中空纤维支载离子液体液液微萃取测定环境水样中的4-n-壬基酚

邹艳敏，张 祯，吴向阳，仰榴青，张冬梅，朱晶晶

(1.江苏大学药学院，江苏镇江212013;2.江苏大学环境与安全工程学院，江苏镇江212013;3.江苏大学化学化工学院，江苏镇江212013)

壬基酚(NP)是具有雌激素活性的环境内分泌干扰物质之一，为非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(NPnEO)进入水体后的主要降解产物，其致突变性和致畸性已引起广泛关注.研究［1］表明:大量的环境水体已经受到了NP的污染.然而因环境水体中壬基酚含量极低，且样品基质复杂，测定前必需进行样品前处理.目前，通常采用液-液萃取法［2］、固相萃取法［3］等.但这些方法操作繁琐、有机溶剂消耗大、耗时长等.故有必要建立简便、快速、准确，同时环境友好的分析方法，用于检测水体中此类污染物.中空纤维支载液膜微萃取(HF-LPME)技术集采样、萃取和浓缩于一体，具有成本低、操作装置简单、有机溶剂用量少等特点［4］，是一种环境友好的样品前处理技术，在环境、药物等分析领域有广阔的应用前景.同时，离子液体作为一种新型绿色溶剂，对NP类极性化合物有较高的亲和力，可作为理想的萃取剂.本研究选择l-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸离子液体(［C8MIM］［PF6］)为萃取剂，建立检测环境水体中4-n-壬基酚的中空纤维支载离子液体液液微萃取方法.

1 试验

1.1 仪器和试剂

Q3/2聚丙烯中空纤维(内径600 μm，壁厚200 μm，孔径0.2 μm，孔率75%)和50/280 聚丙烯中空纤维(内径280 μm，壁厚 50 μm，孔径 0.1 μm，孔率60%)均购自于德国Membrane GmbH公司.微量注射器(针头外径 0.3 mm，长 8 mm，针筒体积 0.5 mL)购于美国BD Consumer Healthcare公司.玻璃衬管(200 μL)购于美国 Alltech公司.KQ2200E型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)，电子天平(北京赛多利斯科学仪器有限公司)，SHZ-82A恒温气浴振荡器(江苏金坛市中大仪器厂)，微量移液器(容积 1～1 000 μL)购于美国 Agilent公司.DHG-91013SA型电热恒温鼓风干燥箱(上海三发科学仪器有限公司).

正壬基酚(4-n-NP)纯度为99%，购自德国Sigma-Aldrich;l-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸离子液体(［C8MIM］［PF6］)纯度99%，购于上海Meisibei有限公司;色谱纯甲醇和乙腈，购于美国J.T.Baker公司;氯化钠和盐酸(分析纯)，购于南京化学试剂有限公司;试验用水为超纯水.

精密称取4-n-壬基酚标准品，用甲醇配成100 mg·L-1的标准储备液，置于0℃冰箱备用.

1.2 样品采集

2012年4月中旬，采集长江镇江段上游至下游共9处水样，置于棕色玻璃瓶4℃保存，试验前用0.45 μm玻璃纤维素膜过滤，盐酸调节pH=5.

1.3 色谱条件

采用美国Waters Breeze2 HPLC系统(1525二元泵、2707自动进样器和2489紫外/可见检测器).色谱柱:Eclipse XDB-C18column(5 μm，150 mm ×4.6 mm).流动相为水(A)-甲醇(B)，体积比为5:95，流速为 1.0 mL·min-1，检测波长为 280 nm，进样量为20 μL，柱温为30℃.

1.4 方法

截取一定长度中空纤维，置丙酮中超声清洗20 min，晾干备用.用镊子将纤维两端热封，浸入［C8MIM］［PF6］中超声6 h，使纤维内腔中充满离子液体.取出纤维，浸入水中振荡1 min，去除表面离子液体，放入检测水样;一定温度、转速下，震荡萃取数小时.将纤维取出，剪开两端封口，一端置于玻璃衬管中，用微量注射器以100 μL甲醇将接受相吹出，进行HPLC测定.所有试验结果均为3次或以上平行试验，取测定结果平均值.

2 结果与讨论

2.1 液液微萃取条件的优化

试验首先比较了Q3/2和PP50/280两种聚丙烯中空纤维作为液膜载体的萃取效率.试验中，供体相为50 mL，pH=7的超纯水，加标质量浓度为50.00 μg·L-1;取［C8MIM］［PF6］5.0 μL 为萃取剂.结果发现，当PP50/280纤维作为液膜载体时，富集倍数远高于Q3/2纤维.PP50/280中空纤维的比表面积比Q3/2的大，对分析物的吸附量高.因此，后续试验选用PP50/280中空纤维作为液膜载体.遵循选取萃取剂原则:萃取剂对分析组分的溶解度要足够大，以提供较高的萃取效率;萃取剂在水中的溶解度要小，以尽量减少在萃取过程中的损失;萃取剂与中空纤维要有较强的亲和力，以便容易进入中空纤维壁上的孔隙中，减少在萃取过程中的损失［5］.本研究同时比较了［C8MIM］［PF6］与两种常规膜试剂甲苯、乙酸乙酯的萃取效率，发现三者的富集倍数基本相同.但考虑到离子液体环境友好，且不易挥发，后续试验皆采用［C8MIM］［PF6］作为萃取剂，对影响萃取效率的因素(供体相pH值、供体相离子强度、萃取剂体积、萃取时间)进行系统优化.

2.1.1 供体相pH值的影响

酚类化合物属于弱酸，其存在状态(分子态和离子态)随着供体相pH值的改变而改变.酚类化合物以分子状态存在会增加其在萃取剂中的溶解度，进而增大萃取效率，因此在供体相中常常加入适量的酸，以使酚类化合物以分子状态存在［6］.而且调节水样pH值还可以去除样品中某些杂质的干扰［7］.

本研究以50 mL水样(加标质量浓度50.00μg·L-1)为供体相;5.0 μL 的［C8MIM］［PF6］为接收相;在200 r·min-1，25℃条件下，振荡萃取3 h.图1为供体相pH值对萃取效率的影响.结果表明:当pH=5时，其萃取效率最高(图1).

图1 供体相pH值对萃取效率的影响

2.1.2 供体相氯化钠质量分数的影响

由于被分析物在萃取溶剂和样品溶液之间的分配系数受离子强度的影响，通过向样品溶液中加入无机盐类可增大其分配系数，从而提高分析方法的灵敏度.本试验考察了NaCl质量分数为0，5%，10%，15%和20%时对萃取效率的影响.本研究以50 mL 水样(加标质量浓度50.00 μg·L-1)为供体相;5.0 μL 的［C8MIM］［PF6］为接收相;在 200 r·min-1，25 ℃条件下，振荡萃取2.5 h.

结果如图2所示:NaCl质量分数达到5%之前，萃取效率随着NaCl质量分数的增加而提高，之后再增加其用量，萃取效率反而下降.这是由于盐质量分数低时盐析效应占主导，随着盐质量分数的升高，萃取效率增大;随着加盐量的增多，当供体相分子和盐电离出的离子之间的静电相互作用占据主导地位时，萃取效率反而降低;同时NaCl也促进了作为萃取溶剂的离子液体在供体相中的溶解，从而导致萃取溶剂体积减少，回收率下降［8］.所以本试验选用供体相中质量分数为5%的NaCl作为试验最佳条件.

图2 供体相中氯化钠质量分数对萃取效率的影响

2.1.3 萃取溶剂体积的影响

萃取溶剂的体积对分析的灵敏度影响很大.萃取溶剂体积大，则响应值大，有利于提高灵敏度，萃取的速率高，平衡时间短;但降低萃取溶剂和水样的体积比可以提高目标物的富集倍数［9］.本研究以50 mL 水样(加标质量浓度 50.00 μg·L-1，NaCl质量分数 5%)为供体相;2.5 ～20.0 μL 的［C8MIM］-［PF6］为接收相;在 200 r·min-1，25 ℃条件下，振荡萃取3 h.图3为萃取剂体积对萃取效率的影响.通过比较［C8MIM］［PF6］体积分别为 2.5，5.0，10.0，15.0 和 20.0 μL 时的萃取效率，可知 5.0 μL是最佳的萃取剂体积.

图3 萃取剂体积对萃取效率的影响

2.1.4 萃取时间的影响

两相液液微萃取是一种平衡萃取技术.分析物在萃取平衡时的萃取量将达到最大，但对于分配系数较小的分析物需要较长时间才能达到平衡，达到平衡后再增加时间对萃取效率则无明显提高，反而随着萃取时间的增加，萃取溶剂的体积会出现较明显的损失.在供体相为50 mL，盐质量分数为5%，pH=5，加标 50 μg· L-1;接受相为 5.0 μL［C8MIM］［PF6］;振荡萃取为 200 r·min-1，25 ℃.图4为萃取时间对萃取效率的影响.本试验比较不同萃取时间的萃取效率，结果发现8 h时达到最佳萃取效率，即萃取平衡;进一步增加萃取时间，萃取效率则降低.故本试验选用8 h为最佳萃取时间.

图4 萃取时间对萃取效率的影响

2.2 方法的富集倍数

在最优试验条件下(［C8MIM］［PF6］5.0 μL、pH=5、盐质量分数为5%、萃取时间8 h)，测定4-n-壬基酚加标质量浓度为50.00 μg·L-1的水样，如1.4节的试验方法操作，即可得到该萃取过程中4-n-壬基酚的富集倍数为1 129倍.

2.3 方法的线性范围与检出限

在优化的试验条件下，对系列质量浓度的标准溶液进行萃取、测定.在研究范围内，4-n-NP的峰面积与质量浓度呈良好的线性相关，线性范围0.15 ～100.00 μg·L-1;线性方程:y=471.32x+536.05(R=0.999 7);最低检测限 0.05 μg·L-1;以质量浓度为50.00 μg·L-1的标准溶液连续测定5次的相对标准偏差(RSD)为7.3%.

2.4 实际水样的检测

按所优化方法，对长江镇江段水样进行4-n-NP的富集及检测，结果显示:9个水样中有3 个检出点;5.00，25.00 和 50.00 μg·L-1这 3 个质量浓度水平加标，测得回收率范围在80.1% ～105.6%(结果见表1).标准溶液与环境水样色谱图如图5所示.

表1 实际水样中4-n-NP质量浓度及加标回收率测定

图5 HPLC色谱图

3 结论

1)建立了中空纤维支载［C8MIM］［PF6］液膜液液微萃取测定环境水样中4-n-NP的方法.在最优试验条件下，即［C8MIM］［PF6］体积为5.0 μL，pH=5，盐质量分数5%，萃取时间8 h时，对水体中4-n-壬基酚的富集倍数可达1 129倍，质量浓度检出限为 0.05 μg·L-1(S/N=3)，质量浓度线性范围 0.15 ～100.00 μg·L-1(R=0.999 7).

2)长江镇江段水样中，4-n-NP的富集及检测结果显示:9个水样中有3个检出点，5.00，25.00和50.00 μg·L-1这3个质量浓度水平加标回收率为80.1% ～105.6%.可见，该方法具有操作简便、准确、富集效率高等特点.尤其是采用离子液体［C8MIM］［PF6］替代有机溶剂作为萃取剂，具有环境友好的优势，为环境水样中4-n-NP的分析提供了一种新方法.

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