深共晶溶劑液液微萃取測定痕量苯系物的研究

周艷梅,郭睿云,吳少如,譚曉紅,盧 姮,張茂升,2*

（1.閩南師范大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院,福建漳州363000；2.福建省現(xiàn)代分離分析化學(xué)科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建漳州363000）

苯系物作為一種芳香族化合物，對人類健康存在極大的危害[1-2].近年來，隨著各行業(yè)對苯系物的應(yīng)用和需求的不斷加大，環(huán)境水體中苯系物的含量逐年增加[3-4].因此，建立精確、快捷、可靠的水體中的苯系物污染物分析檢測方法具有十分重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值.由于苯系物在水體中的含量很低，故對環(huán)境水樣苯系物的前處理和萃取濃縮對準(zhǔn)確測定其含量是十分必要[5].目前，常用的前處理方法主要有液液萃取法(LLE)[6]、固相萃取法(SPE)[7]以及后來興起的各種微萃取方法，如固相微萃取(SPME)[8]、液相微萃取(LPME)[9]，但這些方法依然存在許多不足，如操作繁瑣、使用大量有毒有機(jī)溶劑、成本昂貴等問題.旋渦輔助分散液液微萃取(VALLME)[10-14]是近年來興起的新型微萃取方式，因操作簡單、設(shè)備便宜和分析靈敏度高等優(yōu)勢備受人們關(guān)注.然而，傳統(tǒng)的VALLME 依然使用少量的有機(jī)溶劑作為萃取劑，對環(huán)境和分析人員的健康造成一定的影響.近年來，一種新型溶劑——深共晶溶劑(DES)[15]具有環(huán)保無毒、制備成本低廉、生物可降解性等優(yōu)點(diǎn)，在分析化學(xué)、材料制備等各個(gè)領(lǐng)域引起了大家高度興趣.DES通過兩種或多種不同的氫鍵受體和氫鍵供體在一定溫度下以一定的摩爾比混合，通過氫鍵作用而形成均一透明的液體，其還具備萃取效率高的特點(diǎn)[16-17]，有望成為替代傳統(tǒng)有毒的有機(jī)萃取劑的候選者.

本文中，我們采用麝香草酚、利多卡因單體制備疏水型深共晶溶劑(DES)作為萃取劑，建立VALLME-GC新方法，并用于環(huán)境水樣中6種痕量苯系物的檢測.新型萃取劑通過π-π共軛作用可快速富集水樣中痕量的苯系物.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在呈良好的線性和滿意的檢出限，可以用于環(huán)境水體中苯系物的檢測.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

1.1.1 主要儀器

主要儀器見表1.

表1 實(shí)驗(yàn)所用主要儀器設(shè)備Tab.1 Main instrument and equipment used in the experiment

1.1.2 主要試劑

主要試劑見表2.

表2 實(shí)驗(yàn)所用主要試劑Tab.2 Main materials used in the experiment

1.2 色譜參數(shù)

主要色譜參數(shù)見表3.

表3 實(shí)驗(yàn)所用色譜參數(shù)Tab.3 Main chromatographic parameter used in the experiment

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 DES萃取劑的制備

稱取0.150 g麝香草酚、0.234 g利多卡因(n∶n/1∶1)于樣品瓶中，30oC、500 rmp/min條件下攪拌1 h，通過氫鍵作用，粉末固體反應(yīng)形成均勻透明的液體，室溫保存以進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)和表征.

1.3.2 VALLME-GC程序

VALLME-GC主要流程如圖1所示，將濃度為2.00×105μg/L標(biāo)準(zhǔn)樣品用蒸餾水稀釋定容至100 mL容量瓶中制備得2 000 μg/L標(biāo)液，再移取7.50 μL 2.00×105μg/L標(biāo)液至3.00 mL蒸餾水的離心管中，再加入1.00 mL 的DES 萃取劑，旋渦3.00 min，10 000 r/min 條件下離心10.0 min，取1.00 μL 上層清液至GC 進(jìn)行分析.

圖1 VALLME萃取、分析流程Fig.1 Extraction and analysis process of VALLME

1.3.3 實(shí)際水樣分析程序

將環(huán)境水樣用13 mm 水系性濾頭過濾雜質(zhì)，移取3.00 mL 過濾后水樣至離心管中，加入1.00 mL 的萃取劑，旋渦3.00 min，10 000 r/min條件下離心10.0 min，取1.00 μL上層清液至GC進(jìn)行分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 6種痕量苯系物色譜圖

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方法分析6苯物質(zhì)，圖2展示了2 000 μg/L苯系物標(biāo)準(zhǔn)溶液(a)以及通過VALLME-GC程序2.00 μg/L 加標(biāo)水溶液(b)的色譜圖.該方法下，6 種苯系物可以完全分離，加標(biāo)水溶液的譜峰和標(biāo)準(zhǔn)溶液的譜峰完全對應(yīng).其中苯物質(zhì)峰附近出現(xiàn)DES的特征峰(紅色箭頭)，但不影響苯物質(zhì)的正常出峰，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明DES萃取劑不影響6苯物質(zhì)的正常出峰，該方法具有很好的可行性.

圖2 VALLME-GC測定2 000 μg/L苯系物標(biāo)準(zhǔn)溶液(a)及2.00 μg/mL(b)加標(biāo)水溶液的色譜圖Fig.2 Chromatograms obtained by VALLME-GC of standard solution BTEX at 2 000 μg/L(a)and its spiked standard samples at 2.00 μg/mL(b)peak

2.2 萃取劑DES的紅外表征

通過紅外光譜對利多卡因(黑線)、麝香草酚(紅線)、DES(藍(lán)線)化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征和證實(shí).如圖3所示，3 252、1 665、1 494、1 290、2 970、1 088 cm-1分別對應(yīng)利多卡因―OH，C＝O，―NH，C―N，―CH的振動(dòng)峰.3 223、1 620、1 423、1 244、2 960、1 087 cm-1符合了麝香草酚中的―OH，C＝C，C―O，―CH 基團(tuán)的伸縮振動(dòng)峰.DES的譜圖只是利多卡因和麝香草酚譜圖的簡單疊加，并沒有出現(xiàn)新的特征峰，說明DES沒有新的物質(zhì)生成，進(jìn)一步證明了利多卡因和麝香草酚單體之間通過分子間氫鍵作用成功制備了萃取劑DES.

圖3 利多卡因(黑線)、麝香草酚(紅線)、DES(藍(lán)線)的FTIR圖Fig.3 The FTIR patterns of lidocaine(black line),thymol(red line)and DES(blue line)

2.3 萃取條件優(yōu)化

為了獲得VALLME最佳萃取效果，本實(shí)驗(yàn)選取標(biāo)準(zhǔn)水溶液濃度為10.0 μg/L對萃取劑配比、萃取劑的用量、萃取時(shí)間參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化.

2.3.1 萃取劑配比的優(yōu)化

如圖4所示，本實(shí)驗(yàn)考察了麝香草酚、利多卡因配比(n∶n/3∶1，2∶1，1∶1，1∶2，1∶3)對苯系物的萃取影響.結(jié)果表明，配比為3∶1，2∶1時(shí)，固體無法全部溶解成透明溶液，配比為1∶1，1∶2，1∶3時(shí)，可生產(chǎn)均一透明溶液.圖5展示了DES的摩爾配對苯系物峰面積的影響，隨著利多卡因配比增加，苯系物峰面積逐漸減少，所以后面實(shí)驗(yàn)萃取劑配比采用1∶1.

圖4 DES的摩爾配比示意圖Fig.4 Picture of DES prepared as a 3∶1,2∶1,1∶1,1∶2 and 1∶3 mixture of thymol and lidocaine

圖5 DES的摩爾比對苯系物峰面積的影響Fig.5 The effects of molar ratio of DES on the extraction of BTEX

2.3.2 萃取劑用量的優(yōu)化

在萃取劑配比為1∶1條件下，本實(shí)驗(yàn)考察了萃取劑用量分別為，0.500、1.00、2.00、3.00 ml時(shí)DES對苯系物的萃取效果.如圖6所示(其他萃取條件，漩渦時(shí)間：3.00 min；轉(zhuǎn)速：10 000 r/min；離心時(shí)間：10.0 min)，當(dāng)萃取劑DES 用量從0.500～1.00 mL 且體積為1.00 mL 時(shí)，萃取量最大，隨著萃取劑體積的增大，苯系物峰面積逐漸減少.故本試驗(yàn)萃取劑DES體積為1.00 mL.

圖6 萃取劑用量對萃取效率的影響Fig.6 The effects of amount of DES on the extraction of BTEX

2.3.3 漩渦時(shí)間的優(yōu)化

如圖7所示，本實(shí)驗(yàn)考察DES 在最優(yōu)配比、用量的條件下漩渦時(shí)間2.00、3.00、5.00、7.00、10.0 min對萃取效果的影響.結(jié)果可得，萃取時(shí)間小于3.00 min時(shí)，苯系物的色譜峰值增加至最大，旋渦時(shí)間大于3.00 min，苯系物的色譜峰值隨著時(shí)間增加而減小.旋渦時(shí)間過長，由于水的強(qiáng)大極性干擾，萃取劑部分氫鍵脫落，導(dǎo)致萃取量減少，所以本實(shí)驗(yàn)萃取時(shí)間為3.00 min.

圖7 漩渦時(shí)間對萃取效率的影響Fig.7 The effects of extraction time on the extraction of BTEX

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制(n=5)

在最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件下，選取混合標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為0.500、10.0、50.0、100、500 μg/L，將峰面積與分析物濃度進(jìn)行線性繪制.該方法的線性、RSD、LODs 等定量參數(shù)見表4、6 苯物質(zhì)在范圍0.500～500 μg/L 具有良好線性，相關(guān)系數(shù)(r2)≧0.997.同時(shí)，6種苯系物的LODs為1.80～28.0 μg/L(S/N=3).

表4 VALLME-GC檢測環(huán)境水樣中的6種痕量苯系物的線性范圍、回歸方程、相關(guān)系數(shù)(r2)和LODsTab.4 Regression equation,linearity range,coefficient of determination(r2)and LODs of the VALLME-GC

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，6苯物質(zhì)的回歸方程的相關(guān)系數(shù)≧0.997；檢出限為1.80 μg/L.表明該方法具有較高的穩(wěn)定性和靈敏度.

2.5 實(shí)際水樣測定分析

本實(shí)驗(yàn)選取福建省九龍江水(A 水樣)和漳州市學(xué)校內(nèi)湖湖水(B 水樣)作為實(shí)際水樣進(jìn)行了VALLMEGC 分析檢測.結(jié)果如表5所示，九龍江水檢測出苯(2.50 μg/L)和乙苯(16.4 μg/L).學(xué)校內(nèi)湖湖水檢測到苯(1.80 μg/L)和甲苯(15.7 μg/L).通過分析50.0 μg/L 的加標(biāo)樣品，兩個(gè)水樣苯系物的回收率為78.9%～93.7%，RSD 小于7.74%，其空白及加標(biāo)水樣色譜圖如圖8、圖9所示.綜上所述，本文提出的VALLMEGC對檢測水樣中痕量苯系物具有較好的適應(yīng)性.

表5 實(shí)際水樣的測定結(jié)果Tab.5 Determination results of 6 BTEX in the water samples

圖8 A水樣6苯物質(zhì)VALLME-GC測定色譜圖Fig.8 Chromatograms obtained by VALLME-GC of the water sample A(black line)and its spiked standard samples(red line)

圖9 B水樣6苯物質(zhì)VALLME-GC測定色譜圖Fig.9 Chromatograms obtained by VALLME-GC of the water sample B(yellow line)and its spiked standard samples(red line)

從結(jié)果中可以看出，該實(shí)驗(yàn)方法適用于多種水體中痕量6苯物質(zhì)的測定.

2.6 VALLME-GC與已報(bào)道的檢測方法的對比研究

為了確認(rèn)該方法可用于環(huán)境水樣苯系物的分析檢測，將其與已報(bào)道的檢測方法進(jìn)行了對比研究.從表6中可以看出，這種方法的LODs 低于其他報(bào)告的方法[6-9].此外，通過這種新方法在低的范圍內(nèi)獲得了良好線性和滿意的回收率.

表6 VALLME-GC與已報(bào)道的檢測方法的對比結(jié)果Tab.6 Comparative study of VALLME-GC with the reported methods

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)中，采用麝香草酚和利多卡因單體制備新型深共晶溶劑作VALLME-GC 萃取劑，并應(yīng)用于環(huán)境水樣6 種苯系物的檢測.麝香草酚和利多卡因通過π-π 共軛作用可快速富集水樣中痕量的苯系物.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在0.500～0.500 μg/L獲得出色的線性，檢出限為1.80 μg/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差≦7.73%，回收率在78.9%～93.7%之間.該檢測方法穩(wěn)定性好，靈敏度高，可用于實(shí)際環(huán)境水樣的檢測分析.