基于單壁碳納米管涂層纖維的固相微萃取技術(shù)測定水中的殺菌劑

林宏立，李權(quán)龍，陳 猛，關(guān) 雄

(1.福建農(nóng)林大學(xué)生物農(nóng)藥與化學(xué)生物學(xué)教育部重點實驗室，福建福州350002;2.廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，福建廈門361005)

殺菌劑是用于防治由各種病原微生物引起的植物病害的一類農(nóng)藥，其在農(nóng)業(yè)中的大量使用不可避免地對水體造成污染，在一些水體中經(jīng)常被檢出[1－3].其中百菌清為水源水、飲用水的必檢指標(biāo)，其限量值為0.01 mg·L－1[4].分析水中此類農(nóng)藥所用的樣品預(yù)處理方法包括液 － 液萃取[5]、固相萃取[1－3，6]、固相微萃取[7－8]等.

單壁碳納米管(single-walled carbon nanotubes，SWCNTs)是由單層石墨卷曲而成的納米尺寸的管子，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和很強(qiáng)的吸附性能.以SWCNTs為涂層的SPME纖維已成功應(yīng)用于水中多種農(nóng)藥和環(huán)境內(nèi)分泌干擾物的測定[8].本研究選取水中4種常見的殺菌劑(百菌清、三唑酮、稻瘟靈和異菌脲)為目標(biāo)化合物，考察SWCNTs纖維的萃取性能，并優(yōu)化萃取條件，建立了水中上述殺菌劑的固相微萃?。瓪庀嗌V分析方法，并將其用于實際水樣的分析.

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

6890氣相色譜儀配電子捕獲檢測器(μECD)購自美國Agilent公司;HP-35色譜柱(30.0 m×320 μm×0.25 μm)購自美國J＆W Scientific公司;SPME專用采樣臺及手柄購自美國Supelco公司.

分析純百菌清(chlorothalonil)、三唑酮(triadimefon)、稻瘟靈(isoprothiolane)和異菌脲(iprodione)購自上海西格瑪奧德里奇貿(mào)易有限公司;HPLC級丙酮、乙酸乙酯購自美國Tedia公司;分析純鹽酸和氫氧化鈉購自上海化學(xué)試劑廠;超純水系統(tǒng)購自Millipore Simplicity公司.

分別稱取10.0 mg的各農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品置于10 mL棕色容量瓶中，用丙酮溶解并定容，得到1000 mg·L－1的單標(biāo)儲備液.將單標(biāo)儲備液按百菌清∶三唑酮∶稻瘟靈∶異菌脲=2∶5∶10∶100的體積比混合后，用丙酮稀釋，得到濃度分別為2、5、10和100 mg·L－1的混標(biāo)儲備液.

1.2 水樣采集

本試驗中使用的河水采自九龍江華安段，農(nóng)田水取自廈門翔安沙美村農(nóng)田.水樣經(jīng)過0.45 μm的玻璃纖維膜過濾，裝入棕色瓶中，于4℃保存?zhèn)溆茫?2 h內(nèi)完成檢測.

1.3 SWCNTs萃取纖維的制備

采用電泳沉積法制備SWCNTs纖維，并用高溫氫氣處理[9].將商品固相微萃取頭上的纖維取下，換上SWCNTs纖維，得到自制的SWCNTs萃取頭.

1.4 色譜分離條件

升溫程序如下:初始溫度80℃，以45℃·min－1上升到210℃，再以10℃·min－1增至260℃，保持4.5 min.后運(yùn)行:300 ℃，保留3 min.進(jìn)樣口溫度280 ℃，載氣(高純氮)流速1.0 mL·min－1，采用不分流模式.檢測器溫度300℃，尾吹氮氣流速40.0 mL·min－1.在此條件下，4種目標(biāo)化合物在12 min內(nèi)實現(xiàn)基線分離.

1.5 萃取過程

采用DI(direct immersion)-SPME方式在室溫下進(jìn)行萃取.取10 mL待測水樣于15 mL的萃取瓶中，放入磁力攪拌子，蓋上有聚四氟乙烯隔墊的瓶蓋，置于磁力攪拌器上，將SWCNTs萃取頭插入樣品瓶中，推出纖維使其浸沒于水中.萃取完成后，縮回萃取纖維，并立即插入GC進(jìn)樣口進(jìn)行熱脫附，用色譜峰面積定量.每個樣品平行測定3次.

2 結(jié)果與分析

2.1 SPME萃取條件的優(yōu)化

本研究基于SWCNTs纖維，采用GC-ECD法測定水中的殺菌劑，考察了熱脫條件、攪拌速度、pH值、離子強(qiáng)度、萃取時間等因素對纖維萃取效率的影響.優(yōu)化試驗所用的水樣的配制:往10 mL超純水中加入20 μL混標(biāo)儲備液.

2.1.1 熱脫附條件的確定 GC進(jìn)樣口溫度為300℃，考察脫附時間分別為1、3、5和7 min時目標(biāo)物的脫附情況.結(jié)果表明，隨著熱脫附時間的延長，目標(biāo)物的脫附量略有增加，5 min后趨于穩(wěn)定.將脫附5 min的纖維再次插入進(jìn)樣口脫附，未見目標(biāo)物的色譜峰，說明目標(biāo)物已完全脫附，沒有殘留.因此，脫附條件為300℃下熱脫附5 min.

2.1.2 水樣攪拌狀態(tài)對萃取的影響 在室溫、萃取時間為15 min、不調(diào)節(jié)pH和水樣離子強(qiáng)度的試驗條件下，考察了攪拌速度分別為300、500、700、1000 r·min－1時，SWCNTs纖維對4種殺菌劑的萃取量，結(jié)果表明:隨著攪拌速度的增加，纖維上的萃取量隨之增大;攪拌速度為1000 r·min－1時，萃取量最大;攪拌速度大于1000 r·min－1時，磁力攪拌子不穩(wěn)定.因此，本試驗確定攪拌速度為1000 r·min－1.

2.1.3 pH值對萃取量的影響 用1 mol·L－1的NaOH和HCl溶液調(diào)節(jié)水樣的pH值分別為1、2、4、6和12，在室溫、萃取時間為15 min、轉(zhuǎn)速為1000 r·min－1的試驗條件下，考察了不同pH值下SWCNTs纖維的萃取效率，結(jié)果見圖1.由圖1可知，百菌清和異菌脲的萃取量隨著pH值的增大而減小，pH值為1時萃取量最大;三唑酮和稻瘟靈的萃取量則隨著pH值的增大，呈先增加后減小的趨勢.這種萃取效率差異與各目標(biāo)物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān).綜合考慮，選定最佳pH值為2.

2.1.4 萃取時間對萃取量的影響 萃取時間是影響SPME纖維萃取效率的一個重要因素.在溫度為室溫、攪拌速度為1000 r·min－1、水樣的pH為2、不調(diào)節(jié)水樣離子強(qiáng)度的試驗條件下，考察了萃取時間分別為15、30、45、60 min時，SWCNTs纖維對4種目標(biāo)物的萃取量.結(jié)果表明，隨著萃取時間的延長，纖維上萃取量逐漸增加，萃取時間為60 min時，萃取過程仍未達(dá)到平衡.這可能是由SWCNTs纖維涂層上存在的納米尺寸孔洞引起的，目標(biāo)物在這些孔洞中的擴(kuò)散速度很慢.綜合考慮速度和方法的靈敏度，最后確定萃取時間為30 min.

圖1 水樣pH值對纖維萃取效率的影響(n=3)Fig.1 Effect of pH on the extraction efficiency of SWCNTs fiber(n=3)

本研究考察了水樣離子強(qiáng)度對目標(biāo)物萃取量的影響，發(fā)現(xiàn)加入大量NaCl后，熱脫附時有鹽在纖維上析出，導(dǎo)致萃取纖維難以縮回.由此確定不調(diào)整水樣的離子強(qiáng)度.

根據(jù)上述試驗結(jié)果，確定用SWCNTs纖維萃取水中4種殺菌劑的試驗條件為:300℃熱脫附5 min，攪拌速率1000 r·min－1，調(diào)整pH值為2，不調(diào)節(jié)離子強(qiáng)度，萃取時間30 min.建立了水中4種殺菌劑的固相微萃?。瓪庀嗌V分析方法.

2.2 方法的準(zhǔn)確度和精密度

配制一系列百菌清(0.2 －20 μg·L－1)、三唑酮(0.5 －50 μg·L－1)、稻瘟靈(1 －100 μg·L－1)和異菌脲(10－1000 μg·L－1)的標(biāo)準(zhǔn)水樣，采用所建立的方法測定;以各目標(biāo)物的色譜峰面積和濃度繪制工作曲線，得到4種目標(biāo)物的線性范圍和相關(guān)系數(shù)(R2);分別以3倍和10倍的信噪比確定方法的檢測限(LOD)和定量限(LOQ);用同一根纖維萃取3份平行水樣，考察了所建立方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，結(jié)果見表1.從表1可見，4種目標(biāo)物在上述濃度范圍內(nèi)有很好的線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)大于0.9956，方法的LOD為0.022 －0.987 μg·L－1，LOQ 為 0.075 －3.259 μg·L－1，方法的精密度大于7.8%(n=3).

2.3 實際水樣測定

利用所建立的方法測定河水和農(nóng)田水，結(jié)果表明，2個水樣中均未檢出目標(biāo)物.向河水和農(nóng)田水中加標(biāo)，百菌清、三唑酮、稻瘟靈和異菌脲的加標(biāo)濃度分別為 1、2.5、5、50 μg·L－1(低濃度)和 10、25、50、500 μg·L－1(高濃度)，加標(biāo)回收率見表2、3.4種目標(biāo)物的加標(biāo)回收率為71.9% －110.2%，方法的精密度高于9.1%(n=3).結(jié)果表明，所建立的方法適用于分析水中的4種目標(biāo)物.

表1 所建立的方法的性能指標(biāo)Table 1 Characteristic data of established method

3 小結(jié)與討論

本試驗利用SWCNTs纖維，建立了水中4種殺菌劑的固相微萃?。瓪庀嗌V分析方法，并考察了SWCNTs纖維的性能.結(jié)果表明，SWCNTs纖維能在pH為1的條件下正常工作，對4種不同結(jié)構(gòu)的殺菌劑都有較好的萃取能力.所建立的分析方法靈敏度高，檢出限優(yōu)于液－液萃取法，與固相萃取[3]和固相微萃取方法[5－8]相近，重現(xiàn)性較好，能滿足水中殺菌劑實際檢測的要求.

表2 低濃度下方法的加標(biāo)回收率和精密度1)Table 2 Recoveries and precisions of the established method at low concentration

1)百菌清、三唑酮、稻瘟靈和異菌脲的加標(biāo)濃度分別為1、2.5、5 和50 μg·L－1.

表3 高濃度下方法的加標(biāo)回收率和精密度1)Table 3 Recoveries and precisions of the established method at high concentration

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