中空纤维液相微萃取技术在实验教学中的应用

丁明珍, 汤 昱, 彭 璟, 王鼎成

(南京大学金陵学院 化学与生命科学学院, 江苏 南京 210089)

液相微萃取(liquid phase microextraction,LPME)是1996年由Jeannot和Cantwell最早报道的一种新型的样品前处理技术[1],其基本原理是目标分析物在样品与微升级的萃取溶剂之间达到分配平衡,从而实现溶质的微萃取。中空纤维液相微萃取是以多孔的中空纤维为载体的一种LPME技术,1999 年,由Pedersen-Bjerg aard等[2]首次提出。该技术将样品的采样、萃取和浓缩一步完成,有机溶剂使用量极少(微升级),操作简便,成本低。

我校仪器分析实验教学中,开放性实验教学为其特色[3],实验的选题均为实际样品的分析,如酱油中防腐剂——尼泊金酯含量的测定。由于酱油的基质较复杂,需要进行前处理后再结合高效液相色谱法[4-6]、气相色谱及气相色谱质谱联用法[7-11]或毛细管电泳法等[12-13]进行含量的测定。传统的样品前处理不仅操作繁琐、耗时,且有机溶剂消耗量大,实验废液多,不利于环境保护和操作学生的身体健康。本文建立了中空纤维液相微萃取气相色谱-质谱法对酱油中4种尼泊金酯的含量进行了测定,同时对影响因素进行了优化,激发了学生的求知欲,增强了学生的环保意识,提高了教学效果和教学质量。

1 实验

1.1 仪器与试剂

仪器：气相色谱-质谱联用仪(美国热电,Trace GC- DSQⅡ)；聚偏氟乙烯中空纤维 (天津膜天膜科技有限公司,FP-T0008:外径1.2 mm,内径0.6 mm,孔径0.1 μm)；磁力搅拌器(ZNCL-GS,巩义市予华仪器有限责任公司)；超声波仪(中国昆山,KQ-50B)。

试剂：正辛醇、甲苯、乙酸乙酯、正己烷和水杨酸甲酯(内标物IS)(均为分析纯,上海振兴化工一厂)；尼泊金酯(甲酯MP、乙酯EP、丙酯PP和丁酯BP)(纯度大于99%,天津光复精细化工研究所)；超纯水采用 Milli-Q纯水系统(Millipore 公司,美国)制得。

1.2 标准溶液的配制

分别准确称取 0.1 g 的MP、EP、 PP和 BP置于 100 mL 的容量瓶中,加入少量甲醇溶解,超纯水稀释至刻度,配置成质量浓度为 1000 mg/L 的标准储备液,置于4 ℃冰箱保存。同样的方法配制质量浓度为500 mg/L 内标物水杨酸甲酯的标准储备液。使用时分别量取各储备液,用超纯水逐级稀释成浓度为0.02、0.05、0.1、0.5、1.0、5.0、10.0 mg/L 的系列混合标准工作液,其中每份混合标准工作液中内标物水杨酸甲酯的含量均为 1 mg/L。

1.3 色谱与质谱条件

色谱条件:毛细管柱(CP-SIL 8 CB Low BLEED/MS 30 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度为250 ℃；升温程序:初温60 ℃保持2 min,然后以40 ℃ /min 升至240 ℃、保持4 min；载气为高纯氦气( 纯度≥99.99%),流速1. 0 mL /min；分流模式,分流比为5∶1；进样量为1 μL。

质谱条件: 离子源温度200 ℃；EI电离源,电子能量70 eV；传输线温度250 ℃；选择离子模式(SIM)定量:MP(152,121),EP(166, 121),PP(180, 121),BP( 194,121)；溶剂延迟 5 min。

1.4 实验方法

准确称取酱油 0.5 g,加入 0.1 mL内标物水杨酸甲酯储备液,超纯水稀释至 50 mL容量瓶中；将中空纤维剪成 3.5 cm小段,在丙酮中超声洗涤 5 min,晾干；取上述样品溶液 5 mL于萃取小瓶中,加入0.5 g的氯化钠(NaCl)固体,振摇,溶解后置于磁力搅拌器上。先将处理过的纤维小段用萃取剂 (正辛醇)浸润 5 min,取出纤维小段,再用高效液相色谱微量进样针(25 μL,Agilent, USA)吸取萃取剂正辛醇注满中空纤维腔体,然后用加热过的镊子将纤维两端封口,放入小瓶中,盖上瓶盖。以1 000 r/min的搅拌速率萃取15 min,最后剪开中空纤维的一端,吸取 1 μL萃取液进行气相色谱-质谱分析。

2 结果与讨论

2.1 中空纤维液相微萃取条件的优化

2.1.1 萃取剂的选择

考察了4种萃取剂(正辛醇、甲苯、乙酸乙酯、正己烷)对目标混合物的萃取效果。在相同的实验条件下,实验结果见图1,从图1可以看出:正己烷对目标物不能萃取,甲苯的萃取效果比乙酸乙酯好,但远不如正辛醇的萃取效果好,因此选择正辛醇作萃取溶剂。

图1 不同萃取剂萃取效果的比较

2.1.2 萃取时间的选择

考察了不同萃取时间 (5、10、15、20、30 min)对萃取效果的影响,实验结果表明,萃取 15 min 时目标物峰面积最大,故选择萃取时间为 15 min。

2.1.3 盐效应的影响

考察了酱油样品溶液为 5 mL, NaCl加入量分别为 0、0.25、0.5、0.75、1.0 g 时,盐效应对萃取效果的影响,实验结果见图 2。从图 2可以看出:当 NaCl加入量为 0.5 g 时,对目标物的整体萃取效果较好,当 NaCl加入量超过 0.5 g 时,尼泊金丙酯(PP)和丁酯(BP)的萃取效果明显下降,因此,NaCl的加入量选为 0.5 g。

图2 不同加盐量对萃取效果的影响

2.2 内标物的选择

为消除样品处理和测定过程对定量带来的误差,采用内标法定量。由于水杨酸甲酯的结构和性质与目标组分接近,且样品中不含水杨酸甲酯,故选择水杨酸甲酯为内标物进行尝试。在优化的实验条件下,尼泊金酯与内标物水杨酸甲酯混合标准溶液的总离子流色谱图见图3(t为保留时间)。从图3可以看出:内标物与4种目标组分能够完全分离,因此,选择水杨酸甲酯为内标物较合适。

图3 尼泊金酯与内标物(IS)混合标准溶液的总离子流色谱图

2.3 方法的线性范围、检出限、加标回收率与精密度

将尼泊金酯混合标准溶液系列(其中内标物浓度均为 1.0 mg/L),在优化条件下进行萃取后直接进样分析,线性范围(目标组分与内标物峰面积的比值对目标物浓度作图)、相关系数的平方、检出限(信噪比为3)及精密度(相对标准偏差RSD)见表 1。

表1 尼泊金酯的线性方程、线性相关系数、检出限及精密度(n=6)

2.4 酱油样品中尼泊金酯的测定及加标回收率

利用本实验建立的方法,对超市购买的2种酱油样品进行了尼泊金酯含量c的测定,并分别进行了加标回收率实验(酱油1的加标量均为100 μg，酱油2的加标量均为50 μg),结果见表2。从表 2看出:2种酱油中,分别检测出尼泊金甲酯为45.6 mg/kg和尼泊金乙酯为76.7 mg/kg,均未超过国家规定的最高限量( 250 mg/kg),加标回收率在95.8%到108.2%之间,结果令人满意。

表2 2种酱油样品的测定结果及加标回收率

注：ND表示未检测到

3 结语

提出了中空纤维液相微萃取-气相色谱-质谱法测定酱油中4种尼泊金酯方法(尼泊金甲酯(MP)、尼泊金乙酯(EP)、尼泊金丙酯(PP)和尼泊金丁酯(BP))。优化的萃取条件:正辛醇为萃取剂,搅拌速度为1 000 r/min, NaCl用量为0.5 g / 5 mL样品溶液,萃取时间15 min。该方法采用水杨酸甲酯为内标,定量准确,线性范围为0.02～10 mg/L,相关系数的平方在0.998 5～0.999 0之间,检出限为0.002～0.015 mg/L,加标回收率为95.8%～108.2%,相对标准偏差小于5 %。

本实验将学生在现代分离技术专业选修课中的分离理论知识(中空纤维液相微萃取实际上是以中空纤维为支撑的膜分离技术),结合前沿科研成果,应用到仪器分析的实验教学中,不仅激发了学生的求知欲,提高了学生在实验中的积极主动性,而且大大减少了有机溶剂的使用量,使实验废液量减少,节省了实验成本,同时提高了学生的环保和自我保护意识。

References)

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