基于单壁碳纳米管涂层纤维的固相微萃取技术测定水中的杀菌剂

林宏立，李权龙，陈 猛，关 雄

(1.福建农林大学生物农药与化学生物学教育部重点实验室，福建福州350002;2.厦门大学环境与生态学院，福建厦门361005)

杀菌剂是用于防治由各种病原微生物引起的植物病害的一类农药，其在农业中的大量使用不可避免地对水体造成污染，在一些水体中经常被检出[1－3].其中百菌清为水源水、饮用水的必检指标，其限量值为0.01 mg·L－1[4].分析水中此类农药所用的样品预处理方法包括液 － 液萃取[5]、固相萃取[1－3，6]、固相微萃取[7－8]等.

单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes，SWCNTs)是由单层石墨卷曲而成的纳米尺寸的管子，具有良好的化学稳定性和很强的吸附性能.以SWCNTs为涂层的SPME纤维已成功应用于水中多种农药和环境内分泌干扰物的测定[8].本研究选取水中4种常见的杀菌剂(百菌清、三唑酮、稻瘟灵和异菌脲)为目标化合物，考察SWCNTs纤维的萃取性能，并优化萃取条件，建立了水中上述杀菌剂的固相微萃取－气相色谱分析方法，并将其用于实际水样的分析.

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

6890气相色谱仪配电子捕获检测器(μECD)购自美国Agilent公司;HP-35色谱柱(30.0 m×320 μm×0.25 μm)购自美国J＆W Scientific公司;SPME专用采样台及手柄购自美国Supelco公司.

分析纯百菌清(chlorothalonil)、三唑酮(triadimefon)、稻瘟灵(isoprothiolane)和异菌脲(iprodione)购自上海西格玛奥德里奇贸易有限公司;HPLC级丙酮、乙酸乙酯购自美国Tedia公司;分析纯盐酸和氢氧化钠购自上海化学试剂厂;超纯水系统购自Millipore Simplicity公司.

分别称取10.0 mg的各农药标准品置于10 mL棕色容量瓶中，用丙酮溶解并定容，得到1000 mg·L－1的单标储备液.将单标储备液按百菌清∶三唑酮∶稻瘟灵∶异菌脲=2∶5∶10∶100的体积比混合后，用丙酮稀释，得到浓度分别为2、5、10和100 mg·L－1的混标储备液.

1.2 水样采集

本试验中使用的河水采自九龙江华安段，农田水取自厦门翔安沙美村农田.水样经过0.45 μm的玻璃纤维膜过滤，装入棕色瓶中，于4℃保存备用，12 h内完成检测.

1.3 SWCNTs萃取纤维的制备

采用电泳沉积法制备SWCNTs纤维，并用高温氢气处理[9].将商品固相微萃取头上的纤维取下，换上SWCNTs纤维，得到自制的SWCNTs萃取头.

1.4 色谱分离条件

升温程序如下:初始温度80℃，以45℃·min－1上升到210℃，再以10℃·min－1增至260℃，保持4.5 min.后运行:300 ℃，保留3 min.进样口温度280 ℃，载气(高纯氮)流速1.0 mL·min－1，采用不分流模式.检测器温度300℃，尾吹氮气流速40.0 mL·min－1.在此条件下，4种目标化合物在12 min内实现基线分离.

1.5 萃取过程

采用DI(direct immersion)-SPME方式在室温下进行萃取.取10 mL待测水样于15 mL的萃取瓶中，放入磁力搅拌子，盖上有聚四氟乙烯隔垫的瓶盖，置于磁力搅拌器上，将SWCNTs萃取头插入样品瓶中，推出纤维使其浸没于水中.萃取完成后，缩回萃取纤维，并立即插入GC进样口进行热脱附，用色谱峰面积定量.每个样品平行测定3次.

2 结果与分析

2.1 SPME萃取条件的优化

本研究基于SWCNTs纤维，采用GC-ECD法测定水中的杀菌剂，考察了热脱条件、搅拌速度、pH值、离子强度、萃取时间等因素对纤维萃取效率的影响.优化试验所用的水样的配制:往10 mL超纯水中加入20 μL混标储备液.

2.1.1 热脱附条件的确定 GC进样口温度为300℃，考察脱附时间分别为1、3、5和7 min时目标物的脱附情况.结果表明，随着热脱附时间的延长，目标物的脱附量略有增加，5 min后趋于稳定.将脱附5 min的纤维再次插入进样口脱附，未见目标物的色谱峰，说明目标物已完全脱附，没有残留.因此，脱附条件为300℃下热脱附5 min.

2.1.2 水样搅拌状态对萃取的影响 在室温、萃取时间为15 min、不调节pH和水样离子强度的试验条件下，考察了搅拌速度分别为300、500、700、1000 r·min－1时，SWCNTs纤维对4种杀菌剂的萃取量，结果表明:随着搅拌速度的增加，纤维上的萃取量随之增大;搅拌速度为1000 r·min－1时，萃取量最大;搅拌速度大于1000 r·min－1时，磁力搅拌子不稳定.因此，本试验确定搅拌速度为1000 r·min－1.

2.1.3 pH值对萃取量的影响 用1 mol·L－1的NaOH和HCl溶液调节水样的pH值分别为1、2、4、6和12，在室温、萃取时间为15 min、转速为1000 r·min－1的试验条件下，考察了不同pH值下SWCNTs纤维的萃取效率，结果见图1.由图1可知，百菌清和异菌脲的萃取量随着pH值的增大而减小，pH值为1时萃取量最大;三唑酮和稻瘟灵的萃取量则随着pH值的增大，呈先增加后减小的趋势.这种萃取效率差异与各目标物的结构和性质有关.综合考虑，选定最佳pH值为2.

2.1.4 萃取时间对萃取量的影响 萃取时间是影响SPME纤维萃取效率的一个重要因素.在温度为室温、搅拌速度为1000 r·min－1、水样的pH为2、不调节水样离子强度的试验条件下，考察了萃取时间分别为15、30、45、60 min时，SWCNTs纤维对4种目标物的萃取量.结果表明，随着萃取时间的延长，纤维上萃取量逐渐增加，萃取时间为60 min时，萃取过程仍未达到平衡.这可能是由SWCNTs纤维涂层上存在的纳米尺寸孔洞引起的，目标物在这些孔洞中的扩散速度很慢.综合考虑速度和方法的灵敏度，最后确定萃取时间为30 min.

图1 水样pH值对纤维萃取效率的影响(n=3)Fig.1 Effect of pH on the extraction efficiency of SWCNTs fiber(n=3)

本研究考察了水样离子强度对目标物萃取量的影响，发现加入大量NaCl后，热脱附时有盐在纤维上析出，导致萃取纤维难以缩回.由此确定不调整水样的离子强度.

根据上述试验结果，确定用SWCNTs纤维萃取水中4种杀菌剂的试验条件为:300℃热脱附5 min，搅拌速率1000 r·min－1，调整pH值为2，不调节离子强度，萃取时间30 min.建立了水中4种杀菌剂的固相微萃取－气相色谱分析方法.

2.2 方法的准确度和精密度

配制一系列百菌清(0.2 －20 μg·L－1)、三唑酮(0.5 －50 μg·L－1)、稻瘟灵(1 －100 μg·L－1)和异菌脲(10－1000 μg·L－1)的标准水样，采用所建立的方法测定;以各目标物的色谱峰面积和浓度绘制工作曲线，得到4种目标物的线性范围和相关系数(R2);分别以3倍和10倍的信噪比确定方法的检测限(LOD)和定量限(LOQ);用同一根纤维萃取3份平行水样，考察了所建立方法的相对标准偏差(RSD)，结果见表1.从表1可见，4种目标物在上述浓度范围内有很好的线性相关，相关系数大于0.9956，方法的LOD为0.022 －0.987 μg·L－1，LOQ 为 0.075 －3.259 μg·L－1，方法的精密度大于7.8%(n=3).

2.3 实际水样测定

利用所建立的方法测定河水和农田水，结果表明，2个水样中均未检出目标物.向河水和农田水中加标，百菌清、三唑酮、稻瘟灵和异菌脲的加标浓度分别为 1、2.5、5、50 μg·L－1(低浓度)和 10、25、50、500 μg·L－1(高浓度)，加标回收率见表2、3.4种目标物的加标回收率为71.9% －110.2%，方法的精密度高于9.1%(n=3).结果表明，所建立的方法适用于分析水中的4种目标物.

表1 所建立的方法的性能指标Table 1 Characteristic data of established method

3 小结与讨论

本试验利用SWCNTs纤维，建立了水中4种杀菌剂的固相微萃取－气相色谱分析方法，并考察了SWCNTs纤维的性能.结果表明，SWCNTs纤维能在pH为1的条件下正常工作，对4种不同结构的杀菌剂都有较好的萃取能力.所建立的分析方法灵敏度高，检出限优于液－液萃取法，与固相萃取[3]和固相微萃取方法[5－8]相近，重现性较好，能满足水中杀菌剂实际检测的要求.

表2 低浓度下方法的加标回收率和精密度1)Table 2 Recoveries and precisions of the established method at low concentration

1)百菌清、三唑酮、稻瘟灵和异菌脲的加标浓度分别为1、2.5、5 和50 μg·L－1.

表3 高浓度下方法的加标回收率和精密度1)Table 3 Recoveries and precisions of the established method at high concentration

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