分散液液微萃取-气相色谱法测定环境水样中间甲苯酚

易崇书, 杨迎春, 钟 周

(成都信息工程学院资源环境学院,大气环境模拟与污染控制四川省高校重点实验室,四川成都,610225)

0 引言

间甲苯酚是酚类化合物中比较具有代表性的一种物质,在医药、农药、香料、染料、抗氧剂、合成树脂等领域有广泛的应用,比如把它用作矿物浮集剂,消毒剂等。它通过吸入、食入和皮肤吸收等途径侵入体内,对皮肤、粘膜等有腐蚀作用和强烈的刺激作用,并具有致癌、致畸、致突变的作用[1-2],而且可能会引起脏器的损害,是中国68种以及美国EPA确定的129种环境优先控制污染物之一[3]。中国地表水环境质量标准(GHZB1-1999)中对间甲苯酚等挥发性酚类物质的含量限值也有很严格的要求。

在环境中,由于分析物含量很低而不适用于直接进行仪器分析测定,需要对样品进行浓缩和富集预处理。常用的萃取方法包括液-液萃取(LLE)[4]、固相萃取(SPE)[5]、液相微萃取(LPME)[6]、液-液微萃取(LLME)[7]、固相微萃取(SPME)[8]等。然而液-液萃取、固相萃取有耗时长,有机萃取剂用量大,成本高等缺点;液相微萃取虽然有机萃取剂用量小,但存在搅拌过程中易产生气泡且达到萃取平衡的时间较长等缺点;固相微萃取存在有机纤维易碎、携带不方便、价格昂贵、寿命有限等缺点。

分散液液微萃取技术(DLLME)是2006年才提出的一种集采样、萃取和浓缩为一体的样品前处理技术[9-10],它操作比较简单且快速,富集效率高、成本低、对环境友好。将其与高效液相色谱和气相色谱等联用,已应用于水样中多环芳烃苯系物[11]、有机磷农药[12]、菊酯类农药[13]及苯系物[14]等有机污染物的分析测定。文中将分散液液微萃取技术与气相色谱联用,建立了新的测定环境水样中间甲苯酚的方法,操作步骤简单快速,得到了较低的检出限。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

日本岛津2010型气相色谱仪,DB-1石英毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μ m),KQ-500B型台式离心机。间甲苯酚标准溶液:准确称取1.000g间甲苯酚样品于1000mL容量瓶中,配制成1.00g/L储备液,置于4℃避光保存,使用时用水逐级稀释。其余试剂(氯苯、乙醇、丙酮等)均为分析纯,实验用水为超纯水。

1.2 色谱检测条件

载气为高纯氮气(纯度为99.999%),流速30mL/min;燃气为高纯氢气(纯度为99.999%),流速30mL/min;空气流速300mL/min,分流比为90:10。柱温130℃,气化室温度250℃,检测器(FID)温度220℃。

1.3 分散液液微萃取的操作步骤

30mL的带塞尖底离心管中移入25mL间甲苯酚样品溶液,加入适量的氯化钠,震荡使其完全溶解,然后用注射器快速加入一定量分散剂-萃取剂的混合溶液,摇匀之后立即形成水/分散剂/萃取剂的乳浊体系,室温静置几分钟,以3000r/min离心,水相中的萃取剂经过离心后沉积到离心管底部,用气相色谱的微量进样针吸取1μ L沉积相直接进样进行测定。

2 结果与讨论

采用富集倍数来评价不同萃取条件下的提取效率,富集倍数(EF)为萃取后目标分析物在沉积相中的浓度(Csed)与样品中目标分析物的原始浓度(C0)的比值:

式中:Csed为萃取后目标分析物在沉积相中的浓度(mg/L),C0为样品中目标分析物的原始浓度(mg/L)。

2.1 萃取剂和分散剂种类的选择

影响分散液液微萃取效率的一个重要因素就是萃取剂种类的选择,选择萃取剂的原则:萃取剂的密度比水的密度大,不溶于水,对目标分析物的萃取能力强,有较好的色谱行为,且不影响目标分析物的定性定量分析。考察了二氯甲烷、氯苯、四氯化碳、三氯甲烷、四氯乙烯、三氯乙烯对水样中间甲苯酚的萃取效果。实验发现,三氯甲烷与二氯甲烷与乙醇和水互溶,不能形成乳浊液。在其余4种与乙醇和水形成乳浊液体系的萃取剂中,氯苯为萃取剂是的富集倍数高于另外3种。可能的原因是氯苯和间甲苯酚的性质相似,如极性、疏水性、强度等方面,因此它对间甲苯酚的溶解能力强,所以选择氯苯为萃取剂。

确定萃取剂后,影响富集倍数的另一个因素就是分散剂的种类。选择分散剂的原则是能溶于水且能完全溶解萃取剂。分散剂的作用是最大化萃取剂与水样中目标分析物的接触面积。分散剂在水中的溶解度大,在水样中形成的液滴就越小,萃取剂与目标分析物的接触面积就越大,因而萃取效率就越高。考察了乙醇、乙腈、甲醇、丙酮作为分散剂,体积均为1.0mL(含50μ L氯苯)对萃取效率的影响。实验表明,丙酮和乙腈作为分散剂时的萃取效果较好,但丙酮的毒性较小且价格低廉,因此选择分散剂为丙酮。

2.2 萃取剂和分散剂用量的选择

分别考察了含不同体积的氯苯(50,100,150,200,250μ L)的1.0mL丙酮混合液作为萃取体系时对萃取效率的影响,结果如图1所示。富集倍数先随着氯苯体积的增加而增大,当氯苯体积超过200μ L后,富集倍数随氯苯体积的增大而减小。可能由于当氯苯体积进一步增大时,一方面会增加氯苯液滴之间的碰撞机会从而形成较大的液滴,降低接触的表面积;另一方面氯苯体积的增大还会使间甲苯酚在沉积相中的浓度变低,富集倍数也随着减小,因此氯苯的用量为200μ L。

分散剂的体积直接影响乳浊液的形成,进而对萃取效率产生影响。试验了不同体积的丙酮(0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0mL)对萃取效率的影响,结果见图2。随着丙酮体积的增加,富集倍数先增加后减小,在2.5mL的时候富集倍数达到最大。可能的原因是当丙酮的体积小时,分散在水中的萃取剂不是很均匀,乳浊体系形成不好,导致了传质效果变差,使萃取效率变低;丙酮的体积过大又会使目标分析物在水中的溶解度增大,使它不容易被氯苯萃取,导致了萃取效率的降低。因此选择2.5mL为最佳的分散剂用量。

图1 萃取剂体积的选择

图2 分散剂体积的选择

2.3 萃取时间和离心时间的优化

分散液液微萃取的萃取时间指的是混合过后的萃取剂与分散剂加入到水样中到开始离心前的这段时间。考察了萃取时间为0,2,5,8,10min时对萃取效率的影响,实验结果见图3。结果表明,萃取时间影响了萃取效率,当萃取时间为8min时的富集倍数最高。可能的原因是萃取时间太短,目标分析物不能充分迁移到萃取剂中,而如果萃取的时间太长,有可能萃取平衡被打破。因此选择萃取时间为8min。

选取离心时间为2,5,8,10min进行考察,结果如图4所示。当离心时间为8min时,富集倍数最高。这是由于离心会产生热量,从而影响萃取效率,离心时间短时热量不够,离心时间长时产热过多。所以本实验离心时间选用8min。

图3 萃取时间的选择

图4 离心时间的选择

2.4 盐效应

其它实验条件不变,在水相中加入不同浓度的 NaCl(0%～10%),来考察盐的浓度是否对萃取效率有影响,实验结果如图5所示。实验发现:富集倍数随着盐浓度的增加先增大后减小,在NaCl浓度为8%时的富集倍数达到最高。盐的浓度太小可能会使萃取剂沉积得不完全,而盐的浓度太大又会使萃取剂在水相中的溶解度减小,导致富集倍数降低。因此选择NaCl浓度为8%。

图5 盐度的影响

2.5 方法的线性范围、富集倍数和检出限

在优化的萃取条件和色谱条件下,对系列标准溶液进行萃取和测定,考察方法的线性范围、富集倍数和检出限。实验表明,该方法的富集倍数为98.7,当间甲苯酚在0.05～10mg/L的浓度范围内线性关系良好,线性方程为 A=218.03+4044.58C(A为峰面积,C为间甲苯酚的浓度mg/L),相关系数为0.9998,检出限为4.2μ g/L(S/N=3)。为考察方法的精密度,对浓度为0.1mg/L的标准溶液连续测定6次的相对标准偏差为5.64%。

2.6 实际样品的测定

采用该方法对成都市的成都信息工程学院校园景观水(1#)和府南河水(2#)进行了检测,并对测定水样进行了3个浓度水平的加标回收实验,每个水样分别平行测定3次,然后计算出加标回收率和相对标准偏差,结果见表1。由表1可以看出,两个水样均没有检测出间甲苯酚(低于检出限),加标回收率为86%～122%,相对标准偏差为3.3%～7.3%。

表1 环境样品分析结果

3 结束语

建立了分散液液微萃取技术与气相色谱联用测定水样中间甲苯酚的新方法。确定了最佳萃取条件为:200μ L氯苯(萃取剂)和2.5mL丙酮(分散剂)混匀后,快速注入水样,室温静置 8min,以3000r/min离心8min,吸取1μ L沉积相,进行气相色谱分析。实验表明该方法具有富集倍数高、操作方便、萃取装置廉价、灵敏可靠、环境友好等优点,可以在短时间内同时完成多个样品的萃取分离,可用于批量样品的前处理。将其应用于环境水样中间甲苯酚的测定及加标回收实验,加标回收率在86%～122%,结果令人满意。

[1] 白静.粪产碱杆菌降解苯酚、间甲酚的特性及其动力学研究[D].天津:天津大学,2006.

[2] 赵天亮,宁平,陈芳媛.含酚废水治理技术研究进展[J].环境与健康杂志,2007,24(8):648-650.

[3] 周文敏,傅德黔,孙宗光.中国水中优先控制污染物黑名单的确定[J].环境监测管理与技术,1991,3(4):18-20.

[4] 盛杰,谢丽,翟桂明,等.液液萃取-气相色谱法测定硝基苯及其降解产物影响因素研究[J].2007,26(3):69-72.

[5] 杨秋红,程小艳,杨坪,等.固相萃取-高效液相色谱串联质谱法同时检测地表水中的2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚[J].分析化学,2011,39(8):1208-1212.

[6] 常青,沈先涛,王佳,朱丽华.液相微萃取-气相色谱法测定水样中微量酚类污染物[J].理化检验(化学分册),2009,45(1):91-93.

[7] 陈忠林,沈吉敏,齐飞,等.液液微萃取气相色谱法快速测定硝基苯[J].中国给水排水,2006,22(6):77-79.

[8] 李英,王楼明,张琛,等.固相微萃取-气相色谱-质谱法测定水中双酚A[J].质谱学报,2006,26(1):18-21.

[9] Rezaee M,Assadiab,Y.Hosseinia MRM et al.Determination of organic compounds in water using dispersive liquid-liquid microextraction.Journal of Chromatography A[J].2006,1116(1/2):1-9.

[10] Berijani S,Assadi,Y.Anbia,M et al.Dispersive liquid-liquid microextraction combined with gas chromatography-flame photometric detection-Very simple,rapid and sensitive method for the determination of organophosphorus pesticides in water.Journal of Chromatography A[J].2006,1123(1):1-9.

[11] 王立双,周建科,马芳旭.分散液液微萃取-气相色谱法测定水中苯系物[J].现代化工,2007,2(2):390-391.

[12] 李晓晶,陈安.分散液液微萃取-气相色谱法快速测定水中23种有机磷农药[J].分析测试学报,2011,30(3):326-329.

[13] 臧晓欢,王春.分散液相微萃取-气相色谱连用分析水样中菊酯类农药残留[J].分析化学,2008,36(6):765-769.

[14] 张建华,黄颖,陈晓秋,等.分散液液微萃取-高效液相色谱法测定环境水样中的多环芳烃[J].色谱,2009,27(6):799-803.