ALI、AM、DHBP、UV-D、UV-C、BP、N,O-双-三甲基硅烷基-三氟乙酰胺(BSTFA)(阿法埃莎化学有限公司);氯化钠(NaCl)、氯仿(CHCl₃)、四氯化碳(CCl₄)、氯苯(C₆H₅Cl)、乙醇(C₂H₅OH)、丙酮(CH₃COCH₃)、盐酸(HCl)、氨水(均为分析纯,国药集团试剂有限公司);二氯甲烷(CH₂Cl₂)、甲醇(CH₃OH)、乙腈(CH₃CN)(色谱纯,Sigma);乙酸乙酯(色谱纯,天津科密欧试剂有限公司)。

BPs挥发性较低,采用GC分析时需要进行衍生化。在线衍生化与离线衍生化相比具有优势,无需考虑衍生反应动力学因素,衍生化试剂、反应条件以及反应时间的选择不受色谱系统的限制因而不需附加仪器设备^{[13, 14, 15]}。硅烷化反应高效快速,副产物少,其衍生物具有热稳定性好、挥发性强以及色谱性能好等优点^[13]。故本实验选用BSTFA为衍生化试剂对BPs进行在线衍生化(其中BP没有活性羟基,不能发生衍生化反应),反应式见图1。

图1

Fig. 1

图1 BPs与BSTFA的在线衍生化反应 Fig.1 Reaction of online derivatization of the BPs by BSTFA

在预实验中,采用全扫描模式对BP和ALI、AM、DHBP、UV-D、UV-C的在线衍生化产物进行分离分析,根据各待测物的质谱图选择特征离子(见表1),然后以这些特征离子为定量基础,采用SIM模式进行定量分析。SIM模式下的分离图见图2。

图2

Fig. 2

图2 BPs硅烷化衍生物的SIM图 Fig.2 SIM chromatogram of the derivatives of the BPs

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 BPs的保留时间和特征离子 Table 1 Retention times and characteristic ions of the BPs Analyte Mr Derivative Mr of derivatives of the BPs Retention time/ min Quantitative ions (m/z) BP 182 - - 8.72 182,105 ALI 198 TMS-ALI 270 15.10 270,255,193 AM 228 TMS-AM 300 15.84 285,242 DHBP 214 diTMS-DHBP 358 16.93 343,271,164 UV-D 274 diTMS-UV-D 418 21.84 403,329 UV-C 326 TMS-UV-C 398 26.26 383,271 Mr: relative molecular mass; TMS: -Si-(CH3)3.

表1 BPs的保留时间和特征离子 Table 1 Retention times and characteristic ions of the BPs

对影响在线衍生化效率的参数,如进样口温度、不分流时间及衍生化试剂比例进行了系统优化。

衍生化反应在进样口的高温下快速进行,因而进样口温度是影响样品衍生化效率的关键因素。本实验选取进样口温度200～300 ℃进行优化,结果如图3a所示。在进样口温度为240 ℃时的反应效率相对较高,因此选为最优进样口温度。

图3

Fig. 3

图3 (a)进样口温度、(b)不分流时间和(c)BSTFA体积的优化 Fig.3 Optimizations of (a) inject-port temperature,(b) splitless time and (c) volume of BSTFA

在不分流模式下,不分流时间影响样品向毛细管柱内的转移效率,从而影响检测的灵敏度。本实验在不分流时间为0.5～5 min进行考察,结果如图3b所示。在1.5 min时,BP、ALI的峰面积略大于3 min时的峰面积;但在3 min时,其他化合物的峰面积都较大,衍生化反应效率最高,RSD最小。故最优不分流时间为3 min。

衍生化试剂的用量是影响样品衍生化效率的又一重要因素。衍生化试剂用量过小时,衍生化反应不充分;而用量过大时,会对样品产生一定的稀释作用。本实验考察了50 μ L样品中分别加入3、5、10、20、30 μ L BSTFA时的衍生化效率,结果如图3c所示。当加入5 μ L BSTFA时,衍生化反应效率最高,故选取样品溶液-衍生化试剂体积比为10 ∶ 1。

DLLME一般是在已加入一定体积样品溶液(含目标物)的离心管中迅速注入分散剂(易溶于水的极性溶剂)和萃取剂的混合溶液,在分散剂的帮助下,萃取剂分散到样品溶液中形成无数微小液滴,从而使体系形成水/分散剂/萃取剂的乳浊液。通过超声、搅拌等方法使萃取剂与样品溶液充分接触,促使目标分析物从水相转移至萃取相,快速达到平衡,获得良好的富集效果^[16]。影响其效率的因素主要有萃取溶剂和分散剂的种类、二者的体积比、样品溶液离子强度及pH,对这些因素进行了系统优化。

考察了CH₂Cl₂、CHCl₃、CCl₄、C₆H₅Cl作为萃取剂的效果,结果如图4a所示。CH₂Cl₂萃取效果最好,富集倍数最高,因此选为萃取剂。分散剂一般为易溶于萃取剂和水溶液的溶剂,其主要作用是使萃取剂以小液滴的形式快速分散在水相中。分别考察了CH₃OH、C₂H₅OH、CH₃COCH₃、CH₃CN作为分散剂的效果,其中CH₃CN的效果最好,富集倍数最高,且RSD较低,因此选择CH₃CN作为分散剂。

图4

Fig. 4

图4 DLLME中的(a)萃取剂、(b)分散剂和萃取剂的体积比、(c)样品体积、(d)NaCl质量分数和(e)pH的优化 Fig.4 Optimizations of (a) extraction solvent,(b) volume ratio of extraction and dispersive solvent,(c) volume of the sample,(d) mass percentage of NaCl and (e) pH of DLLME

在上述实验基础上,考察了CH₂Cl₂与CH₃CN的体积比。由图4b可知,随着CH₂Cl₂与CH₃CN的体积比减小,峰面积增加,萃取效果变好;但当二者体积比为2 ∶ 8时,离心后沉淀量减小,实验重现性降低(数据未给出)。故CH₂Cl₂与CH₃CN的最优体积比为2 ∶ 7。

如果样品量少,萃取剂分散不完全;而样品量过多,则样品在水中的溶解量增加从而使萃取效率降低。本实验使用0.8 mL CH₂Cl₂-CH₃CN(2 ∶ 7,v/v)溶液,考察了样品体积为6～10 mL时的萃取效果。结果如图4c所示,当样品体积为8 mL时,峰面积最大,但此时的重现性很差,故选择7 mL样品体积进行实验。

样品中盐的浓度会影响目标物在水和萃取剂间的分配系数,从而影响萃取效率。图4d为样品水溶液中NaCl的质量分数(0～5% )对萃取效率的影响。随着NaCl质量分数的增加,除UV-C和ALI外其他分析物的萃取效率先显著降低后虽有升高但不明显,综合考虑后本实验中不添加NaCl。

样品pH值会影响目标物的存在状态,进而影响萃取效率。图4e为样品溶液pH为2～8时的萃取效率。pH值从2增加到8,大部分分析物的萃取效率先增加后减少。这可能是因为目标物大多带有酚羟基,具有一定的酸性,随着pH值的增加,样品中部分目标物解离成离子态,其水溶性增加,萃取效果变差。pH为2时,溶液中H⁺浓度过大,目标物酚羟基上的氧原子有孤对电子,与溶液中的H⁺作用,使分析物带正电荷,从而导致萃取效率的降低。因此本实验最终选择pH为4。

在最佳DLLME和在线衍生化条件下的方法学评价结果见表2。所建立的方法对BPs具有较高富集能力,灵敏度较高。实验的重复性虽然在可以接受的范围,但仍有待提高。在不同的条件下,实验的重复性不同,可能和具体的实验条件有关。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 BPs的线性范围、相关系数(r2)、测定值的相对标准偏差以及检出限 Table 2 Linear ranges,correlation coefficients (r2),relative standard deviations and limits of detection of BPs Compound Linear range/ (μg/L) r2 RSDs/% High spiked level Middle spiked level Low spiked level LOD/(μg/L) BP 1- 1000 0.9990 14.2 12.4 8.3 0.14 ALI 1- 500 0.9990 11.9 10.1 3.8 0.15 AM 0.5- 500 0.9990 6.4 16.6 9.3 0.066 DHBP 0.1- 100 0.9990 5.2 13.3 0.7 0.015 UV-D 0.1- 100 0.9980 8.0 3.8 14.2 0.023 UV-C 0.1- 100 0.9880 14.4 4.9 13.5 0.011 High spiked level: 1000 μ g/L for BP; 500 μ g/L for ALI and AM; 100 μ g/L for DHBP,UV-D and UV-C. Middle spiked level: 20 μ g/L for BP; 10 μ g/L for ALI and AM; 2 μ g/L for DHBP,UV-D and UV-C. Low spiked level: 5 μ g/L for BP; 2.5 μ g/L for ALI and AM; 0.5 μ g/L for DHBP,UV-D and UV-C. LOD: S/N=3.

表2 BPs的线性范围、相关系数(r2)、测定值的相对标准偏差以及检出限 Table 2 Linear ranges,correlation coefficients (r2),relative standard deviations and limits of detection of BPs

将本实验所建立的方法与一些文献的方法进行了比较,由表3可知,所建立的方法具有检出限低、萃取时间相对较短等优点。虽然文献^[12]具有更低的检出限,但该方法的SPE操作较繁琐,离线衍生化耗时长,衍生化试剂消耗量大。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 本实验建立的方法与其他检测方法的对比 Table 3 Comparison of the proposed method with other methods for the determination of UV filters Method Linear range/(μg/L) LOD/(μg/L) Extraction time/min RSDs/% Reference SDME-HPLC-UV 1- 150 0.06- 3 37 2.8-8.8 [9] IL-USAEME-HPLC-UV 10- 1000 0.5- 1 12 2.6-6.6 [10] MSA-DLLME-HPLC-UV 5- 20000 0.2- 0.8 25 1.4-4.8 [11] SPE-GC-MS 0.01- 10 0.0008- 0.0012 unknown 1.9-4.8 [12] DLLME-online-GC-MS 0.1- 1000 0.011- 0.15 25 0.7-16.6 this method SDME: single-drop microextraction; USAEME: ultrasound-assisted emulsification microextraction; MSA: magnetic stirring-assisted.

表3 本实验建立的方法与其他检测方法的对比 Table 3 Comparison of the proposed method with other methods for the determination of UV filters

为考察实际样品的基质效应对检测的影响,本实验进一步以东湖水为实际样品进行了加标试验。结果如表4所示,在实际样品中本方法线性较好,灵敏度较高,回收率满足要求。

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 东湖水中添加BPs的线性范围、r2、RSD、LOD以及回收率 Table 4 Linear ranges,r2,RSDs,LODs and recoveries of BPs spiked in East Lake water Compound Linear range/ (μg/L) r2 RSD/% High spiked level Middle spiked level Low spiked level LOD/ (μg/L) Recovery±SD (n=3)/% BP 1- 1000 0.9990 9.7 13.5 17.9 0.15 115±12 ALI 1- 500 0.9990 9.1 5.1 28.9 0.16 109±10 AM 0.5- 500 1.0000 10.3 3.9 22.2 0.022 99±10 DHBP 0.1- 100 0.9990 10.7 7.9 24.2 0.017 107±12 UV-D 0.1- 100 0.9990 2.6 9.4 21.4 0.011 100±18 UV-C 0.1- 100 0.9780 4.8 26.7 7.0 0.0082 98±22 High spiked level: 500 μ g/L for BP; 100 μ g/L for ALI and AM; 500 μ g/L for DHBP,UV-D and UV-C. Middle spiked level: 5 μ g/L for BP; 2.5 μ g/L for ALI and AM; 0.5 μ g/L for DHBP,UV-D and UV-C. Low spiked level: 2 μ g/L for BP; 1 μ g/L for ALI and AM; 0.2 μ g/L for DHBP,UV-D and UV-C.

表4 东湖水中添加BPs的线性范围、r2、RSD、LOD以及回收率 Table 4 Linear ranges,r2,RSDs,LODs and recoveries of BPs spiked in East Lake water

用所建立的方法对东湖水、汉江水、长江水进行检测,均未检测到BPs,可能是因为此水域中的BPs含量低于本实验的检出限或未受相关物质的污染。