顶空液相微萃取-高效液相色谱法测定水中六氯苯

周建刚，陈红兵

(湖北大学资源环境学院，湖北 武汉 430062)

chromatography

0 引言

六氯苯(Hexachlorobenzene，C6Cl6，简称HCB)是《斯德哥尔摩公约》中首批控制的12种持久性有机污染物(persistent organic pollutants，简称POPs)之一.HCB性质稳定难降解，急性毒性较低，具有累积性、慢性或亚慢性毒性作用, 能导致生物体内分泌紊乱、免疫机能失调以及癌症等疾病, 对环境和人体造成巨大威胁[1].

目前，我国已禁止将HCB用于农业生产，但仍保留HCB的生产，主要用于杀虫剂或其他有机化合物的合成及石墨阳极的处理.废水中的HCB排入环境后，在水体底泥中累积，再向环境中释放，对环境造成持续性污染[2].因此，对六氯苯的监测具有重要意义，已有研究多用气相色谱法测定样品中六氯苯的残留量[3-6]，也有用高效液相色谱测定水中微量六氯苯的报道[7].传统的色谱分析前处理大多采用溶剂萃取法，如“液-液萃取”和“液-固萃取法”.这两种方法比较成熟、设备简单，但萃取剂消耗量大，容易危害分析人员的身体健康和污染环境.液相微萃取(liquid phase microextraction, LPME)是一种环境友好型萃取方法，通过待测物在水相和有机相之间的分配进行萃取富集.本研究采用顶空单液滴微萃取法萃取富集水体中六氯苯，此方法相较于传统方法，具有溶剂消耗量小、成本低、准确度高的优点，且取得了良好的富集倍数，萃取液用高效液相色谱(HPLC)进行测定，结果令人满意.

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂高效液相色谱仪，Agilent 1100 series，美国安捷伦公司，配有可变波长检测器和自动进样器；Agilent HC-C18色谱柱，5 μm(4.6×250 mm)，美国安捷伦公司；紫外可见分光光度计，U3010，日本HITACHI；双数显控温磁力搅拌器，85-2A，常州澳华仪器公司；25 μL微量进样器，上海高鸽工贸有限公司；手动可调式移液器，大龙兴创实验仪器有限公司.

丙酮，广州东红化工厂；正辛醇，天津科密欧公司；甲苯，广州东红化工厂；正己烷，国药集团化学试剂；以上化合物皆为分析纯.乙腈，色谱纯，天津科密欧公司；甲醇，色谱纯，上海凌峰化学试剂；六氯苯，标准品，1.0 mg/mL in Acetone，AccuStandard.

1.2 溶液的配制

1.2.1 六氯苯丙酮溶液的配制 取1.0 mg/mL六氯苯标准品,准确移取50 μL于1 mL容量瓶中，用丙酮定容配制成50×10-6mol/L的六氯苯标准溶液.后用超纯水逐级稀释配制成2.0×10-5、1.5×10-5、1.0×10-5、5.0×10-6、2.0×10-6、1.0×10-6、0.5×10-6mol/L的六氯苯溶液.

1.2.2 1%NaOH溶液的配制 称取1 g NaOH固体分次缓慢加入装有50 mL超纯水的烧杯中，后转移至200 mL量筒中，校正体积为100 mL，转移到塑料瓶里贴标签，备用.

1.2.3 1%HCl溶液的配制 量取1 mL HCl溶液于100 mL烧杯中,用超纯水配制成1%HCl溶液，装瓶备用.

1.进样针； 2.蒸馏水； 3.样品溶液； 4.搅拦子；5.磁力搅拌器； 6.萃取剂液滴图1 顶空液相微萃取装置

1.3 顶空液相微萃取操作步骤自制的顶空液相微萃取装置示意图见图1.在25 mL萃取小瓶中准确移入一定体积的1.0 mg/mL六氯苯标准品，再加入10 mL超纯水和磁力搅拌子，设定磁力搅拌器的搅拌速度和温度.然后使用25 μL进样针取10 μL有机萃取剂(注意排空气泡)，将进样针插入萃取小瓶中，调整进样针的位置至针尖距样品溶液液面约5 mm的距离，缓慢推出10 μL萃取剂，使小液滴悬挂在针尖上，萃取30 min，然后抽回小液滴，用丙酮定容至0.5 mL后，进高效液相色谱系统分析.

1.4 色谱条件色谱柱：Agilent HC-C18色谱柱，5 μm(4.6×250 mm)；流动相：乙腈-水(体积比为90∶10)；检测波长：211 nm；流速：1.0 mL/min；柱温30 ℃；10 μL进样量(洗针).采用色谱峰的保留时间定性，外标法峰面积定量，六氯苯的保留时间为10.1 min.

2 结果与讨论

2.1 萃取条件的优化

2.1.1 萃取剂的选择 选择合适的萃取溶剂可以有效提高分析方法的灵敏度.实验选取了正己烷、甲苯、正辛醇三种有机溶剂进行优化，正己烷的沸点为68.7 ℃，在常温萃取过程中液滴损失比较严重，造成其回收非常困难；甲苯的沸点为110.6 ℃，在常温下较正己烷稳定，但由于目标萃取物质六氯苯的沸点是324 ℃，需要在较高的温度下进行萃取以获得更大的富集倍数，而甲苯的稳定性尚不能满足要求；正辛醇的沸点为196 ℃，在萃取过程中液滴的损失较小，稳定性较高，而且正辛醇有较大的表面张力(26.06 N/m，20 ℃)，容易固定在进样针的针尖上.根据实验的可操作性及萃取效率，本实验选择正辛醇为有机萃取剂.

2.1.2 悬挂液滴体积的选择 液滴体积的大小直接影响萃取效率，当样品体积一定时，悬挂液滴体积越大，分析物的萃取量也越大.但是随着液滴体积的增大，萃取效率减小，达到平衡的时间增长，其稳定性亦相应降低.同时，液滴体积增大后，萃取过程中扩散到水样中的微量有机萃取剂的体积也变大，容易造成实验相对标准偏差较大.

实验考察了8、9、10、11、12 μL 5种不同液滴体积的萃取效果，结果表明，在相同条件下，10 μL具有足够的稳定性和较好的萃取效果，而超过10 μL时，液滴容易掉落.

2.1.3 萃取温度的选择 温度对于顶空液相微萃取具有较大的影响，主要表现在两个方面：升高温度，对流作用增强，加速分析物向萃取剂的传质过程，提高萃取效率，缩短达到平衡的时间；但是，升温会降低分析物的分配系数，减少萃取量，同时不利于悬挂液滴的稳定.

实验考察了30～70 ℃之间温度对萃取效果的影响，结果如图2所示.由图可知，随着温度的升高，萃取效率不断增大，这可能是由于分析物六氯苯的沸点很高，水浴温度尚未能使分析物从水溶液中完全挥发，故并没有达到预期的拐点.但当温度大于65 ℃时，液滴稳定性下降很多.而且会有部分水蒸气遇较冷的针管凝结成小液滴，并且在重力作用下滑落与萃取剂相混合，影响了萃取效率.故为了有较高的灵敏度和便于控制实验，选择60 ℃为优化萃取温度.

2.1.4 搅拌速度的选择 单液滴微萃取是样品的富集平衡过程，搅拌速度增加不仅能减小分析物在样品中的浓度梯度，加快分析物进入气相的速度，还能加强溶液上方气体的流动，有利于分析物在气体中的传质，从而提高萃取效率，缩短达到平衡的时间[8].但过高的搅拌速度会影响悬挂液滴的稳定性.实验比较了0～700 r/min时的萃取效果，结果表明：在0～550 r/min时,峰面积随转速的增加而增大，但转速大于550 r/min后峰面积反而减小，本实验选择550 r/min效果最佳，如图3所示.

图2 温度对萃取效率的影响

图3 搅拌速度对萃取效率的影响

2.1.5 萃取时间的选择 单液滴微萃取实质上也是动态传质平衡过程，达到平衡时分析物的萃取量最大.实验比较了萃取时间为0～55 min时的萃取效果，如图4所示.结果表明，随着时间的延长，峰面积不断增大，并未达到平衡.但是时间过长会使得悬挂液滴的稳定性下降和体积减少，影响萃取效率，同时实验的精密度也很差,为了便于控制和保证实验的精密度，本实验选取30 min为最佳萃取时间.

图4 萃取时间对萃取效率的影响

图5 pH对萃取效率的影响

图6 NaCl对萃取效率的影响

2.1.6 pH的选择 在一定范围内调节样品溶液的pH值，能够改变某些分析物在样品中的存在形式，减少它们在水中的溶解度，增加萃取量，从而提高萃取效率.实验用2%NaOH和3%HCl调节pH，考察了在pH为3.5～8.5时的萃取效果，如图5所示.结果表明，pH对萃取过程具有一定的影响，酸性太强或碱性太强均不利于萃取，当样品呈中性时萃取效果较好，因此实验选择样品溶液的pH值为6.5.

2.1.7 盐度的选择 往待测样品中添加无机盐类主要是想改变样品的基体，使分析物在有机溶剂和样品之间的分配系数发生变化，从而提高萃取效率和分析灵敏度.实际上，盐析作用与分析物的性质有关，对有的分析物可以提高萃取效率，对有的分析物则不起作用，甚至会有抑制作用[9].实验考察了NaCl含量为0～15%(质量分数)时的萃取效果，如图6所示.结果表明，盐析作用对萃取过程的影响不明显.故实验选择样品溶液的盐度为10%.

2.2 色谱测定条件的优化

2.2.1 波长的选择 用U3010紫外-可见分光光度计对适量六氯苯标准溶液进行了光谱扫描，结果表明，在波长为211 nm处组分的吸收值最大，并且在211 nm附近无其他干扰吸收.故选择六氯苯的最大吸收波长211 nm为液相色谱分析时紫外检测器的波长.

2.2.2 流动相的选择 用乙腈-水体系作流动相，选择等度洗脱，实验比较了乙腈与水的体积比分别为80∶20、90∶10、95∶5条件下对六氯苯的色谱分离效果.结果显示：乙腈比例较高时，出峰相对较快，组分峰与溶剂峰不能很好地分离；若乙腈比例过低，则出峰太慢，峰形拖尾.最后确定乙腈∶水(V∶V)为90∶10为最佳.此时，组分峰与溶剂峰可分离完全，且保留时间也在30 min内.

2.3 线性范围、检出限及富集倍数配制不同浓度的六氯苯水溶液，在上述最佳条件下分离富集分析.分别以峰面积Y对质量浓度X(mg/L)绘制工作曲线.在0.25～2.5 mg/L之间具有良好的线性关系，其线性方程为Y=191.335 1X+6.939 4，R2=0.991.按IUPAC标准对浓度为1 mg/L的六氯苯水溶液在最优化条件下平行测定6次，RSD为6.3%；计算出方法检出限为0.10 mg/L，富集倍数为55倍.

2.4 标准加入回收率实验在西湖水样中添加六氯苯标准溶液，加标浓度分别为0.5、1.0和2.5 mg/L，在上述最优化实验条件下标准加入回收率分别为107.1%、106.7%和94.4%.

2.5 实际水样分析在最佳实验条件下，分别测定了自来水和西湖的水样，各水样均采用0.25 μm膜过滤后再使用，测定结果如表1所示.

表1 水样分析结果及六氯苯加入回收率

3 结论

液相微萃取是一种环境友好的萃取方法，相比常规的液液萃取技术，所用有机试剂少，环境污染小，同时又能达到所需要的富集倍数.用高效液相色谱对所萃取的六氯苯进行测定，结果令人满意.本研究正是基于顶空液相微萃取技术建立了水体中六氯苯的高效液相色谱分析方法，此测试方法具有绿色环保的优点，具有一定推广应用价值.