超分子溶劑萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定水中神經(jīng)性毒劑及其模擬劑

唐慧，陳博，黃永鵬，陳茜，孟祥燕

(國(guó)民核生化災(zāi)害防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102205)

神經(jīng)性毒劑是一類(lèi)有機(jī)膦酸酯或有機(jī)膦酸酯類(lèi)化合物。沙林(GB)、梭曼(GD)、塔崩(GA)和維埃克斯(VX)是最重要的神經(jīng)性毒劑，以呼吸道為主要中毒途徑，進(jìn)入人體后作用于神經(jīng)系統(tǒng)，通過(guò)抑制膽堿酯酶活性從而引起乙酰膽堿的蓄積，使膽堿能神經(jīng)過(guò)度興奮，最后導(dǎo)致呼吸、循環(huán)系統(tǒng)衰竭而致人死亡。神經(jīng)性毒劑的毒性極強(qiáng)，不但對(duì)人類(lèi)有較強(qiáng)的殺傷性，且對(duì)生態(tài)環(huán)境存在著巨大的威脅。發(fā)生化學(xué)毒劑的突發(fā)事件時(shí)，自然環(huán)境中水體極易被污染[1]，建立環(huán)境樣品中神經(jīng)性毒劑的快速分析檢測(cè)方法，對(duì)突發(fā)性事故的毒劑種類(lèi)識(shí)別及應(yīng)急處理具有重要的意義。樣品前處理包括對(duì)樣品中待測(cè)組分進(jìn)行提取、凈化和濃縮等步驟，是整個(gè)分析過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響分析方法的靈敏度和精密度。目前神經(jīng)性毒劑及其模擬劑的檢測(cè)前處理技術(shù)主要包括固相萃取[2-4]、液相萃取[1，5-6]、超聲輔助萃取、微波輔助萃取、加速溶劑萃取[7]、微萃取[8]等。但上述方法存在耗時(shí)長(zhǎng)、有機(jī)溶劑消耗量大、成本高等缺點(diǎn)。

超分子萃取是由RUBIO 等[9]提出的一種以超分子溶劑為萃取劑的新型萃取技術(shù)，是近幾年新興的環(huán)保型樣品前處理技術(shù)，主要分為親水膠束[10-12]、反相膠束[13]和囊泡[14]三種類(lèi)型。其中親水膠束型超分子是以表面活性劑水溶液為萃取劑，通過(guò)表面活性劑的增溶性和分相來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的分離和富集，最后用微量的有機(jī)溶劑將目標(biāo)物從表面活性劑相中反萃取出來(lái)，從而提高了方法的富集倍數(shù)[15]。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于金屬離子、生物大分子、有毒污染物[16]等樣品的分離分析預(yù)處理，但是其應(yīng)用于水中神經(jīng)性毒劑檢測(cè)的研究目前沒(méi)有報(bào)道。

筆者以水中神經(jīng)性毒劑典型化合物GB、GD 以及其模擬劑甲基磷酸二甲酯(DMMP)為目標(biāo)物，以非離子活性劑水溶液為萃取劑，通過(guò)加入無(wú)機(jī)鹽降低濁點(diǎn)溫度，在室溫下完成萃取。使用異辛烷對(duì)富集相進(jìn)行反萃取，減弱了單一溶劑萃取時(shí)對(duì)極性的限制，在超聲輔助下，目標(biāo)物進(jìn)入有機(jī)相中，據(jù)此建立了超分子萃取-氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用方法測(cè)定水GB、GD、DMMP 3 種目標(biāo)物的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：7890A-5975C 型，美國(guó)安捷倫科技有限公司。

恒溫加熱型振蕩儀：TMS2000 型，萊普特科學(xué)儀器(北京)有限公司。

電子分析天平：XP105 型，感量為0.1 mg，梅特勒-托利多國(guó)際貿(mào)易(上海)有限公司。

DMMP、聚氧乙烯單叔辛苯基醚(Triton X-114)、聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-110)、異辛烷、氯化鈉、碳酸鈉、硫酸鈉：分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

二氯甲烷：色譜純，西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司。

GB、GD：質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于93%，實(shí)驗(yàn)室合成，含量采用酸堿滴定法進(jìn)行測(cè)定[17]。

實(shí)驗(yàn)室用水為純凈水。

1.2 溶液配制

GB、GD、DMMP 混合對(duì)照儲(chǔ)備液：分別準(zhǔn)確稱(chēng)取GB、GD、DMMP 25 mg，用乙腈溶解并定容至25 mL，得到1 mg/mL 的GB、GD、DMMP 混合對(duì)照儲(chǔ)備液；準(zhǔn)確移取2.5 mL 1 mg/mL 混合對(duì)照儲(chǔ)備液，用乙腈稀釋定容至50 mL，制成50 μg/mL 的GB、GD、DMMP 混合對(duì)照儲(chǔ)備液，將二者放置于4℃冰箱中冷藏儲(chǔ)備。

染毒水樣：分別準(zhǔn)確移取8 mL 50 μg/mL 的對(duì)照儲(chǔ)備液，加入水定容至1 L，得到0.4 μg/mL 的加標(biāo)樣品溶液。由于GB、GD 在水中會(huì)發(fā)生水解，樣品需要現(xiàn)配現(xiàn)用，低溫保存，盡量在短時(shí)間內(nèi)完成萃取。

Triton X-114 水溶液：準(zhǔn)確稱(chēng)取2.5 g Triton X-114，用純凈水溶解并定容至25 mL，得到1 g/mL的Triton X-114 水溶液。

1.3 樣品處理

準(zhǔn)確移取40 mL 染毒水樣放入50 mL 離心管中，加入40 mg 氯化鈉，再向其中加入200 μL Triton X-114水溶液混合均勻后，以1 000 r/min 的轉(zhuǎn)速，于30 ℃恒溫振蕩10 min，再加入500 μL 異辛烷反向萃取，超聲5 min，混合均勻后以4 500 r/min 的轉(zhuǎn)速離心10 min 以加速相分離。移取上層超分子溶劑相50 μL，待分析。

1.4 儀器工作條件

1.4.1 色譜系統(tǒng)

分析柱：DB-5MS 色譜柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國(guó)安捷倫科技有限公司)；載氣：氦氣，恒流模式，流量為1.0 mL/min；進(jìn)樣方式：分流進(jìn)樣，分流比為20∶1；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；進(jìn)樣體積：1 μL；傳輸線溫度：280℃；柱溫：初始溫度為50 ℃，保持3 min，以10 ℃/min升溫至200 ℃，再以30 ℃升溫至250 ℃，保持1 min；定量方法：色譜峰面積外標(biāo)法定量。

1.4.2 質(zhì)譜系統(tǒng)

離子源：電子轟擊源(EI)；電子能量：70 eV；電子倍增器電壓：120 V；離子源溫度：230℃；四極桿溫度：150 ℃；掃描方式：選擇離子(SIM)模式；GB 定量特征碎片離子：質(zhì)荷比分別為99、81、125(輔助)；GD 定量特征碎片離子：質(zhì)荷比分別為99、69、126(輔助)；DMMP 定量特征碎片離子：質(zhì)荷比分別為94、79、109、124(輔助)。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

分別移取50 μg/mL對(duì)照儲(chǔ)備液0.04、0.4、2.0、4.0、10.0、30.0 mL，置于6 只50 mL 容量瓶中，用乙腈定容，得到GB、GD、DMMP 質(zhì)量濃度均分別為0.04、0.4、1.0、4.0、10、30.0 μg/mL的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。在1.4 儀器條件下進(jìn)行測(cè)定，以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、目標(biāo)分析物色譜峰面積為縱坐標(biāo)分別繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品處理?xiàng)l件

2.1.1 非離子表面活性劑選擇及其用量

非離子表面活性劑會(huì)影響超分子溶劑的組成及尺寸大小，進(jìn)而影響萃取效率。分別選擇Triton X-114 和Triton X-110 兩種表面活性劑進(jìn)行試驗(yàn)，Triton X-114和Triton X-110作為萃取劑，均能實(shí)現(xiàn)水中3 種目標(biāo)物的有效萃取，萃取率如圖1 所示。由圖1 可知，Triton X-114 對(duì)GB、GD、DMMP 的萃取率分別為87.3%、85.6%和90.1%，優(yōu)于Triton X-110；同時(shí)，Triton X-114 具有較低濁點(diǎn)溫度和較高的密度，更有利于超分子的形成與目標(biāo)物的萃取。因此選擇Triton X-114 作為萃取溶劑，并通過(guò)離心促進(jìn)相分離。

圖1 不同非離子表面活性劑的萃取率

Triton X-114溶液的濃度直接關(guān)系到超分子的大小以及目標(biāo)物的萃取率。保持水和NaCl 溶液體積不變，考察TritonX-114 用量分別為100、120、140、160、180、200 μL 時(shí)GB、GD 和DMMP 的萃取率，結(jié)果如圖2 所示。由圖2 可知，3 種目標(biāo)物萃取率均隨著Triton X-114 的用量的增大而增大，GB、GD 萃取率增大相對(duì)顯著。當(dāng)Triton X-114 用量為200 μL 時(shí)，GB、GD、DMMP 的萃取率均較高，因此選擇Triton X-114 的用量為200 μL。

圖2 Triton X-114 不同用量下的萃取率

2.1.2 異辛烷用量

異辛烷作為反向萃取溶劑，其用量同樣也會(huì)對(duì)萃取效果產(chǎn)生影響?？疾飚愋镣椴煌昧?100、200、300、400、500、600 μL) 對(duì)GB、GD 和DMMP萃取率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 異辛烷不同用量時(shí)的萃取率

由圖3 可知，隨著異辛烷用量的增大，3 種目標(biāo)物萃取率逐漸增大，當(dāng)異辛烷用量不小于500 μL時(shí)，萃取率趨于穩(wěn)定?？紤]減少有機(jī)溶劑用量，因此異辛烷用量?jī)?yōu)選500 μL。

2.1.3 振蕩時(shí)間

利用渦旋能夠加快水中目標(biāo)物轉(zhuǎn)移至超分子溶劑中，使萃取效率在最短時(shí)間內(nèi)得到提高。試驗(yàn)考察了在1 000 r/min轉(zhuǎn)速下，分別振蕩1、5、10、15、20 min 時(shí)，GB、GD 和DMMP 的萃取率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同振蕩時(shí)間的萃取率

由圖4 可知，振蕩時(shí)間為1 min 時(shí)DMMP 未檢測(cè)到；振蕩時(shí)間為5～20 min 時(shí)，GB、GD 和DMMP 的萃取率基本穩(wěn)定，分別為80.29～88.40%、85.7%～92.3%和89.78%～91.80%，因此振蕩時(shí)間選擇為10 min。

2.1.4 鹽的選擇及其用量

向溶液中加入鹽會(huì)影響萃取效率。對(duì)于大多數(shù)非離子表面活性劑，鹽的存在會(huì)促進(jìn)相分離，因?yàn)樗鼈儠?huì)增加水相的密度；同時(shí)鹽析效應(yīng)還可以改變非離子表面活性劑的濁點(diǎn)溫度。為了研究鹽的種類(lèi)對(duì)萃取率的影響，按照1.3前處理方法，分別將氯化鈉、碳酸鈉和硫酸鈉添加到溶液中，GB、GD 和DMMP的萃取率結(jié)果如圖5 所示。

圖5 加入不同鹽時(shí)的萃取率

由圖5 可知，加入等量的NaCl 時(shí)目標(biāo)物的萃取率明顯比Na2CO3和Na2SO4要高，因此選擇的鹽為NaCl。

分別將0、40、80、160、240、320 mg 的氯化鈉添加到40 mL 樣品溶液中，考察氯化鈉用量對(duì)GB、GD 和DMMP 萃取率的影響，結(jié)果如圖6 所示。

圖6 不同氯化鈉用量下GB、GD 和DMMP 的萃取率

由圖6 可知，當(dāng)氯化鈉添加量大于240 mg 時(shí)，富含表面活性劑的相會(huì)出現(xiàn)在溶液表面，這會(huì)使萃取溶劑更難分離成兩相，準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性可能會(huì)受到影響。當(dāng)氯化鈉添加量為40 mg 時(shí)，3 種目標(biāo)物均能達(dá)到最佳的萃取效果，因此選擇氯化鈉添加量為40 mg。

2.2 色譜分析條件

對(duì)GB、GD 和DMMP 的色譜條件進(jìn)行了比較，結(jié)果標(biāo)目初始溫度為50 ℃保持3 min，以10 ℃/min升至200 ℃，以30 ℃/min 升至250℃，保持1 min，此程序?yàn)樽罴逊蛛x條件，分析周期短，分離效果好。SIM 方式只掃描所選定的一個(gè)或幾個(gè)特征離子，色譜圖本底小，其靈敏度比全掃描提高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，且選擇性強(qiáng)。作為分子的特征離子，要具有較好的選擇性和靈敏性。通過(guò)分析GB、GD 和DMMP 的質(zhì)譜圖，每個(gè)化合物選擇相應(yīng)的特征離子作為監(jiān)測(cè)離子。GB、GD 和DMMP 的總離子流色譜圖如圖7所示。

圖7 GB、GD 和DMMP 的總離子流色譜圖

2.3 線性方程和檢出限

按照1.4 儀器工作條件測(cè)定1.5 中配制的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，以色譜峰面積(y)為縱坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度(x)為橫坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。分別以3 倍信噪比和10 倍信噪比計(jì)算方法的檢出限和定量限。GB、GD 和DMMP 的質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限列于表1。

表1 GB、GD 和DMMP 的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限

由表1 可知，GB、GD 和DMMP 在0.040～50 μg/mL 范圍內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999，表明該方法具有較高的靈敏度。

2.4 加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)

以純凈水樣品作為空白基質(zhì)(本底值為0)，分別添加低、中、高3 種水平的GB、GD 和DMMP 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按1.4 儀器工作條件測(cè)定，每個(gè)樣品水平測(cè)定6 次，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 可知，GB、GD 和DMMP 的平均加標(biāo)回收率為80.7%～89.3%，6 次平行測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.87%～9.26%，表明該方法的精密度和準(zhǔn)確度較好。

表2 GB、GD 和DMMP 的回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

3 結(jié)語(yǔ)

建立了超分子溶劑萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定水中神經(jīng)性毒劑及其模擬劑分析方法，通過(guò)單因素試驗(yàn)考察了影響萃取效果的非離子表面活性劑種類(lèi)與用量、異辛烷用量、鹽的種類(lèi)及用量等關(guān)鍵因素。該方法相比于傳統(tǒng)的液相萃取[1，18]法，減少了有機(jī)溶劑用量，降低了對(duì)環(huán)境和操作人員的危害；樣品前處理步驟更加簡(jiǎn)便快速，萃取與凈化過(guò)程同步完成，降低了實(shí)驗(yàn)誤差和樣品損失。