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1、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（作者:_单位: _邮编: _） 作者：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1.0200 g/L，检出限LOD（S/N=3）在

2、0.130.66 g/L之间，定量限LOQ（S/N=10）在0.442.19 g/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 Abstract A method for the determination of bisphenol A，octyphenol，nonylphenol in water samples was developed using stir bar sorptive extracti

3、on(SBSE) based on poly(vinylimidazole-divinylbenzene) monolithic material(SBSEM) combined with high performance liquid chromatography with diode array detection.To achieve the optimum extraction performance，several main extraction parameters，including extraction and desorption time，pH value and cont

4、ents of inorganic salt in the sample matrix，were investigated.Under the optimized experimental conditions，the method showed good linearity and repeatability，low detection limits(S/N=3) and quantification limits(S/N=10) of the proposed method for the target compounds were achieved within the range of

5、 0.130.66 and 0.442.19 g/L，respectively.The extraction performance of SBSEM to the target compounds was also compared with commercial SBSE which used polydimethylsiloxane as coating.The proposed method was successfully applied to the determination of the target compounds in water samples.The recover

6、ies of spiked target compounds in real samples ranged from 37.8%101.1%.The results indicated that the developed method possessed advantages such as sensitivity，simplicity，low cost and high feasibility.Keywords Stir bar sorptive extraction； onolithic material； igh performance liquid chromatography/di

7、ode array detector； isphenol A； ctyphenol； onylphenol1 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（Bisphenol A，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

8、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， 。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-liquid extraction，LLE）、基质固相分散法（Matrix solid-phase dispersion，MSPD）、固相萃取法（Solid phase extraction，SPE）8 、加速溶剂萃取法（Accel

9、erated solvent extraction，ASE）3， 、固相微萃取法（Solid phase microextraction，SPME）1 和中空纤维膜微萃取法（Hollow fiber membrane extraction，HFME）1 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（Stir bar sorptive extraction，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1

10、999年首先提出，并由Gerstel公司商品化，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-M20A DAD检测器（Shimadzu，日本Kyoto公司），7725i进样阀（美国Rheodyne公司），20 L定量阀。商品化搅拌棒（

11、Commercial stir bars，SBSEC）：涂层材料为PDMS，棒长20 mm，涂层厚度1.0 mm（Twister; Gerstel，Mllheim a/d Ruhr; Germany）；自制搅拌棒（SBSEM）：细玻璃管中密封一段铁丝，搅拌棒（30 mm mm）以聚（N-乙烯基咪唑-二乙烯基苯）整体材料为涂层，涂层厚度1.0 mm1 。 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

12、.5 mg各标准样品，甲醇溶解并定容于25 mL 棕色瓶中，配制成100 mg/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0.45 m滤膜过滤。2.3 色谱条件Kromasil LC-18色谱分离柱（250 mm4.5 mm i.d，5 m）；流动相为水(A)-乙腈(B)；流速：1.0 mL/min；检测波长：276 nm；进样体积：20 L。优化后的梯度洗脱程序为： 05 min，60% B;510 min，60%100% B; 1020 min，100% B; 202

13、5 min，100%60% B。2.4 实验方法室温条件下，准确量取100 mL标准水样于250 mL烧杯中，放入搅拌棒，以200 r/min的速度进行搅拌萃取。萃取完成后，取出搅拌棒，转移到3.0 mL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0.5 mL，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0.5 h增加到1.5 h，峰面积增加很快，1.5 h后，BPA的峰面积继续增加，但是OP和

14、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1.5 h时所得萃取效果可满足实际需要，因此，实验中选择1.5 h为最佳萃取时间。图1 萃取时间对萃取效率的影响（略）Fig.1 Effect of extraction time on extraction efficiency1.双酚A（Bisphenol A，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1.0 h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1.0 h。3.1.2 离子强度的

15、影响 根据文献1720，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0.25 g/mL。由图2a可见，NaCl浓度在00.05 g/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1619 。 由图2a还可见，BPA和NP

16、两种待测物在NaCl含量为0.05 g/mL时萃取效率最高；OP是在NaCl含量为0.10 g/mL时，萃取效率最高，但对比于0.05 g/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0.05 g/mL。3.1.3 pH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

17、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.2 Effect of ionic strength(a) and pH value(b) on extraction efficiency1.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0.130.66 g/L之间，LOQ（S/N=10）在0.442.19 g/L之间，日

18、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1 3种酚的检出限、线性范围和线性相关系数（略）Table 1 Linear dynamic range，correlation coefficients，LODs and LOQs，inter-day and intra-day precisions achieved for the three phenols* 所考察浓度为（Spiked level includes）： 1.0， 3.0， 5.0， 10.0， 50.0， 100.0， 200.0 g/L。3.3 与商品化SBSEC的比较表2是

19、两种搅拌棒在同等条件下对100 g/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1 。表2 两种搅拌棒对目标化合物的萃取量（略）Table 2 Extractive efficiency of stir bar for sorption extraction based on monolithic material (SBS

20、EM) and stir bar sorptive extraction(SBSE) and commercial stir bar for sorption extraction material(SBSEC) for analytes3.4 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.3 HPLC chromatograms of three phenolsa：加标污水（100 g/L）的萃取谱图（Spiked wastewater sample with each phenolic compounds at 100 g/L and treated with SBS

21、EM）; b：原污水水样萃取谱图（Wastewater sample treated with SBSEM）; c：原污水水样不经富集直接进样谱图（Direct injection of wastewater sample）。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1.41 g/L BPA，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1.33 g/L BPA，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

22、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10 g/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100 g/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

23、标回收率（略）Table Results of determination and recoveries of real water samples spiked with three target analytes* ND：未检出（ot detected）。【参考文献】 1 REN Ren（任 仁），CHEN Ming（陈 明），WU Shao-Hua（武少华），ZHANG Shu-Fen（张淑芬），WANG Gui-Hua（王桂华）.J.Beijing Univ.Tech.（北京工业大学学报），2004，30（3）：2224 2 Renner R.Envrion Sci.Technol.，

24、1997，31（）：316320 3 SHAO Bing（邵 兵），HAN Hao（韩 灏），LI Dong-Mei（李冬梅），ZHAO Rong（赵 榕），MENG Juan（孟 娟），MA Ya-Lu（马亚鲁）.Chinese Journal of Chromatography（色谱），2005，23（4）：362365 4 SHAO Bing（邵 兵），GAO Ying-Xin（高迎新），HAN Hao（韩 灏），ZHAO Rong（赵 榕），MENG Juan（孟 娟），WU Guo-Hua（吴国华）.Environ.Chem.（环境化学），2005，24（5）：483484 5 Ba

25、llesteros O，Zafra A，Navalon A，V lchez J L.J.Chromatogr.A，2006，1121：154162 L Gang（吕 刚），W Li-Bing（王利兵），L Jun（刘 军），Z Shu-Fen（张淑芬）.Chinese J.Anal.Lab.（分析实验室），2008，9：7880 XIAO Shang-You(肖尚友)，WANG Jie-Feng(王杰峰)，XIA Zhi-Ning(夏之宁)，MU Xiao-Jing(穆小静).Chinese J.Anal.Chem.(分析化学)，2009，37(8)：11931196 8 Z Hong（张 宏

26、），M Jong（毛 炯），S Cheng-Jun（孙成均），W De-Sheng（吴德胜），M Li-Sha（毛丽莎），Chinese Journal of Chromatography（色谱），2003，21（5）：451455 W Jing（王 静），P He-Fang（潘荷芳），W Ying（文 莹），L Jin-Song（刘劲松）.Environmental Monitoring in China（中国环境监测），2008，24（5）：811 1 Basheer C，Parthiban A，Jayaraman A，Lee H K，Valiyaveettil S.J.Chromatog

27、r.A，2005，1087（1/2）：274282 1 Baltussen E，Sandra P，David F，Cramers C.J.Microcol.Sep.， 1999，11（10）：737747 1 David F，Sandra P.J.Chromatogr.A，2007，1152(1-2)：5469 1 Bicchia C，Cordero C，Liberto E，Rubiolo P，Sgorbini B，Sandra P.J.Chromatogr.A，2005，1071(-)：111118 1 Demyttenaere J C R，Morina R M，De Kimper N，Sa

28、ndra P.J.Chromatogr.A， 2004，1027（-）：47154 1 Y Chun-He（禹春鹤），H Bin（胡 斌），J Zu-Cheng（江祖成）.Chinese J.Anal.Chem.（分析化学）， 2006，34（）：289294 1 Huang X J，Qiu N N，Yuan D X.J.Chromatogr.A，2009，1216（20）：43544360 1 Huang X J，Qiu N N，Yuan D X.J.Chromatogr.A，2008，1194（）：134138 1 Huang X J，Lin J B，Yuan D X，Hu R Z.J.Chromatogr.A，2009，1216（）：35083511 Huang X J，Yuan D X.J.Chromatogr.A，2007，1154（1-2）：152157