搅拌棒固相萃取与液相色谱联用测定水样品中烷基酚类污染物.docx

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搅拌棒固相萃取与液相色谱联用测定水样品中烷基酚类污染物

搅拌棒固相萃取与液相色谱联用测定水样品中烷基酚类污染物

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林福华邱宁宁黄晓佳*袁东星【摘要】建立了简单、快速、灵敏测定水环境中的双酚A（BPA）、辛基酚（OP）、壬基酚（NP）的方法。

以聚（N-乙烯基咪唑-二乙烯基苯）整体材料为涂层的搅拌棒固相萃取技术富集目标物，然后与高效液相色谱-二极管阵列检测器联用测定水样品中烷基酚类污染物。

考察了萃取时间、解析时间、样品基质的pH值、离子强度等实验条件对萃取效率的影响。

在最佳条件下，3种目标化合物的线性范围是1.0~200μg/L，检出限LOD（S/N=3）在0.13~0.66μg/L之间，定量限LOQ（S/N=10）在0.44~2.19μg/L之间。

在对海水和污水处理厂的实际水样测定中，3种目标化合物的不同加标水平的回收率为37.8%~101.1%。

本方法具有简便、快速、高效、灵敏等优点。

【关键词】搅拌棒固相萃取;整体材料;高效液相色谱;双酚A;辛基酚;壬基酚AbstractAmethodforthedeterminationofbisphenolA，octyphenol，nonylphenolinwatersampleswasdevelopedusingstirbarsorptiveextraction（SBSE）basedonpoly（vinylimidazole-divinylbenzene）monolithicmaterial（SBSEM）combinedwithhighperformanceliquidchromatographywithdiodearraydetection.Toachievetheoptimumextractionperformance，severalmainextractionparameters，includingextractionanddesorptiontime，pHvalueandcontentsofinorganicsaltinthesamplematrix，wereinvestigated.Undertheoptimizedexperimentalconditions，themethodshowedgoodlinearityandrepeatability，lowdetectionlimits（S/N=3）andquantificationlimits（S/N=10）oftheproposedmethodforthetargetcompoundswereachievedwithintherangeof0.13－0.66and0.44－2.19μg/L，respectively.TheextractionperformanceofSBSEMtothetargetcompoundswasalsocomparedwithcommercialSBSEwhichusedpolydimethylsiloxaneascoating.Theproposedmethodwassuccessfullyappliedtothedeterminationofthetargetcompoundsinwatersamples.Therecoveriesofspikedtargetcompoundsinrealsamplesrangedfrom37.8%－101.1%.Theresultsindicatedthatthedevelopedmethodpossessedadvantagessuchassensitivity，simplicity，lowcostandhighfeasibility.　　KeywordsStirbarsorptiveextraction；Ｍonolithicmaterial；Ｈighperformanceliquidchromatography/diodearraydetector；ＢisphenolA；Ｏctyphenol；Ｎonylphenol　　1引言　　烷基酚类化合物（Alkylphenols，Aps）为在环境中广泛存在的环境激素类物质，易引发内分泌紊乱，造成人体正常激素失常，危害生物体的生殖功能系统、干扰和降低人体的免疫机能，甚至引发恶性肿瘤〖1〗。

　　烷基酚和双酚A（BisphenolA，BPA），是烷基酚类化合物中有代表性的环境污染物，其降解产物（主要为壬基酚和辛基酚）具有比母体化合物更强的毒性〖2〗。

壬基酚（nonylphenol，NP）和辛基酚（octyphenol，OP）均为联合国制订的持久性有毒化学污染物。

2008年10月18日加拿大联邦政府正式宣布，决定将BPA列入有毒物质列表中。

　　目前，对BPA、OP和NP的研究对象主要为饮料类食品、动物组织和水环境样品，所采用的分析方法有高效液相色谱法〖3，4〗和气相色谱法〖5，６〗。

由于BPA、OP和NP在实际样品中含量较低，同时复杂的样品基底对分析过程会产生严重的干扰，因此在进行分析前，需进行预处理。

常用的预处理方法有液-液萃取法（Liquid-liquidextraction，LLE）［７］、基质固相分散法（Matrixsolid-phasedispersion，MSPD）〖６〗、固相萃取法（Solidphaseextraction，SPE）〖8〗、加速溶剂萃取法（Acceleratedsolventextraction，ASE）〖3，９〗、固相微萃取法（Solidphasemicroextraction，SPME）〖1０〗和中空纤维膜微萃取法（Hollowfibermembraneextraction，HFME）〖1０〗等。

这些预处理方法虽取得一定的实际应用，但它们也存在着一些不足，如LLE、MSPD、SPE和ASE均需一定量的有机溶剂，SPME和HFME的萃取容量较低。

　　搅拌棒固相萃取技术（Stirbarsorptiveextraction，SBSE）是在固相微萃取技术（SPME）基础上发展的一种新型的无溶剂或少溶剂的样品前处理方法，由Sandra等在1999年首先提出，并由Gerstel公司商品化〖１１，12〗肷唐坊疭BSE相比，SBSEM可直接对极性有机化合物进行有效萃取而无需进行衍生化。

本研究以聚（N-乙烯基咪唑-二乙烯基苯）整体材料为涂层的搅拌棒萃取BPA、OP和NP，考察了萃取时间、解析时间、样品基质中pH值、离子强度等实验条件对萃取效率的影响，在此基础上与HPLC-DAD联用测定实际水样中3种目标化合物。

　　2实验部分　　2.1仪器与试剂　　高效液相色谱设备：

LC-20AB泵，CBA-20A控制器，SPD-M20ADAD检测器（Shimadzu，日本Kyoto公司），7725i进样阀（美国Rheodyne公司），20μL定量阀。

商品化搅拌棒（Commercialstirbars，SBSEC）：

涂层材料为PDMS，棒长20mm，涂层厚度1.0mm（Twister;Gerstel，Müllheima/dRuhr;Germany）；自制搅拌棒（SBSEM）：

细玻璃管中密封一段铁丝，搅拌棒（30mm×６mm）以聚（N-乙烯基咪唑-二乙烯基苯）整体材料为涂层，涂层厚度1.0mm〖1２〗。

　　BPA（99%，日本TCI公司），OP（99.7%，上海化学试剂厂），NP（99%，德国Augsburg公司），乙腈和甲醇（色谱纯，Tedia公司），实验用水均为Milli-Q水（Millipore公司）。

　　2.2标准溶液的配制　　分别称取2.5mg各标准样品，甲醇溶解并定容于25mL棕色瓶中，配制成100mg/L的单标储备液，置于4℃的冰箱中保存。

使用时，用水稀释至所需浓度，制得混合标准溶液。

　　实际水样分别采自厦门污水处理厂的入水口和出水口以及厦门大学附近海域的海水。

使用前用0.45μm滤膜过滤。

　　2.3色谱条件　　KromasilLC-18色谱分离柱（250mm×4.5mmi.d．，5μm）；流动相为水（A）-乙腈（B）；流速：

1.0mL/min；检测波长：

276nm；进样体积：

20μL。

优化后的梯度洗脱程序为：

0~5min，60%B;5~10min，60%~100%B;10~20min，100%B;20~25min，100%~60%B。

　　2.4实验方法　　室温条件下，准确量取100mL标准水样于250mL烧杯中，放入搅拌棒，以200r/min的速度进行搅拌萃取。

萃取完成后，取出搅拌棒，转移到3.0mL乙腈溶液中，以同样搅拌速度进行解析。

解析液经氮气吹干后，用乙腈定容至0.5mL，然后进行色谱分析。

　　3结果与讨论　　3.1萃取条件优化　　3.1.1萃取时间和解析时间的影响图1为萃取时间对萃取效率的影响，由图1可见，在其它实验条件保持不变时，随着萃取时间的增加，搅拌棒对待测物的萃取量逐渐增大。

萃取时间从0.5h增加到1.5h，峰面积增加很快，1.5h后，BPA的峰面积继续增加，但是OP和NP变化不明显。

虽然增加吸附萃取时间可提高萃取效果，但所需时间过长，考虑萃取时间1.5h时所得萃取效果可满足实际需要，因此，实验中选择1.5h为最佳萃取时间。

　　图1萃取时间对萃取效率的影响（略）　　Fig.1Effectofextractiontimeonextractionefficiency　　1.双酚A（BisphenolA，BPA）;2.壬基酚（Nonyphenol，NP）;3.辛基酚（Octyphenol，OP）.　　解析时间对实验结果也有较大影响，实验结果表明，解析1.0h时，目标化合物可以从SBSEM中被完全解析，因此解析时间确定为1.0h。

　　3.1.2离子强度的影响根据文献〖17~20〗，在SBSEM萃取中，离子强度对萃取效率有很大影响，因此本实验通过添加不同量的NaCl来改变基底的离子强度，添加量分别为0，0.05，0.10，0.15，0.20和0.25g/mL。

由图2a可见，NaCl浓度在0~0.05g/mL之间，可以提高SBSEM的萃取效率，但对于不同的待测物，其影响的程度有所差异。

这是由于加入NaCl后，随着离子强度的增加，待测物在水中的溶解性能降低，有利于待测物进入到萃取相中。

但是当NaCl含量继续增加时，萃取效率反而降低，这可能是由于极性分子与NaCl之间产生静电作用，增加了目标化合物在水中的溶解度〖16~19〗。

　　由图2a还可见，BPA和NP两种待测物在NaCl含量为0.05g/mL时萃取效率最高；OP是在NaCl含量为0.10g/mL时，萃取效率最高，但对比于0.05g/mL含量的萃取效率，其差值不大，而且离子强度过大，对搅拌棒涂层有一定的损害。

综合考虑，本实验的NaCl添加量选择0.05g/mL。

　　3.1.3pH值的影响固定其它实验条件，基底pH值从2.0增加到11.0，从图2b可见，对于BPA，pH=7.0时可以得到最大的萃取效率；对于OP，pH=4.0和pH=7.0时峰面积较大，两者相差甚微；对于NP，pH=3.0时峰面积最大，其次是pH=7.0时，两者相差也不大。

综合考虑3种待测物在不同pH条件下的萃取效率以及实验的方便性，最优pH值选择7.0。

　　图2离子强度（a）和pH值（b）对萃取效率的影响（略）　　Fig.2Effectofionicstrength（a）andpHvalue（b）onextractionefficiency　　1.双酚A（BPA）;2.辛基酚（OP）;3.壬基酚（NP）.　　3.2标准工作曲线的制作　　用标准储备液配制不同浓度梯度的溶液，在最佳的萃取条件下，考察方法的线性相关系数、检出限和线性范围，结果见表1。

由表1可知，3种目标化合物均具有良好的线性关系，LOD（S/N=3）在0.13~0.66μg/L之间，LOQ（S/N=10）在0.44~2.19μg/L之间，日内和日间实验的重复性良好（RSD10%）。

研究结果表明，本方法具有较高的灵敏度和实验重复性。

　　表13种酚的检出限、线性范围和线性相关系数（略）　　Table1Lineardynamicrange，correlationcoefficients，LODsandLOQs，inter-dayandintra-dayprecisionsachievedforthethreephenols　　*所考察浓度为（Spikedlevelincludes）：

1.0，3.0，5.0，10.0，50.0，100.0，200.0μg/L。

　　3.3与商品化SBSEC的比较　　表2是两种搅拌棒在同等条件下对100μg/L加标水样搅拌萃取后各待测物的峰面积数据。

由表2可见，SBSEC对待测物的吸附萃取效率明显低于SBSEM。

这是由于PDMS是非极性，而3种化合物均具有一定的极性，SBSEC主要通过疏水作用进行萃取；SBSEM除了疏水作用外，还可以通过氢键和偶极-偶极作用与目标物相互作用，因此SBSEM对极性有机物有较高的吸附萃取性能〖1６〗。

　　表2两种搅拌棒对目标化合物的萃取量（略）　　Table2Extractiveefficiencyofstirbarforsorptionextractionbasedonmonolithicmaterial（SBSEM）andstirbarsorptiveextraction（SBSE）andcommercialstirbarforsorptionextractionmaterial（SBSEC）foranalytes　　3.4实际样品测定　　图3污水处理厂入水口水样在富集前后的对比（略）　　Fig.3HPLCchromatogramsofthreephenols　　a：

加标污水（100μg/L）的萃取谱图（Spikedwastewatersamplewitheachphenoliccompoundsat100μg/LandtreatedwithSBSEM）;b：

原污水水样萃取谱图（WastewatersampletreatedwithSBSEM）;c：

原污水水样不经富集直接进样谱图（Directinjectionofwastewatersample）。

1：

双酚A（BPA）;2：

辛基酚（OP）;3：

壬基酚（NP）。

　　水样的测定：

将SBSEM与HPLC-DAD联用，用于3种实际水样的测定，所得数据列于表3。

在污水处理厂的入水口检测到1.41μg/LBPA，出水口可检测到NP，但其含量低于LOQ（图3）。

海水水样可检测到1.33μg/LBPA，3种水样均没有检测到OP。

　　实际样品中复杂基底影响萃取效率，为了考察所建立的方法用于测定实际水样中3种烷基酚类物质的可行性，测定实际水样不同加标量的回收率。

从表3可见，在加标量为10μg/L时，3种水样各目标物的平均回收率在54.4%~99.4%之间，RSD在3.0%~9.9%之间；在加标量为100μg/L时，3种水样各目标物的平均回收率在37.8%~101.1%之间，RSD在2.0%~9.8%之间。

污水处理厂的入水口水样加标回收率较低，这是因为入水口水样成分较为复杂，干扰物质占据了涂层的部分吸附位点，影响搅拌棒的萃取效率。

从RSD10%的结果来看，本方法有较好的实验重现性。

本方法具有操作简便、灵敏度高、低检出限、重现性好、精密度高、使用有机溶剂少等优点。

　　表3种水样的空白及加标回收率（略）　　Table３Resultsofdeterminationandrecoveriesofrealwatersamplesspikedwiththreetargetanalytes　　*ND：

未检出（Ｎotdetected）。

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