色谱  2013, Vol. 31 Issue (11): 1076-1080   PDF (787KB)    
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王宇
朱成华
邹晓莉
黄黎志
严冬
溶剂去乳化-悬浮固化分散液液微萃取-气相色谱-质谱联用测定水中的有机氯农药
王宇, 朱成华, 邹晓莉 , 黄黎志, 严冬    
四川大学华西公共卫生学院, 食品安全监测与风险评估四川省重点实验室, 四川 成都 610041
收稿日期：2013-06-04
基金项目：四川大学本科科研训练项目(20131462,504).
通讯作者：邹晓莉,E-mail:zouxl_1113@163.com
摘要：建立了溶剂去乳化-悬浮固化分散液液微萃取技术结合气相色谱-质谱联用技术同时测定水样中8种有机氯农药的方法。以正十六烷作为萃取剂,将其与分散剂丙酮混合后,快速注入水样,获得乳化体系并完成萃取;然后加入丙酮作为去乳化剂破坏乳化体系,不需要经过离心即能使两相分层;经冰浴冷冻使其固化后,取出上层凝固的有机相(正十六烷)在室温下融化,取上清液进行GC-MS分析。考察了萃取剂、分散剂、去乳化剂的种类和体积,水样盐浓度和pH值对萃取效率的影响。结果表明,8种有机氯农药在0.025~2.00 μg/L范围内有良好的线性关系(r=0.9995~0.9999), 8种有机氯农药的检出限为0.012~0.024 μg/L,精密度为3.15%~4.53%,富集倍数为96~101。将该方法应用于农田池塘水的测定,加标回收率为96.77%~102.93%,精密度为2.68%~4.86%。方法快速灵敏,有机溶剂消耗少,对环境友好,操作简便,适用于水中有机氯农药的批量分析,并为实现其样品前处理的自动化提供了技术和方法学的支持。
关键词： 溶剂去乳化     悬浮固化分散液液微萃取     气相色谱-质谱     有机氯农药     水样    
Solvent demulsification-dispersive liquid-liquid microextraction based on solidification of floating organic drop coupled with gas chromatography-mass spectrometry for simultaneous determination of organochlorine pesticides in aqueous samples
WANG Yu, ZHU Chenghua, ZOU Xiaol , HUANG Lizhi, YAN Dong    
West China School of Public Health, Sichuan University, Key Laboratory of Food Safety Risk Assessment and Monitoring of Sichuan Province, Chengdu 610041, China
Received: 2013-06-04
Abstract: A novel method for simultaneous determination of eight organochlorine pesticides in aqueous samples by solvent demulsification-dispersive liquid-liquid microextraction based on solidification of floating organic drop coupled with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) was established. A mixture of extractant (n-hexadecane) and dispersive agent (acetone) at the ratio of 1/5 (v/v) was injected into aqueous sample to form an emulsion and an extraction process was accomplished. The demulsifier (750 μ L acetone) was then injected to break up the emulsion. The two phases were separated quickly without centrifugation. After being solidified in an ice-bath, the upper layer (n-hexadecane) was transferred into an Eppendorf tube and analyzed by GC-MS after melted at room temperature. Factors affecting extraction efficiency such as the type and volume of extractant, dispersive agent and demulsifier, also ionic strength and pH value of extraction system were studied. Under the optimized conditions, the working curve of the proposed method provided a good linearity in the range of 0.025-2.00 μg/L (r=0.9995-0.9999). The detection limits of the organochlorine pesticides calculated by Hubaux-Vos method were 0.012-0.024 μg/L and the relative standard deviations (RSDs) ranged from 3.15% to 4.53%. The enrichment factors (EF) were 96-101. When the method was applied to the determination of farmland water, the average spiked recoveries were 96.77%-102.93% with the relative standard deviations of 2.68%-4.86%. The proposed method is sensitive and fast. It also has the advantage of little organic solvent consumption so that it is friendly to environment and suitable for batch analysis of organochlorine pesticides in aqueous samples. Meanwhile, it provides technical and methodological support for achieving the automation of sample pretreatment.
Key words: solvent demulsification     dispersive liquid-liquid microextraction based on solidification of floating organic drop     gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)     organochlorine pesticides     aqueous sample    
为了实现样品前处理的环保高效,近年来发展了液液微萃取技术并形成多种模式如单滴微萃取[ 1 ]、基于中空纤维液相微萃取[ 2 ]、分散液液微萃取(dispersive liquid-liquid microextraction, DLLME)[ 3 ]等。2007年,Zanjani等[ 4 ]在液相微萃取的基础上首次报道了悬浮固化液相微萃取(solidification floating organic drop liquid phase microextraction, SFO-LPME)技术,萃取完成后,萃取剂可悬浮并固化于溶液表面,取出融化后可直接进样分析。该方法操作简单、富集倍数高,在痕量分析领域具有较为广阔的应用前景。

Leong等[ 5 ]于2008年将DLLME与SFO-LPME相结合,并将其命名为悬浮固化分散液液微萃取(dispersive liquid-liquid microextraction based on solidification of floating organic drop, DLLME-SFO)。DLLME-SFO是将萃取剂和分散剂混合后,快速注入样品溶液中,从而形成一个水/分散剂/萃取剂的乳化体系使待测物可以迅速地由水相转移到有机相并且达到两相平衡。萃取时间的大大缩短是DLLME-SFO相比于经典SFO-LPME的一个巨大优势。

DLLME-SFO技术引入了DLLME技术的优势,但同时也引入了DLLME技术的一个缺陷,即需要通过离心的方式将分散了的萃取剂聚集起来,从而实现有机相与水相的分离。离心不仅耗时,且限制了DLLME技术在样品现场处理的应用和自动化的实现[ 6 ]。2010年,Zacharis等[ 7 ]提出了溶剂去乳化分散液相微萃取(solvent-based de-emulsification dispersive liquid-liquid microextraction, SD-DLLME)。该技术在萃取结束后不需要离心,而是向乳化体系中加入一定量的有机溶剂作为去乳化剂,促进萃取剂微滴的聚集。SD-DLLME操作简单,快速高效,已经成功应用于环境水样中氨基甲酸酯类农药[ 8 ]和多环芳烃[ 9, 10 ]的测定。但在这些SD-DLLME方法中,多使用的是传统的分散液液微萃取的萃取剂(如卤代芳烃),有较大的毒性,不利于环保;也有人使用比水轻的有机萃取剂如正己烷,但需要使用特殊的萃取装置,或者萃取完成后将萃取剂固化,否则要取出微量的萃取溶剂具有一定的难度,甚至可能会因取到下层溶液而造成实验的失败。

本文结合DLLME-SFO和SD-DLLME技术各自的优势,建立了溶剂去乳化-悬浮固化分散液液微萃取技术(solvent demulsification dispersive liquid-liquid microextraction based on solidification of floating organic drop, SD-DLLME-SFO),对萃取过程中的各种影响条件进行了优化,并成功将其应用于环境水样中8种有机氯农药的同时测定。



1 实验部分
1.1 仪器、试剂与材料

安捷伦气相色谱-质谱联用仪(Agilent Technologies 7890A GC System; Agilent Technologies 5975C inert XL MSD with Triple-Axis Detector)。六六六4种同分异构体( α -666、 β -666、 γ -666、 δ -666)和滴滴涕4种同分异构体(p,p′-DDE、p,p′-DDD、o,p′-DDT、p,p′-DDT)的混合甲醇标准储备液(国家标准物质研究中心),质量浓度均为50 mg/L,使用时用甲醇稀释至所需质量浓度;菲-d10甲醇标准溶液(AccuStandard Inc.)的质量浓度为0.15 g/L,使用时用甲醇稀释至所需浓度;正十六烷、甲醇、乙腈和丙酮均为色谱纯;盐酸为优级纯;氢氧化钠和氯化钠为分析纯。实验用水为超纯水(由Millipore Synergy 185超纯水机制得,18.2 M Ω ·cm)。

1.2 水样的预处理

取5 mL水样于10 mL离心管中,加入0.2 μ g/L 内标物菲-d10,加入1.8 g NaCl,用0.01 mol/L 盐酸调整pH值为6。用注射器快速向水样中注入萃取剂(正十六烷,50 μ L)和分散剂(丙酮,500 μ L)的混合物,乳化体系形成后,静置1 min,再用注射器加入750 μ L丙酮,静置1 min,待溶液分层后置于冰浴中使上层有机萃取剂固化,将固化的萃取剂转移至EP管,室温下融化,取1 μ L注入GC-MS分析。

1.3 GC-MS条件

色谱条件 DB-5毛细管柱(30.0 m×0.25 mm×0.25 μ m);进样口温度250 ℃;分流比5 ∶ 1;载气(He,纯度＞99.999% )流量1.5 mL/min;程序升温:初始温度80 ℃,以25 ℃/min 升高至180 ℃,保持8 min,然后同样以25 ℃/min 升高至230 ℃,保持6 min,后运行温度为280 ℃,时间为5 min,总分析时间为25 min。

质谱条件 接口温度280 ℃;离子源温度230 ℃;四极杆温度150 ℃;溶剂延迟时间7.2 min;全扫描模式扫描范围m/z 35～450;选择离子监测模式(SIM): 7.2～12 min监控 α -666、 β -666、 γ -666、 δ -666、菲-d10, m/z为109、181、188、219; 12 min后监控p,p′-DDE、p,p′-DDD、o,p′-DDT、p,p′-DDT, m/z为165、235、246。

2 结果与讨论
2.1 实验条件
2.1.1 萃取剂种类

萃取剂的种类是影响萃取效率的关键因素。考察了十一醇、十二醇以及正十六烷对8种有机氯农药的萃取效率。在其他实验条件为最优值的情况下,正十六烷对8种有机氯农药的萃取效率最优,结果见图1。实验选择正十六烷作为萃取剂,并进一步优化萃取条件。

图 1 萃取剂种类对萃取效率的影响 Fig. 1 Effect of extractant type on extraction efficiency Conditions: extractant volume, 50 μ L; dispersive agent type, acetone; dispersive agent volume, 500 μ L; demulsifier type, acetone; demulsifier volume, 750 μ L; ionic strength, 360 g/L; pH 6.
2.1.2 萃取剂体积

萃取剂的体积会影响方法的富集倍数和萃取效率,同时也要考虑满足进样分析时的体积要求和操作的可行性。考察了萃取剂体积在25～200 μ L范围内的萃取效率,在其他实验条件为最优值的情况下,正十六烷的体积为50 μ L时对8种有机氯农药的萃取效率最优,可达80%以上。随着萃取剂体积的增加,萃取效率并未显著改变,但是富集倍数降低,故实验选择正十六烷体积为50 μ L。

2.1.3 分散剂种类

分散剂可同时溶于样液和萃取剂,分散剂的加入可使萃取剂以微小液滴高度分散于水相,形成良好的水/分散剂/萃取剂的乳化体系,增大了萃取剂与样品溶液接触的比表面积,从而缩短萃取时间,提高萃取效率。考察了甲醇、乙腈、丙酮3种分散剂对待测物萃取效率的影响,在分散剂体积相同(500 μ L)的情况下,加入丙酮时的萃取效率最优。实验选择丙酮作为分散剂进行有机氯农药的萃取。

2.1.4 分散剂体积

当分散剂用量不足时,乳化效果差,萃取剂不能有效地分散成微小的液滴,从而影响萃取效率;而分散剂用量过多时,可能会促使待测物在水中的溶解量增加,导致萃取率降低。本文考察了分散剂体积在100～1000 μ L范围内的萃取效率,在其他实验条件为最优值的情况下,分散剂丙酮的体积为500 μ L时对8种有机氯农药的萃取效率最优,可达90%以上。实验选择丙酮体积为500 μ L,此时的乳化效果良好。

2.1.5 去乳化剂种类、体积

去乳化剂能改变油/水两相界面的作用力、表面张力、范德华力,从而破坏乳化体系,促使两相分层。甲醇、乙腈、丙酮不仅可以作为分散剂,同样也可以作为去乳化剂用于DLLME。实验中发现,甲醇和乙腈的应用会降低有机氯农药的萃取效率,分析其原因,可能是甲醇和乙腈增大了有机氯农药在水中的溶解量,故本文选择丙酮作为去乳化剂并考察其用量。去乳化剂用量不足时,破乳效果差,会导致有机相的回收量低,从而影响萃取效率;去乳化剂用量过多,会产生类似于分散剂的效果,增加分析物在水相中的溶解量,进而影响萃取效率。考察了去乳化剂体积在500～1500 μ L范围内的萃取效率,在其他实验条件为最优值的情况下,去乳化剂丙酮的体积为750 μ L时8种有机氯农药的萃取效率最优,而且此时也能达到良好的破乳效果。结果见图2。实验选择750 μ L丙酮进行破乳,促使两相分层。

图 2 去乳化剂体积对萃取效率的影响 Fig. 2 Effect of demulsifier volume on extraction efficiency Conditions: extractant type, n-hexadecane; for other conditions, see Fig. 1.
2.1.6 盐浓度

随着盐浓度的增加,水相的极性也会增加,使得待测物在水中的溶解度逐渐降低,有利于其进入有机相从而提高萃取效率,同时样液中加入NaCl还可以降低样液的熔点和增大样液的密度,更有利于悬浮固化的顺利进行。考察了氯化钠的质量浓度在0～360 g/L 范围内的萃取效率,在其他实验条件为最优值的情况下,NaCl质量浓度为360 g/L,对8种有机氯农药的萃取效率最优。实验选择在NaCl质量浓度为360 g/L的条件下进行各农药的萃取。

2.1.7 pH值

考察了样品溶液pH值在2.0～12.0范围内的萃取效率,在优化的实验条件下,pH值在2.0～8.0 范围内萃取效率的差别不大,但pH＞8.0时,萃取效率有所降低,结果见图3。通常水样的pH值在6左右,若遇到偏碱性的水样,可用0.01 mol/L 盐酸调整pH至6然后进行萃取。

图 3 pH值对萃取效率的影响 Fig. 3 Effect of pH value on extraction efficiency Conditions: extractant type, n-hexadecane; for other conditions, see Fig. 1.
2.2 方法学考察
2.2.1 方法的工作曲线、检出限和精密度

在优化的实验条件下,对配制的0.025、0.050、0.100、0.200、1.00、2.00 μ g/L 的六六六和滴滴涕系列混合标准溶液(各含内标物菲-d10 0.2 μ g/L)进行分析,考察了8种有机氯农药的工作曲线及其相关系数(r)、方法检出限(MDL,按Hubaux-Vos方法[ 11 ]计算得到)、精密度(RSD)以及富集因子(EF)[ 12 ]。方法的分析参数见表1, 8种有机氯农药和内标物混合标准溶液的色谱图见图4。

表 1 有机氯农药的工作曲线、相关系数(r)、检出限(MDL)、精密度(RSD)和富集因子(EF) Table 1 Working curves, correlation coefficients(r), method detection limits (MDL), RSDs and enrichment factors(EF) of organochlorine pesticides

图 4 有机氯农药和内标物混合标准液的色谱图 Fig. 4 Chromatogram of a mixture of organochlorine pesticide standards and internal standard
2.2.2 加标回收率

在1.2节和1.3节条件下,考察了农田池塘水中0.050、0.100、0.200 μ g/L 3个加标水平(各含内标物菲-d10 0.2 μ g/L)的回收率及精密度(RSD),结果见表2。

表 2 有机氯农药在3个加标水平下的回收率及精密度(n=5) Table 2 Recoveries and RSDs of organochlorine pesticides at three spiked levels (n=5)
2.3 实际样品测定

将本方法应用于来源不同的自来水(4份)、河水(2份)、农田池塘水(3份)中8种有机氯农药的测定,在其中一份农田池塘水中检出p,p′-DDD、o,p′-DDT,质量浓度分别为0.041 μ g/L 和0.056 μ g/L,其余水样均未检出目标物。农田池塘水的色谱图见图5。

图 5 农田池塘水的色谱图 Fig. 5 Chromatogram of a farmland water sample 1. phenanthrene-d10; 2. p,p′-DDD; 3. o,p′-DDT.
3 结论

本文研究了SD-DLLME-SFO技术中各项条件对萃取效率的影响,成功建立了溶剂去乳化-悬浮固化分散液液微萃取-GC-MS法测定水中有机氯农药的分析方法。针对SFO-LPME和DLLME模式的缺陷,引入分散剂和去乳化剂,缩短了萃取时间,简化了萃取步骤。本方法在样品制备中避免了电动设备的使用,可以应用于样品的现场处理环节中;同时,在样品制备过程中,只需加入各种试剂,使得其拥有自动化样品处理或在线萃取的潜力。

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