β -環(huán)糊精修飾SiO2復(fù)合材料固相萃取-高效液相色譜法測定環(huán)境水樣中芴、菲和熒蒽

彭曉鳳， 鄭 陽， 楊冰冰， 王華文， 吳一微

(稀有金屬湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 污染物分析與資源化技術(shù)湖北省重點實驗室，湖北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖北黃石 435002)

多環(huán)芳烴(PAHs)是一類廣泛存在于環(huán)境水、大氣和土壤中的持久性有機污染物，對生物體具有致突變、致癌和致畸作用[1]。目前，檢測PAHs的方法主要有高效液相色譜(HPLC)[2]、氣相色譜(GC)[3]、毛細(xì)管電泳(CE)[4]等方法。其中，HPLC法因其分離效能高、選擇性好、檢測靈敏度高和分析速度快等優(yōu)點備受關(guān)注。但環(huán)境中PAHs含量通常較低，因此，在分析前需先將樣品進(jìn)行預(yù)富集。而固相萃取(SPE)因其有機溶劑消耗少、相分離快、樣品回收率高以及富集因子高等特性被廣泛應(yīng)用[5]。

SiO2表面存在大量的親水性基團(tuán)(Si-OH)，而β-環(huán)糊精(β-CD)空心內(nèi)表面親油，外表面親水，可與許多客體小分子形成包合物，并能改變被包合物的化學(xué)和物理性質(zhì)[6]。本文利用β-CD修飾SiO2得到復(fù)合材料β-CD@SiO2，并用該復(fù)合材料固相萃取水樣中三種PAHs類化合物芴、菲和熒蒽。詳細(xì)考察了影響β-CD@SiO2復(fù)合材料固相萃取的各種因素，在選定條件下與HPLC檢測技術(shù)聯(lián)用，建立了一種測定湖水和下水道污水中芴、菲和熒蒽的新方法。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

FI-IR5700紅外光譜儀(美國，尼高力公司);S-3400N掃描電鏡(日本，日立公司);Tecnai G20透射電鏡(美國，F(xiàn)EI公司);pHS-3C精密pH計(上海雷磁儀器廠);Agilent-1260高效液相色譜儀(美國，Agilent公司);HL-2型的流動注射泵(上海青浦儀器有限公司)。

1.0 mg/mL菲(Phe)、芴(Flu)和熒蒽(Fluor)(色譜純，阿拉丁試劑(上海))的儲備液分別溶于甲醇制得，實驗參照文獻(xiàn)方法[7 - 9]分別制備SiO2@NH2和磺?；?CD(β-CD-OTS)。

1.2 實驗方法

1.2.1β-CD@SiO2的制備分別稱取0.10 g SiO2@NH2和0.20 g的β-CD-OTS，N2氛圍下60 ℃攪拌反應(yīng)過夜，依次用丙酮和無水乙醇洗滌，真空干燥，即得β-CD@SiO2復(fù)合材料。

1.2.2固相萃取微柱的制備稱取10.0 mgβ-CD@SiO2，裝入聚四氟乙烯微柱(20×3.0 mm)中，柱子的兩端用新鮮的脫脂棉封口以防止材料隨溶液流出。每次進(jìn)樣前都用水平衡填料柱。

1.2.3環(huán)境水樣的制備環(huán)境水樣收集于湖北師范大學(xué)青山湖湖水和下水道污水，3 500 r/min離心后，取上清液，用0.45 μm濾膜過濾，收集濾液待用。

1.2.4固相萃取過程用流動注射泵以5.0 mL/min的流速將含有一定含量的芴、菲和熒蒽溶液流經(jīng)裝滿β-CD@SiO2復(fù)合材料的SPE微柱后，用2.0 mL的乙腈∶甲醇=3∶7(V/V)，以0.50 mL/min流速洗脫，收集洗脫液，用HPLC法檢測。

1.2.5色譜條件色譜柱：ZORBAX，SB-C18柱(150 mm×4.6 mm×5.0 μm,美國Agilent公司),參考文獻(xiàn)條件[10]，流動相為乙腈∶水=7∶3(V/V)，流速1.0 mL/min，采用等度洗脫方式，紫外檢測波長為270 nm，柱溫為30 ℃，進(jìn)樣量為5.0 μL。

2 結(jié)果與討論

2.1 β -CD@SiO2復(fù)合材料的表征

圖1分別為SiO2和β-CD@SiO2的掃描電鏡(SEM)圖，可以看出SiO2呈一定均勻的小球形貌且分散性較好，而功能化后的β-CD@SiO2呈現(xiàn)出不規(guī)則、粗糙的分布狀態(tài)。圖2是不同放大倍數(shù)下β-CD@SiO2的透射電鏡(TEM)圖，呈現(xiàn)規(guī)則、均勻的球形，直徑在300～350 nm。另外，可以觀察到在SiO2表面有25～30 nm厚的薄層，表明β-CD成功修飾到SiO2上。

圖 1 SiO2(A)和β -CD@SiO2(B)的掃描電鏡(SEM)圖Fig.1 SEM images of SiO2(A) and β -CD@SiO2(B)

圖2 β -CD@SiO2的透射電鏡圖(TEM)Fig.2 TEM images of β -CD@SiO2

2.2 固相萃取條件的優(yōu)化

2.2.1pH值的影響實驗考察了pH值對β-CD@SiO2固相萃取芴、菲和熒蒽的影響，結(jié)果表明在pH=1.0～11.0的B-R緩沖溶液中，pH對目標(biāo)分析物的萃取效果沒有影響。

2.2.2樣品溶液流速的選擇考察了樣品溶液流速(0.5～5.0 mL/min)對β-CD@SiO2吸附目標(biāo)分析物的影響。結(jié)果表明樣品溶液流速無明顯影響，為提高分析速度，選擇流速5.0 mL/min。

圖3 乙腈-甲醇體積比對分析物回收率影響Fig.3 Effect of CH3CN-CH3OH ratio on the analytes recoveries(10.0 μg/mL Flu,Phe and Fluor)

2.2.3洗脫條件的選擇實驗分別考察了乙腈、甲醇以及乙腈與甲醇混合溶液對目標(biāo)物洗脫回收率的影響。結(jié)果表明，乙腈與甲醇混合溶液的洗脫效果最佳，而當(dāng)乙腈-甲醇的體積比為3∶7時能將3種多環(huán)芳烴定量洗脫(圖3)?？疾炝讼疵摿魉?0.10～5.0 mL/min)對分析物回收率影響。結(jié)果顯示，0.50 mL/min流速時3種分析物的回收率最高。在0.50～3.0 mL范圍內(nèi)，考察了洗脫劑體積對芴、菲和熒蒽洗脫率的影響。結(jié)果表明，當(dāng)洗脫劑體積在2.0 mL以上均能定量洗脫待測物。

2.2.4樣品溶液體積的影響固定吸附材料的量為10.0 mg，考察了樣品溶液分別為20、40、60、80和100 mL時，材料對0.030 mg芴、菲和熒蒽回收率的影響。結(jié)果表明，樣品體積在60 mL以下都能定量，結(jié)合最佳洗脫體積2.0 mL，得到β-CD@SiO2材料對芴、菲和熒蒽的富集倍數(shù)為30倍。

2.3 飽和吸附容量的測定

在最佳條件下，實驗采用60 mL不同濃度的芴、菲和熒蒽混合溶液來考察β-CD@SiO2材料的飽和吸附容量，結(jié)果得到芴、菲和熒蒽飽和吸附容量分別為20.4、23.5和18.8 mg/g。

2.4 分析性能

在最優(yōu)條件下，考察了本方法的分析性能，結(jié)果列于表1。芴、菲和熒蒽的線性范圍分別為17.0～3 300 ng/mL、7.0～3 300 ng/mL、3.0～3 300 ng/mL，檢出限(S/N=3)分別為2.10、0.50和0.47 ng/mL，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)在0.031%～0.062% 之間。本方法與文獻(xiàn)報道方法的比較列于表2。

表1 β -CD@SiO2 SPE-HPLC方法性能分析

aThe lowest point of the three concentration range，n=10.

表2 方法的性能比較

aEF：Enrichment factor;bLLD：Liquid-liquid extraction.

2.5 實際樣品分析

將所建立的方法分別用于湖水和下水道污水中芴、菲和熒蒽的檢測，同時進(jìn)行了加入回收試驗，結(jié)果見表3。

表3 環(huán)境水樣中芴、菲和熒蒽的β -CD@SiO2 SPE-HPLC-UV分析結(jié)果(n=3)

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3 結(jié)論

本文成功制備了復(fù)合材料β-CD@SiO2，該材料在純水體系中對芴、菲和熒蒽顯示出較好的選擇性，能有效地清除環(huán)境水樣中復(fù)雜的基體。據(jù)此，建立了β-CD@SiO2SPE-HPLC法測定環(huán)境水樣中3種PAHs類化合物芴、菲和熒蒽的新方法。在最佳條件下，該方法對PAHs的富集倍數(shù)達(dá)到30倍。