超聲輔助萃取-分散液液微萃取/氣相色譜法測(cè)定環(huán)境水樣中六氯苯、林丹及硫丹

侯德坤， 何 江， 呼日樂(lè)達(dá)瓦， 張福金， 張 敏， 張婷瑜， 張欣昕， 姚一萍

(1.內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010021； 2.內(nèi)蒙古大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010021； 3.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，資源環(huán)境與檢測(cè)技術(shù)研究所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031； 4.內(nèi)蒙古大學(xué)環(huán)境地質(zhì)研究所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010021)

六氯苯(Hexachlorobenzene)、林丹(Lindane)和硫丹(Endosulfan)都屬于典型的持久性有機(jī)污染物(Persistent Organic Pollutants,POPs)，對(duì)皮膚[1]、肝臟[2]、新陳代謝[3]和中樞及周圍神經(jīng)系統(tǒng)都有較大的影響。我國(guó)自1983年就開(kāi)始禁用六氯苯和林丹，但由于其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難以降解及“三致”毒性效應(yīng)的特點(diǎn)，在各種環(huán)境介質(zhì)如江河、湖泊、海洋、土壤、底泥等中至今仍有殘留。2012年，硫丹也被列入《斯德哥爾摩公約》的黑名單，并在全球范圍內(nèi)開(kāi)展消減與控制[4]。環(huán)境介質(zhì)中六氯苯、林丹及硫丹主要來(lái)源于除草劑和殺菌劑的生產(chǎn)過(guò)程及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[5,6]，且可在環(huán)境及生物中累積并嚴(yán)重危害人類健康。因此，監(jiān)控此類污染物在環(huán)境中的殘留具有重要意義。

目前，環(huán)境水樣中氯苯類、有機(jī)氯類化合物的檢測(cè)以氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)法(GC-μECD)為主。富集手段主要有溶劑法、頂空法、吹掃捕集、膜萃取技術(shù)、固相萃取法、液相萃取法等[7]。然而這些技術(shù)操作繁瑣耗時(shí)，需要使用大量有毒、有害溶劑，對(duì)人體及環(huán)境有不利影響。分散液液微萃取技術(shù)(Dispersive Liquid-liquid Microextraction，DLLME)是近年來(lái)興起的樣品前處理方法，該方法將樣品采集、萃取和濃縮于一體，兼具液液萃取和固相萃取的特點(diǎn)，具有操作簡(jiǎn)單、快速、成本低、富集效率高等優(yōu)點(diǎn)[8]。

超聲輔助萃取-分散液液微萃取(UAE-DLLME)是在分散液液微萃取的基礎(chǔ)上輔以超聲技術(shù)，利用超聲過(guò)程中產(chǎn)生的空化、振動(dòng)、粉碎、攪拌等綜合效應(yīng)，來(lái)加速不互溶兩相之間的質(zhì)量傳遞，從而提高萃取效率[9，10]。本文以三氯乙烯為萃取劑，甲醇為分散劑，建立了UAE-DLLME/GC-μECD法測(cè)定環(huán)境水樣中六氯苯、林丹和硫丹含量的新方法,并對(duì)影響萃取效率的因素進(jìn)行了優(yōu)化，確定了最佳條件，最后將優(yōu)化后的方法用于實(shí)際水樣中六氯苯、林丹和硫丹的分析檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890A型氣相色譜儀(美國(guó)，安捷倫公司)，配有電子捕獲檢測(cè)器(μECD)；S7500型超聲波清洗儀(上海必能信超聲有限公司)；CR22GIII型離心機(jī)(日本，日立公司)；BT125D型電子天平(賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司)；pHS-3C型pH計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)；Milli-Q超純水系統(tǒng)(美國(guó),Millipore公司)。

六氯苯(美國(guó)Chem Service公司)；林丹(純度為99.8%，德國(guó)有機(jī)工業(yè)所)；α-硫丹(純度大于99.6%，美國(guó)Sigma公司),β-硫丹(純度大于99.0%，美國(guó)Sigma公司)。甲醇、正己烷、丙酮、乙腈(色譜純，美國(guó)Tedia公司)；無(wú)水乙醇(分析純，天津市四通化工廠)；二氯甲烷(分析純，成都化學(xué)試劑廠)；二氯乙烷、四氯化碳、三氯乙烯(分析純，北京化工廠)；氯苯(分析純，上海中秦化學(xué)試劑有限公司)；NaCl和NaOH(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；HCl(優(yōu)級(jí)純，成都科龍化學(xué)試劑廠)；實(shí)驗(yàn)用水為Milli-Q水。所有溶劑與實(shí)驗(yàn)用水均經(jīng)過(guò)0.45 μm濾膜過(guò)濾后使用。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與實(shí)際水樣的處理精密稱取六氯苯、林丹、α-硫丹和β-硫丹標(biāo)準(zhǔn)品0.100 mg置于4個(gè)10 mL的容量瓶中，用正己烷溶解并定容，配成10 mg/L的儲(chǔ)備液。準(zhǔn)確移取4種儲(chǔ)備液各1.00 mL，置于10 mL的容量瓶中，用正己烷定容，配成1.0 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,于4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆?。?.0 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)液用正己烷逐級(jí)稀釋至所需濃度得到工作液。

實(shí)驗(yàn)采集的灌溉水(內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院，呼和浩特市)、自來(lái)水(內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院，呼和浩特市)、湖水1(烏梁素海，烏拉特前旗)、湖水2(岱海，涼城市)均經(jīng)過(guò)0.22 μm濾膜過(guò)濾，4 ℃保存。

1.2.2分散液-液微萃取步驟準(zhǔn)確移取5.0 mL待測(cè)水樣于10 mL帶旋冒的錐形離心管中，用稀HCl調(diào)節(jié)溶液pH=4.0，用氣密型注射器快速注入1.0 mL甲醇(分散劑)和100 μL三氯乙烯(萃取劑)的混合液，形成乳濁液(水/三氯乙烯/甲醇乳濁體系)，超聲萃取5 min后，冰水浴中靜置20 min。然后以10 000 r/min離心5 min，棄掉上層液體，用微量進(jìn)樣器抽取一定體積沉淀相，用適量的正己烷溶解后，定容至0.5 mL，吸取1.0 μL進(jìn)行GC分析。

1.2.3色譜條件色譜柱：HP-5毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度250 ℃；檢測(cè)器溫度280 ℃；柱溫升溫程序:初始溫度100 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升至240 ℃保持5 min，以5 ℃/min升至260 ℃，保持2 min；載氣：高純氮?dú)?純度大于99.99%)，流速1.0 mL/min，尾吹氣25 mL/min；進(jìn)樣模式：不分流；進(jìn)樣量:1.0 μL。

2 結(jié)果與討論

2.1 DLLME萃取條件的優(yōu)化

2.1.1萃取劑及其體積的選擇在DLLME中，選擇合適的萃取劑是提高萃取效率的重要因素，通常要考慮萃取劑的密度及揮發(fā)性、對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的萃取能力、能否形成穩(wěn)定懸濁液以及對(duì)待測(cè)物后續(xù)色譜分離分析的影響[11 - 13]。實(shí)驗(yàn)考察了二氯甲烷、二氯乙烷、四氯化碳、三氯乙烯及氯代苯5種有機(jī)溶劑作為萃取劑時(shí)對(duì)六氯苯、林丹和硫丹萃取效率的影響。結(jié)果表明：二氯甲烷在水中的溶解度較大，離心后無(wú)沉淀相；1,2-二氯乙烷萃取效果差；氯代苯的雜質(zhì)峰較多，干擾目標(biāo)物的測(cè)定；三氯乙烯的萃取效率比四氯化碳略有提高，因此本研究選用三氯乙烯作為萃取劑。實(shí)驗(yàn)對(duì)比了10～200 μL三氯乙烯與1.0 mL甲醇混合時(shí)對(duì)六氯苯、林丹和硫丹的萃取效率的影響。結(jié)果表明，萃取劑體積在40 μL以下時(shí)，離心后沉淀相穩(wěn)定性較差，且體積較小難以移取、定量；當(dāng)三氯乙烯加入量為100 μL時(shí)，所得目標(biāo)物的萃取效果最佳，實(shí)驗(yàn)選擇其加入量為100 μL。

2.1.2分散劑及其用量的選擇在DLLME中對(duì)分散劑的要求有3個(gè)主要方面，一是與萃取溶劑及水有良好的混溶性，而在分相時(shí)又要能形成兩相；二是對(duì)目標(biāo)化合物的分析測(cè)定不形成干擾；三是毒性低和價(jià)廉[14]。本研究選擇符合上述條件的甲醇、無(wú)水乙醇、乙腈和丙酮4種分散劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，4種分散劑均對(duì)三氯乙烯有良好的分散懸浮作用，其中以甲醇效果最好，因此實(shí)驗(yàn)選擇甲醇作為分散劑。萃取劑三氯乙烯用量固定為100 μL的情況下，考察了不同分散劑用量對(duì)于六氯苯、林丹及硫丹萃取效率的影響，分散劑體積選擇為0.5～2.0 mL，實(shí)驗(yàn)表明各待測(cè)物的峰面積在甲醇體積為1.0 mL時(shí)最大，而后隨分散劑用量增加而減小。因此，實(shí)驗(yàn)選用分散劑體積為1.0 mL。

2.1.3溶液pH及鹽效應(yīng)的影響在DLLME中，體系的pH值對(duì)萃取過(guò)程中的傳質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)控制溶液的pH可改變?nèi)芤褐心承┓治鑫锏拇嬖谛问?，使分析物呈分子狀態(tài)而降低其水溶性，增大在有機(jī)相中的分配[14]。本實(shí)驗(yàn)考察了pH值分別為3.0、4.0、5.0、7.0、9.0及10.0時(shí)，樣品溶液的pH值對(duì)萃取效率的影響(用稀HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值)。結(jié)果表明，當(dāng)pH值為4.0時(shí)，各目標(biāo)物的峰面積最大；當(dāng)pH>4.0時(shí)，萃取效率開(kāi)始下降；當(dāng)pH>7.0時(shí)，萃取效率急劇下降。這可能與三種農(nóng)藥理化性質(zhì)有關(guān)：在弱酸性環(huán)境下較為穩(wěn)定，堿性時(shí)發(fā)生緩慢水解。因此在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)溶液的pH值為4.0。一般來(lái)講，離子強(qiáng)度的增加，分析物和有機(jī)萃取劑在水相中的溶解度會(huì)減小，有利于回收率的提高[15]。本實(shí)驗(yàn)中，在同一濃度的樣品溶液中，通過(guò)添加0.5%～10%(m/V)的NaCl改變樣品溶液的離子強(qiáng)度，得到峰面積隨離子強(qiáng)度變化的曲線。隨鹽濃度的增加，峰面積變化不大，但沉淀相的體積增大，使得富集倍數(shù)降低，故在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中不加入鹽。

2.1.4冰浴時(shí)間及離心時(shí)間對(duì)萃取效率的影響本實(shí)驗(yàn)選取冰浴時(shí)間為0～20 min，獲得不同冰浴時(shí)間下的峰面積值。結(jié)果顯示，硫丹的萃取效率在20 min冰浴時(shí)間內(nèi)變化不大，六氯苯及林丹在10～20 min內(nèi)萃取效率迅速增加。因此本實(shí)驗(yàn)選取冰浴的時(shí)間為20 min。對(duì)于離心時(shí)間，本實(shí)驗(yàn)選擇了 10 000 r/min離心2、3、5、10 min進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)離心 5 min 后，萃取效率已達(dá)最高值，故離心時(shí)間選擇5 min。

2.2 超聲功率及超聲時(shí)間對(duì)萃取效率的影響

利用超聲技術(shù)對(duì)DLLME進(jìn)行輔助萃取，通常情況下低功率超聲可使萃取時(shí)間延長(zhǎng)且萃取不完全；而超聲功率過(guò)高又會(huì)造成六氯苯、林丹及硫丹的降解率升高。因此比較了不同超聲功率對(duì)3種有機(jī)物回收率的影響。結(jié)果表明，隨超聲功率的增大，3種有機(jī)物的回收率都在增加，至超聲功率為80 W時(shí)，回收率最大，100 W時(shí)回收率有小幅下降，因此本實(shí)驗(yàn)確定最佳超聲功率為80 W。

在萃取過(guò)程中超聲起到分散劑的作用，超聲時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)萃取效率也產(chǎn)生一定的影響。實(shí)驗(yàn)考察了超聲時(shí)間1～20 min內(nèi)對(duì)水樣中六氯苯、林丹及硫丹的提取效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著超聲提取時(shí)間的延長(zhǎng)，水樣中3種有機(jī)物的提取效率增加，超聲時(shí)間從1 min 增加到5 min，萃取效率也隨之增加，當(dāng)超聲時(shí)間達(dá)到5 min時(shí)，萃取效率保持穩(wěn)定。繼續(xù)增加超聲的時(shí)間，萃取效率變化不大。因此本實(shí)驗(yàn)選取超聲時(shí)間為5 min.

2.3 方法的線性關(guān)系、檢出限和精密度

在優(yōu)化條件下，考察了所建立方法的線性范圍、線性相關(guān)系數(shù)(r2)、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，檢出限(LOD，信噪比S/N=3)和定量限(LOQ，信噪比S/N=10)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 方法的線性范圍、相關(guān)系數(shù)、回收率、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差及檢出限、定量限(n=7)

2.4 實(shí)際樣品分析

為考察此方法對(duì)實(shí)際樣品的分析能力，對(duì)實(shí)際水樣自來(lái)水、灌溉水及湖水進(jìn)行了測(cè)定。在自來(lái)水中未檢測(cè)到3類農(nóng)藥的殘留，但是在灌溉水及部分湖水中檢測(cè)到了六氯苯和林丹的存在，灌溉水：六氯苯1.42 μg/L，林丹1.64 μg/L；湖水1：六氯苯1.71 μg/L，林丹1.63 μg/L；湖水2：六氯苯9.52 μg/L；林丹4.37 μg/L。在湖水2和湖水3中檢測(cè)到了硫丹的存在，但是其濃度值在檢出限以下(表2)。

表2 自來(lái)水、灌溉水及湖水中六氯苯、林丹和硫丹的萃取回收率(n=3)

* not detected;** detected but below the LODs.

3 結(jié)論

本研究建立了一種適用于快速測(cè)定環(huán)境水樣中六氯苯、林丹和硫丹的UAE-DLLME-GC分析方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法簡(jiǎn)便、快速、靈敏、準(zhǔn)確，可用于環(huán)境水樣中六氯苯、林丹和硫丹的檢測(cè)。