分散液相微萃取-連續(xù)光源-石墨爐原子吸收光譜法測定水樣中痕量鈷

彭淑香，張麗君，楊光冠，張占恩，徐知雄

（1.蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州215009；2.江蘇省環(huán)境科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇蘇州215009）

分散液相微萃取-連續(xù)光源-石墨爐原子吸收光譜法測定水樣中痕量鈷

彭淑香1，2，張麗君1，楊光冠1，2，張占恩1，徐知雄1

（1.蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州215009；2.江蘇省環(huán)境科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇蘇州215009）

建立了以吡咯烷基二硫代氨基甲酸銨（APDC）為螯合劑，四氯乙烯為萃取溶劑，乙醇為分散劑的分散液相微萃取-連續(xù)光源-石墨爐原子吸收光譜法（DLLME-CS-GFAAS）測定水樣中痕量鈷的方法。詳細(xì)探討了pH值、萃取時(shí)間、溫度、鹽度等影響因素。結(jié)果表明，DLLME萃取5 mL水樣中的鈷的最佳條件為：pH=3，螯合劑0.012 g/L，萃取溶劑25 μL，分散劑0.5 mL。在優(yōu)化條件下，鈷的檢出限為0.03 μg/L，線性范圍為0.05～4.00 μg/L，富集倍數(shù)60，對(duì)濃度為0.50、2.00 μg/L Co2+標(biāo)準(zhǔn)液分別測定10次的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.3%和1.7%。筆者準(zhǔn)確、快速的測定了自來水、河水、湖水中痕量鈷，結(jié)果令人滿意。

連續(xù)光源原子吸收光譜法；分散液相微萃??；APDC；Co2+

鈷是人體必要的一種微量元素[1]參與維生素B12的合成。食品和水是人體中鈷的主要來源，雖然鈷不被認(rèn)為像大多數(shù)重金屬一樣是劇毒性的，但它同樣是一種有害的元素，當(dāng)鈷的含量超過一定的限度，不僅破壞生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，對(duì)動(dòng)植物造成危害，影響食品和水源的安全；還會(huì)間接性的危及人類的健康，比如引起人的血管擴(kuò)張、肺部及心臟等的疾病[2]，所以，金屬鈷的測定也是不容忽視的。

目前，測定鈷的方法有分光光度法（UV）[3]、火焰原子吸收光譜法（FAAS）[4]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP）[5]、X-射線熒光法（XRF）等，但這些方法都存在一定的局限性，例如FAAS方法準(zhǔn)確、穩(wěn)定，但檢出限較高，難以測定痕量樣品。石墨爐原子吸收光譜法（GFAAS）[6]雖然在環(huán)境水樣痕量鈷的測定中得到了廣泛應(yīng)用，但由于環(huán)境樣品性質(zhì)和組成較復(fù)雜，基體干擾較高，難以準(zhǔn)確測量。因此，只有將樣品經(jīng)過分離富集，才能得到滿意的分析結(jié)果[7]。

預(yù)處理分析樣品的方法日漸趨于簡單化和小型化。分散液相微萃取技術(shù)（dispersive liquid-liquid microextraction,DLLME）是在液相微萃取的基礎(chǔ)上，由Rezaee等[8]于2006年提出來的一種簡單、快速、微型、環(huán)保的前處理方法，集萃取與濃縮于一身；雖然DLLME的萃取劑用量很少，但其形成的三元溶劑系統(tǒng)（水/分散劑/萃取劑系統(tǒng)），比液相微萃取、固相微萃取都更加經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、快速，得到了國內(nèi)外研究學(xué)者的關(guān)注，并被廣泛的應(yīng)用在食品、醫(yī)學(xué)、環(huán)境等領(lǐng)域[9－10]。

連續(xù)光源原子吸收光譜儀采用高聚焦短弧氘燈（連續(xù)光源）作光源，不需預(yù)熱，該光源從紫外到近紅外（100～900 nm）都有很強(qiáng)的輻射，能滿足所有元素的測量要求，且不需要更換元素?zé)簦惨驗(yàn)椴捎秒疅艄庠春虲CD檢測器，可以很好的進(jìn)行實(shí)時(shí)背景校正，無需增加專門的背景校正裝置。分散液相微萃取與連續(xù)光源石墨爐原子吸收光譜法相結(jié)合，為痕量金屬樣品的測定提供了多重優(yōu)點(diǎn)，比如靈敏度高，檢出限低等；可以小體積樣品進(jìn)樣與分散液相微萃取產(chǎn)生的微量樣品相契合。該文采用分散液相微萃取與石墨爐原子吸收光譜法聯(lián)用的方式測定了水樣中痕量鈷，并應(yīng)用于自來水，河水、湖水水樣的分析，取得了滿意的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器

ControAA700連續(xù)光源原子吸收光譜儀（德國耶拿公司），連續(xù)光源原子吸收光譜儀石墨爐系統(tǒng)的工作條件：氘燈連續(xù)光源，波長240 nm；干燥溫度110℃，持續(xù)10 s；灰化溫度1 200℃，持續(xù)10 s；原子化溫度2 100℃，持續(xù)4 s；清除溫度2 450℃，持續(xù)4 s；氘燈背景校正。

800型離心機(jī)（上海精科實(shí)業(yè)有限公司）；PHS-3C型pH計(jì)（上海精科實(shí)業(yè)有限公司）；GKC-214型水浴鍋（上海蘇達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）；RHL-0502超純水機(jī)（美國艾科浦國際有限公司）。

1.2 主要試劑

實(shí)驗(yàn)主要試劑見表1。1 000 mg/L的鈷（II）標(biāo)準(zhǔn)貯備液（國家標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所），并根據(jù)需要將其逐級(jí)稀釋成各種質(zhì)量濃度的工作溶液。吡咯烷基二硫代氨基甲酸銨儲(chǔ)備液（0.15 g/L）：稱取0.037 5 g吡咯烷基二硫代氨基甲酸銨，溶于250 mL容量瓶中純水定容。

所有的塑料和玻璃器皿在使用之前，都要在10%v/v的HNO3中浸泡24 h以上，再用超純水沖洗三次，無水乙醇沖洗兩次。

表1 試驗(yàn)所用試劑

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

取5 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液或樣品溶液（pH=3.0）于10 mL具塞錐底離心管中，再向離心管中加入0.40 mL APDC（0.15 g/L）儲(chǔ)備液；充分搖勻后，置于40℃水浴中2 min，將0.50 mL包含25 μL四氯乙烯的乙醇混合液通過1 mL的注射器快速注入到離心管中，迅速形成云霧態(tài)后取出，4 000 rpm下離心3 min，使萃取溶劑四氯乙烯的小液滴（約18～20 μL）沉積在離心管的錐形底部，用微量進(jìn)樣器吸取10 μL沉積相，手動(dòng)注入到連續(xù)光源原子吸收光譜儀的石墨管中進(jìn)行測定。

1.4 樣品的測定方法

采集來的自來水、河水、湖水樣品用0.45 μm濾膜過濾以除去懸浮在水中的微粒，酸化處理后，盛放于聚乙烯塑料瓶或硬質(zhì)玻璃瓶中，于4℃冰箱中保存，待測。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取溶劑及其體積的影響

萃取溶劑的種類對(duì)分散液相微萃取有重要影響。按照實(shí)驗(yàn)方法考察了不溶于水且密度比水大的四種溶劑：四氯乙烯（ρ=1.630 g/cm3），CCl4（ρ=1.595 g/cm3），CHCl3（ρ=1.484 g/cm3），1,2-二氯苯（ρ=1.300 g/cm3）對(duì)萃取效率的影響。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，CHCl3的水溶性相對(duì)比較大，需比較大的量才能析出沉積相，考慮到DLLME的要求包括盡量減少有機(jī)溶劑的用量，不適合做該試驗(yàn)的萃取溶劑。其余三種溶劑對(duì)萃取效果的影響見圖1，四氯乙烯所萃取鈷吸光度最大，故選擇四氯乙烯作為萃取溶劑。

萃取溶劑的體積影響沉積相的量，研究不同體積的四氯乙烯（20～45 μL）對(duì)吸光度的影響，見圖2。石墨爐原子吸收系統(tǒng)的進(jìn)樣量為10 μL，當(dāng)溶劑的加入量為20 μL時(shí)，沉積相的量約為13～15 μL，恰好大于10 μL，所以選取四氯乙烯20 μL作為優(yōu)化起點(diǎn)。隨著溶劑體積的增加，沉積相體積增加，吸光度下降。這是因?yàn)榻饘衮衔镌诒怀浞州腿〉那闆r下，溶劑量越大，富集倍數(shù)降低，吸光度下降。為滿足測定痕量待測物的要求，在擁有滿意萃取效率的前提下，為得到較高的富集倍數(shù)，需較小的溶劑體積。而四氯乙烯用量為20 μL，沉積相較少難以手動(dòng)吸?。划?dāng)四氯化碳體積為25 μL時(shí)，既有較好的萃取效果，又能滿足測定所需體積要求。所以，文中萃取溶劑用量為25 μL。

圖1 萃取劑種類的影響

圖2 四氯乙烯的體積對(duì)萃取效果的影響

2.2 分散劑及其體積的影響

分散劑應(yīng)對(duì)水和萃取溶劑均有良好的親和性，能夠很好在樣品溶液中將有機(jī)相分散?？疾炝思状?、乙醇、丙酮、乙腈四種分散劑對(duì)四氯乙烯的分散效果。當(dāng)將分散劑和萃取溶劑四氯乙烯的混合液快速注入到樣品溶液中時(shí)，含甲醇和乙醇的混合液迅速分散出的白色云霧狀態(tài)比丙酮和乙腈的更為明顯。試驗(yàn)結(jié)果見圖3，也證明了甲醇和乙醇作為分散劑時(shí)，吸光度較大，且兩者差別不明顯?？紤]到環(huán)境的友好性，低毒性，采用乙醇作為最優(yōu)分散劑。

考察了乙醇體積分別為0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70、0.80、1.00 mL時(shí)對(duì)萃取效果的影響。一般來說，分散劑過少，分散出的有機(jī)溶劑液滴較大，乳濁液難以形成，萃取速度慢，萃取效率差；用量過大，目標(biāo)分析物物過多地溶于水相，同樣會(huì)導(dǎo)致萃取效率下降。所以，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖4），當(dāng)乙醇的體積為0.5 mL時(shí)，吸光度最大，萃取效果最佳。

圖3 分散劑種類的影響

圖4 乙醇體積對(duì)萃取效果的影響

2.3 APDC的用量

螯合劑作為萃取金屬離子的一個(gè)橋梁，先與金屬離子發(fā)生螯合反應(yīng)生成螯合物，然后疏水性的螯合物通過DLLME過程被萃取到有機(jī)溶劑中，所以螯合劑的用量在萃取過程中起著關(guān)鍵性的作用。試驗(yàn)考察了APDC儲(chǔ)備液用量：0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.40 mL對(duì)萃取效率的影響，結(jié)果見圖5。APDC用量從0.10 mL增加到0.4 mL，生成的金屬螯合物增多，被萃取到四氯乙烯中的APDC-Co螯合物的量也增多，吸光度升高。繼續(xù)增加APDC的用量，吸光度反而緩慢下降，可能是因?yàn)榉磻?yīng)過剩的APDC也會(huì)被萃取，與螯合物競爭萃取溶劑，從而使金屬離子在有機(jī)相中的濃度下降。所以選擇0.4 mL APDC作為最佳螯合劑用量。

2.4 pH的影響

樣品溶液的pH值影響金屬螯合物的形成和萃取過程。所以，在pH為2～9范圍內(nèi)考察了不同的酸度對(duì)萃取效率的影響，結(jié)果見圖6。在酸性較強(qiáng)pH在2～3的范圍內(nèi)，吸光度是迅速上升的；在酸性較弱接近中性pH為4～7時(shí)吸光度下降較迅速，在pH處在弱堿性時(shí)，吸光度變得很弱。這可能是因?yàn)閜H值很低時(shí)，形成的配合物不穩(wěn)定，難以被萃??；而pH值太高，鈷離子易水解，形成白色絮狀沉淀，影響了萃取效率。

圖5 APDC用量對(duì)萃取效果的影響

圖6 pH值對(duì)萃取效果的影響

2.5 萃取溫度的影響

溫度影響有機(jī)溶劑的溶解度和萃取體系的傳質(zhì)速度，因此會(huì)影響物質(zhì)的傳質(zhì)過程和提取效率。考察了溫度從20～80℃范圍內(nèi)對(duì)吸光度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度從20℃增加到40℃，增加了萃取體系的傳質(zhì)速度和待測物在有機(jī)物中的溶解度，吸光度增加；在40～80℃時(shí)，吸光度有緩慢下降的趨勢，可能是由于高溫，有機(jī)溶劑過多的溶解在水中，增大了螯合物在水中的分配比例，不利于萃取過程，影響萃取效率。所以選擇40℃為萃取的最好條件。

2.6 萃取時(shí)間的影響

萃取時(shí)間是指在樣品溶液中加入萃取劑后到開始離心之前的這段時(shí)間間隔。DLLME在分散之后形成水/分散溶劑/萃取溶劑三元乳濁液體系，接近均質(zhì)提取形成的均質(zhì)體系，有機(jī)顆粒面積的增大，極大地加速了可溶物的滲透和擴(kuò)散[11]，大大增大了萃取效率，縮短了萃取時(shí)間。本實(shí)驗(yàn)考察了不同萃取時(shí)間（5 s、5 min、10 min、20 min、30 min和40 min）的對(duì)萃取效率的影響，結(jié)果表明萃取時(shí)間對(duì)DLLME幾乎無影響。

2.7 離子強(qiáng)度的影響

通過在水相中加入不同濃度的NaCl（0～5%w/v），考察離子強(qiáng)度對(duì)萃取效率的影響。結(jié)果表明，離子強(qiáng)度對(duì)萃取效率影響不大。所以選擇不加鹽。

2.8 共存干擾離子的影響

在萃取過程中，樣品溶液中的某些溶解性有機(jī)物或共存金屬離子也經(jīng)歷了螯合反應(yīng)被萃取到有機(jī)溶劑中，影響金屬鈷的萃取效率。通過向2.00 μg/L Co（II）標(biāo)準(zhǔn)液中加入不同的離子：5 000 000倍的Na+、NO3-、Cl-；500 000倍的CH3COO-、H2PO4-、SO42-；500倍的K+、Ca2+、Li+、Mg2+、Ba2+、Mn2+、Fe3+；50倍的Ni2+、Fe2+、Al3+和10倍的Zn2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+、Cr6+，誤差均在±10%以內(nèi)，結(jié)果表明該方法具有較強(qiáng)的選擇性和抗干擾能力。

2.9 富集倍數(shù)

方法的靈敏度是指該方法能夠區(qū)分分析物濃度有微小變化的能力，一般來講，是用工作曲線的斜率來衡量的，斜率越大，分析方法的靈敏度就越高。富集倍數(shù)可以通過分析物被萃取前后兩條工作曲線的斜率來計(jì)算，所以靈敏度也可以通過富集倍數(shù)EF來衡量，經(jīng)分析計(jì)算DLLME對(duì)鈷的富集倍數(shù)為60。

2.10 分析特征量

Co（II）在0.05～4.00 μg/L范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，檢出限為0.03 μg/L，校正曲線A=0.205C+0.006（R2=0.999 2）。分別對(duì)濃度為0.50、2.00 μg/L Co2+標(biāo)準(zhǔn)液測定10次的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.3%和1.7%。

2.11 實(shí)際樣品的測定

實(shí)驗(yàn)采用DLLME-CS-GFAAS方法測定了自來水、河水、湖水樣品中痕量Co（II）的含量，并做加標(biāo)回收試驗(yàn)，測定結(jié)果見表2。

表2 實(shí)際樣品的測定及回收率

2.12 與其他分析方法的對(duì)照比較

2014年袁挺俠等[12]研究了測定水中鈷的幾種檢測方法，GFAAS的檢測法的RSD為2.6%～3.9%，加標(biāo)回收率為93.5%～101.4%，與本試驗(yàn)的結(jié)果是相符的；分光光度法的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及GFAAS；雖然ICP-MS比GFAAS的靈敏度高，但其不能有機(jī)相進(jìn)樣，且儀器價(jià)格昂貴。

2012年繆文娟等[13]通過濁點(diǎn)萃取結(jié)合火焰原子吸收測定了水樣中的鈷，校正曲線為A=0.059C+0.001 3，檢測范圍為1 mg/L以下，檢測范圍明顯高于DLLME-GC-GFAAS，又由于濁點(diǎn)萃取主要是通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)（如溶液的酸度值、溫度等）到達(dá)其濁點(diǎn)引發(fā)相分離的，條件苛刻難控制。Catalina Bosch Ojeda等人采用DLLME-FAAS方法先萃取后定容的方式測定了水中鈷的含量，富集倍數(shù)8，線性范圍50～500 μg/L，DLLMEGC-GFAAS免去了定容這一步驟，直接微量進(jìn)樣測定，富集倍數(shù)明顯提升，可達(dá)60，線性范圍0.05～4.00 μg/ L，靈敏度大大提高。

3 結(jié)語

分散液相微萃取與連續(xù)光源石墨爐原子吸收法相結(jié)合，建立了一個(gè)簡單、快速、經(jīng)濟(jì)的方法測定水體中的痕量Co（II），該方法穩(wěn)定、準(zhǔn)確、富集倍數(shù)高，在最佳條件下，僅僅用5 mL的水樣，檢測水平能達(dá)到ng/L。在測定實(shí)際樣品時(shí)，回收率可達(dá)94.34%～107.17%，結(jié)果令人滿意；采用氘燈連續(xù)光源（CS），無需再加入背景校正裝置，其校正背景對(duì)靈敏度的影響較小。萃取時(shí)間的無關(guān)性和微量有毒有機(jī)溶劑使用量是該方法的突出優(yōu)點(diǎn)，對(duì)痕量金屬元素的測定便捷有效。

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Determination of trace cobalt in environmental water by dispersive liquid-liquid microextraction combined with continuum source-graphite furnace atomic absorption spectrometry

PENG Shuxiang1，2,ZHANG Lijun1,YANG Guangguan1,2,ZHANG Zhanen1,XU Zhixiong1
（1.School of Environmental Science and Engineering,SUST,Suzhou 215009,China;2.Jiangsu Key Laboratory for Environmental Science and Engineering,SUST,Suzhou 215009,China）

The method of dispersive liquid-liquid microextraction prior continuum source-graphite furnace atomic absorption spectrometry was used to determine the trace cobalt（II）in environmental samples with the ammonium pyrrolidine dithiocarbamate（APDC）as chelating agents,the tetrachloroethylene as extraction solvent and ethanol as dispersant,and the factors such as pH,extraction time,temperature and salinity,etc.have been discussed in detail.The results showed that the optimum conditions for the extraction of cobalt in 5mL samples are as follows: when pH is 3.0,temperature is 40℃,the volume of chelating,extraction agent and dispersants is 0.12 g/L,25 μL and 0.5 mL respectively.Under the optimum conditions,the detection limit of cobalt（II）in water samples is 0.003 μg/L and the linear range is 0.05～4.00 μg/L.A preconcentration factor of 8 is reached,when the concentrations of 0.50 μg/L,2.00 μg/L Cr（VI）standard solution are measured 10 times,the relative standard deviation is 2.3%and 1.7%.The method is used to determine the cobalt（II）in actual samples with the satisfactory result.

continuum source-graphite furnace atomic absorption spectrometry;dispersive liquid-liquid microextraction;ammonium pyrrolidine dithiocarbamate;cobalt（II）

O657.3

A

1672-0679（2015）04-0012-06

（責(zé)任編輯：經(jīng)朝明）

2015-01-12

江蘇省環(huán)境科學(xué)與工程重點(diǎn)專業(yè)類資助項(xiàng)目（601210003）

彭淑香（1988-），女，河北唐山人，碩士研究生。

張麗君（1964-），女，副教授，從事水中有機(jī)污染物的測定及電化學(xué)分析在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用研究，Email: szzhanglijun@163.com。