中空纖維兩相液相微萃取 高效液相色譜法測(cè)定水中毒死蜱

曹 博， 丁健樺， 花 榕， 劉科強(qiáng)， 衷張菁

(東華理工大學(xué)化學(xué)生物與材料科學(xué)學(xué)院，江西撫州 344400)

大多數(shù)農(nóng)藥屬于有毒有害物質(zhì)，它們以各種危害形式持續(xù)殘留在農(nóng)產(chǎn)品中，能夠通過(guò)不同的途徑進(jìn)入人體，危害人體健康。毒死蜱是用于殺蟲(chóng)和殺螨的農(nóng)藥，在土壤中揮發(fā)性較高，適用于防治柑桔、棉花、玉米、蘋(píng)果、梨、水稻、花生、大豆、小麥及茶樹(shù)等多種作物上的害蟲(chóng)和螨類(沙家駿等，2000)，具有胃毒和觸殺作用。檢測(cè)水體中毒死蜱農(nóng)藥殘留，可以確定水質(zhì)是否被污染，從而進(jìn)一步防止其危害人體健康。因此，建立快速、準(zhǔn)確、有效的方法檢測(cè)水體中毒死蜱殘留量具有重要的意義。

相關(guān)樣品中空纖維為采用高效液相色譜(HPLC)法(閆占坤等，2010)測(cè)定環(huán)境中毒死蜱已有報(bào)道(劉德坤等，2012;魏曉琳等，2010)。不過(guò)，由于HPLC法自身對(duì)樣品的要求，進(jìn)行HPLC分析之前必須對(duì)樣品進(jìn)行前處理。發(fā)展省時(shí)、高效、有機(jī)溶劑用量少的樣品前處理新技術(shù)一直是分析化學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)(臧曉歡等，2009)。目前發(fā)展起來(lái)的樣品前處理技術(shù)主要有固相微萃取(SPME)(翟建等，2012;蔣生祥，2012)、液相微萃取(LPME)(丁健樺等，2008a，2008b;黃艷紅等，2010;劉科強(qiáng)等，2012;王曉園等，2009;趙汝松等，2004)、超臨界流體萃取(SFE)(霍鵬等，2010;趙東勝等，2007;馮志強(qiáng)，2005)、微波輔助萃取(MAE)(李核等，2003;趙靜等，2008;盧彥芳等，2011)等，其中LPME技術(shù)兼具快捷和廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，因而受到廣泛的關(guān)注。LPME 技術(shù)(Sarafraz-Yazdi，et al，2010)的基本原理是建立在樣品與微升級(jí)甚至納升級(jí)的萃取溶劑之間的分配平衡基礎(chǔ)上的，按照操作模式的不同一般可分為單滴液相微萃取(SDME)、膜液相微萃取(MLPME)和分散液-液微萃取(DLLME)等，它們的區(qū)別在于樣品和萃取液的接觸方式不同。目前常用的LPME是基于聚丙烯中空纖維的一種MLPME(即中空纖維液相微萃取，HF-LPME)，是在SDME基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它以多孔的中空纖維為萃取溶劑的載體，可以穩(wěn)定和保護(hù)萃取溶劑，避免SDME中溶劑容易損失和脫落的缺點(diǎn)。根據(jù)萃取相的數(shù)目，HF-LPME又可分為三相液相微萃取和兩相液相微萃取，對(duì)于環(huán)境中廣泛存在的水系樣品而言，前者主要用于能離子化的有機(jī)酸堿樣品的萃取，而后者主要用于在有機(jī)相(與水相不能互溶)中有較高溶解度的樣品的萃取。HF-LPME不但具有成本低、裝置簡(jiǎn)單易操作、適用底物范圍廣、萃取效率高等優(yōu)點(diǎn)，而且還集萃取、凈化和濃縮于一體，常與GC、HPLC、CE等聯(lián)用。本文即采用兩相 HFLPME結(jié)合HPLC法對(duì)自來(lái)水和環(huán)境水中殘留的毒死蜱進(jìn)行了簡(jiǎn)捷、靈敏的定量檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與材料

高效液相色譜(Waters 600，配有Waters 2487紫外檢測(cè)器，美國(guó) Waters公司);超聲波清洗器(KQ3200，昆山市超聲儀器有限公司);恒溫磁力攪拌器(78HW-1，江蘇省榮華儀器制造有限公司);精密酸度計(jì)pH計(jì)(PHS-3C，上海虹益儀器儀表有限公司)。

毒死蜱(標(biāo)準(zhǔn)品，純度為95%，江西盛華生物農(nóng)藥有限責(zé)任公司);乙酸乙酯(分析純，上海精化科技研究所);磷酸三丁酯(分析純，中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑公司);正辛醇(分析純，上海精化科技研究所);三乙胺(分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠);甲醇(色譜純，西隴化工股份有限公司);實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

Accurel Q3/2聚丙烯中空纖維(壁厚200 μm、孔徑0.2 μm、內(nèi)徑 600 μm，德國(guó) Membrana 公司)。水樣1～4分別為取自當(dāng)?shù)氐淖詠?lái)水、湖水、河水和農(nóng)田水。

1.2 溶液配制和樣品采集

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱取105.26 mg的毒死蜱標(biāo)準(zhǔn)品(95%)置于燒杯中，加50 mL二次蒸餾水進(jìn)行超聲溶解，然后轉(zhuǎn)入100 mL容量瓶中，定容至刻度，搖勻，制成1 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。其標(biāo)準(zhǔn)溶液由該標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液適當(dāng)稀釋后配制而得。

1.2.2 樣品采集

自來(lái)水:采自本實(shí)驗(yàn)室，先打開(kāi)水龍頭，放水30 s之后，收集自來(lái)水樣約100 mL;湖水、河水:分別在當(dāng)?shù)睾吅秃舆叴蠹s水下20 cm深處取水樣約100 mL;農(nóng)田水:在農(nóng)田邊2 cm深處取水樣約100 mL。

1.3 微萃取過(guò)程

將中空纖維管裁剪成3.5～4.0 cm長(zhǎng)的小段置裝有丙酮溶劑的燒杯中，超聲清洗1 min左右以除去雜質(zhì)，然后取出晾干。使用時(shí)，將其浸入待用的有機(jī)萃取劑中超聲潤(rùn)洗，使有機(jī)萃取劑充分而均勻地進(jìn)入中空纖維的多孔壁中，形成微液態(tài)薄膜后，用鑷子小心的將中空纖維管取出，再將其套在微量進(jìn)樣針的針尖上，推出接收相，中空纖維的兩端用熱的鉗子密封，使中空纖維的有效長(zhǎng)度保持3 cm左右(約6～7 μL的接收相);將其浸入到樣品液中，萃取一定時(shí)間后，剪開(kāi)封住的一端，抽回接收相，取5 μL注入高效液相色譜儀。

1.4 色譜條件

色譜柱:Atlantis Cl8分析柱(4.6 mm×250 mm，5 μm);流動(dòng)相:甲醇/水(體積比 90∶10);流速:4 μL/min;檢測(cè)波長(zhǎng):290 nm;進(jìn)樣量:5 μL;柱溫:室溫。

2 結(jié)果與討論

2.1 液相微萃取條件的優(yōu)化

2.1.1 萃取劑的選擇

選擇萃取劑(有機(jī)接受相)依據(jù)的是“相似相溶”原理，且萃取劑應(yīng)既不溶于給出相，又能夠?qū)δ繕?biāo)物有較大的富集能力(衷張菁，2010)。本文分別考察了磷酸三丁酯、乙酸乙酯、正辛醇(圖1)和環(huán)己烷等四種有機(jī)溶劑作為接收相對(duì)毒死蜱的萃取效果，結(jié)果見(jiàn)圖2?？梢?jiàn)，磷酸三丁酯對(duì)毒死蜱的萃取效果最好，分析認(rèn)為毒死蜱是磷酸酯類化合物質(zhì)，與磷酸三丁酯具有相似的官能團(tuán)。本文采用磷酸三丁酯為萃取劑。

2.1.2 給出相pH的選擇

待測(cè)物質(zhì)的溶解度不僅與溶劑有關(guān)系，還與給出相的pH值有一定關(guān)系。一般來(lái)講，給出相的pH值對(duì)有酸堿性的有機(jī)物質(zhì)影響較大。由于毒死蜱溶液本身是中性偏弱酸性的，本文用鹽酸調(diào)節(jié)給出相的pH值，考察了給出相pH分別為3，4，5，6時(shí)毒死蜱的萃取效果(圖3)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給出相的pH值從3變化到6時(shí)，萃取效率變化不大。本實(shí)驗(yàn)選擇調(diào)節(jié)給出相pH為6。

2.1.3 攪拌速率的選擇

圖1 磷酸三丁酯和正辛醇萃取毒死蜱的色譜圖Fig.1 Chromatogram of TBP and Octanol extraction of Chlorpyrifos

圖2 萃取劑對(duì)萃取效率的影響Fig.2 Effect of extraction solvent on extraction efficiency

磁子轉(zhuǎn)速的快慢會(huì)影響到萃取過(guò)程中傳質(zhì)的快慢。本文考察了磁子轉(zhuǎn)速為400～1 200 r/min時(shí)毒死蜱的萃取效果(圖4)，結(jié)果表明，磁子轉(zhuǎn)速為400～1 000 r/min，毒死蜱的萃取效率呈增大趨勢(shì)，當(dāng)磁子轉(zhuǎn)速為1 000 r/min時(shí)，萃取效率最大，這是由于增加磁子轉(zhuǎn)速，使毒死蜱分子與萃取溶劑接觸的幾率增加，傳質(zhì)速率也增大的緣故;而當(dāng)磁子轉(zhuǎn)速大于1 000 r/min時(shí)，毒死蜱的萃取效率反而降低，可能是因?yàn)榇抛愚D(zhuǎn)速太大容易產(chǎn)生氣泡，從而影響了萃取效率。本文選擇最佳轉(zhuǎn)速為1 000 r/min。

圖3 萃取劑pH對(duì)萃取效率的影響Fig.3 Effect of the pH of extraction solvent on extraction efficiency

圖4 攪拌速率對(duì)萃取效率的影響ig.4 Effect of stirring rate on the extraction efficiency

2.1.4 萃取時(shí)間的選擇

萃取時(shí)間的選擇與萃取過(guò)程中傳質(zhì)動(dòng)態(tài)平衡建立的快慢有關(guān)。圖5是萃取時(shí)間為10～50 min時(shí)毒死蜱的萃取效果，可以看出，隨著時(shí)間的增加，萃取效率呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì):萃取時(shí)間為10～20 min時(shí)，毒死蜱的萃取效率大幅度增高，此時(shí)正向傳質(zhì)占主導(dǎo);當(dāng)萃取時(shí)間為20 min時(shí)，正向傳質(zhì)速率和逆向傳質(zhì)速率相等，處于動(dòng)態(tài)平衡，萃取效率最高;繼續(xù)增加萃取時(shí)間至20 min以上時(shí)，萃取效率反而有所降低，可能是由于隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，萃取劑磷酸三丁酯在給出相中的溶解損失增加的緣故(丁健樺等，2008b)。故本文選擇20 min為最佳萃取時(shí)間。

圖5 萃取時(shí)間對(duì)萃取效率的影響Fig.5 Effect of extraction time on extraction efficiency

2.2 毒死蜱HPLC分析

2.2.1 線性關(guān)系與檢測(cè)限

線性范圍和相關(guān)系數(shù):取毒死蜱系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照1.4的色譜條件進(jìn)行HPLC測(cè)定。結(jié)果表明，在濃度為0.1～40 μg/mL之間線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)r=0.997，工作曲線為:

式中，y為毒死蜱的峰面積(mV)，x為給出相中毒死蜱的濃度(μg/mL)。

檢出限(LOD):取濃度為0.1 μg/mL的毒死蜱標(biāo)準(zhǔn)溶液，按信噪比(S/N)為3，根據(jù)公式LOD=c3σ/S(Ding et al.，2009)(其中 c為給出相中毒死蜱的濃度，σ為六次測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，S為六次測(cè)定的毒死蜱濃度的平均值)進(jìn)行計(jì)算，毒死蜱的檢出限為 0.03 μg/mL。

精密度(RSD):取濃度為1 μg/mL的毒死蜱標(biāo)準(zhǔn)溶液，按1.4的色譜條件進(jìn)行HPLC測(cè)定，平行操作六次，計(jì)算得出該方法的RSD為4.2%。

2.2.2 富集倍數(shù)

富集倍數(shù)是指經(jīng)LPME處理后接收相中待測(cè)物濃度與給出相中待測(cè)物原始濃度之比。經(jīng)測(cè)定和計(jì)算，本法對(duì)毒死蜱的富集倍數(shù)為97倍?？梢?jiàn)LPME法對(duì)毒死蜱有較好的富集作用，可提高樣品分析的靈敏度。

2.2.3 方法的選擇性

環(huán)境水樣中基質(zhì)復(fù)雜，除含有大量的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)外，還含有各種有機(jī)質(zhì)，如果直接對(duì)其進(jìn)行HPLC測(cè)定，不但對(duì)儀器造成損害，其中的各種基質(zhì)還可能對(duì)毒死蜱的測(cè)定造成干擾。而采用LPME對(duì)樣品溶液進(jìn)行處理后，其中不溶于萃取劑磷酸三丁酯的無(wú)機(jī)質(zhì)和有機(jī)質(zhì)以及一些大分子物質(zhì)均不會(huì)被萃取到接收相中，從而可以很好地消除這些物質(zhì)對(duì)毒死蜱測(cè)定的干擾?？梢?jiàn)，本法具有良好的選擇性。

2.3 水樣的測(cè)定

分別移取自來(lái)水、湖水、河水和農(nóng)田水等水樣各兩份，每份10 mL，其中一份在優(yōu)化條件下經(jīng)LPM E萃取后進(jìn)行HPLC分析，另一份加入適量的毒死蜱標(biāo)準(zhǔn)溶液后在相同條件下進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)。每個(gè)樣品做4次平行分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 水樣分析結(jié)果Table 1 Detection results of water samples

3 結(jié)論

本文建立的以LPME技術(shù)進(jìn)行樣品前處理、采用HPLC對(duì)環(huán)境水中殘留的毒死蜱進(jìn)行測(cè)定的方法具有操作簡(jiǎn)捷、靈敏高效、準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點(diǎn)。研究表明，LPME這種新型樣品前處理技術(shù)集萃取、凈化和富集于一體，不僅大大減少了傳統(tǒng)樣品前處理方法中有機(jī)溶劑的使用量，且操作簡(jiǎn)單，分析時(shí)間較短，實(shí)驗(yàn)成本較低，還可通過(guò)富集作用提高分析的靈敏度、通過(guò)萃取和凈化作用提高分析的選擇性，具有較好的應(yīng)用前景。

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