色谱  2014, Vol. 32 Issue (9): 913-918   PDF (1123 KB)    
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王金成
张海军
陈吉平
张玲
凝固漂浮有机液滴-分散液液微萃取-高效液相色谱-串联质谱法测定海水中苯并三唑类紫外线过滤剂
王金成1, 张海军1, 陈吉平1 , 张玲2    
1. 中国科学院大连化学物理研究所, 辽宁 大连 116023;
2. 霍尼韦尔综合科技(中国)有限公司, 上海 201203
收稿日期：2014-5-22
基金项目：国家高技术研究发展计划（“863”计划）项目（2013AA065203）；国家自然科学基金项目（21277139）.
通讯作者：陈吉平, Tel:(0411)84379562,E-mail:chenjp@dicp.ac.cn.
摘要：建立了海水中7种苯并三唑类紫外线过滤剂的凝固漂浮有机液滴-分散液液微萃取-高效液相色谱-串联质谱分析方法。优化后的萃取实验条件：20 μL十二醇为萃取溶剂，400 μL甲醇为分散溶剂，NaCl质量分数为8%，pH小于6，涡旋振荡时间2 min。目标化合物经Hypersil GOLD色谱柱（150 mm×2.1 mm，5 μm）结合甲醇-水梯度洗脱分离后，用正离子多反应监测模式进行质谱分析。在较宽的线性范围内，7种化合物的线性相关系数（r2）均大于0.99；基质加标回收率为68.3%~127.5%，相对标准偏差为0.9%~15.2%，方法的检出限为0.001~0.090 μg/L，定量限为0.003~0.300 μg/L。将建立的方法用于大连8个海滨浴场海水中苯并三唑类紫外线过滤剂的测定，部分浴场海水有不同程度的检出。该方法简便、快速、环境友好、灵敏度高，可用于海水中苯并三唑类紫外线过滤剂的分析检测。
关键词： 凝固漂浮有机液滴-分散液液微萃取     高效液相色谱-串联质谱     苯并三唑类紫外线过滤剂     海水    
Dispersive liquid-liquid microextraction based on solidification of floating organic droplets combined with high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry for determination of benzotriazole ultraviolet stabilizers in seawater
WANG Jincheng1, ZHANG Haijun1, CHEN Jiping1 , ZHANG Ling2    
1. Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, China;
2. Honeywell Integrated Technology (China) Co., Ltd, Shanghai 201203, China
Received: 2014-5-22
Abstract: A novel dispersive liquid-liquid microextraction method based on solidification of floating organic droplets (DLLME-SFO) technique was developed for the determination of seven benzotriazole ultraviolet (UV) stabilizers in seawater samples by high performance liquid chromatography with tandem mass spectrometry. The optimal liquid-liquid microextraction experiment conditions were as follows: 20 μL of 1-dodecanol as extraction solvent, 400 μL of methanol as dispersive solvent, 8% (mass percentage) NaCl, pH of the sample below 6, vortex oscillation extraction time in 2 min. The separation of target compounds was achieved by combining a Hypersil GOLD analytical column (150 mm×2.1 mm, 5 μm) with methanol-water as mobile phase with gradient elution program. Quantitative determination by ESI-MS/MS was achieved using positive ion mode with multiple reaction monitoring mode. The proposed method showed good linearity with the correlation coefficients all above 0.99. The blank samples were spiked at three levels and the average recoveries of target compounds ranged from 68.3% to 127.5% with the RSDs from 0.9% to 15.2%. The limits of detection (LODs) and limits of quantification (LOQs) of the method for the seven target compounds were in the ranges of 0.001-0.090 μg/L and 0.003-0.300 μg/L, respectively. The developed method was successfully applied for the analysis of the UV stabilizers in seawater at Dalian seashores, and some of the benzotriazoles were detected. The method is simple, rapid, environment friendly, highly sensitive and suitable for rapid analysis of benzotriazole UV stabilizers in seawater.
Key words: dispersive liquid-liquid microextraction based on solidification of floating organic droplets (DLLME-SFO)     high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS)     benzotriazole ultraviolet (UV) stabilizers     seawater    

苯并三唑类紫外线过滤剂是世界上消费量最大的一类紫外线吸收型光稳定剂。由于其对280～400 nm的紫外线具有强烈的吸收作用,因此被广泛用于防晒霜、护肤液、洗发香波等个人护理品中,此外也常常被添加到塑料、建筑材料、汽车涂料、家具油漆、食品包装材料中，用于防止紫外线照射引起的降解或变色。

大量的生产和使用导致苯并三唑类紫外线过滤剂通过工业和生活废水、人类游泳等活动而迁移到江河湖海中。有关这类化合物对人类和野生动物的毒性研究报道还非常少,但已有文献[1]报道苯并三唑类紫外线过滤剂能导致细菌突变，以及对植物有毒性作用。2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑(商品名UV-320,下同)因具有生物累积作用及对哺乳动物的肝脏和其他组织具有毒性作用,自2007年起在日本已被禁止生产、使用和进口[2]。而2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)-5-氯苯并三唑(UV-327)由于具有和UV-320类似的生物累积作用,已经被日本政府列为I类化学污染物检测对象[3]。近年来在日本东南海岸的鱼类、贻贝、海洋哺乳动物的脂肪、海洋食物链顶端鲨鱼和鸟类的肝脏中已经检测到2-(5-氯-2-苯并三唑)-6-叔丁基对甲酚(UV-326)、UV-327和2-(3,5-二叔戊基-2-羟基苯基)苯并三唑(UV-328)[4, 5]。而据我们所知,目前还没有我国沿海地区海水及海洋生物中苯并三唑类紫外线过滤剂污染状况的相关信息。

苯并三唑类紫外线过滤剂属亲脂类化合物,在水中的浓度非常低,因此测定之前常常需要对样品进行富集浓缩。目前测定环境水样中苯并三唑类紫外线过滤剂的方法有搅拌棒吸附萃取-气相色谱-质谱法[6]、顶空固相微萃取-气相色谱-串联质谱法[7]、搅拌棒吸附萃取-超高效液相色谱-串联质谱法[8]和在线固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法[9]等。这些前处理方法成本均较高,不易推广。分散液液微萃取(DLLME)是2006年由Rezaee和Assadi等[10]等率先提出的一种集采样、富集、分离于一体的样品前处理技术。DLLME方法具有操作简单、快速、费用低廉等优点,已成功应用于环境中多种污染物的分离分析。Yamini等[11]用密度比水轻且低毒的十二醇为萃取溶剂对DLLME方法进行了改进,发展出凝固漂浮有机液滴-分散液液微萃取(DLLME-SFO)方法,该方法继承了DLLME方法操作简单、快速、费用低廉等优点,同时对环境更加友好。DLLME-SFO已成功用于环境水样中有机氯农药[12]、多溴联苯醚[13]、三氯生和2,4-二氯苯酚[14]等污染物的测定。本文将DLLME-SFO用于富集水样中苯并三唑类紫外线过滤剂。

1 实验部分
1.1 仪器与试剂

Survyor系列液相色谱仪、TSQ Quantum Access Max三重四极杆质谱仪(配电喷雾离子源)(美国Thermo Fisher公司);飞鸽牌TDL-4013离心机(上海安亭科学仪器厂); Vortex Genie 2涡旋振荡器(美国Scientific Industries);甲醇、乙腈、丙酮(LC-MS级,美国Honeywell公司);乙醇(色谱纯,天津科密欧化学试剂有限公司);甲酸(98% ,日本TCL公司);实验用水:经Milli-Q净化系统制备的去离子水。2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑(商品名:UV-P,下同)、2-(5-叔丁基-2-羟苯基)苯并三唑(UV-PS)、UV-326、UV-327、UV-328、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑(UV-329)及2-(2H-苯并三唑-2-基)-4,6-二(1-甲基-1-苯乙基)苯酚(UV-234)购于日本东京化成工业株式会社,纯度大于98% ;十一醇、十二醇购于阿拉丁试剂(中国)有限公司,纯度99.5% 。

1.2 色谱-质谱条件

Hypersil GOLD型色谱柱(150 mm×2.1 mm,5 μ m,美国Thermo Scientific公司);流动相A为0.1%甲酸水溶液,B为0.1%甲酸甲醇溶液。洗脱梯度:0～8 min,85%B; 8～22 min,85%B～100%B; 22～26 min,100%B; 26～26.5 min,100%B～85%B; 26.5～32 min,85%B。流速200 μ L/min;进样量10 μ L;柱温25 ℃。

采用加热电喷雾离子源(H-ESI),正离子扫描,以多反应监测(MRM)模式分析。喷雾电压 3000 V,干燥气温度300 ℃,鞘气压力25 arb units辅助气压力5 arb units,离子传输毛细管温度300 ℃。定量、定性离子对、碰撞能及透镜补偿电压见表1。目标化合物的色谱图和分子结构见图1和图2。

表1 目标化合物的质谱分析参数 Table 1 MS parameters for the target compounds

图1 MRM模式下目标化合物的色谱图 Fig.1 MRM chromatograms of the target compounds

图 2 苯并三唑紫外线吸收剂的结构 Fig.2 Structures of benzotriazole UV stabilizers
1.3 水样的萃取

精密量取酸化后的海水(pH 5)5.00 mL于10 mL具塞玻璃离心管中,加入0.4 g NaCl,振荡使其溶解;将20 μ L十二醇溶于400 μ L甲醇中,然后用1 mL注射器迅速注入离心管中,涡旋振荡2 min后以 4000 r/min 转速离心5 min,萃取剂在液面成漂浮液珠。将离心管置于0 ℃冰水浴中冷却5 min,萃取剂即凝成固体沾附在管壁上。倾倒出水溶液,用干净的滤纸吸干管壁上的水分。将十二醇固体移至离心管底部,加入50 μ L甲醇复溶,振荡均匀,再用液相色谱-串联质谱测定。

1.4 标准溶液的制备

准确称取10 mg UV-P、UV-PS、UV-326、UV-327、UV-328、UV-329及UV-234于100 mL容量瓶中,用甲醇溶解定容,得100 mg/L 苯并三唑类紫外线过滤剂混合标准储备液。准确移取0.50 mL此溶液于100 mL容量瓶中,甲醇定容,得0.5 mg/L 混合标准溶液。将此混合标准溶液用去离子水稀释成0.01、0.02、0.05、0.10、0.25、1、5、25 μ g/L 的系列混合标准溶液。分别准确移取5.00 mL,按1.3节方法进行萃取,用于标准曲线的绘制。

2 结果与讨论
2.1 萃取条件的优化

以5.00 mL 1 μ g/L 的苯并三唑类紫外线过滤剂混合标准溶液为工作液,以目标化合物的峰面积为萃取效率指标,考察了萃取溶剂的种类和用量、分散溶剂的种类和用量、氯化钠用量、样品的pH值、涡旋振荡时间等因素对萃取效率的影响。

2.1.1 萃取剂的种类和用量

对于凝固漂浮有机液滴-分散液液微萃取,所选用的萃取溶剂应具有以下特性:低毒、难溶于水而易溶于分散溶剂、密度应比水小且熔点接近或低于室温。为此考察了十一醇(熔点19 ℃)、十二醇(熔点24 ℃)两种萃取溶剂的萃取效率。结果表明十二醇便于实验操作,萃取效率高;而十一醇熔点较低,实验过程中凝固的液滴易于溶化破碎,不易与水相分离,导致萃取回收率低,因此本实验选择十二醇为萃取溶剂。

考察了十二醇的用量对萃取效率的影响(见图3)。结果显示,随着十二醇用量的增加,萃取效率增大,20 μ L时达最大值然后开始下降。虽然增加萃取溶剂的用量可以使更多的目标化合物被萃取出来,但随着萃取溶剂用量的增大,目标化合物在有机相中的浓度也开始下降,进而导致检测信号的下降。因此以下实验中十二醇用量选为20 μ L。

图 3 十二醇的用量对萃取效率的影响 Fig.3 Effect of the 1-dodecanol volume on the extraction efficiency Disperser solvent: 400 μ L methanol; mass percentage of NaCl: 4% ; vortex oscillation time: 2 min.
2.1.2 分散剂的种类和用量

在分散液液微萃取中,分散剂必须与水相和有机相(萃取溶剂)均能互溶,从而最大限度地增加萃取溶剂与水相的接触面积,增大萃取效率。为此考察了甲醇、乙醇、丙酮及乙腈为分散溶剂时对萃取效率的影响。结果表明,以甲醇为分散剂时多数目标化合物呈现出较高的萃取效率。因而以甲醇为分散剂,进一步考察了其体积对萃取效率的影响。如图4所示，当甲醇体积小于400 μ L时,随着甲醇体积的增加,萃取溶剂与水相的接触面积增大,萃取效率增加;但当甲醇大于400 μ L时,过多的分散剂增大了目标化合物在水相的溶解度,导致萃取效率下降。因此,实验中选择甲醇用量为400 μ L。

图 4 甲醇体积对萃取效率的影响 Fig.4 Effect of the methanol volume on the extraction efficiency Mass percentage of NaCl: 4% ; vortex oscillation time: 2 min.
2.1.3 氯化钠用量、pH值及涡旋振荡时间对萃取效率的影响

在液液萃取中,盐的加入可以增大水相的离子强度,提高目标化合物在有机相的萃取效率。考察了质量分数为2% 、4% 、6% 、8%和10%的NaCl对萃取效率的影响。结果表明,随NaCl用量的增加,萃取效率增大;当NaCl用量大于6%时,萃取效率变化不大。故实验中选择NaCl用量为8% 。

目标化合物在水相中所处的形态对萃取效率也有一定影响,分子形态有利于被萃取到有机相,而离子形态则会降低萃取效率。苯并三唑类紫外线过滤剂分子中含有酚羟基,在一定条件下会解离,因此考察了pH值对萃取效率的影响。如图5所示,在酸性条件下萃取效率高且变化不大,但碱性条件下萃取效率明显下降。这是由于苯并三唑类紫外线过滤剂在酸性条件下主要以分子形态存在,有利于萃取;而在碱性条件下酚羟基发生解离,使萃取效率下降。

图 5 样品pH值对萃取效率的影响 Fig.5 Effect of the pH value of the sample solution on the extraction efficiency

萃取平衡的建立需要一定时间,为此考察了涡旋振荡时间对萃取效率的影响。结果表明,涡旋振荡时间大于2 min,萃取效率达到稳定状态。

基于以上实验结果,优化后的萃取条件如1.3节所述。

2.2 方法的线性范围、回收率、精密度、检出限及定量限

在优化的萃取条件下对5 mL苯并三唑类紫外线过滤剂混合标准溶液进行凝固漂浮有机液滴-液液微萃取,然后进行HPLC-MS/MS测定,以峰面积(A)对质量浓度(C,μ g/L)绘制校正曲线,得到7种目标化合物的线性回归方程、相关系数及线性范围;并分别以S/N=3和S/N=10时的质量浓度确定方法的检出限和定量限;以空白海水为基质，添加高、中、低3个水平的混合标准溶液进行回收率测定,每个水平平行测定3次,结果见表2。7种化合物的线性范围为0.01～25 μ g/L(UV-234)、0.02～25 μ g/L(UV-P、UV-328、UV-329)、0.05～25 μ g/L(UV-PS、UV-326)、0.5～25 μ g/L(UV-327)；线性相关系数均大于0.99;基质加标回收率为68.3% ～127.5% ,相对标准偏差为0.9% ～15.2% ;方法的检出限为0.001～0.090 μ g/L,定量限为0.003～0.300 μ g/L。

表 2 目标化合物的线性范围、线性方程、相关系数、添加回收率、精密度、检出限(S/N=3)及定量限(S/N=10) Table 2 Linear ranges,regression equations,correlation coefficients (R2),recoveries,precisions,limits of detection (LODs,S/N=3) and limits of quantitation (LOQs,S/N=10) of the target compounds
2.3 实际样品的测定

用建立的凝固漂浮有机液滴-分散液液微萃取-高效液相色谱-串联质谱分析方法对大连海域的夏家河子、大黑石、旅顺黄金山、塔河湾、星海湾、傅家庄、老虎滩及海港等8个采样点的海水进行了测定。海水样品采于2013年10月14日。测定结果为夏家河子(UV-328、UV-329: 0.02 μ g/L),大黑石(UV-P: 0.06 μ g/L; UV-PS: 0.08 μ g/L; UV-328: 0.05 μ g/L; UV-329: 0.02 μ g/L; UV-234: 0.02 μ g/L),旅顺黄金山(UV-328: 0.04 μ g/L; UV-234: 0.01 μ g/L),塔河湾(UV-328: 0.02 μ g/L; UV-329: 0.01 μ g/L; UV-234: 0.02 μ g/L),星海湾、傅家庄、老虎滩及海港未检出。

3 结论

本文建立了凝固漂浮有机液滴-分散液液微萃取结合高效液相色谱-串联质谱技术测定海水中7种苯并三唑类紫外线过滤剂UV-P、UV-PS、UV-326、UV-327、UV-328、UV-329及UV-234的分析方法。该方法简便、快速、环境友好、灵敏度高,可用于海水中苯并三唑类紫外线过滤剂的分析检测。

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