在最佳實驗條件下對加標溶液進行萃取，氣相色譜法測定，BDE-15的標準色譜圖見圖6。BDE-15的工作曲線如圖7所示。由圖7可知：BDE-15在0.1～50 μg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)性系數(shù)可達到0.998 3。根據(jù)信噪比為3計算得BDE-15的檢出限為15.2 ng/L。將加標水平為1 μg/L的樣品平行測定3次，其相對標準偏差(RSD)為8.6 %。該方法對BDE-15的富集因子可達到166.3。

2.3 實際水樣分析

圖5 離子強度對BDE-15萃取回收率和富集因子的影響Fig.5 Effect of ionic strength on extraction recovery and concentration factor

圖6 BDE-15標準色譜圖Fig.6 Typical chromatogram of BDE-15

圖7 BDE-15工作標準曲線Fig.7 Standard curve of BDE-15

生活污水取自江蘇省鎮(zhèn)江市市區(qū)窨井，海水取自上海崇明島入?？谒畼舆^孔徑為0.45 μm的濾膜后待用。在最佳萃取條件下，按分散液相微萃取步驟對水樣進行萃取與測定，結(jié)果表明2種實際水樣中均含有BDE-15，見表1。將2種水樣各取3份平行加標(2 μg/L)進行萃取和測定，生活污水和海水中BDE-15的平均回收率分別為 93.5%和 92.5%，相對標準偏差(RSD)分別為 9.3%和 7.9%，能夠滿足水樣中 PBDEs的測定。

表1 實際樣品分析結(jié)果Table 1 Results of real sample analysis

圖8 生活污水萃取后的色譜圖Fig.8 Chromatograms of extracted BDE-15 by DLLME

圖9 海水萃取后的色譜圖Fig.9 Chromatograms of extracted BDE-15 by DLLME

3 結(jié)論

(1) 采用分散液相微萃取(DLLME)與氣相色譜?電子捕獲檢測器(GC-ECD)聯(lián)用技術(shù)分析測定水樣中多溴聯(lián)苯醚，并對影響萃取效率的因素進行優(yōu)化，得到最佳萃取條件。將該方法用于實際水樣分析，生活污水和海水中樣品平均加標回收率分別為 93.5%和92.5%，可以用于環(huán)境樣品中多溴聯(lián)苯醚的分析。

(2) 該方法具有操作簡單、有機溶劑用量少、萃取時間短，富集因子高等優(yōu)點，適用于環(huán)境水樣中多溴聯(lián)苯醚的分析。

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