中空纖維支載離子液體液液微萃取測(cè)定環(huán)境水樣中的4-n-壬基酚

鄒艷敏，張 禎，吳向陽(yáng)，仰榴青，張冬梅，朱晶晶

(1.江蘇大學(xué)藥學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013;2.江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013;3.江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013)

壬基酚(NP)是具有雌激素活性的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物質(zhì)之一，為非離子表面活性劑壬基酚聚氧乙烯醚(NPnEO)進(jìn)入水體后的主要降解產(chǎn)物，其致突變性和致畸性已引起廣泛關(guān)注.研究［1］表明:大量的環(huán)境水體已經(jīng)受到了NP的污染.然而因環(huán)境水體中壬基酚含量極低，且樣品基質(zhì)復(fù)雜，測(cè)定前必需進(jìn)行樣品前處理.目前，通常采用液-液萃取法［2］、固相萃取法［3］等.但這些方法操作繁瑣、有機(jī)溶劑消耗大、耗時(shí)長(zhǎng)等.故有必要建立簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確，同時(shí)環(huán)境友好的分析方法，用于檢測(cè)水體中此類污染物.中空纖維支載液膜微萃取(HF-LPME)技術(shù)集采樣、萃取和濃縮于一體，具有成本低、操作裝置簡(jiǎn)單、有機(jī)溶劑用量少等特點(diǎn)［4］，是一種環(huán)境友好的樣品前處理技術(shù)，在環(huán)境、藥物等分析領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景.同時(shí)，離子液體作為一種新型綠色溶劑，對(duì)NP類極性化合物有較高的親和力，可作為理想的萃取劑.本研究選擇l-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸離子液體(［C8MIM］［PF6］)為萃取劑，建立檢測(cè)環(huán)境水體中4-n-壬基酚的中空纖維支載離子液體液液微萃取方法.

1 試驗(yàn)

1.1 儀器和試劑

Q3/2聚丙烯中空纖維(內(nèi)徑600 μm，壁厚200 μm，孔徑0.2 μm，孔率75%)和50/280 聚丙烯中空纖維(內(nèi)徑280 μm，壁厚 50 μm，孔徑 0.1 μm，孔率60%)均購(gòu)自于德國(guó)Membrane GmbH公司.微量注射器(針頭外徑 0.3 mm，長(zhǎng) 8 mm，針筒體積 0.5 mL)購(gòu)于美國(guó)BD Consumer Healthcare公司.玻璃襯管(200 μL)購(gòu)于美國(guó) Alltech公司.KQ2200E型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)，電子天平(北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司)，SHZ-82A恒溫氣浴振蕩器(江蘇金壇市中大儀器廠)，微量移液器(容積 1～1 000 μL)購(gòu)于美國(guó) Agilent公司.DHG-91013SA型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司).

正壬基酚(4-n-NP)純度為99%，購(gòu)自德國(guó)Sigma-Aldrich;l-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸離子液體(［C8MIM］［PF6］)純度99%，購(gòu)于上海Meisibei有限公司;色譜純甲醇和乙腈，購(gòu)于美國(guó)J.T.Baker公司;氯化鈉和鹽酸(分析純)，購(gòu)于南京化學(xué)試劑有限公司;試驗(yàn)用水為超純水.

精密稱取4-n-壬基酚標(biāo)準(zhǔn)品，用甲醇配成100 mg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，置于0℃冰箱備用.

1.2 樣品采集

2012年4月中旬，采集長(zhǎng)江鎮(zhèn)江段上游至下游共9處水樣，置于棕色玻璃瓶4℃保存，試驗(yàn)前用0.45 μm玻璃纖維素膜過(guò)濾，鹽酸調(diào)節(jié)pH=5.

1.3 色譜條件

采用美國(guó)Waters Breeze2 HPLC系統(tǒng)(1525二元泵、2707自動(dòng)進(jìn)樣器和2489紫外/可見(jiàn)檢測(cè)器).色譜柱:Eclipse XDB-C18column(5 μm，150 mm ×4.6 mm).流動(dòng)相為水(A)-甲醇(B)，體積比為5:95，流速為 1.0 mL·min-1，檢測(cè)波長(zhǎng)為 280 nm，進(jìn)樣量為20 μL，柱溫為30℃.

1.4 方法

截取一定長(zhǎng)度中空纖維，置丙酮中超聲清洗20 min，晾干備用.用鑷子將纖維兩端熱封，浸入［C8MIM］［PF6］中超聲6 h，使纖維內(nèi)腔中充滿離子液體.取出纖維，浸入水中振蕩1 min，去除表面離子液體，放入檢測(cè)水樣;一定溫度、轉(zhuǎn)速下，震蕩萃取數(shù)小時(shí).將纖維取出，剪開(kāi)兩端封口，一端置于玻璃襯管中，用微量注射器以100 μL甲醇將接受相吹出，進(jìn)行HPLC測(cè)定.所有試驗(yàn)結(jié)果均為3次或以上平行試驗(yàn)，取測(cè)定結(jié)果平均值.

2 結(jié)果與討論

2.1 液液微萃取條件的優(yōu)化

試驗(yàn)首先比較了Q3/2和PP50/280兩種聚丙烯中空纖維作為液膜載體的萃取效率.試驗(yàn)中，供體相為50 mL，pH=7的超純水，加標(biāo)質(zhì)量濃度為50.00 μg·L-1;?。跜8MIM］［PF6］5.0 μL 為萃取劑.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PP50/280纖維作為液膜載體時(shí)，富集倍數(shù)遠(yuǎn)高于Q3/2纖維.PP50/280中空纖維的比表面積比Q3/2的大，對(duì)分析物的吸附量高.因此，后續(xù)試驗(yàn)選用PP50/280中空纖維作為液膜載體.遵循選取萃取劑原則:萃取劑對(duì)分析組分的溶解度要足夠大，以提供較高的萃取效率;萃取劑在水中的溶解度要小，以盡量減少在萃取過(guò)程中的損失;萃取劑與中空纖維要有較強(qiáng)的親和力，以便容易進(jìn)入中空纖維壁上的孔隙中，減少在萃取過(guò)程中的損失［5］.本研究同時(shí)比較了［C8MIM］［PF6］與兩種常規(guī)膜試劑甲苯、乙酸乙酯的萃取效率，發(fā)現(xiàn)三者的富集倍數(shù)基本相同.但考慮到離子液體環(huán)境友好，且不易揮發(fā)，后續(xù)試驗(yàn)皆采用［C8MIM］［PF6］作為萃取劑，對(duì)影響萃取效率的因素(供體相pH值、供體相離子強(qiáng)度、萃取劑體積、萃取時(shí)間)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化.

2.1.1 供體相pH值的影響

酚類化合物屬于弱酸，其存在狀態(tài)(分子態(tài)和離子態(tài))隨著供體相pH值的改變而改變.酚類化合物以分子狀態(tài)存在會(huì)增加其在萃取劑中的溶解度，進(jìn)而增大萃取效率，因此在供體相中常常加入適量的酸，以使酚類化合物以分子狀態(tài)存在［6］.而且調(diào)節(jié)水樣pH值還可以去除樣品中某些雜質(zhì)的干擾［7］.

本研究以50 mL水樣(加標(biāo)質(zhì)量濃度50.00μg·L-1)為供體相;5.0 μL 的［C8MIM］［PF6］為接收相;在200 r·min-1，25℃條件下，振蕩萃取3 h.圖1為供體相pH值對(duì)萃取效率的影響.結(jié)果表明:當(dāng)pH=5時(shí)，其萃取效率最高(圖1).

圖1 供體相pH值對(duì)萃取效率的影響

2.1.2 供體相氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由于被分析物在萃取溶劑和樣品溶液之間的分配系數(shù)受離子強(qiáng)度的影響，通過(guò)向樣品溶液中加入無(wú)機(jī)鹽類可增大其分配系數(shù)，從而提高分析方法的靈敏度.本試驗(yàn)考察了NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0，5%，10%，15%和20%時(shí)對(duì)萃取效率的影響.本研究以50 mL 水樣(加標(biāo)質(zhì)量濃度50.00 μg·L-1)為供體相;5.0 μL 的［C8MIM］［PF6］為接收相;在 200 r·min-1，25 ℃條件下，振蕩萃取2.5 h.

結(jié)果如圖2所示:NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到5%之前，萃取效率隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而提高，之后再增加其用量，萃取效率反而下降.這是由于鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)低時(shí)鹽析效應(yīng)占主導(dǎo)，隨著鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，萃取效率增大;隨著加鹽量的增多，當(dāng)供體相分子和鹽電離出的離子之間的靜電相互作用占據(jù)主導(dǎo)地位時(shí)，萃取效率反而降低;同時(shí)NaCl也促進(jìn)了作為萃取溶劑的離子液體在供體相中的溶解，從而導(dǎo)致萃取溶劑體積減少，回收率下降［8］.所以本試驗(yàn)選用供體相中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl作為試驗(yàn)最佳條件.

圖2 供體相中氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)萃取效率的影響

2.1.3 萃取溶劑體積的影響

萃取溶劑的體積對(duì)分析的靈敏度影響很大.萃取溶劑體積大，則響應(yīng)值大，有利于提高靈敏度，萃取的速率高，平衡時(shí)間短;但降低萃取溶劑和水樣的體積比可以提高目標(biāo)物的富集倍數(shù)［9］.本研究以50 mL 水樣(加標(biāo)質(zhì)量濃度 50.00 μg·L-1，NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù) 5%)為供體相;2.5 ～20.0 μL 的［C8MIM］-［PF6］為接收相;在 200 r·min-1，25 ℃條件下，振蕩萃取3 h.圖3為萃取劑體積對(duì)萃取效率的影響.通過(guò)比較［C8MIM］［PF6］體積分別為 2.5，5.0，10.0，15.0 和 20.0 μL 時(shí)的萃取效率，可知 5.0 μL是最佳的萃取劑體積.

圖3 萃取劑體積對(duì)萃取效率的影響

2.1.4 萃取時(shí)間的影響

兩相液液微萃取是一種平衡萃取技術(shù).分析物在萃取平衡時(shí)的萃取量將達(dá)到最大，但對(duì)于分配系數(shù)較小的分析物需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡，達(dá)到平衡后再增加時(shí)間對(duì)萃取效率則無(wú)明顯提高，反而隨著萃取時(shí)間的增加，萃取溶劑的體積會(huì)出現(xiàn)較明顯的損失.在供體相為50 mL，鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，pH=5，加標(biāo) 50 μg· L-1;接受相為 5.0 μL［C8MIM］［PF6］;振蕩萃取為 200 r·min-1，25 ℃.圖4為萃取時(shí)間對(duì)萃取效率的影響.本試驗(yàn)比較不同萃取時(shí)間的萃取效率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)8 h時(shí)達(dá)到最佳萃取效率，即萃取平衡;進(jìn)一步增加萃取時(shí)間，萃取效率則降低.故本試驗(yàn)選用8 h為最佳萃取時(shí)間.

圖4 萃取時(shí)間對(duì)萃取效率的影響

2.2 方法的富集倍數(shù)

在最優(yōu)試驗(yàn)條件下(［C8MIM］［PF6］5.0 μL、pH=5、鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、萃取時(shí)間8 h)，測(cè)定4-n-壬基酚加標(biāo)質(zhì)量濃度為50.00 μg·L-1的水樣，如1.4節(jié)的試驗(yàn)方法操作，即可得到該萃取過(guò)程中4-n-壬基酚的富集倍數(shù)為1 129倍.

2.3 方法的線性范圍與檢出限

在優(yōu)化的試驗(yàn)條件下，對(duì)系列質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行萃取、測(cè)定.在研究范圍內(nèi)，4-n-NP的峰面積與質(zhì)量濃度呈良好的線性相關(guān)，線性范圍0.15 ～100.00 μg·L-1;線性方程:y=471.32x+536.05(R=0.999 7);最低檢測(cè)限 0.05 μg·L-1;以質(zhì)量濃度為50.00 μg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)測(cè)定5次的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為7.3%.

2.4 實(shí)際水樣的檢測(cè)

按所優(yōu)化方法，對(duì)長(zhǎng)江鎮(zhèn)江段水樣進(jìn)行4-n-NP的富集及檢測(cè)，結(jié)果顯示:9個(gè)水樣中有3 個(gè)檢出點(diǎn);5.00，25.00 和 50.00 μg·L-1這 3 個(gè)質(zhì)量濃度水平加標(biāo)，測(cè)得回收率范圍在80.1% ～105.6%(結(jié)果見(jiàn)表1).標(biāo)準(zhǔn)溶液與環(huán)境水樣色譜圖如圖5所示.

表1 實(shí)際水樣中4-n-NP質(zhì)量濃度及加標(biāo)回收率測(cè)定

圖5 HPLC色譜圖

3 結(jié)論

1)建立了中空纖維支載［C8MIM］［PF6］液膜液液微萃取測(cè)定環(huán)境水樣中4-n-NP的方法.在最優(yōu)試驗(yàn)條件下，即［C8MIM］［PF6］體積為5.0 μL，pH=5，鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%，萃取時(shí)間8 h時(shí)，對(duì)水體中4-n-壬基酚的富集倍數(shù)可達(dá)1 129倍，質(zhì)量濃度檢出限為 0.05 μg·L-1(S/N=3)，質(zhì)量濃度線性范圍 0.15 ～100.00 μg·L-1(R=0.999 7).

2)長(zhǎng)江鎮(zhèn)江段水樣中，4-n-NP的富集及檢測(cè)結(jié)果顯示:9個(gè)水樣中有3個(gè)檢出點(diǎn)，5.00，25.00和50.00 μg·L-1這3個(gè)質(zhì)量濃度水平加標(biāo)回收率為80.1% ～105.6%.可見(jiàn)，該方法具有操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、富集效率高等特點(diǎn).尤其是采用離子液體［C8MIM］［PF6］替代有機(jī)溶劑作為萃取劑，具有環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)，為環(huán)境水樣中4-n-NP的分析提供了一種新方法.

References)

［1］Isobe T，Nishiyama H，Nakashima A，et al.Distribution and behavior of nonylphenol， octylphenol， and nonylphenol monoethoxylate in Tokyo metropolitan area:their association with aquatic particles and sedimentary distributions［J］.Environmental Science＆Technology，2001，35(6):1041-1049.

［2］Salgueiro-González N，Concha-Gra?a E，Turnes-Carou I，et al.Determination of alkylphenols and bisphenol A in seawater samples by dispersive liquid-liquid microextraction and liquid chromatography tandem mass spectrometry for compliance with environmental quality standards［J］.Journal of Chromatography A，2012，1223:1-8.

［3］楊小麗，陳 明，沈丹群，等.響應(yīng)面法優(yōu)化污水中17β-雌二醇的固相萃取條件［J］.江蘇大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2012，33(4):480-485.Yang Xiaoli，Chen Ming，Shen Danqun，et al.Optimization of solid-phase extraction conditions using response surface methodology to determine 17β-estradiol in sewage［J］.Journal of Jiangsu University:Natural Science Edition，2012，33(4):480-485.(in Chinese)

［4］Pedersen-Bjergaard S，Rasmussen K E.Liquid-liquidliquid microextraction for sample preparation of biological fluids prior to capillary electrophoresis［J］.Analytical Chemistry，1999，71(14):2650-2656.

［5］Poole Colin F，Poole Salwa K.Extraction of organic compounds with room temperature ionic liquids［J］.Journal of Chromatography A，2010，1217(16):2268-2286.

［6］魏 超，盧珩俊，陳梅蘭，等.中空纖維三相液相微萃取-高效液相色譜法測(cè)定水中的4種酚類化合物［J］.色譜，2011，29(1):54-58.Wei Chao，Lu Hejun，Chen Meilan，et al.Determination of 4 phenols in water by three phase hollow fiber microextraction coupled with high performance liquid chromatography［J］.Chinese Journal of Chromatography，2011，29(1):54-58.(in Chinese)

［7］Andersen S，Halvorsen T G，Pedersen-Bjergaard S，et al.Liquid-phase microextraction combined with capillary electrophoresis，a promising tool for the determination of chiral drugs in biological matrices［J］.Journal of Chromatography A，2002，963(1/2):303-312.

［8］He Lijun，Luo Xianli，Jiang Xiuming，et al.A new 1，3-dibutylimidazolium hexafluorophosphate ionic liquidbased dispersive liquid-liquid microextraction to determine organophosphorus pesticides in water and fruit samples by high-performance liquid chromatography［J］.Journal of Chromatography A，2010，1217(31):5013-5020.

［9］Ma M H，Cantwell F F.Solvent microextraction with simultaneous back-extraction for sample cleanup and preconcentration:preconcentration into a single microdrop［J］.Analytical Chemistry，1999，71(2):388-393.