漂浮液滴固化分散液液微萃取與高效液相色譜聯(lián)用檢測(cè)環(huán)境水樣中的3種烷基苯酚

付 博, 張吉蘋(píng), 周 璐, 姜 暉

(1. 南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院, 江蘇 南京 210000; 2. 江蘇瑞達(dá)環(huán)?？萍加邢薰? 江蘇 鹽城 224400)

研究論文

漂浮液滴固化分散液液微萃取與高效液相色譜聯(lián)用檢測(cè)環(huán)境水樣中的3種烷基苯酚

付 博1, 張吉蘋(píng)2*, 周 璐2, 姜 暉2

(1. 南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院, 江蘇 南京 210000; 2. 江蘇瑞達(dá)環(huán)保科技有限公司, 江蘇 鹽城 224400)

建立了漂浮液滴固化分散液液微萃取(DLLME-SFO)方法,以脂肪酸作為萃取劑,以甲醇作為分散劑,與高效液相色譜聯(lián)用檢測(cè)了環(huán)境水樣中3種烷基苯酚。對(duì)影響前處理方法的因素進(jìn)行了詳細(xì)考察,在最佳萃取條件(60 μL萃取劑辛酸、600 μL分散劑甲醇、pH值為2.0～8.0、10 mL水樣中加入0.5 g NaCl)下, 3種烷基苯酚在20～1 500 μg/L范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)不小于0.998 5, 3種目標(biāo)化合物的檢出限為0.45～0.61 μg/L,富集倍數(shù)為145～169,實(shí)際樣品中3個(gè)水平的加標(biāo)回收率為80.1%～109.9%。該方法將脂肪酸作為萃取劑,與HPLC聯(lián)用實(shí)現(xiàn)了烷基苯酚的富集與檢測(cè),為環(huán)境水樣中烷基苯酚的檢測(cè)提供了對(duì)環(huán)境友好的前處理新方法。

漂浮液滴固化分散液液微萃取;高效液相色譜;烷基苯酚;環(huán)境水;脂肪酸

烷基苯酚是一種雌激素干擾物,對(duì)環(huán)境水樣存在持續(xù)污染[1],已報(bào)道的前處理方法有固相萃取(SPE)[2,3]、固相微萃取(SPME)[4,5]和液相微萃取(LPME)[6,7]等,在LPME方法中,分散液液微萃取(DLLME)由于其簡(jiǎn)單、快速、富集效果好的特點(diǎn),在近年來(lái)得到了分析工作者的青睞。DLLME是2006年由Assadi等[8]開(kāi)創(chuàng)的一種樣品前處理方法,其常用的輕質(zhì)萃取劑(如烷烴類(lèi)、脂肪醇類(lèi)等)在與水的混合液離心后可漂浮于水相上方,但其聚集狀態(tài)的不完整往往導(dǎo)致了與水相分離的困難。解決這一問(wèn)題可采用具較細(xì)尖端的容器如塑料吸管、注射器等,將萃取劑聚于容器頂端以利于其收集。除使用以上特殊的裝置外,Huang等[9]于2008年發(fā)現(xiàn)了一種更為簡(jiǎn)單的分離萃取劑與水相的方法——漂浮液滴固化分散液液微萃取(DLLME-SFO),利用冷凍固化萃取劑的方法使之與水相分離,提高了微萃取方法的可操作性和重現(xiàn)性[10,11]。但到目前為止,可應(yīng)用于DLLME-SFO方法的萃取劑種類(lèi)有限,常用的萃取劑是脂肪醇類(lèi),其中包括十一醇和十二醇,這兩種萃取劑在近年來(lái)使用漂浮液滴固化微萃取這一前處理方法的文獻(xiàn)[12,13]中仍常被使用。Shih等[14]于2015年建立了一種基于飽和脂肪酸的分散液液微萃取(fatty-acid-based in-tube dispersive liquid-liquid microextraction, FA-IT-DLLME)方法,以脂肪酸為萃取劑,以酸堿作為pH調(diào)節(jié)劑,并與高效液相色譜(HPLC)聯(lián)用成功檢測(cè)了水樣中的烷基苯酚。本課題組最近的研究[15]在FA-IT-DLLME的基礎(chǔ)上,結(jié)合DLLME-SFO方法中的冷凍固化方式對(duì)萃取劑進(jìn)行收集,建立了基于脂肪酸的漂浮液滴固化分散液液微萃取(FA-DLLME-SFO)方法,并實(shí)現(xiàn)了其對(duì)酒類(lèi)樣品中4-乙基苯酚和4-乙基愈創(chuàng)木酚的檢測(cè)。本文以脂肪酸作為新型DLLME-SFO萃取劑,沿用常規(guī)分散劑甲醇、乙腈、丙酮,建立了漂浮液滴固化分散液液微萃取方法,將脂肪酸中的辛酸和壬酸作為萃取劑應(yīng)用于傳統(tǒng)DLLME-SFO方法中,并與高效液相色譜聯(lián)用檢測(cè)了環(huán)境水樣中的3種烷基苯酚,驗(yàn)證了辛酸和壬酸作為DLLME-SFO萃取劑的適用性,為水樣中烷基苯酚的檢測(cè)提供了新的環(huán)境友好的前處理方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 1220系列高效液相色譜儀(配備二元高壓泵、六通閥、恒溫箱、紫外檢測(cè)器、手動(dòng)進(jìn)樣器和20 μL定量閥)、ODS-M80色譜柱(250 mm×4.6 mm, 4 μm)購(gòu)于美國(guó)Agilent公司。

去離子水(電阻率≥18 MΩ5cm)產(chǎn)自實(shí)驗(yàn)室超純水系統(tǒng)(上海和泰有限公司純水機(jī)Smart-D系列)。辛酸、壬酸、十一醇、氯化鈉、磷酸二氫鈉、氫氧化鈉購(gòu)于上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,均為分析純。3種標(biāo)準(zhǔn)樣品,包括2-叔丁基-4-乙基苯酚、對(duì)特辛基苯酚和2,4-二叔丁基苯酚為優(yōu)級(jí)純,購(gòu)于德國(guó)Sigma-Aldrich公司。色譜純甲醇購(gòu)于德國(guó)默克公司。

準(zhǔn)確稱(chēng)取3種烷基苯酚標(biāo)準(zhǔn)品各0.010 0 g,用甲醇溶解,配制成100 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,于4 ℃密封保存,使用時(shí)用去離子水稀釋至所需濃度。

1.2 色譜條件

流動(dòng)相為甲醇-磷酸鹽緩沖溶液(pH=7.0)(75∶25, v/v),流速為0.8 mL/min,進(jìn)樣體積為20 μL,檢測(cè)波長(zhǎng)為230 nm。

1.3 萃取過(guò)程

DLLME-SFO方法以脂肪酸作為萃取劑,甲醇、乙腈等作為分散劑,萃取過(guò)程如下:取10 mL水樣置于15 mL塑料離心管中,向水樣中加入0.5 g NaCl和100 μL質(zhì)量濃度為100 mg/L的3種目標(biāo)化合物的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液后,快速向水樣中加入100 μL辛酸與600 μL甲醇的混合液,振搖1 min后進(jìn)行離心,然后在冰水浴中冷凍3 min,用藥匙取出水樣上方已固化的萃取劑,室溫放置,待萃取劑熔化后,用微量注射器移取20 μL注入HPLC分析。

1.4 方法在實(shí)際水樣中的應(yīng)用

為了驗(yàn)證所建方法在實(shí)際廢水中的應(yīng)用,從阜寧河道排污口處取水樣,用0.45 μm過(guò)濾膜過(guò)濾,由所建方法萃取后注入HPLC進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的優(yōu)化

對(duì)影響DLLME-SFO方法萃取效率的因素,如萃取劑的種類(lèi)和體積、分散劑的種類(lèi)和用量、pH值和鹽濃度進(jìn)行了考察。采用富集倍數(shù)(EF,萃取前后標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率的比值)評(píng)價(jià)萃取效果[16],樣品的加標(biāo)水平設(shè)置為1 mg/L,測(cè)定結(jié)果采用3次測(cè)定的平均值。

2.1.1 萃取劑的種類(lèi)

DLLME-SFO方法要求其萃取劑的熔點(diǎn)接近室溫(10～30 ℃),且密度小于水。除脂肪醇外,脂肪酸中辛酸、壬酸的密度均小于水,且其熔點(diǎn)在10～30 ℃之間(二者的熔點(diǎn)分別為16.5 ℃、12.4 ℃),符合DLLME-SFO方法對(duì)萃取劑的要求[9,17]。

本工作選擇脂肪酸中的辛酸和壬酸作為萃取劑,并與常用于DLLME-SFO方法的萃取劑十一醇的萃取效率進(jìn)行了對(duì)比。選擇水樣體積為10.0 mL,萃取劑體積為100 μL,分散劑甲醇體積為500 μL, NaCl質(zhì)量為0.5 g。3種萃取劑的萃取效率比較如圖1所示,辛酸、壬酸與常用的萃取劑十一醇獲得的富集倍數(shù)相當(dāng)。但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)辛酸作為萃取劑時(shí)獲得的色譜圖中雜質(zhì)的干擾較小,所以后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇辛酸作為萃取劑。

圖 1 不同萃取劑對(duì)富集倍數(shù)的影響(n=3)Fig. 1 Effect of different extraction solvents on enrichment factor (EF) (n=3) Conditions: sample volume, 10 mL; salt addition, 0.5 g NaCl; extractant volume, 100 μL; methanol volume, 500 μL.

2.1.2 萃取劑的體積

萃取劑的用量應(yīng)能保證目標(biāo)化合物可被完全萃取,同時(shí)獲得最大的富集倍數(shù)。向10 mL水樣中分別加入萃取劑的體積為40、60、80和100 μL,分散劑甲醇的體積為500 μL, NaCl質(zhì)量為0.5 g。富集倍數(shù)與萃取劑體積的關(guān)系如圖2所示,在40～100 μL范圍內(nèi),萃取劑體積越小,富集倍數(shù)越大?？梢灶A(yù)測(cè),當(dāng)萃取劑辛酸的體積小于40 μL時(shí),EF將繼續(xù)增大。但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)萃取劑體積小于40 μL時(shí),經(jīng)冷凍形成的萃取劑的固化塊較薄,不能順利從10 mL離心管中取出,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的可操作性降低,所以實(shí)驗(yàn)最終選擇萃取劑辛酸的體積為60 μL。

圖 2 萃取劑體積與富集倍數(shù)的關(guān)系(n=3)Fig. 2 Effect of the volume of extraction solvent on EF value (n=3) Conditions: sample volume, 10 mL; salt addition, 0.5 g NaCl; octanoic acid volume, 40-120 μL; methanol volume, 500 μL .

2.1.3 分散劑的種類(lèi)和體積

根據(jù)分散劑的選擇原則,一是能同時(shí)溶于水相和有機(jī)相,二是其極性介于水相和有機(jī)相之間,本實(shí)驗(yàn)考察了甲醇、乙腈和丙酮作為分散劑的萃取效果。向10 mL水樣中加入60 μL萃取劑辛酸與500 μL分散劑的混合液,3種分散劑與富集倍數(shù)的關(guān)系如圖3所示,其中甲醇獲得了最高的富集倍數(shù),因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇甲醇作為分散劑。分散劑甲醇的體積考察范圍為100～800 μL,分散劑體積與富集倍數(shù)的關(guān)系如圖4所示,甲醇體積為600 μL時(shí)的富集倍數(shù)最

圖 3 分散劑種類(lèi)對(duì)富集倍數(shù)的影響(n=3)Fig. 3 Effect of the type of dispersive solvent on EF value (n=3)Conditions: sample volume, 10 mL; salt addition, 0.5 g NaCl; octanoic acid volume, 60 μL; dispersive solvent volume, 500 μL .

圖 4 分散劑體積對(duì)富集倍數(shù)的影響(n=3)Fig. 4 Effect of the volume of dispersive solvent on EF value (n=3)Conditions: sample volume, 10 mL; salt addition, 0.5 g NaCl; octanoic acid volume, 60 μL; dispersive solvent volume, 100-800 μL.

大,此時(shí)3種目標(biāo)化合物的萃取率接近95%。分散劑體積為800 μL時(shí)富集倍數(shù)明顯下降,且所得萃取劑的體積也明顯減少,可能是過(guò)量的甲醇導(dǎo)致了部分目標(biāo)分析物和萃取劑同時(shí)滯留于水相中所致。

2.1.4 pH值和鹽效應(yīng)

在水樣10.0 mL、辛酸60 μL、甲醇600 μL這3個(gè)條件不變的情況下,調(diào)節(jié)水樣的pH為2.0、4.0、6.0和8.0時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明萃取效率無(wú)明顯差異,可能是因?yàn)樗x3種長(zhǎng)鏈烷基苯酚為弱酸性化合物,在pH小于8.0時(shí),可保證大部分目標(biāo)物呈不解離狀態(tài)從而被萃取相萃取;在pH為10.0和12.0時(shí),萃取后得到的萃取相體積小于40 μL,可能是因?yàn)檩腿┬了嵩趬A性水溶液中的溶解度增大所致;另外,在堿性條件下,3種弱酸性目標(biāo)化合物易分解從而導(dǎo)致其萃取率降低。所以本實(shí)驗(yàn)選擇的最佳pH條件為2.0～8.0。環(huán)境水樣的pH一般在4.0～8.0之間,所以后續(xù)實(shí)驗(yàn)不再調(diào)節(jié)水樣的pH值。

表 1 3種目標(biāo)化合物的線性范圍、富集倍數(shù)、精密度(n=3)、檢出限和定量限

表 2 實(shí)際水樣中3種目標(biāo)化合物的加標(biāo)回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=3)

向10 mL水樣中加入0～1.0 g NaCl,以考察鹽濃度的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)鹽濃度對(duì)富集倍數(shù)幾乎無(wú)影響。本實(shí)驗(yàn)的3種目標(biāo)分析物均為長(zhǎng)鏈烷基苯酚類(lèi),推測(cè)加鹽可能對(duì)該類(lèi)分析物具有鹽析效應(yīng),導(dǎo)致其更多地溶于有機(jī)相中。但加鹽后最終收集到的萃取劑的體積明顯大于不加鹽時(shí)所收集到的萃取劑的體積,推測(cè)這種稀釋效應(yīng)可能與鹽析效應(yīng)相抵消導(dǎo)致了鹽濃度不影響萃取效率的結(jié)果。為了提高實(shí)驗(yàn)的可操作性,實(shí)驗(yàn)選擇加入0.5 g的NaCl以保證萃取后能收集到足夠體積的萃取劑,利于下一步的進(jìn)樣分析。

2.2 方法學(xué)評(píng)價(jià)

2.2.1 方法學(xué)考察

在最佳實(shí)驗(yàn)條件(水樣10 mL,辛酸60 μL,甲醇600 μL, 0.5 g NaCl)下,所建方法的富集倍數(shù)、檢出限(LODs)、日內(nèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差和日間相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(對(duì)1 mg/L 3種烷基苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液在日內(nèi)和日間分別平行測(cè)定3次)見(jiàn)表1, 3種目標(biāo)化合物在20～1 500 μg/L內(nèi)均具有良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)(r)不小于0.998 5。分別將0.05、0.02、0.02 μg/L的3種目標(biāo)化合物進(jìn)行3次重復(fù)加標(biāo)試驗(yàn),得到其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于5.8%。

2.2.2 實(shí)際樣品分析

實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)際環(huán)境水樣進(jìn)行了檢測(cè),結(jié)果顯示所取水樣中沒(méi)有目標(biāo)化合物被檢出。為了考察基質(zhì)效應(yīng),對(duì)實(shí)際水樣進(jìn)行高、中、低3個(gè)水平的加標(biāo)試驗(yàn),分別為20、50和500 μg/L,加標(biāo)水平為20 μg/L的水樣色譜圖見(jiàn)圖5,3個(gè)水平下的加標(biāo)回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別見(jiàn)表2。

圖 5 加標(biāo)20 μg/L的實(shí)際水樣色譜圖Fig. 5 Chromatogram of a spiked real water sample (20 μg/L) Conditions: sample volume, 10 mL; salt addition, 0.5 g NaCl; octanoic acid volume, 60 μL; dispersive solvent volume, 600 μL.

2.2.3 與其他方法的對(duì)比

本文所建前處理方法與其他已報(bào)道的測(cè)定烷基苯酚類(lèi)目標(biāo)化合物的方法對(duì)比列于表3中。由于紫外檢測(cè)器(UV)的靈敏度遠(yuǎn)低于質(zhì)譜(MS)和熒光檢測(cè)器(FLD),本文所建方法不是最靈敏的方法,但是,除表3 FA-IT-DLLME方法因不需要冷凍步驟而僅需小于4 min的萃取時(shí)間外,本文方法的萃取時(shí)間明顯低于其他方法,且回收率與其他方法相當(dāng)。而FA-IT-DLLME方法需要用到特殊的自制裝置進(jìn)行萃取劑的收集,而本文所建方法不需要任何特殊裝置即可進(jìn)行萃取劑的收集,對(duì)FA-IT-DLLME方法進(jìn)行了簡(jiǎn)化。此外,本文方法所用試劑均對(duì)環(huán)境友好,符合綠色化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。

表 3 本文所建方法與其他針對(duì)烷基苯酚類(lèi)化合物的前處理方法的比較

1) solid-phase extraction; 2) solid-phase microextraction; 3) room temperature ionic liquids-based liquid phase microextraction; 4) ionic liquids dispersive liquid phase microextraction; 5) high performance liquid chromatography-ultraviolet detection; 6) high performance liquid chromatography-fluorescence detection; 7) gas chromatography-mass spectrometry.

3 結(jié)論

本文建立了以脂肪酸作為萃取劑的漂浮液滴固化分散液液微萃取前處理方法,與HPLC-UV聯(lián)用檢測(cè)了環(huán)境水樣中的烷基苯酚,方法應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境水樣,具有較高的回收率,證明了脂肪酸作為DLLME-SFO的萃取劑的適用性,從而擴(kuò)大了可用于DLLME-SFO方法的萃取劑范圍,并為環(huán)境水樣中烷基苯酚的檢測(cè)提供了新的對(duì)環(huán)境友好的前處理方法。

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Dispersive liquid-liquid microextraction based on solidification of floating organic drop followed by high performance liquid chromatography for the determination of three alkylphenols in environmental water samples

FU Bo1, ZHANG Jiping2*, ZHOU Lu2, JIANG Hui2

(1.CollegeofChemicalEngineering,NanjingForestryUniversity,Nanjing210000,China;2.JiangsuRuidaTechnologyCo.,Ltd.,Yancheng224400,China)

A simple, rapid and eco-friendly method named dispersive liquid-liquid microextraction based on solidification of floating organic drop (DLLME-SFO) was developed for the determination of 2-tert-butyl-4-ethylphenol, 4-tert-octylphenol and 2,4-di-tert-butylphenol in wastewater samples coupled with high performance liquid chromatography-ultraviolet detection (HPLC-UV). Octanoic acid was served as extraction solvent, and methanol was selected as dispersive solvent. The parameters affecting the extraction efficiency including the type and volume of the extraction solvents and the dispersive solvents, the pH and the salt addition were optimized. Under optimum conditions, the linear range was 20-1 500 μg/L for all the three target alkylphenols. Limits of detection (LODs,S/N=3) were in the range of 0.45-0.61 μg/L. The enrichment factors (EFs) varied from 145 to 169, and the recoveries at three spiked levels were in the range of 80.1%-109.9%. It demonstrated that fatty acids including octanoic acid and nonanoic acid could be used as extraction solvent in DLLME-SFO method. The method is suitable for the determination of alkylphenols in environmental water samples.

dispersive liquid-liquid microextraction based on solidification of floating organic drop (DLLME-SFO); high performance liquid chromatography (HPLC); alkylphenols; environmental water; fatty acid

10.3724/SP.J.1123.2016.12012

2016-12-06

江蘇省自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目 (BK20160922);江蘇省產(chǎn)學(xué)研前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目 (BY2016006-02).

Foundation item: Natural Science Foundation of Jiangsu Province of China (No. BK20160922); Prospective Joint Research Project of Jiangsu Province of China (No. BY2016006-02).

O658

A

1000-8713(2017)05-0533-05

* 通訊聯(lián)系人.E-mail:zhangjina2013@163.com.