超聲衍生萃取法對土壤中草滅平的分析

李科　張莉　趙國興

摘要：以雙官能團化合物草滅平為研究對象，采用絡合劑Na4-EDTA與其羧基上的氫發生絡合反應，絡合物極性的降低使得萃取變得簡單。再以五氟芐基溴為衍生試劑，利用超聲技術在土壤原位上進行動態萃取和衍生。研究證實，Na4-EDTA在水的作用下表現出較強的絡合能力，其絡合物有較好的穩定性。超聲萃取對衍生反應有促進作用，絡合反應和衍生反應也存在相互作用。在較寬的范圍內（2.5～200.0 μg/kg），響應峰面積與其相應濃度呈現較好的線性關系（R2=0.990）；利用負化學源技術檢測，檢出限低于0.4 μg/kg；不同濃度的加標回收率為86%～103%；相對標準偏差為5%～10%。方法適用于土壤樣品或植物樣品中草滅平的檢測。

關鍵詞：絡合反應；超聲衍生萃取法；土壤；草滅平

中圖分類號： O657.7+1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）13-3153-03

Determination of Chloramben in Soil by Ultrasonic Assisted Extraction

and Derivatization Method

LI Ke， ZHANG Li， ZHAO Guo-xing

（Institute of Hydrogeology and Environmental Geology， Chinese Academy of Geological Sciences， Zhengding 050803， Hebei， China）

Abstract： Chloramben as a bifunctional compound was studied. The carboxyl group reacted with basic complexing agent Na4-EDTA to form a complex compound， so that polar was reduced and extraction was simplified. Derivatization and extraction was acted under ultrasound with pentafluorbenzyl bromide（PFBBr） as derivatization reagent. In the complexation reaction， it was confirmed that Na4-EDTA had good complexing capacity when water was introduced. The complex had good stablity. Ultrasonic assisted extraction promoted the derivatization. Complexation and derivatization interacted each other. Calibration curve showed a good linearity in a the range of 2.5～200.0 μg/kg with correlation coefficients of 0.990.The detection limit was lower than 0.4 μg/kg when negative ion chemical ionization（NCI-MS） was used. The spiked recoveries of different concentrations were 86%～103% with relative standard deviations of 5%～10%. The method proposed could meet the determination of chloramben in samples of soil and plant.

Key words： complexation； ultrasonic assisted extraction-derivatization； soil； chloramben

草滅平是選擇性芽前除草劑，使用較為廣泛，由于其移動性較大，容易對水、土造成污染。在草滅平分子結構中，同時含有-COOH和-NH2，其強極性的特點使萃取難度增大，物理萃取方法難以取得好的效果。絡合反應后化合物極性的降低可使萃取簡單化[1]。目前，多數報道[2， 3]所采用的絡合劑多是中性含磷絡合劑和酸性含磷絡合劑（含有P=O鍵），如針對羧基或羥基使用的磷酸三丁酯（TBP）、三辛基氧膦（TOPO）和針對氨基使用的二（2-乙基己基）磷酸等。同加速溶劑萃取和索氏提取相比，超聲萃取具有使用的溶劑量少、背景值低，相同時間內所萃取的樣品多等優勢[4， 5]，但目前的應用也只限于對化合物的萃取。本研究旨在在絡合反應的基礎上，建立一種集萃取、衍生于一體的技術路線，以取代萃取-濃縮-衍生[6-8]的萃取模式，進而實現樣品的快速檢測。超聲萃取為這一技術的實現提供了可能。

方法針對草滅平中的-COOH，以資源豐富的Na4-EDTA為絡合劑對酸性有機物進行絡合，在絡合反應的基礎上，以五氟芐基溴為衍生劑[9，10]，在4 mL溶劑中，對土壤原位超聲萃取衍生，實現了土壤中草滅平的高靈敏度檢測。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

GC-MS QP2010氣相色譜-質譜聯用儀（日本島津公司）配負化學電離源；KQ-700DV型數控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司），MTN-2800W氮吹儀（天津奧特賽恩斯儀器有限公司），研缽。

丙酮、正己烷、五氟芐基溴（99.5%）、乙二胺二乙酸四鈉鹽（Na4-EDTA）、碳酸鉀、硫酸鈉均為分析純，購自國藥集團上海試劑公司。草滅平標準品購自Dr.Ehrenstorfer公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 超聲萃取條件 萃取溶劑為丙酮；萃取溫度為65 ℃；萃取時間為40 min；萃取功率為70%。

1.2.2 樣品預處理 取土壤樣品4.0 g、Na4-EDTA 0.2 g和去離子水0.6 mL于研缽中，充分混合均勻后，常溫下隔夜放置使其水分揮發。將其研磨后，加入石英砂2 g，混合均勻，一并轉移至衍生瓶中。沿瓶壁緩緩加入丙酮4 mL、五氟芐基溴溶液（30%）200 μL、K2CO3溶液（30%）100 μL，蓋好瓶蓋，于數控超聲波清洗器中按“1.2.1”衍生萃取。待萃取完成后，離心取上清液1.0 mL于濃縮瓶中，氮吹至近干，加入正己烷1.0 mL，再氮吹至近干（重復2次），用正己烷定容至1.0 mL，待測。

1.3 色譜、質譜條件及定性參數

HP-5MS色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；柱始溫度90 ℃；以30 ℃/min升溫至200 ℃；再以10 ℃/min的速度升到300 ℃，保持2 min；進樣口溫度為230 ℃；不分流進樣；進樣體積為1 μL。

負化學離子源；反應氣為甲烷；電離能量為70 eV；離子源溫度為200 ℃；接口溫度為300 ℃；選擇離子掃描模式；保留時間為10.27 min；衍生物分子量為385；定量離子（m/z）為204；參考離子（m/z）為206、208、205。

2 結果與分析

2.1 絡合劑選擇、絡合條件

草滅平含-COOH，同時含有-NH2，既屬于Lewis酸又屬于Lewis堿。依據絡合反應原理，其絡合劑應為Lewis堿或Lewis酸。針對其-NH2，采用酸性磷氧絡合劑（P2O4）進行絡合反應未取得滿意結果。針對其-COOH，采用堿性絡合劑Na4-EDTA，其絡合效果較為滿意。這可能是其羰基氧原子與草滅平的羧基氫原子形成了氫鍵，構成絡合物，從而順利實現相轉移。但固體Na4-EDTA絡合能力較弱，水的存在可使其絡合能力增強，相同衍生條件下絡合反應效果對比見圖2。

2.2 衍生條件

為配合負化學源技術的檢測，選擇五氟芐基溴對其羧基進行衍生，其衍生反應見圖3。五氟芐基溴溶液（30%）和K2CO3溶液（30%）用量分別在200 μL和100 μL左右時，衍生效果達到最佳。而衍生溫度在65～70 ℃時，衍生效果較好。由于是定量取出溶劑進行檢測，為避免溶劑損失，選擇衍生萃取溫度為65 ℃。超聲衍生過程中，純標準物質和土壤樣品達到最佳萃取效果所需要的時間和功率有所差異，見圖4和圖5。在純標準物質中只包含衍生反應，而土壤樣品中包含絡合反應和衍生反應，同時樣品基質對其萃取衍生也造成影響，其萃取時間和功率的差異可能與此有關。確定衍生時間為40 min（EPA方法衍生時間為180 min），功率為70%。

試驗發現，在完成衍生萃取后，有時會出現萃取液輕度渾濁的現象，這是土壤中殘留的水分所致。在萃取液中加入少量的無水Na2SO4，萃取液渾濁度就會降低。但不可在衍生前加入Na2SO4，原因其一是Na2SO4中微量的堿性成分會與草滅平發生反應，其二是Na2SO4的強吸水性造成K2CO3重結晶，其催化作用降低。

2.3 總有機碳（TOC）對回收率的影響

對總有機碳（TOC）含量在0.20%～4.00%內對土壤樣品進行加標試驗，當TOC小于3%時，按本方法操作，土壤基質對回收率沒有影響，當TOC大于3%時，土壤基質造成回收率降低，因此，使用本方法前要了解樣品來源，對TOC進行估計或測定，以便對取樣量做出調整。一般情況下，農、林土壤的TOC小于2%，可直接按本方法分析處理樣品。TOC大于3%的土壤樣品可減少取樣量。

2.4 檢出限、線性范圍和相關系數

制備濃度為5.0～300.0 μg/kg的標準溶液，萃取衍生后，其相關系數（R2）均大于0.990；檢出限用標準溶液衍生后在儀器上產生的信噪比S/N=3計算，檢出限在0.4 μg/kg以下。

2.5 樣品回收率及精密度

制備添加水平分別為5 μg/kg（黃土）、25 μg/kg（沙土）和100 μg/kg（黏土）土壤樣品各7份，按試驗流程操作，扣除原土壤樣品中草滅平的含量后，平均回收率和精密度見表1。

3 小結與討論

該方法通過對各種條件的優化，建立了分析流程簡單、低污染、高準確度和高靈敏度的原位衍生分析方法，對土壤環境的監測、評價和治理有著積極意義。本研究彌補了目前已知方法的不足，在實際應用中簡單易行，并為同類極性有機物的分析提供參考。

參考文獻：

[1] KING C J.In：Rowseau R W Ed，Handbook of separation Process Technology[M].New York：John Wiley&Sons，1987.

[2] 王運東，李玉鑫，李振宇，等.三烷基氧膦（TRPO）萃取有機羧酸的研究[J].高校化學工程學報，2001，15（2）：174-178.

[3] LISA A，TUNG L A，KING C J.Sorption and extraction of lactic and succinic acids at pH>pKa1.I.Factors governing equilibria[J]. Ind Eng Chem Res，1994，33（12）：3217-3229.

[4] U.S. EPA Method 3550B，Ultrasonic Extraction[S].

[5] 王 力，王琳玲，趙天珍，等.超聲萃取沉積物中六氯苯的研究[J].分析科學學報，2006，22（6）：663-666.

[6] 胡秋芬，楊光宇，黃章杰，等.固相萃取-高效液相色譜法測定水中酚類物質[J].分析化學，2002，30（5）：560-563.

[7] 匡 華，侯玉霞，儲曉剛，等.氣相色譜-質譜法同時測定大豆中14種苯氧羧酸類除草劑[J].分析化學，2006，34（12）：1733-1736.

[8] 趙守成，董振森，衛 峰，等.甲基化處理氣相色譜-質譜同時檢測大米中12中酸性除草劑[J].質譜學報，2005，26（4）：206-210.

[9] 張 莉，張辰凌，桂建業，等.固相膜萃取-膜上超聲衍生法測定水中酸性有機物[J]，分析化學，2013，41（11）：1709-1181.

[10] 張 莉，桂建業，齊繼祥，等.絡合萃取-在線衍生氣相色譜-質譜法檢測土壤中酸性除草劑[J].分析化學，2011，39（8）：1238-1242.

1.2 試驗方法

1.2.1 超聲萃取條件 萃取溶劑為丙酮；萃取溫度為65 ℃；萃取時間為40 min；萃取功率為70%。

1.2.2 樣品預處理 取土壤樣品4.0 g、Na4-EDTA 0.2 g和去離子水0.6 mL于研缽中，充分混合均勻后，常溫下隔夜放置使其水分揮發。將其研磨后，加入石英砂2 g，混合均勻，一并轉移至衍生瓶中。沿瓶壁緩緩加入丙酮4 mL、五氟芐基溴溶液（30%）200 μL、K2CO3溶液（30%）100 μL，蓋好瓶蓋，于數控超聲波清洗器中按“1.2.1”衍生萃取。待萃取完成后，離心取上清液1.0 mL于濃縮瓶中，氮吹至近干，加入正己烷1.0 mL，再氮吹至近干（重復2次），用正己烷定容至1.0 mL，待測。

1.3 色譜、質譜條件及定性參數

HP-5MS色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；柱始溫度90 ℃；以30 ℃/min升溫至200 ℃；再以10 ℃/min的速度升到300 ℃，保持2 min；進樣口溫度為230 ℃；不分流進樣；進樣體積為1 μL。

負化學離子源；反應氣為甲烷；電離能量為70 eV；離子源溫度為200 ℃；接口溫度為300 ℃；選擇離子掃描模式；保留時間為10.27 min；衍生物分子量為385；定量離子（m/z）為204；參考離子（m/z）為206、208、205。

2 結果與分析

2.1 絡合劑選擇、絡合條件

草滅平含-COOH，同時含有-NH2，既屬于Lewis酸又屬于Lewis堿。依據絡合反應原理，其絡合劑應為Lewis堿或Lewis酸。針對其-NH2，采用酸性磷氧絡合劑（P2O4）進行絡合反應未取得滿意結果。針對其-COOH，采用堿性絡合劑Na4-EDTA，其絡合效果較為滿意。這可能是其羰基氧原子與草滅平的羧基氫原子形成了氫鍵，構成絡合物，從而順利實現相轉移。但固體Na4-EDTA絡合能力較弱，水的存在可使其絡合能力增強，相同衍生條件下絡合反應效果對比見圖2。

2.2 衍生條件

為配合負化學源技術的檢測，選擇五氟芐基溴對其羧基進行衍生，其衍生反應見圖3。五氟芐基溴溶液（30%）和K2CO3溶液（30%）用量分別在200 μL和100 μL左右時，衍生效果達到最佳。而衍生溫度在65～70 ℃時，衍生效果較好。由于是定量取出溶劑進行檢測，為避免溶劑損失，選擇衍生萃取溫度為65 ℃。超聲衍生過程中，純標準物質和土壤樣品達到最佳萃取效果所需要的時間和功率有所差異，見圖4和圖5。在純標準物質中只包含衍生反應，而土壤樣品中包含絡合反應和衍生反應，同時樣品基質對其萃取衍生也造成影響，其萃取時間和功率的差異可能與此有關。確定衍生時間為40 min（EPA方法衍生時間為180 min），功率為70%。

試驗發現，在完成衍生萃取后，有時會出現萃取液輕度渾濁的現象，這是土壤中殘留的水分所致。在萃取液中加入少量的無水Na2SO4，萃取液渾濁度就會降低。但不可在衍生前加入Na2SO4，原因其一是Na2SO4中微量的堿性成分會與草滅平發生反應，其二是Na2SO4的強吸水性造成K2CO3重結晶，其催化作用降低。

2.3 總有機碳（TOC）對回收率的影響

對總有機碳（TOC）含量在0.20%～4.00%內對土壤樣品進行加標試驗，當TOC小于3%時，按本方法操作，土壤基質對回收率沒有影響，當TOC大于3%時，土壤基質造成回收率降低，因此，使用本方法前要了解樣品來源，對TOC進行估計或測定，以便對取樣量做出調整。一般情況下，農、林土壤的TOC小于2%，可直接按本方法分析處理樣品。TOC大于3%的土壤樣品可減少取樣量。

2.4 檢出限、線性范圍和相關系數

制備濃度為5.0～300.0 μg/kg的標準溶液，萃取衍生后，其相關系數（R2）均大于0.990；檢出限用標準溶液衍生后在儀器上產生的信噪比S/N=3計算，檢出限在0.4 μg/kg以下。

2.5 樣品回收率及精密度

制備添加水平分別為5 μg/kg（黃土）、25 μg/kg（沙土）和100 μg/kg（黏土）土壤樣品各7份，按試驗流程操作，扣除原土壤樣品中草滅平的含量后，平均回收率和精密度見表1。

3 小結與討論

該方法通過對各種條件的優化，建立了分析流程簡單、低污染、高準確度和高靈敏度的原位衍生分析方法，對土壤環境的監測、評價和治理有著積極意義。本研究彌補了目前已知方法的不足，在實際應用中簡單易行，并為同類極性有機物的分析提供參考。

參考文獻：

[1] KING C J.In：Rowseau R W Ed，Handbook of separation Process Technology[M].New York：John Wiley&Sons，1987.

[2] 王運東，李玉鑫，李振宇，等.三烷基氧膦（TRPO）萃取有機羧酸的研究[J].高校化學工程學報，2001，15（2）：174-178.

[3] LISA A，TUNG L A，KING C J.Sorption and extraction of lactic and succinic acids at pH>pKa1.I.Factors governing equilibria[J]. Ind Eng Chem Res，1994，33（12）：3217-3229.

[4] U.S. EPA Method 3550B，Ultrasonic Extraction[S].

[5] 王 力，王琳玲，趙天珍，等.超聲萃取沉積物中六氯苯的研究[J].分析科學學報，2006，22（6）：663-666.

[6] 胡秋芬，楊光宇，黃章杰，等.固相萃取-高效液相色譜法測定水中酚類物質[J].分析化學，2002，30（5）：560-563.

[7] 匡 華，侯玉霞，儲曉剛，等.氣相色譜-質譜法同時測定大豆中14種苯氧羧酸類除草劑[J].分析化學，2006，34（12）：1733-1736.

[8] 趙守成，董振森，衛 峰，等.甲基化處理氣相色譜-質譜同時檢測大米中12中酸性除草劑[J].質譜學報，2005，26（4）：206-210.

[9] 張 莉，張辰凌，桂建業，等.固相膜萃取-膜上超聲衍生法測定水中酸性有機物[J]，分析化學，2013，41（11）：1709-1181.

[10] 張 莉，桂建業，齊繼祥，等.絡合萃取-在線衍生氣相色譜-質譜法檢測土壤中酸性除草劑[J].分析化學，2011，39（8）：1238-1242.

1.2 試驗方法

1.2.1 超聲萃取條件 萃取溶劑為丙酮；萃取溫度為65 ℃；萃取時間為40 min；萃取功率為70%。

1.2.2 樣品預處理 取土壤樣品4.0 g、Na4-EDTA 0.2 g和去離子水0.6 mL于研缽中，充分混合均勻后，常溫下隔夜放置使其水分揮發。將其研磨后，加入石英砂2 g，混合均勻，一并轉移至衍生瓶中。沿瓶壁緩緩加入丙酮4 mL、五氟芐基溴溶液（30%）200 μL、K2CO3溶液（30%）100 μL，蓋好瓶蓋，于數控超聲波清洗器中按“1.2.1”衍生萃取。待萃取完成后，離心取上清液1.0 mL于濃縮瓶中，氮吹至近干，加入正己烷1.0 mL，再氮吹至近干（重復2次），用正己烷定容至1.0 mL，待測。

1.3 色譜、質譜條件及定性參數

HP-5MS色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；柱始溫度90 ℃；以30 ℃/min升溫至200 ℃；再以10 ℃/min的速度升到300 ℃，保持2 min；進樣口溫度為230 ℃；不分流進樣；進樣體積為1 μL。

負化學離子源；反應氣為甲烷；電離能量為70 eV；離子源溫度為200 ℃；接口溫度為300 ℃；選擇離子掃描模式；保留時間為10.27 min；衍生物分子量為385；定量離子（m/z）為204；參考離子（m/z）為206、208、205。

2 結果與分析

2.1 絡合劑選擇、絡合條件

草滅平含-COOH，同時含有-NH2，既屬于Lewis酸又屬于Lewis堿。依據絡合反應原理，其絡合劑應為Lewis堿或Lewis酸。針對其-NH2，采用酸性磷氧絡合劑（P2O4）進行絡合反應未取得滿意結果。針對其-COOH，采用堿性絡合劑Na4-EDTA，其絡合效果較為滿意。這可能是其羰基氧原子與草滅平的羧基氫原子形成了氫鍵，構成絡合物，從而順利實現相轉移。但固體Na4-EDTA絡合能力較弱，水的存在可使其絡合能力增強，相同衍生條件下絡合反應效果對比見圖2。

2.2 衍生條件

為配合負化學源技術的檢測，選擇五氟芐基溴對其羧基進行衍生，其衍生反應見圖3。五氟芐基溴溶液（30%）和K2CO3溶液（30%）用量分別在200 μL和100 μL左右時，衍生效果達到最佳。而衍生溫度在65～70 ℃時，衍生效果較好。由于是定量取出溶劑進行檢測，為避免溶劑損失，選擇衍生萃取溫度為65 ℃。超聲衍生過程中，純標準物質和土壤樣品達到最佳萃取效果所需要的時間和功率有所差異，見圖4和圖5。在純標準物質中只包含衍生反應，而土壤樣品中包含絡合反應和衍生反應，同時樣品基質對其萃取衍生也造成影響，其萃取時間和功率的差異可能與此有關。確定衍生時間為40 min（EPA方法衍生時間為180 min），功率為70%。

試驗發現，在完成衍生萃取后，有時會出現萃取液輕度渾濁的現象，這是土壤中殘留的水分所致。在萃取液中加入少量的無水Na2SO4，萃取液渾濁度就會降低。但不可在衍生前加入Na2SO4，原因其一是Na2SO4中微量的堿性成分會與草滅平發生反應，其二是Na2SO4的強吸水性造成K2CO3重結晶，其催化作用降低。

2.3 總有機碳（TOC）對回收率的影響

對總有機碳（TOC）含量在0.20%～4.00%內對土壤樣品進行加標試驗，當TOC小于3%時，按本方法操作，土壤基質對回收率沒有影響，當TOC大于3%時，土壤基質造成回收率降低，因此，使用本方法前要了解樣品來源，對TOC進行估計或測定，以便對取樣量做出調整。一般情況下，農、林土壤的TOC小于2%，可直接按本方法分析處理樣品。TOC大于3%的土壤樣品可減少取樣量。

2.4 檢出限、線性范圍和相關系數

制備濃度為5.0～300.0 μg/kg的標準溶液，萃取衍生后，其相關系數（R2）均大于0.990；檢出限用標準溶液衍生后在儀器上產生的信噪比S/N=3計算，檢出限在0.4 μg/kg以下。

2.5 樣品回收率及精密度

制備添加水平分別為5 μg/kg（黃土）、25 μg/kg（沙土）和100 μg/kg（黏土）土壤樣品各7份，按試驗流程操作，扣除原土壤樣品中草滅平的含量后，平均回收率和精密度見表1。

3 小結與討論

該方法通過對各種條件的優化，建立了分析流程簡單、低污染、高準確度和高靈敏度的原位衍生分析方法，對土壤環境的監測、評價和治理有著積極意義。本研究彌補了目前已知方法的不足，在實際應用中簡單易行，并為同類極性有機物的分析提供參考。

參考文獻：

[1] KING C J.In：Rowseau R W Ed，Handbook of separation Process Technology[M].New York：John Wiley&Sons，1987.

[2] 王運東，李玉鑫，李振宇，等.三烷基氧膦（TRPO）萃取有機羧酸的研究[J].高校化學工程學報，2001，15（2）：174-178.

[3] LISA A，TUNG L A，KING C J.Sorption and extraction of lactic and succinic acids at pH>pKa1.I.Factors governing equilibria[J]. Ind Eng Chem Res，1994，33（12）：3217-3229.

[4] U.S. EPA Method 3550B，Ultrasonic Extraction[S].

[5] 王 力，王琳玲，趙天珍，等.超聲萃取沉積物中六氯苯的研究[J].分析科學學報，2006，22（6）：663-666.

[6] 胡秋芬，楊光宇，黃章杰，等.固相萃取-高效液相色譜法測定水中酚類物質[J].分析化學，2002，30（5）：560-563.

[7] 匡 華，侯玉霞，儲曉剛，等.氣相色譜-質譜法同時測定大豆中14種苯氧羧酸類除草劑[J].分析化學，2006，34（12）：1733-1736.

[8] 趙守成，董振森，衛 峰，等.甲基化處理氣相色譜-質譜同時檢測大米中12中酸性除草劑[J].質譜學報，2005，26（4）：206-210.

[9] 張 莉，張辰凌，桂建業，等.固相膜萃取-膜上超聲衍生法測定水中酸性有機物[J]，分析化學，2013，41（11）：1709-1181.

[10] 張 莉，桂建業，齊繼祥，等.絡合萃取-在線衍生氣相色譜-質譜法檢測土壤中酸性除草劑[J].分析化學，2011，39（8）：1238-1242.