超聲輔助-乳化液液微萃取-氣相色譜法測(cè)定水體中7種苯系物

藍(lán)路梅，朱霞萍，宋坤紅

（成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院 礦產(chǎn)資源化學(xué)四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059）

超聲輔助-乳化液液微萃取-氣相色譜法測(cè)定水體中7種苯系物

藍(lán)路梅，朱霞萍，宋坤紅

（成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院 礦產(chǎn)資源化學(xué)四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059）

采用正己烷為萃取劑，乙腈為乳化劑，建立超聲輔助-乳化液液微萃取-氣相色譜法（USA-ELLME-GC）檢測(cè)水中甲苯、乙苯、對(duì)二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯、1，3，5-三甲苯，1，2，4-三甲苯的分析方法。當(dāng)萃取劑正己烷為150 μL，乳化劑乙腈為400μL，超聲時(shí)間為12min時(shí)，50mL水溶液中苯系物被成功萃取到正己烷中，富集倍數(shù)達(dá)到333倍。色譜條件為：DB-5MS（30m×0.25mm，0.25μm）毛細(xì)管柱，進(jìn)樣口溫度220℃，檢測(cè)器（FID）溫度250℃，程序升溫（初始45℃保持3min，3°C/min升溫至70℃，再以30℃/min升至200℃保持2min），氫氣流量10mL/min，尾吹氣流量30mL/min，分流比30∶1。在優(yōu)化的萃取和色譜條件下，7種苯系物在0.08～1.00mg/L濃度范圍內(nèi)與峰面積呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均＞0.9980，方法檢出限為0.005～0.01mg/L，質(zhì)量濃度均為0.10mg/L的苯系物的7次前處理及測(cè)定結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.5%～4.7%。建立的方法應(yīng)用于學(xué)校內(nèi)湖水和實(shí)驗(yàn)室廢水中7種苯系物的測(cè)定，平均回收率為86.5%～110.4%，測(cè)定結(jié)果滿(mǎn)足分析化學(xué)痕量分析要求。

乳化液液微萃??；超聲輔助；氣相色譜法；苯系物；廢水

0 引 言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶動(dòng)科研規(guī)模不斷擴(kuò)大，致使實(shí)驗(yàn)室廢水排放量及排放的污染物種類(lèi)日益增多，高校內(nèi)湖遭受的污染日益嚴(yán)重。苯系物是水中常見(jiàn)的有機(jī)污染物[1-2]，其中，甲苯、乙苯、對(duì)二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯等苯系物已確定列入我國(guó)水體中優(yōu)先控制污染物的黑名單[3]。苯系物對(duì)環(huán)境的破壞具有長(zhǎng)效性，對(duì)水生生物具有不同程度的毒性，進(jìn)一步對(duì)人體造成急性或慢性的毒害作用，有的甚至與腫瘤有關(guān)[4]。因此，為有效、快速監(jiān)控水環(huán)境中的苯系物污染，建立簡(jiǎn)單快捷、準(zhǔn)確可靠的苯系物分析方法具有重要的實(shí)際意義。

目前，測(cè)定苯系物的前處理方法有液-液萃取法[5]、頂空萃取法[6-7]、吹掃捕集法[8-9]等。 這些傳統(tǒng)預(yù)處理方法操作復(fù)雜繁瑣，溶劑使用量大，前處理時(shí)間長(zhǎng)，儀器昂貴。近10余年來(lái)，科研工作者發(fā)展了一些新型微萃取技術(shù)：固相微萃取[10-11]，分散液液微萃取[12-13]，鹽析微萃取[14]，乳化液液微萃取[15]等。 國(guó)內(nèi)外進(jìn)行乳化液液微萃取技術(shù)應(yīng)用于苯系物樣品前處理的研究報(bào)道較少，因此，本文采用乳化液液微萃?。‥LLME）技術(shù)應(yīng)用于學(xué)校內(nèi)湖水、實(shí)驗(yàn)室廢水中7種苯系物的分離富集，優(yōu)化了影響萃取效率的條件（萃取劑和乳化劑的種類(lèi)、用量、超聲時(shí)間），結(jié)合氣相色譜法-氫火焰檢測(cè)器（GC-FID）進(jìn)行檢測(cè)，建立了苯系物的超聲輔助-乳化液液微萃取-氣相色譜（USA-ELLME-GC）分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀 器

Techcomp GC-7900型氣相色譜儀，附FID檢測(cè)器；AS5150A型超聲波清洗儀；1μL微量進(jìn)樣針。

1.1.2 試 劑

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：甲苯、乙苯、鄰二甲苯、對(duì)二甲苯、間二甲苯的純度不小于99.5%，1，3，5-三甲苯、1，2，4-三甲苯的純度不小于98%；正己烷、三氯甲烷、四氯化碳、乙酸乙酯、乙腈、丙酮、異丙醇、正丁醇均為分析純；試驗(yàn)用水為超純水。

混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：1000mg/L，由甲醇配制，避光冷藏保存。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：用甲醇將1000mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液稀釋至適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量濃度后，再以水稀釋至所需的一系列質(zhì)量濃度。

1.2 色譜條件

色譜柱：DB-5MS毛細(xì)管色譜柱（30m×0.25mm，0.25μm）；進(jìn)樣口溫度220℃，F(xiàn)ID溫度250℃，程序升溫，初始溫度45℃，保持3min，以3℃/min升溫至70℃，再以30℃/min升至200℃，并保持2min；氫氣流量10mL/min，尾吹氣流量30mL/min；采用不分流/分流進(jìn)樣模式，從進(jìn)樣到開(kāi)啟分流閥的時(shí)間為0.8min，分流比30∶1。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

移取 50.00 mL苯系物的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液或經(jīng)0.45μm微孔纖維素濾膜過(guò)濾的水樣，置于50mL的容量瓶中。用微量注射器快速注入正己烷150μL、乙腈400μL，形成正己烷-乙腈-水乳濁液，超聲12min，萃取相則浮于水相。用微量進(jìn)樣器移取1μL上層有機(jī)相，直接進(jìn)樣至氣相色譜儀分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 7種苯系物的分離情況

設(shè)置進(jìn)樣口溫度、檢測(cè)器溫度均高于所測(cè)組分沸點(diǎn)，通過(guò)改變柱箱升溫程序，調(diào)整分流比以獲得7種苯系物的最佳分離效果。在1.2所述最佳色譜條件下，甲苯、乙苯、對(duì)二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯、1，3，5-三甲苯和1，2，4-三甲苯7種苯系物的分離效果良好，各組分保留時(shí)間分別為5.201，7.921，8.214，8.264，9.035，10.917，11.355 min，全程分離時(shí)間小于15min。

2.2 萃取劑及乳化劑種類(lèi)的選擇

考察了乙酸乙酯、三氯甲烷、四氯化碳和正己烷4種萃取劑分別與甲醇、正丁醇、乙腈、丙酮和異丙醇5種乳化劑組合對(duì)7種苯系物萃取效率的影響。結(jié)果表明，除乙酸乙酯作為萃取劑外，三氯甲烷、四氯化碳和正己烷作為萃取劑的組合都能將萃取相與水相很好地分離。其中，正己烷和乙腈、三氯甲烷和丙酮、四氯化碳和異丙醇的組合，萃取效率相對(duì)較高?？紤]到正己烷作為萃取劑對(duì)環(huán)境更友好，且正己烷是輕質(zhì)的有機(jī)溶劑，存在于萃取體系的上層，更利于取液操作，實(shí)驗(yàn)選擇正己烷為萃取劑，乙腈為乳化劑。

2.3 萃取劑用量的選擇

萃取劑的體積決定萃取效果和富集倍數(shù)，以甲苯、對(duì)二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯和1，3，5-三甲苯5種苯系物為對(duì)象，考察了不同體積的正己烷（75，100，150，200μL）對(duì)萃取效果的影響。結(jié)果如圖1所示，隨著萃取劑體積的增加，萃取效率增大，峰面積不斷增加，當(dāng)萃取劑加入量為150 μL時(shí)，峰面積最大，繼續(xù)增加萃取劑體積，苯系物的濃度被稀釋?zhuān)迕娣e減小。故本試驗(yàn)選擇正己烷的體積為150μL。

圖1 正己烷用量對(duì)萃取效率的影響

2.4 乳化劑用量的選擇

實(shí)驗(yàn)考察了乙腈體積為0，100，200，300，400，500，600μL時(shí)對(duì)萃取效果的影響，結(jié)果如圖2所示。隨著乙腈體積的增加，峰面積先增加后減少，因?yàn)橐译嬗昧窟^(guò)少，萃取溶劑未能充分乳化，與水相接觸不好，萃取效率低；乙腈體積過(guò)大，苯系物在水中溶解性增加，導(dǎo)致萃取效率下降。因此，本試驗(yàn)選擇乙腈體積為400μL。

2.5 超聲時(shí)間的選擇

超聲時(shí)間是影響萃取效果的一個(gè)重要參數(shù)，本試驗(yàn)考察了超聲時(shí)間為2，5，8，10，12，15，20 min時(shí)對(duì)萃取效果的影響，結(jié)果如圖3所示。隨著超聲時(shí)間的增加，峰面積不斷增加；當(dāng)超聲時(shí)間為12min時(shí)，萃取效率最高；繼續(xù)增加超聲時(shí)間，峰面積基本保持不變，表明水相和有機(jī)相已達(dá)到平衡。因此，本試驗(yàn)選擇超聲時(shí)間為12min。

圖2 乙腈體積對(duì)萃取效率的影響

圖3 超聲時(shí)間對(duì)萃取效率的影響

得到的最優(yōu)萃取條件為：萃取劑正己烷體積為150μL、乳化劑乙腈體積為400μL、超聲時(shí)間為12min。當(dāng)水樣體積為50mL時(shí)，計(jì)算的富集倍數(shù)為333倍。

2.6 工作曲線、精密度和檢出限

將甲苯、乙苯、對(duì)二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯、1，3，5-三甲苯和1，2，4-三甲苯7種苯系物的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液在優(yōu)化條件下進(jìn)行超聲乳化液液微萃取、GC-FID檢測(cè)。以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)繪制工作曲線。7種苯系物的線性范圍、線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1，上述7種苯系物在0.08～1.00 mg/L范圍內(nèi)與峰面積呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均＞0.9980。對(duì)質(zhì)量濃度均為0.10mg/L的7種苯系物進(jìn)行7次前處理及測(cè)定，結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.5%～4.7%，檢出限為0.005～0.01mg/L。

2.7 樣品分析

在最優(yōu)的萃取和色譜條件下，分別取學(xué)校內(nèi)湖水、實(shí)驗(yàn)室廢水各50mL，經(jīng)過(guò)濾后進(jìn)行7種苯系物的測(cè)定，同時(shí)做加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，測(cè)得結(jié)果如表2、表3所示。

由表2和表3可知：在學(xué)校內(nèi)湖水和實(shí)驗(yàn)室廢水中7種苯系物均未檢出。內(nèi)湖水中7種苯系物加標(biāo)回收率介于86.5%~102.1%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD在1.3%~8.0%之間。實(shí)驗(yàn)室廢水中7種苯系物加標(biāo)回收率介于98.5%~110.4%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD在0.5%~9.1%之間。

表1 工作曲線、精密度和檢出限

表2 學(xué)校內(nèi)湖水中苯系物的測(cè)定結(jié)果

表3 實(shí)驗(yàn)室廢水中苯系物的測(cè)定結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

本文建立了超聲輔助乳化液液微萃取（USAELLME）-氣相色譜法（GC）測(cè)定水體中甲苯、乙苯、對(duì)二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯、1，3，5-三甲苯和1，2，4-三甲苯7種苯系物的方法。確定了氣相色譜分離苯系物的最佳儀器條件，確定了超聲輔助-乳化液液微萃取的最佳試劑條件和操作條件。本方法通過(guò)超聲增強(qiáng)乳化效果，通過(guò)調(diào)整乳化劑和萃取劑的種類(lèi)和用量增強(qiáng)萃取效果。方法在增強(qiáng)萃取效果的同時(shí)減少了試劑的使用以及實(shí)驗(yàn)時(shí)間、步驟。對(duì)方法檢出限、準(zhǔn)確度、精密度等方法學(xué)技術(shù)指標(biāo)的研究結(jié)果表明：該方法準(zhǔn)確、靈敏，線性關(guān)系良好，且具有操作簡(jiǎn)單快捷、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，避免了大量有毒有害試劑的使用，對(duì)環(huán)境友好。方法對(duì)苯系物的富集倍數(shù)達(dá)到333倍，能應(yīng)用于實(shí)際水體中苯系物的測(cè)定，對(duì)快速、有效監(jiān)控水體中苯系物的污染具有實(shí)際意義。

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（編輯：徐柳）

Ultrasound assisted-emulsification liquid liquid microextraction-gas chromatography for determination of seven kinds of benzene series in water samples

LAN Lumei，ZHU Xiaping，SONG Kunhong
（College of Materials and Chemistry＆Chemical Engineering，Mineral Resources Chemistry Key Laboratory of Sichuan Higher Education Institutions，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

A new method was developed for determination of toluene，ethylbenzene，xylene，mxylene，o-xylene，1，3，5-trimethylbenzene，1，2，4-trimethylbenzene in water samples by GC-FID coupled with ultrasound assisted-emulsification liquid liquid microextraction（USA-ELLME）.When the volume of sample was 50 mL，a good extraction efficiency was obtained by using 150 μL nhexane，400 μL acetonitrile under ultrasonic extraction for 12 min，and the enrichment factor reached 333.The chromatographic conditions was as follows:DB-5MS capillary chromatographic column（30m×0.25mm，0.25μm）was used.Injector temperature was 220℃.FID temperature was 250℃.The initial temperature of column was 45℃，keeping for3min，then increased to 70℃ in 3℃/min，and then increased to 200℃ at 30℃/min and keeping for 2min.Hydrogen flow rate was 10 mL/min.Make-up gas flow rate was 30 mL/min.Split ratio was 30∶1.Under the optimized conditions，the mass concentration of mixed solutions for the seven benzene series in ranges of 0.08-1.00 mg/L had the linear relationships to the peak area with the correlation coefficient＞0.9980. The method detection limits were ranged from 0.005 mg/L to 0.01 mg/L.Mixed working solutions of 0.10 mg/L for the seven benzene series were detected by 7 times，RSD were in the range of 1.5%-4.7%.The method had been applied to the school lake water and laboratory wastewater，therecoveries of seven benzene series ranged from 86.5%to 110.4%.The determination results met the requirements of trace analysis.

emulsification liquid liquid microextraction；ultrasound assisted；GC；benzene series；wastewater

A

：1674-5124（2017）02-0050-05

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.02.010

2016-07-14；

：2016-09-23

四川省科技廳科技支撐項(xiàng)目（2015GZ0243）四川省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（15ZA0071）

藍(lán)路梅（1991-），女，廣東英德市人，碩士研究生，專(zhuān)業(yè)方向?yàn)榉治龌瘜W(xué)。

朱霞萍（1968-），女，江西萍鄉(xiāng)市人，教授，主要從事分析化學(xué)、功能材料制備及應(yīng)用。