自制萃取頭用于SPME-HPLC聯(lián)用測定環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴

陳娜,劉坤峰,楊玉潔,王利韋,張裕平

（河南科技學院,河南 新鄉(xiāng) 453003）

自制萃取頭用于SPME-HPLC聯(lián)用測定環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴

陳娜,劉坤峰,楊玉潔,王利韋,張裕平

（河南科技學院,河南 新鄉(xiāng) 453003）

采用原位聚合法在石英毛細管內(nèi)制備了甲基丙烯酸-己二醇二甲基丙烯酸酯（MAA-EDMA）纖維作為固相微萃?。⊿PME）的萃取頭,與高效液相色譜聯(lián)用測定了環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴.系統(tǒng)考察了萃取時間、解吸時間、鹽濃度等實驗條件對萃取效率的影響,建立了測定環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴的SPME-HPLC方法.實驗結果表明：方法的柱內(nèi)（n=6）和柱間（n=6）精密度（RSD）分別小于4.45%和5.97%,實際樣品的加標回收率在100.8%～108.9%之間；3種多環(huán)芳烴化合物的線性范圍為10～4000μg/L,線性相關系數(shù)R2＞0.9496,檢出限在1.008 μg/L～2.876 μg/L之間.所制備的Poly（MAA-EDMA）萃取頭操作簡便、穩(wěn)定性好、成本低；方法快速、靈敏,適于測定環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴.

甲基丙烯酸；固相微萃??；高效液相色譜；多環(huán)芳烴

多環(huán)芳烴（PAHs）是一類廣泛分布于環(huán)境中的重要污染物,可以在生活的每一個角落發(fā)現(xiàn),在空氣中、河流湖泊中以及任何有機物使用的地方都有可能產(chǎn)生多環(huán)芳烴.迄今已發(fā)現(xiàn)有200多種PAHs,其中有相當部分具有致癌、致畸、致突變性[1].隨著煤炭產(chǎn)業(yè)和石油化工的高速發(fā)展,環(huán)境中PAHs的濃度在逐年增加,已經(jīng)嚴重威脅到人類健康,多環(huán)芳烴的監(jiān)測與治理越來越受到人們的重視.PAHs在水體中的濃度很低,樣品基質(zhì)比較復雜,難以直接測定,所以需要對樣品進行前處理以提高靈敏度.比較常用的樣品前處理方法有：液液萃取、固相萃取、固相微萃取和膜萃取技術等[2].

固相微萃?。⊿PME）技術是20世紀90年代興起的一種樣品前處理技術[3],它集采樣、萃取、濃縮和進樣于一體,具有無溶劑、操作簡便、易于實現(xiàn)自動化及適于現(xiàn)場野外分析等優(yōu)點,引起了廣大分析工作者的廣泛關注[4-9].商品化的固相微萃取頭價格昂貴,壽命有限,成本高[4].人們嘗試自制固相微萃取頭來代替商品化的萃取頭.劉志超等用涂有聚二甲基硅氧烷（PDMS）的石英光導纖維作萃取頭,與高效液相色譜聯(lián)用測定了環(huán)境水樣中的菲、熒蒽和1,2-苯并菲,3種多環(huán)芳烴的檢出限分別達到0.17、0.17和0.08 μg/L[5].周瑞娟等通過溶膠-凝膠法制備了一種含鍵合離子液體和苯基雙功能基的SPME涂層,測定水樣中5種多環(huán)芳烴的檢出限為0.002～0.083 μg/L[6].劉威制備了聚（甲基丙烯酸丁酯一乙二醇二甲基丙烯酸醋）毛細管整體柱,自組裝了管內(nèi)固相微萃取裝置與HPLC聯(lián)用測定了熏肉中的多環(huán)芳烴[7].本研究將聚（甲基丙烯酸-己二醇二甲基丙烯酸酯）（MAA-EDMA）整體材料原位聚合在石英毛細管內(nèi),用細毛細管將整體材料推出,制備了Poly（MAA-EDMA）固相微萃取頭,與HPLC聯(lián)用測定了環(huán)境水樣中的萘、聯(lián)苯、菲3種多環(huán)芳烴.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

P1201型高壓輸液泵（大連依利特分析儀器有限公司）；UV1201紫外-可見檢測器（大連依利特分析儀器有限公司）；C18色譜柱（250*4.6 mm,Hypersil ODS 5 μm）；10 mL萃取瓶、微型磁轉子（美國Supelco公司）；熔融石英毛細管（530μmI.D.690μmO.D.,徐州博瑞特鋼有限公司）；微波爐（頻率2450MHz,功率700 W,美的公司）；Quanta 200掃描電子顯微鏡（FEI,Hillsboro,Oregon,USA）；TWCL-D型磁力攪拌器（河南愛博特科技發(fā)展有限公司）；DZF-6020型真空干燥箱（上海-恒科技有限公司）；溶劑過濾器（天津津騰有限公司）；超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）.

甲基丙烯酸（MAA,NewJersey.USA）；己二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA,NewJersey,USA）；2,2-偶氮二異丁腈（AIBN）、甲醇及乙腈（天津科密歐化學試劑有限公司）；萘（C10H18,分析純,北京市雙華精細化工廠）；聯(lián)苯（C12H10,分析純）、菲（C14H10,95%,阿拉丁化學試劑）；氫氧化鈉（分析純,天津市瑞金特化學品有限公司）；鹽酸（分析純,洛陽市化學試劑廠）,實驗用水為二次蒸餾水.

1.2 實驗方法

1.2.1 萃取頭的制備 取MAA 0.171 mL,EDMA 1.886 mL,乙腈5 mL配制成混合溶液,超聲10 min；再加入AIBN 0.02 g（單體量的1%）,超聲10 min；然后將此混合溶液充入石英毛細管中,兩端封口,采用微波聚合（700 W）7 min后,用細毛細管（外徑小于530 μm的均可）將整體材料推出1 cm,即制得了Poly（MAA-EDMA）固相微萃取頭.隨后將制得的萃取頭插入甲醇中磁力攪拌洗脫（200 r/min）30 min,重復過程5次直至洗脫液用高效液相色譜檢測不再有雜峰出現(xiàn)為止.

1.2.2 SPME-HPLC分析 將制備好的萃取頭插入5 mL萃取液（不同濃度的多環(huán)芳烴溶液）中,磁力攪拌萃取30 min后取出,放入200 μL乙腈的解吸池中靜態(tài)解吸20 min.解吸液采用流動相為乙腈∶水（80∶20, V/V）,流速為1 mL/min,檢測波長為200 nm的色譜條件進行分離分析,以峰面積進行定量.

2 結果與討論

2.1 Poly（MAA-EDMA）固相微萃取頭的形態(tài)表征

用掃描電子顯微鏡（SEM）對所制備的萃取頭形態(tài)進行了表征,如圖1所示.

圖1 Poly（MAA-EDMA）固相微萃取頭的電鏡掃描Fig.1 Scanning electron micrographs of Poly（MAA-EDMA）SPME fiber

從圖1中可以看出,所制備的萃取頭連續(xù)、均勻、致密,表面有大小不一的孔徑結構,可吸附多環(huán)芳烴化合物進行富集.

2.2 SPME萃取條件的優(yōu)化

不同萃取時間、解析時間、鹽濃度對多環(huán)芳烴化合物萃取效率的影響見圖2.

圖2 各種因素對3種多環(huán)芳烴類化合物萃取效率的影響Fig.2 Effect of different factors on extraction efficiency of PAHs

2.2.1 萃取時間 萃取時間是影響SPME萃取效率的一個重要因素,在0～90 min范圍內(nèi),考察萃取時間對萃取效率的影響.從圖2（a）中可以看出,隨萃取時間的延長,萃取效率先逐漸提高,后穩(wěn)定在一個高度.萘、聯(lián)苯和菲都是在60 min時接近最大萃取效率,隨后萘和菲基本保持在這一富集效率；而只有聯(lián)苯出現(xiàn)了緩慢下降.根據(jù)SPME非平衡理論[10],綜合考慮樣品分析時間,最后選取萃取時間30 min,因為在30 min時,這3種多環(huán)芳烴均已接近最大萃取效率.

2.2.2 解吸時間 考察了0～50 min內(nèi)解吸時間對萃取效率的影響,從圖2（b）中可以看出,隨著解吸時間的不斷延長,解吸量也不斷增大；當解吸時間達到20 min后,樣品的萃取效率變化不明顯.相對于萃取時間來說,解吸過程要快得多,這可能跟涂層的孔徑結構和大比表面積有關.為了達到最佳的解吸效果,選取解吸時間為20 min.

2.2.3 鹽濃度 為考察鹽濃度對多環(huán)芳烴類化合物萃取效率的影響,在萃取液中分別加入10、50、100 g/L的氯化鈉.從圖2（c）中可以看到,隨鹽濃度的增加,萃取效率逐漸降低.說明了溶液鹽濃度對Poly（MAA-EDMA）萃取頭與多環(huán)芳烴分子之間存在的電荷誘導偶極－偶極相互作用產(chǎn)生的影響,不利于其在萃取頭表面上吸附；而且,由于多環(huán)芳烴有較穩(wěn)定的共軛結構,不易受到較高鹽濃度的影響[7].所以,選取實驗條件為不加鹽.

2.3 線性范圍、精密度和檢出限

對比研究了HPLC法直接進樣和Poly（MAA-EDMA）萃取頭SPME-HPLC法萃取進樣的靈敏度,如圖3所示.

圖3 多環(huán)芳烴化合物代表性色譜Fig.3 Chromatograms of PAHs

經(jīng)過SPME-HPLC,3種多環(huán)芳烴化合物有比較明顯的富集效果；萘、聯(lián)苯和菲的富集倍數(shù)分別達到12、91和52倍,極大地提高了分析檢測的靈敏度.

在優(yōu)化的萃取條件下,對方法的線性范圍、檢出限和精密度進行了考察,結果如表1所示.

由表1可知,3種多環(huán)芳烴化合物在10～4 000 μg/L范圍內(nèi)線性關系較好（R2＞0.949 6）；以S/N=3時對應濃度作為檢出限,3種多環(huán)芳烴化合物的檢出限均在3 μg/L以下.采用相同的實驗條件,用同一根Poly（MAA-EDMA）萃取頭,連續(xù)測定6次,3種多環(huán)芳烴化合物的保留時間的RSD在3.56%～4.45%之間；同時制備6根Poly（MAA-EDMA）萃取頭,相同實驗條件下,3種多環(huán)芳烴化合物的保留時間的RSD在3.04%～5.97%之間.實驗結果表明,制備的Poly（MAA-EDMA）固相微萃取頭重現(xiàn)性良好,可滿足日常分析需要.

2.4 實際樣品測定

用所建立的分析方法對河南科技學院西湖水進行檢測,均未檢出多環(huán)芳烴化合物.準確加入不同濃度的多環(huán)芳烴標準溶液,同時作空白樣品,確定加標回收率.表2為各加標濃度的回收率結果,加標回收率在100.8%～108.9%之間,可滿足分析要求.

表2 樣品加標回收率Tab.2 Recoveries of spiked sudan dyes samples

3 小結

本文建立了一種新型的Poly（MAA-EDMA）萃取頭固相微萃取的樣品預處理方法,并與HPLC聯(lián)用檢測環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴.該方法成本低,一次可制得多根萃取頭,且自制SPME萃取頭可重復多次使用；方法操作簡單,快速、靈敏,精密度好,實際樣品分析的回收率高.該方法適用于環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴檢測.

[1] 王愛娟.利用固相萃取技術檢測環(huán)境水樣中多環(huán)芳烴的方法[J].環(huán)境研究與監(jiān)測,2012,25（4）：3-4.

[2] 王統(tǒng)艷,鄧曉燕.水體中多環(huán)芳烴的前處理技術與分析方法[J].分析儀器,2012（1）：6-12.

[3] Arthur C L,Pawliszyn J.Solid phase microextraction with thermal desorption using fused silica optical fibers[J].Anal.Chem., 1990,62（19）：2145-2148.

[4] 陳娜,張毅軍,陳軍,等.基于聚甲基丙烯酸酯類固相微萃取頭的SPME-HPLC聯(lián)用檢測環(huán)境水樣中的痕量芳香烴[J].分析試驗室,2013,32（8）：53-57.

[5] 劉志超,胡霞林,劉景富.一次性固相微萃取-高效液相色譜法測定環(huán)境水樣中的3種多環(huán)芳烴[J].色譜,2010,28（5）：513-516.

[6] 周瑞娟,邢鈞.離子液體和苯基雙功能基鍵合固相微萃取涂層用于水樣中多環(huán)芳烴的測定[J].分析化學,2013,41（7）：1115-1119.

[7] 劉威.聚（甲基丙烯酸丁醋）整體柱的制備及其在多環(huán)芳烴分析中的應用[D].長春：吉林大學,2011.

[8] Fan Y,Zhang M,Feng Y Q.Poly（acrylamide-vinylpyridine-N,N'-methylene bisacrylamide）monolithic capillary for in-tube solid-phase microextraction caupled to high performance liquid chromatography[J].J Chromatogr.A,2005,1099（1/2）：84-91.

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[10] Ai J.Solid phase microextraction for quantitative analysis in nonequilibriumsituations[J].Anal.Chem.,1997,69（6）：1230-1236.

（責任編輯：盧奇）

Self-prepared MAA-EDMA fiber for SPME-HPLC of polycyclic aromatic hydrocarbons in environmental waters

Chen Na,Liu Kunfeng,Yang Yujie,Wang Liwei,Zhang Yuping
（Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China）

An in-situ polymerization method was used in the preparation of a novel solid-phase microextraction（SPME）fiber,where methacrylic acid-ethylene glycol dimethacrylate（MAA-EDMA）was directly polymerization in fused silica capillary.Coupled to high performance liquid chromatography（HPLC）,the prepared fiber was applied to the extraction and determination of polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）in environmental waters.The experimental conditions of SPME,such as extraction time,desorption time and salt concentration were optimized.As a result,the run-to-run（n=6）and fiber-to-fiber（n=6）relative standard deviations of this method were lower than 4.45%and 5.97%,respectively；and the recoveries of PAHs were in the range of 100.8%～108.9%；the linear relationships between the concentration 10 μg/L and 4 000 μg/L for PAHs were obtained（R2＞0.949 6）；the limits of detection ranged from1.008 μg/L to 2.876 μg/L in the optimal conditions.The prepared Poly（MAA-EDMA）fiber possesses some advantages including simplicity,good stability and lowcost.The method was fast,sensitive,and suitable for the determination of PAHs in environmental waters.

methacrylic acid；solid-phase microextraction；high performance liquid chromatography；polycyclic aromatic hydrocarbons

O652.6

A

1008-7516（2014）03-0072-04

10.3969/j.issn.1008-7516.2014.03.016

2014-02-28

2013年河南科技學院校攀登計劃創(chuàng)新團隊計劃資助

陳娜（1984-）,女,河南洛陽人,碩士,助理實驗師.主要從事現(xiàn)代分離分析技術研究.

張裕平（1968-）,男,湖南常德人,博士,教授,碩士生導師.主要從事現(xiàn)代分離分析技術研究.