超聲輔助分散液液微萃取-高效液相色譜法檢測水樣中的西維因

項文霞，李 釗

(湖北省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊，湖北 黃岡 438000)

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超聲輔助分散液液微萃取-高效液相色譜法檢測水樣中的西維因

項文霞，李 釗

(湖北省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊，湖北 黃岡 438000)

采用超聲輔助分散液液微萃取結(jié)合高效液相色譜法檢測了環(huán)境水樣中的西維因，考察了萃取劑種類及體積、超聲時間、離心時間、溶液pH值和鹽濃度等因素對萃取效率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)色譜檢測條件為：以甲醇/水=65/35(v/v)作為流動相，流速為0.6 mL/min，檢測波長為220 nm，柱溫為23 ℃。在優(yōu)化的條件下，西維因的線性范圍為0.01～1.0 μg/mL，檢出限為0.9 μg/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=5)為2.3%～8.0%，樣品的加標(biāo)回收率為80.1%～98.3%。本實驗方法適合于環(huán)境水樣中痕量西維因的分析。

超聲輔助分散液液微萃??；西維因；高效液相色譜法；水樣

1 引言

隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)藥已成為防治蟲害的主要手段，對促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著十分重要的作用。大多數(shù)氨基甲酸酯類農(nóng)藥具有高熔點性和較低的蒸汽壓且在水體中溶解性較高，在環(huán)境中廣泛的存在。由于氨基甲酸酯類農(nóng)藥從土壤中通過滲透或流失，進(jìn)入地下或地表水，給整個生態(tài)系統(tǒng)造成了不利影響。氨基甲酸酯類農(nóng)藥已經(jīng)被美國環(huán)境保護(hù)方案列為優(yōu)先控制污染物[1～10]。因此，研究如何快速檢測環(huán)境水樣中的氨基甲酸酯類農(nóng)藥有重要意義。本論文的研究重點是利用超聲輔助分散液液微萃取方法，結(jié)合高效液相色譜法，萃取、富集和檢測水樣中的西維因，以期建立更為環(huán)保、高效的檢測西維因含量的方法。本方法將超聲技術(shù)運(yùn)用于分散液液微萃取方法中，代替了分散劑的使用，克服了傳統(tǒng)分散液液微萃取的不足，有機(jī)溶劑用量更少。超聲輔助分散液液微萃取方法集萃取、濃縮和進(jìn)樣于一體，是一種新型的樣品前處理技術(shù)，與傳統(tǒng)的萃取方法相比具有操作簡單、快速、準(zhǔn)確、成本低、對環(huán)境友好且回收率高和富集倍數(shù)高等特點，所以其在痕量分析領(lǐng)域中展現(xiàn)出愈來愈廣闊的應(yīng)用前景[11]。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

2.1.1 儀器

LC-1000 型紫外可變波長檢測器(山東魯南瑞虹化工儀器有限公司)；色譜柱型號及規(guī)格： ScienhomeKromasil C18 柱(150 mm×4.6 mm，5 μm)；25 μL、50 μL 微量進(jìn)樣器(上海安亭微量進(jìn)樣器廠)；800 離心機(jī)(常州國華電器有限公司)；QC3120 型超聲波清洗儀(旗美電器有限公司)；10 mL 尖底玻璃離心管；艾科浦超純水系統(tǒng)制取超純水。

2.1.2 試劑

西維因標(biāo)準(zhǔn)品(100 μg/mL)購于阿拉丁公司，用色譜純甲醇作溶劑配制成10 μg/mL 西維因標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，并放于冰箱中保存。所選的萃取劑二氯甲烷(CH2Cl2)、三氯甲烷(CHCl3)和四氯化碳(CCl4)都是分析純試劑，使用前均進(jìn)行過至少兩次重蒸。磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉(用于調(diào)節(jié)溶液pH值)購于天津市東麗區(qū)泰蘭德化學(xué)試劑廠。氯化鈉購于天津市博迪化工有限公司。

2.2 水樣前處理

本實驗所用的水樣分別采集于武漢市黃家湖水域、濕地景觀水域、青菱寺居民區(qū)水域，以驗證方法的實用性。采集的水樣均用0.45 μm 濾膜過濾后，儲存于棕色試劑瓶中，并放置于4 ℃的冰箱中低溫保存?zhèn)溆谩?/p>

2.3 超聲輔助分散液液微萃取過程

精確量取5.00 mL 含西維因的水溶液于10 mL 離心試管中，使其加標(biāo)濃度為0.1 μg/mL，加入30 μL CCl4(萃取劑)，輕輕振蕩，然后超聲5 min，出現(xiàn)乳濁液體系，取出后置于離心機(jī)中，在轉(zhuǎn)速3500 r/min 的條件下離心分離5 min。離心后用微量進(jìn)樣器吸取沉淀相，用微量進(jìn)樣器取10 μL 進(jìn)行HPLC 分析，具體操作過程及現(xiàn)象見圖1。

圖1 超聲輔助分散液液微萃取操作過程

2.4 色譜條件

流動相：甲醇/水=65/35(v/v)；流速：0.6 mL/min；檢測波長：220 nm；柱溫：23 ℃(室溫)。

3 結(jié)果與討論

本論文將USADLLME 與HPLC-UV 聯(lián)用來萃取、富集和檢測水樣中的西維因的殘留。為了達(dá)到最佳富集效果，本實驗對影響USADLLME 萃取過程的參數(shù)進(jìn)行了研究，包括萃取劑種類及體積的選擇、溶液的pH值、萃取時間、離心時間、鹽效應(yīng)等6個方面。

3.1 色譜條件的優(yōu)化

本實驗首先優(yōu)化了流動相比例、流速以及檢測波長等影響色譜分離效果的因素，得到的最佳分離條件是流動相為甲醇/水=65/35(v/v)，流速為0.6 mL/min，檢測波長為220 nm。西維因標(biāo)準(zhǔn)色譜圖如圖2所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)色譜圖(1-西維因)

3.2 萃取劑的選擇

萃取劑的選擇是影響萃取效率的重要因素，必須滿足下列條件：①密度比水大，這樣才能通過離心的方法將萃取劑與水溶液分離；②不溶于水且對目標(biāo)物有很好的萃取性能；③較好的色譜行為。鹵代烴的密度都比較大，所以一般都選用鹵代烴為萃取劑，如氯仿、四氯化碳、二氯甲烷及四氯乙烯等。不同的萃取劑對同一目標(biāo)樣品的萃取效果不同，本實驗選用常規(guī)的鹵代烴作為萃取劑，分別試驗了二氯甲烷(CH2Cl2)、三氯甲烷(CHCl3)和四氯化碳(CCl4)對水樣中的西維因的萃取效果。為了得到10 μL 的沉積相，向各樣品溶液(5.00 mL)中分別加入各萃取劑(70 μL 二氯甲烷，50 μL 三氯甲烷，30 μL 四氯化碳)。通過比較目標(biāo)樣品的峰面積大小，進(jìn)行最優(yōu)選擇。結(jié)果表明CCl4萃取效率最好。

3.3 萃取劑體積的選擇

萃取過程中所加萃取劑體積直接影響該方法萃取效率的大小，所以當(dāng)萃取劑選好之后，就有必要進(jìn)一步優(yōu)化其體積。當(dāng)萃取劑體積太小時，沉積相體積太小不易取出；萃取劑體積太大時，沉積相體積太大又導(dǎo)致萃取效率急劇下降，方法的靈敏度又隨之降低。所以，在實驗中需要選擇一個合適體積的萃取，既可以保證萃取效果又可以滿足離心后進(jìn)樣測定時所需有機(jī)相的體積。為了優(yōu)化萃取劑的體積，分別試驗了20.0、25.0、30.0、40.0、50.0 μL 的CCl4對萃取效率的影響，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 萃取劑體積的選擇

由圖3 可知，當(dāng)CCl4的體積小于30.0 μL 時，可能是由于西維因未完全萃取出來，故而峰面積也較小，當(dāng)CCl4的體積為30.0 μL 時，西維因的峰面積最大，之后隨著CCl4體積的增加，峰面積反而減小，這可能是由于沉積相體積也隨著CCl4體積的增加而增加，稀釋了西維因的濃度，才會得到這樣的結(jié)果。所以為了實現(xiàn)高富集、低檢出限，本實驗選擇萃取劑CCl4的體積為30.0 μL。

3.4 萃取時間的影響

USADLLME 過程是一個基于分析物在樣品與有機(jī)溶劑之間動態(tài)的分配平衡的過程，在達(dá)到分配平衡時，萃取效率才會最大，萃取時間的長短和傳質(zhì)的快慢對萃取平衡有著直接的影響。本實驗的萃取時間即為超聲時間。萃取操作的目的是促進(jìn)萃取劑與樣品溶液的接觸和混合，從而提高萃取效率。但由于超聲過程會產(chǎn)生熱量，過長的超聲時間可能增加試劑揮發(fā)程度而影響萃取效率。

經(jīng)超聲萃取后，萃取劑與樣品溶液形成乳濁液，由于萃取劑與溶液之間具有巨大的表面積，使目標(biāo)物質(zhì)能夠快速地從水溶液中轉(zhuǎn)移到萃取劑中，從而能夠迅速達(dá)到平衡狀態(tài)，因此萃取時間較短，這也是USADLLME 的一個顯著特點。本實驗分別考察了超聲時間為2、4、6、8、10 min 時，對待測物西維因的萃取效率的影響。結(jié)果如圖4 所示。

圖4 萃取時間的影響

由圖4 可知，在2～4 min 內(nèi)，西維因的峰面積有明顯增加，當(dāng)萃取時間為4 min 時，萃取效果最佳，之后萃取效率趨于穩(wěn)定，隨著萃取時間繼續(xù)增長，萃取效率有下降的趨勢，可能是超聲過程中產(chǎn)生熱量，使萃取溶劑有部分損失，萃取效率反而降低，故本實驗選擇最佳超聲時間為4 min。

3.5 離心時間的影響

萃取劑加入到樣品溶液后，在超聲波作用下將樣品萃取出來，通過離心使萃取劑沉積在離心管底部達(dá)到相的分離，離心過程決定了兩相分離程度。離心時間過短，萃取劑沉積不完全；離心時間過長，并不能明顯增加沉積相體積。本實驗在2～10 min 內(nèi)對離心時間進(jìn)行了考察。結(jié)果如圖5所示。

圖5 離心時間的影響

由圖5 可知，在轉(zhuǎn)速為3500 r/min的條件下，在2～8 min 內(nèi)，西維因的峰面積增加較快，超過8 min 后，西維因的峰面積趨于穩(wěn)定，下降趨勢較小，究其原因是隨著離心時間的增加，離心機(jī)內(nèi)產(chǎn)生熱量，使萃取劑揮發(fā)，沉積相損失，從而影響萃取效率，所以本實驗選擇最佳離心時間為8 min。

3.6 溶液pH值的影響

溶液的酸度對四氯化碳萃取水相中的有機(jī)物有重要影響，合適的pH 環(huán)境能夠抑制某些有機(jī)物的水解，相反，不當(dāng)?shù)膒H值環(huán)境會造成某些有機(jī)物的分解，影響富集性能。本實驗對溶液的pH 在4～8 進(jìn)行了考察，結(jié)果如圖6所示。

圖6 溶液pH值的影響

結(jié)果表明，在酸性偏中性的條件下，西維因的峰面積有增加趨勢，在pH值為7的條件下，峰面積達(dá)到最高，之后隨著溶液堿度的增加，峰面積急劇下降，分析原因，是因為樣品溶液西維因在常溫和日光下穩(wěn)定，但在堿性條件下易水解失效，所以當(dāng)溶液pH值較高西維因的峰面積反而較小，故本實驗選擇溶液的pH 為7 即在中性環(huán)境中進(jìn)行萃取操作。

3.7 鹽效應(yīng)的影響

由于鹽析效應(yīng)，在溶液中加入適量的鹽能提高對目標(biāo)化合物的富集能力，當(dāng)溶液中鹽過量時，由于鹽的析出，會使目標(biāo)化合物在表面形成吸附，造成富集性能降低。因此，溶液中鹽的含量需要進(jìn)行優(yōu)化。本實驗研究了NaCl 含量在0%～20%(w/v)對萃取效率的有影響，結(jié)果如圖7所示。

由圖7 可知，在溶液中加入適量的鹽能提高對目標(biāo)化合物的富集能力，當(dāng)鹽濃度在5%以內(nèi)時，隨著鹽濃度增大，西維因的峰面積增大，超過5%之后，隨著鹽濃度繼續(xù)增大，富集性能降低，所以本實驗選擇加入的NaCl 濃度為5%(w/v)。

圖7 鹽效應(yīng)的影響

3.8 方法參數(shù)

根據(jù)上述優(yōu)化結(jié)果，確定測定水樣中西維因的最佳富集條件如下：30 μL 四氯化碳，pH 為7，萃取時間4 min，離心時間8 min，氯化鈉含量5%(w/v)。在最佳實驗條件下，配制成一系列樣品濃度0.01、0.05、0.1、0.5、1.0 μg/mL 的工作溶液，按照最佳實驗方法進(jìn)行萃取和測定。

結(jié)果表明，西維因的質(zhì)量濃度在0.01～1.0 μg/mL 范圍內(nèi)與色譜峰面積呈良好的線性關(guān)系，回歸方程為y=1.92×106x+4.13×103，相關(guān)系數(shù)為0.9992。檢出限(S/N=3)為0.9 μg/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD(n=5)為3.4%。

3.9 水樣分析

實驗所用的水樣分別采集于武漢市黃家湖水域、居民區(qū)水域、濕地景觀水域，以驗證方法的實用性。在最優(yōu)實驗條件下，檢測上述水樣。

結(jié)果顯示，黃家湖水樣未檢測到西維因，濕地景觀水域、青菱寺居民區(qū)水域均檢測到西維因殘留。為了考察本方法對于實際水樣的應(yīng)用，以及本方法的精密度，對3種水樣進(jìn)行不同濃度的加標(biāo)，結(jié)果見圖8、9、10，表1。

圖8 黃家湖水樣(a)及黃家湖水樣加標(biāo)0.01 μg/mL(b)色譜圖(1-西維因)

圖9 濕地景觀水樣(a)及其水樣加標(biāo)0.05 μg/mL(b)色譜圖(1-西維因)

圖10 居民區(qū)水樣(a)及其水樣加標(biāo)0.1 μg/mL(b)色譜圖(1-西維因)

水樣檢出量ρF/(mg/L)添加量ρA/(mg/L)加標(biāo)回收率/%RSD(n=5)/%黃家湖水樣00．0180．14．5濕地景觀水樣0．001±0．00020．0598．32．3居民區(qū)水樣0．003±0．00030．185．88．0

4 結(jié)語

本文采用USADLLME 方法，并與高效液相色譜法聯(lián)用檢測水樣中西維因的殘留, 得出最佳萃取條件和參數(shù)，并對實際水樣中西維因進(jìn)行測定，加標(biāo)回收率在80.1%～98.3%之間，其準(zhǔn)確性、精確性均能達(dá)到農(nóng)藥殘留分析的要求。USADLLME 與傳統(tǒng)的萃取方法相比具有操作簡單、快速、準(zhǔn)確、成本低、對環(huán)境友好且回收率高和富集倍數(shù)高等特點，其在痕量分析領(lǐng)域中展現(xiàn)出愈來愈廣闊的應(yīng)用前景。

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Determination of Carbaryl Residue in Water Sample by Ultrasound-assisted Dispersive Liquid-Liquid Microextraction Coupled With High Performance Liquid Chromatography

Xiang Wenxia, Li Zhao

(ThirdGeologicalTeamofHubeiGeologicalBureau,Huanggang,Hubei438000)

A method was developed for the determination of carbaryl in environmental water sampleby ultrasound assisted dispersive liquid-liquid microextraction coupled with high-performance liquid chromatography. Effects of experimental factors which influenced the extraction efficiency of carbaryl such as volumes and types of extractionreagent, ultrasonic time, centrifugation time, pH and the consistency of salinity were investigated. Liquid chromatography condition was that 65% of methanol was used as mobile phase with a flow rate of 0.6 mL/min, the detection wave length was set at 220 nm, the column temperature was set at 23 ℃. Under the optimized conditions, linear range and detection limit for carbaryl were 0.01～1.0 μg/mL and 0.9 μg/L, respectively. The relative standard deviations were 2.3%～8.0% and the recoveries were 80.1%～98.3%. The method was suitable for the determination of carbaryl in environmental water sample.

ultrasound-assisted dispersive liquid-liquid microextraction；carbaryl；high performance liquid chromatography；watersample

2016-08-15

項文霞(1989—)，女，碩士，主要從事土壤及水污染與修復(fù)工作。

X703

A

1674-9944(2016)18-0063-05