超声辅助-乳化液液微萃取-气相色谱法测定水体中7种苯系物

蓝路梅，朱霞萍，宋坤红

（成都理工大学材料与化学化工学院 矿产资源化学四川省高校重点实验室，四川 成都 610059）

超声辅助-乳化液液微萃取-气相色谱法测定水体中7种苯系物

蓝路梅，朱霞萍，宋坤红

（成都理工大学材料与化学化工学院 矿产资源化学四川省高校重点实验室，四川 成都 610059）

采用正己烷为萃取剂，乙腈为乳化剂，建立超声辅助-乳化液液微萃取-气相色谱法（USA-ELLME-GC）检测水中甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、1，3，5-三甲苯，1，2，4-三甲苯的分析方法。当萃取剂正己烷为150 μL，乳化剂乙腈为400μL，超声时间为12min时，50mL水溶液中苯系物被成功萃取到正己烷中，富集倍数达到333倍。色谱条件为：DB-5MS（30m×0.25mm，0.25μm）毛细管柱，进样口温度220℃，检测器（FID）温度250℃，程序升温（初始45℃保持3min，3°C/min升温至70℃，再以30℃/min升至200℃保持2min），氢气流量10mL/min，尾吹气流量30mL/min，分流比30∶1。在优化的萃取和色谱条件下，7种苯系物在0.08～1.00mg/L浓度范围内与峰面积呈线性关系，相关系数均＞0.9980，方法检出限为0.005～0.01mg/L，质量浓度均为0.10mg/L的苯系物的7次前处理及测定结果相对标准偏差RSD为1.5%～4.7%。建立的方法应用于学校内湖水和实验室废水中7种苯系物的测定，平均回收率为86.5%～110.4%，测定结果满足分析化学痕量分析要求。

乳化液液微萃取；超声辅助；气相色谱法；苯系物；废水

0 引 言

我国经济的快速发展带动科研规模不断扩大，致使实验室废水排放量及排放的污染物种类日益增多，高校内湖遭受的污染日益严重。苯系物是水中常见的有机污染物[1-2]，其中，甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯等苯系物已确定列入我国水体中优先控制污染物的黑名单[3]。苯系物对环境的破坏具有长效性，对水生生物具有不同程度的毒性，进一步对人体造成急性或慢性的毒害作用，有的甚至与肿瘤有关[4]。因此，为有效、快速监控水环境中的苯系物污染，建立简单快捷、准确可靠的苯系物分析方法具有重要的实际意义。

目前，测定苯系物的前处理方法有液-液萃取法[5]、顶空萃取法[6-7]、吹扫捕集法[8-9]等。 这些传统预处理方法操作复杂繁琐，溶剂使用量大，前处理时间长，仪器昂贵。近10余年来，科研工作者发展了一些新型微萃取技术：固相微萃取[10-11]，分散液液微萃取[12-13]，盐析微萃取[14]，乳化液液微萃取[15]等。 国内外进行乳化液液微萃取技术应用于苯系物样品前处理的研究报道较少，因此，本文采用乳化液液微萃取（ELLME）技术应用于学校内湖水、实验室废水中7种苯系物的分离富集，优化了影响萃取效率的条件（萃取剂和乳化剂的种类、用量、超声时间），结合气相色谱法-氢火焰检测器（GC-FID）进行检测，建立了苯系物的超声辅助-乳化液液微萃取-气相色谱（USA-ELLME-GC）分析方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪 器

Techcomp GC-7900型气相色谱仪，附FID检测器；AS5150A型超声波清洗仪；1μL微量进样针。

1.1.2 试 剂

标准物质：甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯的纯度不小于99.5%，1，3，5-三甲苯、1，2，4-三甲苯的纯度不小于98%；正己烷、三氯甲烷、四氯化碳、乙酸乙酯、乙腈、丙酮、异丙醇、正丁醇均为分析纯；试验用水为超纯水。

混合标准储备溶液：1000mg/L，由甲醇配制，避光冷藏保存。

混合标准溶液：用甲醇将1000mg/L混合标准储备溶液稀释至适当的质量浓度后，再以水稀释至所需的一系列质量浓度。

1.2 色谱条件

色谱柱：DB-5MS毛细管色谱柱（30m×0.25mm，0.25μm）；进样口温度220℃，FID温度250℃，程序升温，初始温度45℃，保持3min，以3℃/min升温至70℃，再以30℃/min升至200℃，并保持2min；氢气流量10mL/min，尾吹气流量30mL/min；采用不分流/分流进样模式，从进样到开启分流阀的时间为0.8min，分流比30∶1。

1.3 实验方法

移取 50.00 mL苯系物的混合标准溶液或经0.45μm微孔纤维素滤膜过滤的水样，置于50mL的容量瓶中。用微量注射器快速注入正己烷150μL、乙腈400μL，形成正己烷-乙腈-水乳浊液，超声12min，萃取相则浮于水相。用微量进样器移取1μL上层有机相，直接进样至气相色谱仪分析。

2 结果与讨论

2.1 7种苯系物的分离情况

设置进样口温度、检测器温度均高于所测组分沸点，通过改变柱箱升温程序，调整分流比以获得7种苯系物的最佳分离效果。在1.2所述最佳色谱条件下，甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、1，3，5-三甲苯和1，2，4-三甲苯7种苯系物的分离效果良好，各组分保留时间分别为5.201，7.921，8.214，8.264，9.035，10.917，11.355 min，全程分离时间小于15min。

2.2 萃取剂及乳化剂种类的选择

考察了乙酸乙酯、三氯甲烷、四氯化碳和正己烷4种萃取剂分别与甲醇、正丁醇、乙腈、丙酮和异丙醇5种乳化剂组合对7种苯系物萃取效率的影响。结果表明，除乙酸乙酯作为萃取剂外，三氯甲烷、四氯化碳和正己烷作为萃取剂的组合都能将萃取相与水相很好地分离。其中，正己烷和乙腈、三氯甲烷和丙酮、四氯化碳和异丙醇的组合，萃取效率相对较高。考虑到正己烷作为萃取剂对环境更友好，且正己烷是轻质的有机溶剂，存在于萃取体系的上层，更利于取液操作，实验选择正己烷为萃取剂，乙腈为乳化剂。

2.3 萃取剂用量的选择

萃取剂的体积决定萃取效果和富集倍数，以甲苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯和1，3，5-三甲苯5种苯系物为对象，考察了不同体积的正己烷（75，100，150，200μL）对萃取效果的影响。结果如图1所示，随着萃取剂体积的增加，萃取效率增大，峰面积不断增加，当萃取剂加入量为150 μL时，峰面积最大，继续增加萃取剂体积，苯系物的浓度被稀释，峰面积减小。故本试验选择正己烷的体积为150μL。

图1 正己烷用量对萃取效率的影响

2.4 乳化剂用量的选择

实验考察了乙腈体积为0，100，200，300，400，500，600μL时对萃取效果的影响，结果如图2所示。随着乙腈体积的增加，峰面积先增加后减少，因为乙腈用量过少，萃取溶剂未能充分乳化，与水相接触不好，萃取效率低；乙腈体积过大，苯系物在水中溶解性增加，导致萃取效率下降。因此，本试验选择乙腈体积为400μL。

2.5 超声时间的选择

超声时间是影响萃取效果的一个重要参数，本试验考察了超声时间为2，5，8，10，12，15，20 min时对萃取效果的影响，结果如图3所示。随着超声时间的增加，峰面积不断增加；当超声时间为12min时，萃取效率最高；继续增加超声时间，峰面积基本保持不变，表明水相和有机相已达到平衡。因此，本试验选择超声时间为12min。

图2 乙腈体积对萃取效率的影响

图3 超声时间对萃取效率的影响

得到的最优萃取条件为：萃取剂正己烷体积为150μL、乳化剂乙腈体积为400μL、超声时间为12min。当水样体积为50mL时，计算的富集倍数为333倍。

2.6 工作曲线、精密度和检出限

将甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、1，3，5-三甲苯和1，2，4-三甲苯7种苯系物的混合标准溶液在优化条件下进行超声乳化液液微萃取、GC-FID检测。以质量浓度为横坐标，峰面积为纵坐标绘制工作曲线。7种苯系物的线性范围、线性回归方程和相关系数见表1，上述7种苯系物在0.08～1.00 mg/L范围内与峰面积呈线性关系，相关系数均＞0.9980。对质量浓度均为0.10mg/L的7种苯系物进行7次前处理及测定，结果的相对标准偏差RSD为1.5%～4.7%，检出限为0.005～0.01mg/L。

2.7 样品分析

在最优的萃取和色谱条件下，分别取学校内湖水、实验室废水各50mL，经过滤后进行7种苯系物的测定，同时做加标回收实验，测得结果如表2、表3所示。

由表2和表3可知：在学校内湖水和实验室废水中7种苯系物均未检出。内湖水中7种苯系物加标回收率介于86.5%~102.1%之间，相对标准偏差RSD在1.3%~8.0%之间。实验室废水中7种苯系物加标回收率介于98.5%~110.4%，相对标准偏差RSD在0.5%~9.1%之间。

表1 工作曲线、精密度和检出限

表2 学校内湖水中苯系物的测定结果

表3 实验室废水中苯系物的测定结果

3 结束语

本文建立了超声辅助乳化液液微萃取（USAELLME）-气相色谱法（GC）测定水体中甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、1，3，5-三甲苯和1，2，4-三甲苯7种苯系物的方法。确定了气相色谱分离苯系物的最佳仪器条件，确定了超声辅助-乳化液液微萃取的最佳试剂条件和操作条件。本方法通过超声增强乳化效果，通过调整乳化剂和萃取剂的种类和用量增强萃取效果。方法在增强萃取效果的同时减少了试剂的使用以及实验时间、步骤。对方法检出限、准确度、精密度等方法学技术指标的研究结果表明：该方法准确、灵敏，线性关系良好，且具有操作简单快捷、灵敏度高等优点，避免了大量有毒有害试剂的使用，对环境友好。方法对苯系物的富集倍数达到333倍，能应用于实际水体中苯系物的测定，对快速、有效监控水体中苯系物的污染具有实际意义。

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（编辑：徐柳）

Ultrasound assisted-emulsification liquid liquid microextraction-gas chromatography for determination of seven kinds of benzene series in water samples

LAN Lumei，ZHU Xiaping，SONG Kunhong
（College of Materials and Chemistry＆Chemical Engineering，Mineral Resources Chemistry Key Laboratory of Sichuan Higher Education Institutions，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

A new method was developed for determination of toluene，ethylbenzene，xylene，mxylene，o-xylene，1，3，5-trimethylbenzene，1，2，4-trimethylbenzene in water samples by GC-FID coupled with ultrasound assisted-emulsification liquid liquid microextraction（USA-ELLME）.When the volume of sample was 50 mL，a good extraction efficiency was obtained by using 150 μL nhexane，400 μL acetonitrile under ultrasonic extraction for 12 min，and the enrichment factor reached 333.The chromatographic conditions was as follows:DB-5MS capillary chromatographic column（30m×0.25mm，0.25μm）was used.Injector temperature was 220℃.FID temperature was 250℃.The initial temperature of column was 45℃，keeping for3min，then increased to 70℃ in 3℃/min，and then increased to 200℃ at 30℃/min and keeping for 2min.Hydrogen flow rate was 10 mL/min.Make-up gas flow rate was 30 mL/min.Split ratio was 30∶1.Under the optimized conditions，the mass concentration of mixed solutions for the seven benzene series in ranges of 0.08-1.00 mg/L had the linear relationships to the peak area with the correlation coefficient＞0.9980. The method detection limits were ranged from 0.005 mg/L to 0.01 mg/L.Mixed working solutions of 0.10 mg/L for the seven benzene series were detected by 7 times，RSD were in the range of 1.5%-4.7%.The method had been applied to the school lake water and laboratory wastewater，therecoveries of seven benzene series ranged from 86.5%to 110.4%.The determination results met the requirements of trace analysis.

emulsification liquid liquid microextraction；ultrasound assisted；GC；benzene series；wastewater

A

：1674-5124（2017）02-0050-05

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.02.010

2016-07-14；

：2016-09-23

四川省科技厅科技支撑项目（2015GZ0243）四川省教育厅重点项目（15ZA0071）

蓝路梅（1991-），女，广东英德市人，硕士研究生，专业方向为分析化学。

朱霞萍（1968-），女，江西萍乡市人，教授，主要从事分析化学、功能材料制备及应用。