離子液體分散液液微萃取/高效液相色譜法測定環境水樣中7種萘二酚

何　東

(嘉應學院　梅州師范分院，廣東　梅州　514087)

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離子液體分散液液微萃取/高效液相色譜法測定環境水樣中7種萘二酚

何東*

(嘉應學院梅州師范分院，廣東梅州514087)

建立了測定環境水樣中7種萘二酚的離子液體分散液液微萃取/高效液相色譜(IL-DLLME-HPLC)分析方法。以1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([C4MIM][PF6])為萃取劑，水樣體積為8.0 mL，研究了萃取劑用量、水相pH值、萃取時間及鹽添加量對7種萘二酚萃取效率的影響。獲得最佳萃取條件為：[C4MIM][PF6]體積為150 μL，水相pH值為5.0～7.0，渦旋萃取時間為3 min，氯化鈉添加量為0.20 g/mL。在優化條件下，7種萘二酚在一定質量濃度范圍內線性關系良好，相關系數均不小于0.997 7；方法富集倍數為57倍，方法檢出限(S/N=3)為0.3～1.0 μg/L；陰性環境水樣中3個加標水平的平均回收率為83.5%～103%，相對標準偏差(n=6)為1.1%～3.8%。該方法快速簡單、準確靈敏、環保，適用于環境水樣中痕量萘二酚的富集檢測。

離子液體分散液液微萃取；高效液相色譜法；萘二酚；環境水樣

萘二酚是染料等行業生產合成的重要中間體，應用廣泛，這類物質對人體具有致癌、致畸、致突變等潛在毒性[1-3]，隨著各種生產廢水的排放，環境水體中痕量的酚類化合物不僅會危害生態環境，還會進一步對人類健康造成威脅。由于萘二酚在廢水中的濃度較低，且水樣中干擾物質較多，其分析檢測需結合高效的分離富集技術和快速靈敏的檢測方法。目前應用的主要方法有固相萃取/液相色譜-串聯質譜(SPE-LC-MS/MS)法[2]、渦旋輔助分散液液微萃取-懸浮固化/液相色譜法(VA-DLLME-SFO/HPLC-PAD)[3]和分散液相微萃取/高效液相色譜法(DLLME-SFO/HPLC-PAD)[4]等。上述分析方法中酚類物質的分離富集均需使用易揮發、毒性較大的有機溶劑，尤其是傳統的DLLME技術，常使用高毒性的鹵代苯作為萃取劑，對人體和環境危害較大；而DLLME-SFO技術在取出固化的萃取劑時，萃取劑易在室溫下融化損失，影響檢測準確性；SPE技術則存在操作步驟繁瑣、成本高等缺點。

離子液體(Ionic liquid，IL)具有性質穩定、蒸氣壓小、不易揮發等特點，可以代替傳統有機溶劑在液液微萃取中使用，從而避免了有機溶劑揮發產生的環境污染等問題，所以基于離子液體的DLLME技術已被逐漸應用于污染物的分析檢測[5-15]。Zhou等[7]于2008年應用IL-DLLME結合液相色譜/紫外檢測器(HPLC/UV)檢測環境水樣中的甲基對硫磷和辛硫磷；閔劍青等[8]、陳曉紅等[9]、侯德坤等[10]分別應用離子液體分散微萃取技術富集檢測了環境水樣中痕量的五氯酚、溴敵隆與溴鼠靈、四環素；Ravelo-Pérez等[11]、Zhang等[12]和Zhang等[13]分別利用IL-DLLME結合HPLC/DAD技術測定了香蕉中8種農藥殘留、蜂蜜中4種擬除蟲菊酯以及蘋果和梨中6種有機磷農藥。

本文采用離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([C4MIM][PF6])為萃取劑，水樣體積為8.0 mL，通過優化萃取劑的用量、水相pH值、萃取時間及鹽添加量等參數，獲得高效富集提取環境水樣中7種萘二酚的最佳實驗條件，同時結合高效液相色譜/二極管陣列檢測器，建立了環境水樣中萘二酚類化合物的檢測方法。

1　實驗部分

1.1儀器與試劑

Waters 2695/2998液相色譜/二極管陣列檢測器系統(HPLC-PDA，Waters公司)，MS3 Basic旋渦混合器(德國IKA公司)，臺式離心機(科大中佳公司)，Milli-Q去離子水發生器(美國Millipore公司)。

1,5-萘二酚(CAS 83-56-7，99.5%，Chem Service Inc公司)；1,6-萘二酚(CAS 575-44-0，97.0%，Alfa Aesar公司)；1,3-萘二酚(CAS 132-86-5，99.0%)、1,7-萘二酚(CAS 575-38-2，97.0%)、2,3-萘二酚(CAS 92-44-4，98.0%)、2,6-萘二酚(CAS 581-43-1，98.0%)、2,7-萘二酚(CAS 582-17-2，97.0%)均購自Sigma-Aldrich公司；1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([C4MIM][PF6]，純度>98%，上海安譜科學儀器有限公司)；甲醇、甲酸(色譜純，德國CNW Technologies GmbH)；氯化鈉(分析純，廣州化學試劑廠)；實驗用水為去離子水(18.0 MΩ·cm)，由Milli-Q純水系統制備。

用甲醇將7種萘二酚分別配成質量濃度為1.0 g/L的單標儲備液，于4 ℃保存。分別移取7種萘二酚的單標儲備液2.0 mL于100 mL棕色容量瓶中，加水定容至刻度，配成20.0 mg/L混合標準工作液(現配現用)。

1.2色譜條件

色譜柱：Dikma C18(250 mm×4.6 mm，5 μm)；流動相：A為甲醇，B為0.1%甲酸水溶液；梯度洗脫程序：0.0～35.0 min，25%～55% A；35.0～35.1 min，55%～25% A；35.1～45.0 min，25% A；流速：1.0 mL/min；柱溫30 ℃；檢測波長230 nm；進樣量20 μL。

1.3實驗方法

取15 mL環境水樣于50 mL聚四氟乙烯離心管中，4 000 r/min離心5 min，移取上層澄清水樣8.0 mL于10 mL尖底玻璃離心管中，測試水樣pH值為5.0～7.0，否則用甲酸調節，然后加入1.6 g氯化鈉，振蕩溶解，再加入150 μL離子液體[C4MIM][PF6]，渦旋分散萃取3 min，2 500 r/min離心3 min，棄去上層水相，吸取離子液體相，轉移至200 μL尖底內插管，待HPLC分析。

2　結果與討論

2.1萃取劑用量與分散萃取時間的優化

本實驗選用10 mL尖底玻璃離心管盛裝水樣，考慮到后續添加氯化鈉及留有空間便于充分渦旋萃取，故確定以8.0 mL樣品體積進行實驗條件的優化。

圖1　萃取劑用量對萘二酚萃取回收率的影響Fig.1　Effect of extraction volume on recoveries of 7 naphthalenediols No.1-7 were the same as those in Table 1

采用陰性水樣加標的方式，分別選取50，100，150，200，250 μL離子液體[C4MIM][PF6]進行萃取比較，以萃取后獲得的萃取液體積和取樣量(8.0 mL)計算富集倍數，并根據濃度計算萃取回收率(圖1)。結果表明隨著萃取劑[C4MIM][PF6]用量的增大，試樣與萃取劑的體積比不斷減小，萃取劑與目標物更充分地分散接觸和快速分配，7種萘二酚的萃取回收率先增大后處于平衡，但由于最終獲得的萃取液體積也相應增大，富集倍數隨之降低，對8.0 mL水樣的富集倍數約由230倍降為34倍，方法靈敏度也隨之降低；當萃取劑用量為150 μL時，整體萃取回收率達最高，且富集倍數較大，約為57倍，此時方法的萃取回收率和靈敏度均能較好地滿足痕量檢測的需要，獲得的萃取液體積也能滿足儀器自動進樣的體積需要。因此選用150 μL [C4MIM][PF6]。

傳統IL-DLLME常借助分散劑來形成“萃取劑/樣品溶液/分散劑”三相混合乳濁體系，以快速完成目標化合物在水溶液與萃取劑之間的分配萃取，但其存在難以應對多種目標物、萃取效率低等缺點，因此，現在逐步應用渦旋輔助(Vortex-assisted，VA)[10]和超聲波輔助(Ultrasound-assisted，UA)IL-DLLME[9]等模式。這些模式借助渦旋或超聲等外界能量對樣品溶液進行分散處理，增大了離子液體與樣品溶液中待測化合物的接觸面積，有利于提高萃取效率。實驗選擇高速渦旋的方式進行輔助萃取，并考察了萃取時間分別為1，2，3，4，5 min時萘二酚的萃取回收率。結果顯示，在1～3 min內，萘二酚的萃取回收率隨著萃取時間的增加而逐漸提高，萃取3 min后，回收率基本平衡，因而選擇最佳萃取時間為3 min。

2.2水相pH值的影響

萘二酚類化合物屬于弱酸，7種萘二酚在水中的電離常數(pKa)在8.93～12.53之間，水相pH值會影響其存在狀態，當pH值呈酸性時，萘二酚多以分子狀態存在，當pH值呈堿性時，則多以離子狀態存在，不同存在狀態的萘二酚在兩相萃取中的分配會不同。本實驗用甲酸調節水相pH值(5.0～9.0)，研究了不同水相pH值對萃取效率的影響。實驗顯示，在pH 5.0～7.0范圍內，離子液體對7種萘二酚的萃取效率基本不變；在pH 8.0～9.0時，離子液體對7種萘二酚的萃取效率逐漸降低。表明以分子狀態存在的萘二酚更易在離子液體中分配，從而獲得更高的萃取效率。原因可能為分子狀態的萘二酚極性較低，根據相似相溶原理，在低極性的離子液體[C4MIM][PF6]中相溶性較好，此外，離子液體結構上的氟原子與分子狀態存在的酚羥基相互作用形成氫鍵；而在堿性條件下，酚羥基以陰離子狀態存在，與離子液體陰離子之間難以形成氫鍵[16]。因此，確定萃取時水相pH值為5.0～7.0，若水相pH值不在此范圍，則用甲酸調節pH值。

2.3鹽添加量的影響

水相中鹽的濃度可對萃取率產生兩方面的影響[17]：一為鹽析效應，通過水合作用降低自由水分子的濃度，從而降低溶質在水溶液中的分配，促使溶質進入萃取相，提高萃取率；二是與極性溶質產生靜電相互作用力，降低其傳質能力，從而降低萃取率。

實驗通過不同的氯化鈉添加量(0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30 g/mL)探討了鹽效應對7種萘二酚萃取回收率的影響。結果表明，鹽對萘二酚萃取回收率的影響主要以鹽析效應為主導，即隨著氯化鈉添加量的增加，7種萘二酚的萃取率逐漸提高；當氯化鈉添加量為0.20 g/mL時，萃取基本達到平衡，所以實驗選擇氯化鈉的添加量為0.20 g/mL。

2.4線性關系、檢出限與定量下限

在優化條件下，分別測定系列濃度的萘二酚混合標準工作溶液，以萘二酚的色譜峰面積(y)為縱坐標，以相應的質量濃度(x，mg/L)為橫坐標進行回歸分析；分別以3倍信噪比(S/N)和10倍信噪比(S/N)計算儀器檢出限(Detection limit of instrument，ILOD)和儀器定量下限(Quantification limit of instrument，ILOQ)，再結合前處理濃縮倍數(約57倍)和回收率，計算得到7種萘二酚的方法檢出限(Detection limit of method，MLOD)和方法定量下限(Quantitation limit of method，MLOQ)。由表1可見，7種萘二酚在50～5 000 μg/L濃度范圍內線性關系良好，相關系數均不小于0.997 7；ILOD為15～52 μg/L，MLOD為0.3～1.0 μg/L，MLOQ為1.0～3.3 μg/L，表明本方法靈敏，適用于環境水樣中痕量萘二酚的定量分析。

表1　7種萘二酚的線性范圍、相關系數(r)、方法檢出限及方法定量下限

圖2　陰性環境水樣在2 MLOQ添加水平下的色譜圖Fig.2　HPLC chromatogram of spiked(2 MLOQ)negative water sample peak 1-7 are the same as those in Table 1

2.5回收率與精密度

選取陰性環境水樣，按照本實驗方法進行3個加標水平(1 MLOQ,2 MLOQ,10 MLOQ)的回收率和精密度實驗(n=6)，圖2為陰性環境水樣在2 MLOQ加標水平的色譜圖。數據顯示，7種萘二酚在1.0～33 μg/L加標水平下，平均回收率為83.5%～103%，相對標準偏差(RSD，n=6)為1.1%～3.8%(表2)，表明方法具有良好的回收率和精密度，能夠滿足測定要求。

表2　回收率和精密度測定結果(n=6)

2.6方法比較與實際樣品檢測

將本方法與前期研究建立的測定水樣中7種萘二酚的SPE-LC-MS/MS法[2]和VA-DLLME-SFO/HPLC-PAD法[3]進行對比(見表3)，由表中數據可知SPE-LC-MS/MS法取樣量大，富集倍數高，且靈敏度高，方法檢出限可達ng/L水平，但其富集步驟較為繁瑣，前處理耗時較長，檢測成本較高；VA-DLLME-SFO/HPLC-PAD法和本方法取樣量較少，檢測儀器常規，具有簡單快速、靈敏、成本低等優點。相比于VA-DLLME-SFO法，本方法的富集倍數更高，方法檢出限更低，操作更簡單，可以避免使用有機溶劑，從而減少了對環境和人體健康的危害。

在珠江不同河段取5個樣品，并選取不同區域的3個湖水樣品和5個自來水樣品，按照本方法和文獻[2-3]方法進行測定。結果顯示13個環境水樣品均未檢出上述7種萘二酚。采用本方法對實際水樣進行加標回收率實驗，測得不同樣品在2 MLOQ添加水平下的回收率為90.7%～97.8%。

表3　分析方法的比較

3　結　論

建立了環境水樣中7種萘二酚的IL-DLLME/HPLC-PAD檢測方法,探討了IL-DLLME富集水樣中萘二酚類化合物的條件，優選出合適的萃取劑用量、水相pH值、氯化鈉添加量和渦旋分散萃取時間。方法學評價表明，該方法的回收率和精密度良好，靈敏度高，7種萘二酚的方法檢出限為0.3～1.0 μg/L。方法前處理簡便、富集效率高，適用于環境水樣中痕量萘二酚類化合物的快速富集與檢測。

[1]Chen L J,Huang J F,He M H,Lin S Y,Guo X D.Chin.J.Chromatogr.(陳立堅,黃金鳳,何敏恒,林森煜,郭新東.色譜),2012,30(6):630-634.

[2]Huang J F,Lin S Y,He M H,Li X Y,Guo X D.Mod.FoodSci.Technol.(黃金鳳,林森煜,何敏恒,李秀英,郭新東.現代食品科技),2012,28(5):1243-1248.

[3]Xu L Z,Li X Y,Xian Y P,He M H,Fang J,Huang J F,Guo X D.J.Instrum.Anal.(許麗珠,李秀英,冼燕萍,何敏恒,方軍,黃金鳳,郭新東.分析測試學報),2015,34(8):923-927.

[4]Ye C L,Liu Q L,Wang Z K.Chin.J.Anal.Lab.(葉存玲,劉清玲,王治科.分析試驗室),2010,29(8):40-43.

[5]Zhang Y,Zhang Y H,Jiao B N.FoodSci.(張琰,張耀海,焦必寧.食品科學),2015,36(5):250-259.

[6]Zhang Y H,Zhang X L,Zhao Q Y,Chen W J,Wang C Q,Chen A H,Jiao B N.Chin.J.Anal.Chem.(張耀海,張雪蓮,趙其陽,陳衛軍,王成秋,陳愛華,焦必寧.分析化學),2014,42(10):1434-1440.

[7]Zhou Q X,Bai H H,Xie G H,Xiao J P.J.Chromatogr.A,2008,1188(2):148-153.

[8]Min J Q,Chen M L,Chen X H,Jin M C.J.Instrum.Anal.(閔劍青,陳梅蘭,陳曉紅,金米聰.分析測試學報),2015,34(4):438-442.

[9]Chen X H,Wei X Q,Cai M Q,Zhao Y G,Pan S D,Jin M C.J.Instrum.Anal.(陳曉紅,魏曉琴,蔡美強,趙永綱,潘勝東,金米聰.分析測試學報),2014,33(6):648-652.

[10]Hou D K,Guan Y,Di X W.J.Instrum.Anal.(侯德坤,關燕,狄曉威.分析測試學報),2011,30(3):259-263.[11]Ravelo-Pérez L M,Hernandez-Borges J,Asensio-Ramos M,Rodriguez-Delgado M A.J.Chromatogr.A,2009,1216(43):7336-7345.

[12]Zhang J H,Gao H X,Peng B,Li S Q,Zhou Z Q.J.Chromatogr.A,2011,1218(38):6621-6629.

[13]Zhang L J,Chen F,Liu S W,Chen B Y,Pan C P.J.Sep.Sci.,2012,35(18):2514-2519.

[14]Guo J B,Wu H,Wang J Y,Du L M,Fu Y L.J.Instrum.Anal.(郭京波,吳昊,王婕燕,杜黎明,付云龍.分析測試學報),2012,31(12):1499-1504.

[15]Chen J,Zhou G M,Yang Y G,Qin H Y,Dou W H.J.Instrum.Anal.(陳君,周光明,楊遠高,秦紅英,竇文虎.分析測試學報),2013,32(3):341-345.

[16]Fan J,Fan Y C,Wang J J,Cui F L.ActaChim.Sin.(樊靜,范云場,王鍵吉,崔鳳靈.化學學報),2006,64(14):1495-1499.

[17]Zhao L M,Zhu L Y,Lee H K.J.Chromatogr.A,2002,963(1/2):239-248.

Rapid Determination of Seven Naphthalenediols in Environmental Water Samples by Ionic Liquid Dispersive Liquid-Liquid Microextraction and High Performance Liquid Chromatography

HE Dong*

(Meizhou Teachers’ Academy,Jiaying University,Meizhou514087,China)

A sensitive method based on ionic liquid dispersive liquid-liquid microextraction(IL-DLLME) and high performance liquid chromatography with diode array detector(HPLC-PDA) was developed for the preconcentration and determination of seven naphthalenediols in environmental water samples.The ionic liquid,1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate([C4MIM][PF6]) was used as extraction agent,and 8.0 mL of aqueous phase was selected.Some important factors affecting the extraction efficiency such as amount of [C4MIM][PF6],pH value of aqueous phase,extraction time and salt concentration were optimized.The optimized conditions were as follows:150 μL[C4MIM][PF6],pH value of aqueous solution：5.0-7.0,vortex extraction time：3 min, sodium chloride：0.20 g/mL.Under the optimized conditions,the calibration curves of 7 naphthalenediols were linear in the certain concentration range with correlation coefficients not less than 0.997 7.The enrichment factor of this method was 57,and the detection limits of this method(S/N=3) were between 0.3 μg/L and 1.0 μg/L.The average recoveries of naphthalenediols at three spiked levels in negative environmental water sample ranged from 83.5% to 103% with relative standard deviations(RSD,n=6) of 1.1%-3.8%.The developed method is rapid,sensitive and environment-friendly,and is suitable for the detection of trace naphthalenediols in environmental water samples.

ionic liquid dispersive liquid-liquid microextraction(IL-DLLME)；high performance liquid chromatography(HPLC)；naphthalenediol；environmental water sample

2015-12-28；

2016-01-06

何東，講師，研究方向：色譜質譜檢測方法，Tel：0753-2523203，E-mail:gdone@tom.com

doi:10.3969/j.issn.1004-4957.2016.07.011

O657.72；O625.313

A

1004-4957(2016)07-0844-05