懸浮固化分散液液微萃取-毛細管電泳法測定水中磺酰脲類除草劑

朱 婧, 李明昕, 王 倩, 任 琳, 鄭 波, 雍 莉, 鄒曉莉*

(1. 四川大學華西公共衛(wèi)生學院衛(wèi)生檢驗與檢疫系, 四川 成都 610041;

2. 四川省疾病預防控制中心, 四川 成都 610041)

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研究論文

懸浮固化分散液液微萃取-毛細管電泳法測定水中磺酰脲類除草劑

朱 婧1, 李明昕1, 王 倩1, 任 琳2, 鄭 波1, 雍 莉2, 鄒曉莉1*

(1. 四川大學華西公共衛(wèi)生學院衛(wèi)生檢驗與檢疫系, 四川 成都 610041;

2. 四川省疾病預防控制中心, 四川 成都 610041)

建立了懸浮固化分散液液微萃取-毛細管電泳法同時測定水中磺酰脲類除草劑殘留的方法。以十二醇為萃取劑、甲醇為分散劑,采用懸浮固化分散液液微萃取技術對水樣進行分離提取,并結(jié)合毛細管電泳法進行測定。該方法可以有效提取、分離、檢測水中殘留的微量苯磺隆、吡嘧磺隆、芐嘧磺隆等9種磺酰脲類除草劑,各待測物在10.0～1 000 μg/L范圍內(nèi)線性關系良好,相關系數(shù)r≥0.992,方法檢出限為2.40～7.50 μg/L,方法精密度為6.55%～13.9%。將該方法用于實際水樣的測定,取得了較滿意的結(jié)果,加標回收率為82.0%～104%。該方法簡便快速,適合水中磺酰脲類除草劑的同時測定。

懸浮固化分散液液微萃取;毛細管電泳;磺酰脲類除草劑;水樣

磺酰脲類除草劑是一類被廣泛使用的微量高效除草劑[1-3]。隨著磺酰脲類除草劑使用范圍的擴大,其殘留對人類健康和環(huán)境造成的危害越來越受到人們的關注,尤其在水環(huán)境中的殘留,因為水的流動性可能會帶來更為廣泛的污染和危害。為了更有效地對其進行風險評估和實施管理,建立快速高效的測定方法是必要的。

目前,我國檢測磺酰脲類除草劑的方法主要有色譜法[4,5]和色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[6]。毛細管電泳法是20世紀80年代發(fā)展起來的液相分離技術,與高效液相色譜法相比,具有分辨率高、樣品和溶劑使用量少、成本低等優(yōu)點,該方法在除草劑測定方面有一定的應用[7,8]。但磺酰脲類除草劑通常以痕量水平存在于水環(huán)境中,且水樣中可能存在多種雜質(zhì)的干擾,若直接檢測通常無法滿足水樣分析的要求,因此需要在分析前對樣品進行凈化和濃縮。近年來液相微萃取作為一種新的樣品前處理方法引起了學者們的關注,該技術集萃取和富集于一體,操作簡便,環(huán)保高效,已廣泛運用于痕量分析領域[9-13]。分散液液微萃取(dispersive liquid-liquid microextraction, DLLME)[14]是液相微萃取的模式之一,它輔以分散劑的作用,萃取劑以微小的液滴分散在樣品溶液中形成乳濁液,能夠?qū)崿F(xiàn)高效快速的萃取。為了讓萃取劑更易被收集,懸浮固化液液微萃取(solidification of floating organic drop with liquid phase microextraction, SFO-LPME)技術[15]于2007年被提出,該技術采用低密度并具有適當熔點的試劑作為萃取劑,萃取完成后,萃取劑被冷凍成片狀浮于樣品溶液表面,更易取出。2008年,Leong等[16]將懸浮固化技術與分散液液微萃取結(jié)合,使其達到了高效、簡便易行的目的。

本實驗結(jié)合懸浮固化分散液液微萃取技術與毛細管電泳技術分離、測定水中9種磺酰脲類除草劑殘留,為水中磺酰脲類除草劑的測定提供了一種新的思路。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

P/ACETMMDQ毛細管電泳儀配紫外檢測器(美國Beckman公司);未涂層彈性石英毛細管(50.0 cm×50.0 μm,有效長度43.0 cm,河北永年光導纖維廠); Millipore Synergy 185超純水機(美國Millipore公司)。

標準品(純度≥98%):苯磺隆(tribenuron-methyl)、吡嘧磺隆(pyrazosulfuron-ethyl)、甲磺隆(metsulfuron-methyl)、噻吩磺隆(thifensulfuron-methyl)、煙嘧磺隆(nicosulfuron)、甲磺胺磺隆(mesosulfuron-methyl)、丙苯磺隆(procarbazone sodium)購自德國Dr. Ehrenstorfer公司,氯磺隆(chlorsulfuron)、芐嘧磺隆(bensulfuron-methyl)購自美國Sigma公司。

乙腈、甲醇為色譜純(美國Fisher公司);磷酸二氫鉀、硼砂、硼酸、鹽酸、氫氧化鈉均為分析純(成都科龍化工試劑廠);實驗用水均為超純水。

混合標準儲備液的配制:分別準確稱取各標準品適量,用甲醇溶解并稀釋至1 g/L,保存于-20 ℃冰箱。

混合標準工作液的配制:準確吸取一定量的混合標準儲備液,用甲醇稀釋至100 mg/L,保存于4 ℃冰箱。

1.2 實驗過程

1.2.1 樣品處理

取10.0 mL水樣于離心管中,加入0.1 mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)水樣pH值至3.0,加入2.0 g氯化鈉,振搖至其全部溶解后注入50 μL十二醇和200 μL甲醇混合溶劑使樣液成乳濁液,于30 ℃水浴3 min,以3 000 r/min的速度離心3 min。放置冰箱冷凍至十二醇凝結(jié)成固體,取出上層凝固的十二醇轉(zhuǎn)移至Eppendorf管,于30 ℃溫浴融化,加入50 μL甲醇混勻,以12 000 r/min的速度離心2 min后取上清液進樣分析。

1.2.2 毛細管電泳分離條件

未涂層彈性石英毛細管;柱溫:25 ℃;緩沖溶液:60.0 mmol/L硼砂-10%(體積分數(shù))乙腈(pH 10.0);檢測波長:230 nm;分離電壓:15 kV;進樣方式:壓力進樣(3.45 kPa);進樣時間:5 s。

試驗前用0.1 mol/L的NaOH溶液沖洗毛細管柱5 min,然后用超純水沖洗5 min,最后用緩沖溶液沖洗10 min;兩次進樣之間用緩沖溶液沖洗2 min;試驗結(jié)束后先用0.1 mol/L NaOH溶液沖洗毛細管柱10 min,最后用超純水沖洗10 min,以保證毛細管柱的清潔。

1.2.3 工作曲線

用水將9種磺酰脲類除草劑標準工作液逐級稀釋,配制成質(zhì)量濃度為10.0、50.0、100、250、500、1 000 μg/L的標準溶液。上述標準溶液按照1.2.1節(jié)所述步驟進行微萃取,按1.2.2節(jié)所述條件進行分離、分析。以各待測物的質(zhì)量濃度為橫坐標、各待測物峰面積為縱坐標繪制工作曲線,求得回歸方程和相關系數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理條件的選擇

對懸浮固化分散液液微萃取的主要影響因素進行了優(yōu)化,以加標空白水樣為樣本(加標量為1.00 mg/L)考察萃取效率。

考察了十二醇、十一醇以及正十六烷對9種磺酰脲類除草劑的萃取效率,十二醇對9種磺酰脲類除草劑的萃取效率最優(yōu),各除草劑回收率比十一醇高5%～8%,比正十六烷高40%～50%,因此選擇十二醇作為萃取劑。在此基礎上,在20.0～150 μL范圍內(nèi)考察萃取劑體積對9種磺酰脲類除草劑萃取效率的影響。結(jié)果表明,在20.0～50.0 μL范圍內(nèi),萃取效率隨著萃取劑體積的增大而增大;但加入的萃取劑大于50.0 μL后,萃取效果變化不大。綜合考慮萃取效率和富集倍數(shù),選擇50.0 μL十二醇作為萃取劑的體積。

分別考察了甲醇、乙腈、丙酮3種常用的分散劑對萃取效率的影響。結(jié)果表明,加入甲醇時的萃取效率最優(yōu),可達75%～98%。還考察了分散劑體積對萃取效率的影響,以20.0～250 μL的甲醇作為分散劑進行試驗,結(jié)果表明,當甲醇加入量小于150 μL時,隨著甲醇加入量的增大,9種磺酰脲類除草劑的萃取效率增大,當甲醇的加入量在150～250 μL時萃取效率穩(wěn)定,大于250 μL后萃取效率下降。因此選擇分散劑甲醇的體積為200 μL。

考察了溶液pH值在2.0～10.0范圍內(nèi)時的萃取效率。結(jié)果表明,當溶液呈堿性時,萃取效率較低(15%～40%);當溶液呈酸性時,萃取效率有明顯增加。當pH<4.0時,9種磺酰脲類除草劑萃取效率穩(wěn)定。因此選擇萃取溶液pH值為3.0。

考察了氯化鈉質(zhì)量濃度在25～300 g/L范圍內(nèi)時的萃取效率。在優(yōu)化的實驗條件下,氯化鈉質(zhì)量濃度為150～300 g/L時萃取效率達到最大且保持穩(wěn)定。因此選擇在200 g/L氯化鈉質(zhì)量濃度條件下進行微萃取。

考察了萃取溫度在15～50 ℃范圍內(nèi)時的萃取效率,結(jié)果表明,在15～25 ℃范圍內(nèi),萃取效率略有上升;在25～35 ℃范圍內(nèi),萃取效率變化不大;當萃取溫度超過35 ℃時,萃取效率有所下降,可能與磺酰脲類除草劑的熱不穩(wěn)定性有關。因此選擇30 ℃為萃取溫度。

在萃取溫度為30 ℃的條件下,在0～10 min范圍內(nèi)考察了萃取時間對萃取效率的影響,結(jié)果表明,萃取時間超過2 min,萃取效率穩(wěn)定,故選擇3 min作為萃取時間。

萃取條件的優(yōu)化結(jié)果見表1。

表 1 萃取條件的優(yōu)化

2.2 毛細管電泳分離條件的優(yōu)化

2.2.1 緩沖溶液種類的選擇

考察了分離、測定磺酰脲類除草劑常用的毛細管電泳緩沖溶液,即磷酸二氫鉀緩沖溶液和硼砂緩沖溶液對分離效果的影響。結(jié)果表明,單獨使用磷酸二氫鉀緩沖溶液或硼砂緩沖溶液作為緩沖體系時,9種磺酰脲類除草劑出峰不完全或者不能得到有效分離。在磷酸二氫鉀緩沖溶液中加入一定量乙腈后,9種待測物能得到有效分離,峰形較好,但在此種緩沖體系中,待測物出峰不穩(wěn)定且基線波動嚴重。在硼砂緩沖液中加入一定量乙腈后,9種待測物也能達到有效分離,且基線更平穩(wěn)。因此,選擇硼砂-乙腈作為緩沖液體系,并進一步對分離條件進行了優(yōu)化。

2.2.2 硼砂濃度的優(yōu)化

分別配制硼砂濃度為10.0～100 mmol/L的緩沖溶液,考察硼砂濃度對分離效果的影響。結(jié)果表明,硼砂濃度越高,待測物分離效果越好。當硼砂濃度達到60.0 mmol/L時,9種磺酰脲類除草劑均得到有效分離且基線平穩(wěn);但當硼砂濃度高于80.0 mmol/L后,加入乙腈會使緩沖溶液中出現(xiàn)少許結(jié)晶。因此選擇硼砂濃度為60.0 mmol/L。

2.2.3 緩沖溶液pH值的優(yōu)化

由于磺酰脲類除草劑為弱酸性化合物(解離平衡常數(shù)pKa為3.3～5.2),隨著溶液pH值的增加,解離程度逐漸增大,在毛細管電泳體系中,其泳動速度會發(fā)生差異性變化,從而改變分離度。調(diào)節(jié)硼砂緩沖溶液pH值在3.0～11.0范圍內(nèi),考察緩沖溶液pH值對分離效果的影響。結(jié)果表明,隨著電泳緩沖溶液pH值的增大,分離度改善,但同時使毛細管內(nèi)壁硅醇基的質(zhì)子化程度升高,電滲流增大,各磺酰脲類除草劑保留時間延長。將緩沖溶液pH值控制在10.0,出峰最接近的甲磺隆和氯磺隆分離度能達到1.0以上,分析可在10 min內(nèi)完成。

2.2.4 乙腈含量的優(yōu)化

選擇乙腈作為緩沖溶液的有機改性劑,結(jié)果表明,加入乙腈后各待測物的分離有很大改善,在5%～15%(體積分數(shù))范圍內(nèi)改變乙腈含量,進一步考察其對分離效果的影響。結(jié)果表明,乙腈含量越高,分離度越好,但考慮到乙腈加入量太大,容易產(chǎn)生氣泡,使得基線不穩(wěn)定,所以選擇乙腈含量為10%(體積分數(shù)),此時出峰最接近的甲磺隆和氯磺隆分離度能達到1.0以上。

2.2.5 檢測波長的優(yōu)化

相關文獻[17-20]報道磺酰脲類除草劑的檢測波長一般在214～254 nm范圍內(nèi)。在上述優(yōu)化的緩沖溶液下,考察了214～254 nm波長對測定結(jié)果的影響。結(jié)果表明,隨著波長增加,靈敏度下降,但基線噪音變小。綜合考慮檢測靈敏度、基線平穩(wěn)度和峰形,選用230 nm作為檢測波長。在選定的毛細管電泳分離條件下得到的標準溶液(100 μg/L)電泳圖見圖1。

圖 1 混合標準溶液(100 μg/L)電泳圖Fig. 1 Electrophoretogram of the mixed standard solution (100 μg/L) 1. methanol; 2. nicosulfuron; 3. thifensulfuron-methyl; 4. metsulfuron-methyl; 5. chlorsulfuron; 6. mesosulfuron-methyl; 7. pyrazosulfuron-ethyl; 8. bensulfuron-methyl; 9. procarbazone sodium; 10. tribenuron-methyl.

CompoundBackground/(μg/L)Added/(μg/L)Detected/(μg/L)Averagerecovery/%RSD/%NicosulfuronND10.08.4084.09.1020.018.693.06.5050.050.21005.10

2.3 方法指標

2.3.1 線性關系、檢出限及富集因子

按照1.2.3節(jié)配制系列混合標準溶液并繪制工作曲線,考察方法的線性范圍、檢出限和富集因子,結(jié)果見表2。各待測物在10.0～1 000 μg/L范圍內(nèi)線性關系良好,相關系數(shù)r≥0.992。以3倍S/N對應的質(zhì)量濃度為方法檢出限(method detection limits, MDLs),各待測物的方法檢出限為2.40～7.50 μg/L。待測物的富集因子(enrichment factor, EF)定義為分析物在懸浮有機相中的質(zhì)量濃度cfloated與在水樣中的初始質(zhì)量濃度c0之間的比值,即EF=cfloated/c0。在10.0 mL水樣中,各待測物的EF為86.6～103。

表 2 10 mL水樣中磺酰脲類除草劑的相關系數(shù)、方法檢出限和富集因子

Linear range: 10.0-1 000 μg/L.

2.3.2 精密度

取同一混合標準溶液,重復進樣6次進行測定,以峰面積的相對標準偏差(RSD)考察儀器精密度,RSD為5.09%～11.6%。制備6份空白加標水樣(加標量為100 μg/L),按照1.2.1節(jié)步驟處理后進行毛細管電泳分析,以峰面積的相對標準偏差考察方法精密度,RSD為6.55%～13.9%。

2.3.3 加標回收率

在相同的水樣中分別加入低、中、高3個水平的混合標準溶液,按照1.2.1節(jié)步驟處理后,進行毛細管電泳分析。分別計算加標回收率和RSD,結(jié)果如表3所示,方法的回收率及RSD分別為82.0%～104%和4.60%～11.5%。

2.4 實際樣品的測定

在選定的毛細管電泳分離條件和萃取條件下,隨機采取四川省成都市水樣20份(5份管道水、5份河水、10份農(nóng)田水)進行分析,其中1份農(nóng)田水樣中檢出氯磺隆、芐嘧磺隆、丙苯磺隆,質(zhì)量濃度分別為39.6、33.1和20.1 μg/L。圖2為該農(nóng)田水樣品和加標農(nóng)田水樣品電泳圖。

表 3 (續(xù))

ND: not detected.

圖 2 (a)農(nóng)田水樣和(b)加標農(nóng)田水樣電泳圖Fig. 2 Electrophoretograms of (a) a farmland water sample and (b) a spiked farmland water samplePeak Nos. are the same as those in Fig. 1.

3 結(jié)論

建立了懸浮固化分散液液微萃取-毛細管電泳檢測水中多種磺酰脲類除草劑的方法,該方法操作簡便快捷,可獲得較高的萃取效率,對環(huán)境友好,適用于水樣的批量分析。

[1] Duan Q, Li Z, Zhao G L, et al. Agrochemicals Research and Application, 2011, 15(1): 13

段強, 李振, 趙國玲, 等. 農(nóng)藥研究與應用, 2011, 15(1): 13

[2] Wang X F, Guan C H, Fan Z W, et al. Agrochemicals, 2011, 50(1): 9

王險峰, 關成宏, 范志偉, 等. 農(nóng)藥, 2011, 50(1): 9

[3] Zhang Y X. World Pesticides, 2013, 35(6): 30

張翼翾. 世界農(nóng)藥, 2013, 35(6): 30

[4] Jiang L H, Ma J P, Hou L W, Journal of Qingdao Technological University, 2015, 36(5): 73

姜蓮華, 馬繼平, 侯麗瑋, 等. 青島理工大學學報, 2015, 36(5): 73

[5] Tang K J, Zhou Z E, Yu R L, et al. Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis, 2014, 36(2): 326

湯凱潔, 周志娥, 余瑞龍, 等. 江西農(nóng)業(yè)大學學報, 2014, 36(2): 326

[6] Wang L Z, Huang X Y, Wang D F, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2015, 33(5): 501

王連珠, 黃小燕, 王登飛, 等. 色譜, 2015, 33(5): 501

[7] Lanaro R, Costa J L, Cazenave S O S, et al. J Forensic Sci, 2015, 60: 241

[8] Dinelli G, Vicari A, Bonetti A. J Chromatogr A, 1995, 700: 195

[9] Xi C P, Yuan J P, Li L, et al. Chinese Journal of Analysis Chemistry, 2008, 36(11): 1559

習春鵬, 苑金鵬, 李磊, 等. 分析化學, 2008, 36(11): 1559

[10] Carlos E A, Alves R D, De Queiroz M E L R , et al. J Braz Chem Soc, 2013, 24(8): 1217

[11] Basheer C, Lee H K. J Chromatogr A, 2004, 1057: 163

[12] Sobhi H R, Yamini Y, Abadi R H H B. J Pharm Biomed Anal, 2007, 45(5): 769

[13] Chamsaz M, Hossein Arbab-Zavar M, Akhondzadeh J. Anal Sci, 2008, 24(6): 799

[14] Mohammad R, Yaghoub A, Mohammad-Reza M H, et al. J Chromatogr A, 2006, 1116: 1

[15] Zanjani M R K, Yamini Y, Shariati S, et al. Anal Chim Acta, 2007, 585(2): 286

[16] Leong M I, Huang S D. J Chromatogr A, 2008, 1211: 8

[17] Jin Y, Yao J B, Zhao Y, et al. Inspection and Quarantine Science, 2008, 18(6): 7

金雁, 姚家彪, 趙穎, 等. 檢驗檢疫科學, 2008, 18(6): 7

[18] Yu Y F, Gao W, Gen N, et al. Agrochemicals, 2009, 48(11): 811

俞幼芬, 高巍, 耿寧, 等. 農(nóng)藥, 2009, 48(11): 811

[19] Qi Y, Zhan C R, Zhang X Z, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2004, 22(6): 634

祁彥, 占春瑞, 張新忠, 等. 色譜, 2004, 22(6): 634

[20] Wu C X, Li M, Wang G C, et al. Pesticide Science and Administration, 2006, 25(10): 6

吳春先, 立明, 王廣成, 等. 農(nóng)藥科學與管理, 2006, 25(10): 6

Health and Family Planning Commission Project of Sichuan Province (No. 14H1236).

Solidification of floating organic drop dispersive liquid-liquid microextraction combined with capillary electrophoresis for the determination of sulfonylurea herbicides in water

ZHU Jing1, LI Mingxin1, WANG Qian1, REN Lin2, Zheng Bo1, YONG Li2, ZOU Xiaoli1*

(1. Department of Sanitary Technology, West China School of Public Health, Sichuan University, Chengdu 610041, China; 2. Center for Disease Control and Prevention of Sichuan Province, Chengdu 610041, China)

A novel method of solidification of floating organic drop dispersive liquid-liquid microextraction for the simultaneous determination of sulfonylurea herbicides in water samples by capillary electrophoresis was established. Sulfonylurea herbicides in water samples were extracted by solidification of floating organic drop dispersive liquid-liquid microextraction using dodecanol as extractant and methanol as dispersive solvent, and were determined with capillary electrophoresis. Nine kinds of sulfonylurea herbicides such as tribenuron-methyl, pyrazosulfuron-methyl, bensulfuron-methyl and so on were detected by this method. The good linearities were obtained in the range of 10.0-1 000 μg/L. The correlation coefficiencies were not less than 0.992. The method detection limits (MDLs) ranged from 2.40 to 7.50 μg/L. The relative standard derivations (RSDs) of the method were 6.55%-13.9%. The method was applied for the determination of water samples and showed satisfactory results. The spiked recoveries ranged from 82.0% to 104%. The method is quick, sensitive and suitable for the batch analysis of sulfonylurea herbicides in water samples.

solidification of floating organic drop dispersive liquid-liquid microextraction (SFO-DLLME); capillary electrophoresis (CE); sulfonylurea herbicides; water sample

10.3724/SP.J.1123.2016.06012

2016-06-08

四川省衛(wèi)生與計劃生育委員會項目(14H1236).

O658

A

1000-8713(2016)11-1120-06

* 通訊聯(lián)系人.E-mail:zouxl_1113@163.com.