中空纤维两相液相微萃取 高效液相色谱法测定水中毒死蜱

曹 博， 丁健桦， 花 榕， 刘科强， 衷张菁

(东华理工大学化学生物与材料科学学院，江西抚州 344400)

大多数农药属于有毒有害物质，它们以各种危害形式持续残留在农产品中，能够通过不同的途径进入人体，危害人体健康。毒死蜱是用于杀虫和杀螨的农药，在土壤中挥发性较高，适用于防治柑桔、棉花、玉米、苹果、梨、水稻、花生、大豆、小麦及茶树等多种作物上的害虫和螨类(沙家骏等，2000)，具有胃毒和触杀作用。检测水体中毒死蜱农药残留，可以确定水质是否被污染，从而进一步防止其危害人体健康。因此，建立快速、准确、有效的方法检测水体中毒死蜱残留量具有重要的意义。

相关样品中空纤维为采用高效液相色谱(HPLC)法(闫占坤等，2010)测定环境中毒死蜱已有报道(刘德坤等，2012;魏晓琳等，2010)。不过，由于HPLC法自身对样品的要求，进行HPLC分析之前必须对样品进行前处理。发展省时、高效、有机溶剂用量少的样品前处理新技术一直是分析化学研究的一个热点(臧晓欢等，2009)。目前发展起来的样品前处理技术主要有固相微萃取(SPME)(翟建等，2012;蒋生祥，2012)、液相微萃取(LPME)(丁健桦等，2008a，2008b;黄艳红等，2010;刘科强等，2012;王晓园等，2009;赵汝松等，2004)、超临界流体萃取(SFE)(霍鹏等，2010;赵东胜等，2007;冯志强，2005)、微波辅助萃取(MAE)(李核等，2003;赵静等，2008;卢彦芳等，2011)等，其中LPME技术兼具快捷和廉价的优点，因而受到广泛的关注。LPME 技术(Sarafraz-Yazdi，et al，2010)的基本原理是建立在样品与微升级甚至纳升级的萃取溶剂之间的分配平衡基础上的，按照操作模式的不同一般可分为单滴液相微萃取(SDME)、膜液相微萃取(MLPME)和分散液-液微萃取(DLLME)等，它们的区别在于样品和萃取液的接触方式不同。目前常用的LPME是基于聚丙烯中空纤维的一种MLPME(即中空纤维液相微萃取，HF-LPME)，是在SDME基础上发展起来的，它以多孔的中空纤维为萃取溶剂的载体，可以稳定和保护萃取溶剂，避免SDME中溶剂容易损失和脱落的缺点。根据萃取相的数目，HF-LPME又可分为三相液相微萃取和两相液相微萃取，对于环境中广泛存在的水系样品而言，前者主要用于能离子化的有机酸碱样品的萃取，而后者主要用于在有机相(与水相不能互溶)中有较高溶解度的样品的萃取。HF-LPME不但具有成本低、装置简单易操作、适用底物范围广、萃取效率高等优点，而且还集萃取、净化和浓缩于一体，常与GC、HPLC、CE等联用。本文即采用两相 HFLPME结合HPLC法对自来水和环境水中残留的毒死蜱进行了简捷、灵敏的定量检测。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

高效液相色谱(Waters 600，配有Waters 2487紫外检测器，美国 Waters公司);超声波清洗器(KQ3200，昆山市超声仪器有限公司);恒温磁力搅拌器(78HW-1，江苏省荣华仪器制造有限公司);精密酸度计pH计(PHS-3C，上海虹益仪器仪表有限公司)。

毒死蜱(标准品，纯度为95%，江西盛华生物农药有限责任公司);乙酸乙酯(分析纯，上海精化科技研究所);磷酸三丁酯(分析纯，中国医药集团上海化学试剂公司);正辛醇(分析纯，上海精化科技研究所);三乙胺(分析纯，天津市福晨化学试剂厂);甲醇(色谱纯，西陇化工股份有限公司);实验用水为二次蒸馏水。

Accurel Q3/2聚丙烯中空纤维(壁厚200 μm、孔径0.2 μm、内径 600 μm，德国 Membrana 公司)。水样1～4分别为取自当地的自来水、湖水、河水和农田水。

1.2 溶液配制和样品采集

1.2.1 标准溶液的配制

称取105.26 mg的毒死蜱标准品(95%)置于烧杯中，加50 mL二次蒸馏水进行超声溶解，然后转入100 mL容量瓶中，定容至刻度，摇匀，制成1 mg/mL的标准储备液。其标准溶液由该标准储备液适当稀释后配制而得。

1.2.2 样品采集

自来水:采自本实验室，先打开水龙头，放水30 s之后，收集自来水样约100 mL;湖水、河水:分别在当地湖边和河边大约水下20 cm深处取水样约100 mL;农田水:在农田边2 cm深处取水样约100 mL。

1.3 微萃取过程

将中空纤维管裁剪成3.5～4.0 cm长的小段置装有丙酮溶剂的烧杯中，超声清洗1 min左右以除去杂质，然后取出晾干。使用时，将其浸入待用的有机萃取剂中超声润洗，使有机萃取剂充分而均匀地进入中空纤维的多孔壁中，形成微液态薄膜后，用镊子小心的将中空纤维管取出，再将其套在微量进样针的针尖上，推出接收相，中空纤维的两端用热的钳子密封，使中空纤维的有效长度保持3 cm左右(约6～7 μL的接收相);将其浸入到样品液中，萃取一定时间后，剪开封住的一端，抽回接收相，取5 μL注入高效液相色谱仪。

1.4 色谱条件

色谱柱:Atlantis Cl8分析柱(4.6 mm×250 mm，5 μm);流动相:甲醇/水(体积比 90∶10);流速:4 μL/min;检测波长:290 nm;进样量:5 μL;柱温:室温。

2 结果与讨论

2.1 液相微萃取条件的优化

2.1.1 萃取剂的选择

选择萃取剂(有机接受相)依据的是“相似相溶”原理，且萃取剂应既不溶于给出相，又能够对目标物有较大的富集能力(衷张菁，2010)。本文分别考察了磷酸三丁酯、乙酸乙酯、正辛醇(图1)和环己烷等四种有机溶剂作为接收相对毒死蜱的萃取效果，结果见图2。可见，磷酸三丁酯对毒死蜱的萃取效果最好，分析认为毒死蜱是磷酸酯类化合物质，与磷酸三丁酯具有相似的官能团。本文采用磷酸三丁酯为萃取剂。

2.1.2 给出相pH的选择

待测物质的溶解度不仅与溶剂有关系，还与给出相的pH值有一定关系。一般来讲，给出相的pH值对有酸碱性的有机物质影响较大。由于毒死蜱溶液本身是中性偏弱酸性的，本文用盐酸调节给出相的pH值，考察了给出相pH分别为3，4，5，6时毒死蜱的萃取效果(图3)，结果发现，当给出相的pH值从3变化到6时，萃取效率变化不大。本实验选择调节给出相pH为6。

2.1.3 搅拌速率的选择

图1 磷酸三丁酯和正辛醇萃取毒死蜱的色谱图Fig.1 Chromatogram of TBP and Octanol extraction of Chlorpyrifos

图2 萃取剂对萃取效率的影响Fig.2 Effect of extraction solvent on extraction efficiency

磁子转速的快慢会影响到萃取过程中传质的快慢。本文考察了磁子转速为400～1 200 r/min时毒死蜱的萃取效果(图4)，结果表明，磁子转速为400～1 000 r/min，毒死蜱的萃取效率呈增大趋势，当磁子转速为1 000 r/min时，萃取效率最大，这是由于增加磁子转速，使毒死蜱分子与萃取溶剂接触的几率增加，传质速率也增大的缘故;而当磁子转速大于1 000 r/min时，毒死蜱的萃取效率反而降低，可能是因为磁子转速太大容易产生气泡，从而影响了萃取效率。本文选择最佳转速为1 000 r/min。

图3 萃取剂pH对萃取效率的影响Fig.3 Effect of the pH of extraction solvent on extraction efficiency

图4 搅拌速率对萃取效率的影响ig.4 Effect of stirring rate on the extraction efficiency

2.1.4 萃取时间的选择

萃取时间的选择与萃取过程中传质动态平衡建立的快慢有关。图5是萃取时间为10～50 min时毒死蜱的萃取效果，可以看出，随着时间的增加，萃取效率呈现先升后降的趋势:萃取时间为10～20 min时，毒死蜱的萃取效率大幅度增高，此时正向传质占主导;当萃取时间为20 min时，正向传质速率和逆向传质速率相等，处于动态平衡，萃取效率最高;继续增加萃取时间至20 min以上时，萃取效率反而有所降低，可能是由于随着萃取时间的延长，萃取剂磷酸三丁酯在给出相中的溶解损失增加的缘故(丁健桦等，2008b)。故本文选择20 min为最佳萃取时间。

图5 萃取时间对萃取效率的影响Fig.5 Effect of extraction time on extraction efficiency

2.2 毒死蜱HPLC分析

2.2.1 线性关系与检测限

线性范围和相关系数:取毒死蜱系列标准溶液，按照1.4的色谱条件进行HPLC测定。结果表明，在浓度为0.1～40 μg/mL之间线性关系良好，相关系数r=0.997，工作曲线为:

式中，y为毒死蜱的峰面积(mV)，x为给出相中毒死蜱的浓度(μg/mL)。

检出限(LOD):取浓度为0.1 μg/mL的毒死蜱标准溶液，按信噪比(S/N)为3，根据公式LOD=c3σ/S(Ding et al.，2009)(其中 c为给出相中毒死蜱的浓度，σ为六次测定的标准偏差，S为六次测定的毒死蜱浓度的平均值)进行计算，毒死蜱的检出限为 0.03 μg/mL。

精密度(RSD):取浓度为1 μg/mL的毒死蜱标准溶液，按1.4的色谱条件进行HPLC测定，平行操作六次，计算得出该方法的RSD为4.2%。

2.2.2 富集倍数

富集倍数是指经LPME处理后接收相中待测物浓度与给出相中待测物原始浓度之比。经测定和计算，本法对毒死蜱的富集倍数为97倍。可见LPME法对毒死蜱有较好的富集作用，可提高样品分析的灵敏度。

2.2.3 方法的选择性

环境水样中基质复杂，除含有大量的无机矿物质外，还含有各种有机质，如果直接对其进行HPLC测定，不但对仪器造成损害，其中的各种基质还可能对毒死蜱的测定造成干扰。而采用LPME对样品溶液进行处理后，其中不溶于萃取剂磷酸三丁酯的无机质和有机质以及一些大分子物质均不会被萃取到接收相中，从而可以很好地消除这些物质对毒死蜱测定的干扰。可见，本法具有良好的选择性。

2.3 水样的测定

分别移取自来水、湖水、河水和农田水等水样各两份，每份10 mL，其中一份在优化条件下经LPM E萃取后进行HPLC分析，另一份加入适量的毒死蜱标准溶液后在相同条件下进行加标回收率实验。每个样品做4次平行分析，分析结果见表1。

表1 水样分析结果Table 1 Detection results of water samples

3 结论

本文建立的以LPME技术进行样品前处理、采用HPLC对环境水中残留的毒死蜱进行测定的方法具有操作简捷、灵敏高效、准确可靠等优点。研究表明，LPME这种新型样品前处理技术集萃取、净化和富集于一体，不仅大大减少了传统样品前处理方法中有机溶剂的使用量，且操作简单，分析时间较短，实验成本较低，还可通过富集作用提高分析的灵敏度、通过萃取和净化作用提高分析的选择性，具有较好的应用前景。

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