基于分子絡(luò)合的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2種苯氧羧酸類除草劑

張吉蘋, 蔣新娣, 黃 薇, 秦 倩, 周 喬

(江蘇瑞達(dá)環(huán)?？萍加邢薰? 江蘇 鹽城 224400)

麥草畏和2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D酸)作為農(nóng)業(yè)上廣泛使用的除草劑,是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力。但是由于它們水溶性較好,可進(jìn)入農(nóng)業(yè)生態(tài)體系,導(dǎo)致地表水和地下水的污染,實(shí)現(xiàn)水中該類除草劑的富集與檢測(cè)對(duì)保證水質(zhì)安全和人類健康具有重要意義。目前已報(bào)道的前處理方法有固相萃取(SPE)[1,2]、液液萃取[3]、固相微萃取[4,5]等,這些方法多存在耗時(shí)費(fèi)力或富集倍數(shù)小等缺點(diǎn)。分散液液微萃取(DLLME)具有操作簡(jiǎn)單、快速、成本低、回收率和富集倍數(shù)高等諸多優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于環(huán)境樣品中有機(jī)物的分析[6]。傳統(tǒng)DLLME方法常用的萃取劑為氯苯、氯仿、四氯化碳等弱極性或非極性的有機(jī)溶劑,其與目標(biāo)化合物之間基于“相似相溶”原理,因此適用于疏水性化合物的分析,在極性較大的親水性化合物方面的應(yīng)用則受到限制?；诜肿咏j(luò)合原理的新型分散液液微萃取可利用萃取劑與目標(biāo)化合物之間的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)化合物的萃取[7]。目前已報(bào)道的極性有機(jī)物的DLLME方法常用的萃取劑有磷酸三丁酯(TBP)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、三辛胺(TOA)等,它們可以與極性較大的酚類、羧酸類化合物形成穩(wěn)定且可逆的分子間氫鍵,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)化合物的高效萃取[8]。2010年,Hu等[7]提出了基于分子絡(luò)合的DLLME,以TBP作為萃取劑成功地檢測(cè)了環(huán)境水樣中的4種苯酚類化合物,LOD為7～29 mg/L; 2013年,Teresa Pena等[9]用TBP作為萃取劑檢測(cè)了環(huán)境水樣中的苯并三唑和苯并噻唑類化合物,取得了較好的效果。本文以TBP為萃取劑,將基于分子絡(luò)合的DLLME方法與HPLC聯(lián)用,實(shí)現(xiàn)了水樣中兩種酸性除草劑的富集和檢測(cè)。

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)樣器和定量閥,購(gòu)于美國(guó)Agilent公司。

去離子水(電導(dǎo)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)。TBP、DEC、十一醇、氯化鈉、磷酸、氫氧化鉀、濃鹽酸購(gòu)于上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,均為分析純。麥草畏、2,4-D酸標(biāo)準(zhǔn)品為優(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)確稱取2種標(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

EC-C18色譜柱(100 mm×4.6 mm, 4 μm,美國(guó)Agilent公司),流動(dòng)相為甲醇-磷酸緩沖溶液(pH=2.5)(58∶42, 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 萃取過程

DLLME方法以TBP作為萃取劑,甲醇作為分散劑,萃取過程如下:取10 mL經(jīng)硫酸調(diào)節(jié)pH為0～1.0的水樣置于15 mL塑料離心管中,向水樣中加入100 μL 100 mg/L的2種目標(biāo)化合物的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,然后快速向水樣中加入100 μL TBP與1 000 μL甲醇的混合液,振搖30 s后進(jìn)行離心,離心后取出上層油相于1.5 mL微型離心管中,加入80 μL pH為12.0的KOH溶液,超聲3 min進(jìn)行反萃,反萃后以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心3 min,用移液器取出下層水相40 μL,加入0.05 mol/L的HCl溶液10 μL調(diào)節(jié)其酸度,最后用微量注射器注入HPLC進(jìn)行分析。

1.4 萃取率(ER)和富集倍數(shù)(EF)的計(jì)算

萃取率(ER)按公式(1)進(jìn)行計(jì)算:

(1)

其中n1為萃取后有機(jī)相中分析物的物質(zhì)的量,n2為水樣中添加的分析物的物質(zhì)的量。

富集倍數(shù)(EF)按公式(2)進(jìn)行計(jì)算:

(2)

其中c1為萃取后有機(jī)相中分析物的濃度,c2為初始水樣中分析物的加標(biāo)濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的優(yōu)化

對(duì)影響該方法的萃取效率的因素,如水樣的pH值、萃取劑的種類和體積、分散劑的種類和用量、反萃液的pH值和反萃液用量、鹽濃度進(jìn)行了考察。采用萃取率評(píng)價(jià)萃取效果[10],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

基于分子絡(luò)合的DLLME方法的萃取劑有TBP、DEC、DMC、三辛基氧膦(TOPO)等含氫鍵受體的有機(jī)物[11]。其中DMC在水中溶解度過大,TOPO為固體,本實(shí)驗(yàn)選擇TBP、DEC作為萃取劑,并與DLLME方法常用的萃取劑十一醇進(jìn)行了萃取效果的對(duì)比。由圖1可看出,TBP獲得的萃取率遠(yuǎn)高于DEC和十一醇,因此選擇TBP作為萃取劑。

圖 1 萃取劑種類對(duì)萃取率的影響(n=3)Fig. 1 Effect of the type of extraction solvent on extraction recovery (ER) (n=3) 2,4-D: 2,4-dichlorophenoxyacetic acid; TBP: tri-n-butyl-phosphate; DEC: diethyl carbonate. Conditions: sample volume, 10 mL; pH 0; extraction solvent volume, 100 μL; methanol volume, 1 000 μL; KOH volume, 80 μL.

圖 2 萃取劑體積對(duì)萃取率的影響(n=3)Fig. 2 Effect of the volume of extraction solvent on ER (n=3) Conditions: sample volume, 10 mL; pH 0; methanol volume, 1 000 μL; KOH volume, 80 μL.

2.1.2萃取劑的體積

本實(shí)驗(yàn)萃取過程包含反萃,所以萃取劑的用量應(yīng)能保證目標(biāo)化合物可被完全萃取。向10 mL水樣中分別加入40、60、80、100和120 μL TBP,萃取率與萃取劑體積的關(guān)系如圖2所示,TBP的體積從40 μL到120 μL,萃取率無明顯變化。但萃取劑體積小于40 μL時(shí),后續(xù)取出全部萃取劑用于反萃的這一步驟所引起的誤差將會(huì)變大;另一方面,若萃取劑用量過大,反萃時(shí)取出全部萃取劑與堿液混合這一過程則會(huì)因油水比例過大而引起嚴(yán)重的乳化現(xiàn)象,導(dǎo)致有機(jī)相與水相無法徹底分離。因此,綜合考慮誤差和稀釋效應(yīng),實(shí)驗(yàn)選擇TBP的體積為100 μL。

2.1.3分散劑的種類和體積

將甲醇、丙酮和四氫呋喃(THF)作為分散劑,考察其對(duì)萃取率的影響。向10 mL水樣中加入100 μL TBP與1 000 μL分散劑的混合液。其中,THF與TBP的混合液加入水相中經(jīng)振搖和離心后獲得的有機(jī)相體積約為180 μL,說明部分THF離心后仍溶于有機(jī)相TBP中,在反萃過程中該有機(jī)相與堿液接觸,其中部分THF可能會(huì)再次溶于堿液中,導(dǎo)致反萃水相體積變化而引起較大的實(shí)驗(yàn)誤差。因此實(shí)驗(yàn)最終考察了甲醇和丙酮兩種分散劑,并與不使用分散劑時(shí)的萃取率進(jìn)行對(duì)比,分散劑種類與萃取率的關(guān)系如圖3所示,其中甲醇作為分散劑時(shí)的萃取率最高,因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇甲醇作為分散劑。

圖 3 分散劑種類對(duì)萃取率的影響(n=3)Fig. 3 Effect of the type of dispersive solvent on ER (n=3) Conditions: sample volume, 10 mL; pH 0; TBP volume, 100 μL; dispersive solvent volume, 1 000 μL; KOH volume, 80 μL.

圖 4 分散劑體積對(duì)萃取率的影響(n=3)Fig. 4 Effect of the volume of dispersive solvent on ER (n=3) Conditions: sample volume, 10 mL; pH 0; TBP volume, 100 μL; dispersive solvent volume, 100-1 000 μL; KOH volume, 80 μL.

分散劑甲醇的體積考察范圍為100～1 000 μL,甲醇體積與萃取率的關(guān)系如圖4所示,甲醇體積為1 000 μL時(shí)的萃取率最大,此時(shí)2種目標(biāo)化合物的萃取率接近85%和90%。

圖 5 pH值對(duì)萃取率的影響(n=3)Fig. 5 Effect of pH on ER (n=3) Conditions: sample volume, 10 mL; TBP volume, 100 μL; dispersive solvent volume, 1 000 μL; KOH volume, 80 μL.

2.1.4pH值和鹽效應(yīng)

由于麥草畏和2,4-D酸的pKa值分別為1.97和2.6,需將水樣的pH值調(diào)節(jié)至1.0以下才有助于其萃取[12]。為避免調(diào)酸所用無機(jī)酸與TBP發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)而消耗部分TBP,本實(shí)驗(yàn)選擇與TBP絡(luò)合能力相對(duì)較弱的硫酸來調(diào)節(jié)水樣的pH值。水樣pH為0、1.0、2.0、3.0、4.0時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示,pH等于0和1.0時(shí)的萃取率相當(dāng),pH等于2.0時(shí),萃取率有所下降,至pH等于3.0～4.0時(shí),麥草畏的萃取率明顯下降,2,4-D的萃取率緩慢下降。因此本實(shí)驗(yàn)選擇的最佳pH條件為0～1.0。向10 mL水樣中加入0～2.0 g NaCl以考察鹽濃度對(duì)萃取率的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)鹽濃度的改變對(duì)萃取率無明顯影響,因此實(shí)驗(yàn)最終選擇不加鹽。

2.1.5反萃溶液的pH值

在反萃溶液的體積保持80 μL不變的情況下,考察反萃溶液的pH范圍為8.0～13.0時(shí)pH與萃取率的關(guān)系,如圖6所示,pH為8.0～10.0時(shí)萃取率很低,pH為12.0～13.0時(shí)萃取率可達(dá)90%,但pH為13.0時(shí),后續(xù)調(diào)酸步驟需加入的鹽酸體積也需相應(yīng)增大,因此實(shí)驗(yàn)最終選擇反萃液的pH為12.0。反萃雖然增加了萃取過程的操作步驟,但其可以在很大程度上凈化基質(zhì),從而提高DLLME方法的選擇性。

圖 6 反萃液pH值對(duì)萃取率的影響(n=3)Fig. 6 Effect of pH of backward extraction solution on ER (n=3) Conditions: sample volume, 10 mL; pH 0; TBP volume, 100 μL; dispersive solvent volume, 1 000 μL; KOH volume, 80 μL.

2.1.6反萃液的體積

選擇合適的反萃液體積一是為了保證反萃完全,二是為了確保進(jìn)樣體積足夠,體積過小不利于進(jìn)樣,過大則相當(dāng)于稀釋從而降低富集倍數(shù)。反萃溶液體積考察范圍為60～120 μL,結(jié)果表明反萃液體積在60～120 μL之間變化時(shí),ER無明顯變化,本實(shí)驗(yàn)最終選擇反萃溶液的體積為80 μL,進(jìn)樣前用20 μL 0.05 mol/L的HCl調(diào)節(jié)其酸度。

2.2 方法評(píng)價(jià)

2.2.1方法學(xué)考察

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下(水樣10 mL, pH=0～1.0, TBP 100 μL,甲醇1 000 μL, 0.01 mol/L KOH 80 μL),所建方法的富集倍數(shù)、檢出限(LOD,S/N=3)、日內(nèi)結(jié)果的RSD和日間結(jié)果的RSD(對(duì)1 mg/L 2種酸性除草劑標(biāo)準(zhǔn)溶液在日內(nèi)和日間分別平行測(cè)定3次所得)見表1, 3種目標(biāo)化合物在0.5～1 000 μg/L內(nèi)均具有良好的線性,相關(guān)系數(shù)(r)不小于0.998 5。

表 1 2種目標(biāo)化合物的線性范圍、相關(guān)系數(shù)(r)、富集倍數(shù)、精密度(n=3)和檢出限

*:S/N=3.

2.2.2實(shí)際樣品分析及回收率試驗(yàn)

從阜寧排污口河道處采集水樣,用0.45 μm過濾膜過濾,由所建方法萃取后注入HPLC進(jìn)行分析,結(jié)果顯示沒有目標(biāo)化合物被檢出。對(duì)該實(shí)際水樣進(jìn)行 2種酸性除草劑高、中、低3個(gè)水平(分別為1.0、5.0和10 μg/L)的加標(biāo)回收試驗(yàn),空白水樣及部分加標(biāo)水樣的色譜圖見圖7,樣品的加標(biāo)回收率及RSD分別見表2。

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)定烷基苯酚類目標(biāo)化合物的方法在萃取劑的用量、萃取時(shí)間、檢出限等方面的對(duì)比見表3?？梢钥闯?本文所建方法在萃取時(shí)間和操作簡(jiǎn)便程度方面與SPE、SPME和LLE等前處理方法相比具有明顯的優(yōu)勢(shì),且回收率與之相當(dāng)。

圖 7 實(shí)際水樣和加標(biāo)水樣的色譜圖Fig. 7 Chromatograms of a real water sample and spiked real water samples a. a non-spiked real water sample; b. a real water sample spiked with 1.0 μg/L of the two target analytes; c. a real water sample spiked with 5.0 μg/L of the two target analytes.

AnalyteBackground/(μg/L)1.0μg/LR/%RSD/%5.0μg/LR/%RSD/%10.0μg/LR/%RSD/%DicambaND75.77.2185.011.2102.16.862,4-DND75.911.587.78.86104.07.33

ND: not detected. R: spiked recovery.

表 3 本文所建方法與其他測(cè)定酸性除草劑類目標(biāo)化合物的前處理方法的比較

1) DLLME: dispersive liquid-liquid microextraction; 2) LLE: liquid-liquid microextraction; 3) ILs-DLLME: ionic liquid dispersive liquid-liquid microextraction.

與表3中3種DLLME方法相比,2,4-D的富集倍數(shù)和檢出限相當(dāng),但基于分子絡(luò)合的分散液液微萃取在極性更大的目標(biāo)物的萃取富集方面具有潛在優(yōu)勢(shì),且所用萃取劑低毒,符合綠色化學(xué)發(fā)展趨勢(shì)。

3 結(jié)論

本文建立了基于絡(luò)合反應(yīng)的新型分散液液微萃取前處理方法,與HPLC聯(lián)用檢測(cè)環(huán)境水樣中的2種苯氧羧酸類除草劑,方法應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境水樣,具有較低的檢出限和較高的回收率,證明了TBP作為DLLME萃取劑并可應(yīng)用于麥草畏和2,4-D酸的適用性,為環(huán)境水樣中苯氧羧酸類除草劑的富集與檢測(cè)提供了新的對(duì)環(huán)境友好的前處理方法。

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