加速溶劑萃取-高效液相色譜法測定五氯苯酚

李琳,薛秀玲,連小彬

(1.華僑大學化工學院,福建泉州 362021; 2.晉江出入境檢驗檢疫局,福建泉州 362200)

加速溶劑萃取-高效液相色譜法測定五氯苯酚

李琳1,薛秀玲1,連小彬2

(1.華僑大學化工學院,福建泉州 362021; 2.晉江出入境檢驗檢疫局,福建泉州 362200)

建立加速溶劑萃取-高效液相色譜聯用的方法,檢測皮革中五氯苯酚的殘余量.采用正己烷為溶劑,皮革樣品經加速溶劑萃取、濃縮、過濾后,以乙腈和0.5%的乙酸水溶液為流動相,通過 C18高效液相色譜柱,在二極管陣列檢測器波長為214 nm處進行檢測,以標準物質保留時間定性及外標法定量分析.結果表明:五氯苯酚在質量濃度為0.1～20.0 mg·L-1范圍內具有良好的線性關系(r=0.999 8),平均回收率為96.0%～99.7%,相對標準偏差為0.74%～5.42%,檢測限為0.02μg·g-1.

五氯苯酚;加速溶劑萃取;高效液相色譜法;皮革制品;正己烷

五氯苯酚(PCP)是一種重要的防腐劑,主要用于紡織品和皮革制品.由于五氯苯酚比較穩定,具有很強的致癌、致畸、致突變效應,會通過呼吸、皮膚接觸等形式在人體內產生生物累積,危害人體健康,因此被許多國家列入持久性有機污染物和優先污染物黑名單[1].目前,國內外對皮革及其制品中殘留五氯苯酚的測定標準方法,主要根據國際標準委員會制定的ISO 17070-2006《皮革.化學試驗.五氯苯酚含量測定》[2]和我國商檢部門制定的行業標準SN/T 0193.1-1993《出口皮革及皮革制品中五氯酚殘留量檢驗方法乙酰化-氣相色譜法》[3].然而,上述方法萃取的有機溶劑用量大、耗時長,而且五氯苯酚沸點較高,需要經過衍生后才可氣化,樣品前處理較為繁瑣.Meyer[4]等建立了超臨界流體萃取與氣相色譜聯用測定皮革中五氯苯酚的方法,但方法較為復雜.加速溶劑萃取(Accelerated Solvent Extraction, ASE)是一種萃取時間短、溶劑用量少、萃取效率高、安全、自動化程度高的方法,已經被美國國家環保局批準為EPA 3545號標準方法[5].本文建立了加速溶劑萃取與高效液相色譜聯用的新方法,測定皮革及其制品中五氯苯酚的殘余量.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器 Agilent 1100型高效液相色譜儀(美國Agilent公司);ASE 300型加速溶劑萃取儀(美國戴安公司);M illi-Q型純水系統(美國 M illipo re公司);Turbo快速濃縮工作站(美國 Zymark公司); PTFE針式過濾頭(0.45μm/Ф13 mm,美國Agilent公司).

1.1.2 試劑 正己烷、乙腈、甲醇(色譜純,美國 Tedia公司);冰醋酸(分析純,廣東光華化學有限公司);五氯苯酚標準品(純度99.5%,德國);0.5%乙酸溶液,去離子水于當天配制使用.

1.2 樣品前處理

將皮革樣品剪碎為5 mm×5 mm的小塊,混勻后精確稱取5.000 g,放至底部放有玻璃纖維素濾紙片的34 m L的不銹鋼萃取池中,進行加速溶劑萃取.在一定的溫度和壓力條件下,進行加熱和靜態循環萃取;然后,用氮吹儀濃縮吹干,準確加入1 mL正己烷溶解殘渣,經0.45μm微孔濾膜過濾,并進行高效液相色譜儀測定.色譜條件:Agilent HC-C18液相色譜柱(250 mm×4.0 mm,5μm),流動相為V(乙腈)∶V(0.5%乙酸水溶液)=75∶25,流速為1.0 mL·min-1,柱溫為35℃,二極管陣列檢測器(DAD)波長為214 nm,進樣量為10μL.

1.3 定性與定量分析

采用保留時間對樣品進行初步定性.根據初步定性結果,在樣品中加入一定量(一般為等量)的初步定性的組分,進行色譜分析.如果譜圖中該組分的峰面積增加,并且周圍沒有新的色譜峰出現,可認為初步定性結果是正確的.采用外標峰面積法進行定量分析.

2 結果與討論

2.1 萃取溶劑的選擇

固定溫度為120℃,靜態時間為5 min,循環次數為2次,氮氣吹掃時間為80 s,考察正己烷、丙酮和二氯甲烷對皮革樣品中五氯苯酚的萃取效率(η).結果表明:用正己烷和丙酮作為萃取溶劑,其萃取率分別為98%和96%,萃取液透明;以二氯甲烷作為萃取溶劑,其萃取率為153%,萃取液呈渾濁狀,推測可能將樣品中雜質也萃取出來,故需經后續的凈化處理方可進行儀器分析.

由于皮革樣品中添加了染料,丙酮極性強于正已烷,有可能將其中的染料組分也萃取出來,對后續的儀器分析造成一定的難度,故選擇正己烷為加速溶劑萃取的溶劑.

2.2 萃取條件的選擇

加速溶劑萃取中萃取劑的用量較少,且萃取劑體積有一定的限制,故不考慮萃取劑體積的影響.在單因素考察萃取溶劑類型的基礎上,分別以A,B,C,D代表萃取溫度(θ)、靜態萃取時間(t1)、循環次數(n)、吹掃時間(t2)為主要影響因素,設計L9(34)正交實驗.實驗數據處理結果,如表1所示.

表1 正交設計及實驗數據Tab.1 Orthogonal design and experimental data

由表1的極差(R)值可知,影響萃取率的大小順序依次為溫度、靜態萃取時間、循環次數、氮氣吹掃時間.提高溫度可減弱基質與被分析物間的作用力,加快被分析物從基質中解析并快速進入溶劑.靜態萃取時間和循環次數對結果影響相當,增加循環次數時可適當減少靜態萃取時間.氮氣吹掃可以將萃取池及管路中的溶劑完全吹掃干凈,但吹掃時間過長并不會提高萃取效果,故吹掃時間選擇80 s.

從表1還發現,5號實驗的萃取率為97.57%,萃取效率最高,可得出最優組合為A2B2C3D1.然而,考慮到增加循環次數可適當減少靜態萃取時間,故將靜態萃取時間從5 min降低為3 min,而循環次數由2次增加到3次,以體現萃取過程的少量多次,萃取率更高,得出新的最優實驗條件A2B3C2D3.

在最優條件下,皮革中五氯苯酚的萃取率為99.38%,萃取時間約為16 min,與傳統方法如水蒸氣蒸餾方法(約5 h)和索氏提取方法(約8 h)相比,縮短了4～7 h,而工作效率得到較大的提高.因此,采用最優方案組合:溫度為120℃,靜態時間為3 min,循環次數為3次,氮氣吹掃時間為80 s.

2.3 液相色譜分析條件的選擇

在乙腈/水、甲醇/水、乙腈/0.5%乙酸水溶液、甲醇/1.0%乙酸水溶液、甲醇/2 g·L-1乙酸銨水溶液等流動相[6-9]中,比較五氯苯酚的出峰情況.結果表明,在V(乙腈)∶V(0.5%乙酸水溶液)=75∶25條件下,五氯苯酚峰形較好,而在其他條件下,五氯苯酚的出峰效果較差,存在出峰時間太晚或峰形拖尾嚴重等現象.這是因為樣品組分與色譜柱上的硅醇基團相互作用,引起樣品組分的次級保留效應,造成峰嚴重拖尾.通過在流動相中加入酸性改良劑(如乙酸),可以減少酸性組分的次級保留效應,使目標物五氯酚的峰形得到改善.此外,通過調節柱溫及流速,五氯苯酚在10 min內出峰,且能與雜質完全分開.

實驗最終選擇高效液相色譜的條件:V(乙腈)∶V(0.5%乙酸水溶液)=75∶25,柱溫為35℃,流速為1.0 m L·min-1,DAD檢測波長為214 nm.樣品的高效液相色譜(HPLC)圖,如圖1所示.

將五氯苯酚標準品和加速溶劑萃取提取皮革樣品分別進行乙酰化衍生處理,使其生成五氯苯酚乙酸酯;然后,通過氣相色譜-質譜進行定性分析,結果如圖2所示.從圖2可知,五氯苯酚乙酸酯的特征碎片離子為定量離子266,定性離子264,268和308,表明所測物質確為五氯苯酚.

圖1 五氯苯酚的高效液相色譜圖Fig.1 HPLC map of pentachlo rophenol

圖2 五氯苯酚乙酰化衍生物的質譜圖Fig.2 Mass spectrum of pentachlo rophenol’s acetylated derivatives

2.4 線性范圍與檢測限的測定

對五氯苯酚標準工作溶液進行 HPLC分析,根據峰面積繪制標準曲線.采用峰面積外標法定量分析,在0.1～20.0 mg·L-1范圍內,色譜面積(Y)與質量濃度(X)呈良好線性關系.五氯苯酚線性回歸方程為Y=184.27X+9.471 6,相關系數r為0.999 8(n=8).以五氯苯酚響應的3倍信噪比計,依據最終樣品溶液所代表的試樣量、定容體積和進樣體積計算,可得出方法最低檢出限為0.02μg·g-1.

2.5 準確度和精密度的測定

在最優實驗條件下,分別對空白皮革樣品進行低、中、高濃度添加水平的樣品加標回收率實驗.結果表明,皮革中五氯苯酚的平均回收率(n=7)為96.0%～99.7%,相對標準偏差為0.74%～5.42%.

2.6 測定方法的比較

分別采用文獻[2],[3]所提出的方法,以及加速溶劑萃取-高效液相色譜(ASE-HPLC)方法對反絨皮樣品進行測試,如表2所示.表2中:V為總溶劑,t為檢測時間,ρ為五氯苯酚質量濃度,ρl為檢測限,γ為回收率.從表2可知,3種方法測定值相當,可靠性高;文中建立的加速溶劑萃取-高效液相色譜聯用法具有使用溶劑少、萃取時間短和萃取效率高等優點.

表2 皮革中五氯苯酚檢測方法的比較Tab.2 Comparison of detection methods of pentachlorophenol in leather

3 結束語

采用加速溶劑萃取-高效液相色譜檢測皮革中五氯苯酚的方法,具有較高的靈敏度、精密度和回收率,符合國內外各標準對皮革及其制品中五氯苯酚含量的檢測要求.在五氯苯酚質量濃度為0.1～20 mg·L-1范圍內,呈良好的線性關系(r=0.999 8),其平均回收率為96.0%～99.7%,相對標準偏差為0.74%～5.42%(n=7),檢測限為0.02μg·g-1.該方法可作為測定皮革中五氯苯酚的快速檢測方法.參考文獻:

[1]孫磊,蔣新,周健民,等.環境樣品中五氯苯酚分析方法的研究進展[J].分析科學學報,2004,20(6):642-646.

[2]ISO.ISO 17070-2006 Leather:Chemical tests:Determination of pentachlorophenol content[S].[s.l.]:ISO,2006.

[3]中華人民共和國進出口商品檢驗局.SN 0193.1-1993出口皮革及皮革制品中五氯酚殘留量檢驗方法[S].北京: [s.n.],1993.

[4]M EYER A,KLEIB?HM ER W.Determination of pentachlo rophenol in leather using supercritical fluid extraction with in situ derivatization[J].Journal of Chromatography(A),1995,718(1):131-139.

[5]牟世芬.加速溶劑萃取的原理及應用[J].環境化學,2001,20(3):299-300.

[6]CODOGNOTO L,ZU IN V G,SOUZD D,et al.Electroanalytical and chromatographic determination of pentachlo rophenol and related molecules in a contaminated soil:A real case examp le[J].M icrochemical Journal,2004,77(2): 177-184.

[7]SINGH S,CHANDRA R,PA TEL D K,et al.Investigation of the biotransformation of pentachlorophenol and pulp paper mill effluent decolo risation by the bacterial strains in a mixed culture[J].Bio resource Technology,2008,99 (13):5703-5709.

[8]L IU Xi-tao,QUAN Xie,BO Long-li,et al.Simultaneous pentachlo rophenol decomposition and granular activated carbon regeneration assisted by microwave irradiation[J].Carbon,2004,42(2):415-422.

[9]劉靜.戴安公司ASE快速溶劑萃取技術:解決您化學實驗樣品前處理的最新技術[J].檢驗檢疫科學,2003,13(2): 58.

(責任編輯:黃曉楠英文審校:劉源崗)

Determination of Pentachlorophenol in Leather by Accelerated Solvent Extraction and HPLC

L ILin1,XUE Xiu-ling1,L IAN Xiao-bin2
(1.College of Chemical Engineering,Huaqiao University,Quanzhou 362021,China; 2.Jinjiang Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Quanzhou 362200,China)

A method of accelerated solvent extraction and high performance liquid chromatography(HPLC)was developed for the determination of residue pentachlorophenol in leather.The leather samples were extracted using accelerated solvent extraction(ASE)with N-hexane,then enriched and filtrated.Pentachlorophenol(PCP)was eluted on a C18column with acetonitrile and 0.5%acetic acid solution,which then were detected by diode array detection(DAD)at 214 nm.Qualitative and quantitative analysis was carried out by retention time of PCP and external standard method.The results show that the mass concentration of PCP was a linear range of 0.1～20 mg·g-1with good correlation coefficients (r=0.999 8),the mean recoveries were 96.0%～99.7%,with the relative standard deviation were 0.74%～5.42%,and the detection limit of this method for PCPwas 0.02μg·g-1.

pentachlo rophenol;accelerated solvent extraction;high-performance liquid chromatography;leather;N-hexane

O 657.72;TQ 243.3

A

1000-5013(2011)03-0292-04

2009-10-21

薛秀玲(1975-),女,副教授,博士,主要從事環境分析化學的研究.E-mail:xueling@hqu.edu.cn.