超声辅助分散液液微萃取-高效液相色谱法检测水样中的西维因

项文霞，李 钊

(湖北省地质局第三地质大队，湖北 黄冈 438000)



超声辅助分散液液微萃取-高效液相色谱法检测水样中的西维因

项文霞，李 钊

(湖北省地质局第三地质大队，湖北 黄冈 438000)

采用超声辅助分散液液微萃取结合高效液相色谱法检测了环境水样中的西维因，考察了萃取剂种类及体积、超声时间、离心时间、溶液pH值和盐浓度等因素对萃取效率的影响。结果发现色谱检测条件为：以甲醇/水=65/35(v/v)作为流动相，流速为0.6 mL/min，检测波长为220 nm，柱温为23 ℃。在优化的条件下，西维因的线性范围为0.01～1.0 μg/mL，检出限为0.9 μg/L，相对标准偏差(n=5)为2.3%～8.0%，样品的加标回收率为80.1%～98.3%。本实验方法适合于环境水样中痕量西维因的分析。

超声辅助分散液液微萃取；西维因；高效液相色谱法；水样

1 引言

随着农业科学技术的发展，农药已成为防治虫害的主要手段，对促进农业增产起着十分重要的作用。大多数氨基甲酸酯类农药具有高熔点性和较低的蒸汽压且在水体中溶解性较高，在环境中广泛的存在。由于氨基甲酸酯类农药从土壤中通过渗透或流失，进入地下或地表水，给整个生态系统造成了不利影响。氨基甲酸酯类农药已经被美国环境保护方案列为优先控制污染物[1～10]。因此，研究如何快速检测环境水样中的氨基甲酸酯类农药有重要意义。本论文的研究重点是利用超声辅助分散液液微萃取方法，结合高效液相色谱法，萃取、富集和检测水样中的西维因，以期建立更为环保、高效的检测西维因含量的方法。本方法将超声技术运用于分散液液微萃取方法中，代替了分散剂的使用，克服了传统分散液液微萃取的不足，有机溶剂用量更少。超声辅助分散液液微萃取方法集萃取、浓缩和进样于一体，是一种新型的样品前处理技术，与传统的萃取方法相比具有操作简单、快速、准确、成本低、对环境友好且回收率高和富集倍数高等特点，所以其在痕量分析领域中展现出愈来愈广阔的应用前景[11]。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

2.1.1 仪器

LC-1000 型紫外可变波长检测器(山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司)；色谱柱型号及规格： ScienhomeKromasil C18 柱(150 mm×4.6 mm，5 μm)；25 μL、50 μL 微量进样器(上海安亭微量进样器厂)；800 离心机(常州国华电器有限公司)；QC3120 型超声波清洗仪(旗美电器有限公司)；10 mL 尖底玻璃离心管；艾科浦超纯水系统制取超纯水。

2.1.2 试剂

西维因标准品(100 μg/mL)购于阿拉丁公司，用色谱纯甲醇作溶剂配制成10 μg/mL 西维因标准储备溶液，并放于冰箱中保存。所选的萃取剂二氯甲烷(CH2Cl2)、三氯甲烷(CHCl3)和四氯化碳(CCl4)都是分析纯试剂，使用前均进行过至少两次重蒸。磷酸氢二钠、磷酸二氢钠(用于调节溶液pH值)购于天津市东丽区泰兰德化学试剂厂。氯化钠购于天津市博迪化工有限公司。

2.2 水样前处理

本实验所用的水样分别采集于武汉市黄家湖水域、湿地景观水域、青菱寺居民区水域，以验证方法的实用性。采集的水样均用0.45 μm 滤膜过滤后，储存于棕色试剂瓶中，并放置于4 ℃的冰箱中低温保存备用。

2.3 超声辅助分散液液微萃取过程

精确量取5.00 mL 含西维因的水溶液于10 mL 离心试管中，使其加标浓度为0.1 μg/mL，加入30 μL CCl4(萃取剂)，轻轻振荡，然后超声5 min，出现乳浊液体系，取出后置于离心机中，在转速3500 r/min 的条件下离心分离5 min。离心后用微量进样器吸取沉淀相，用微量进样器取10 μL 进行HPLC 分析，具体操作过程及现象见图1。

图1 超声辅助分散液液微萃取操作过程

2.4 色谱条件

流动相：甲醇/水=65/35(v/v)；流速：0.6 mL/min；检测波长：220 nm；柱温：23 ℃(室温)。

3 结果与讨论

本论文将USADLLME 与HPLC-UV 联用来萃取、富集和检测水样中的西维因的残留。为了达到最佳富集效果，本实验对影响USADLLME 萃取过程的参数进行了研究，包括萃取剂种类及体积的选择、溶液的pH值、萃取时间、离心时间、盐效应等6个方面。

3.1 色谱条件的优化

本实验首先优化了流动相比例、流速以及检测波长等影响色谱分离效果的因素，得到的最佳分离条件是流动相为甲醇/水=65/35(v/v)，流速为0.6 mL/min，检测波长为220 nm。西维因标准色谱图如图2所示。

图2 标准色谱图(1-西维因)

3.2 萃取剂的选择

萃取剂的选择是影响萃取效率的重要因素，必须满足下列条件：①密度比水大，这样才能通过离心的方法将萃取剂与水溶液分离；②不溶于水且对目标物有很好的萃取性能；③较好的色谱行为。卤代烃的密度都比较大，所以一般都选用卤代烃为萃取剂，如氯仿、四氯化碳、二氯甲烷及四氯乙烯等。不同的萃取剂对同一目标样品的萃取效果不同，本实验选用常规的卤代烃作为萃取剂，分别试验了二氯甲烷(CH2Cl2)、三氯甲烷(CHCl3)和四氯化碳(CCl4)对水样中的西维因的萃取效果。为了得到10 μL 的沉积相，向各样品溶液(5.00 mL)中分别加入各萃取剂(70 μL 二氯甲烷，50 μL 三氯甲烷，30 μL 四氯化碳)。通过比较目标样品的峰面积大小，进行最优选择。结果表明CCl4萃取效率最好。

3.3 萃取剂体积的选择

萃取过程中所加萃取剂体积直接影响该方法萃取效率的大小，所以当萃取剂选好之后，就有必要进一步优化其体积。当萃取剂体积太小时，沉积相体积太小不易取出；萃取剂体积太大时，沉积相体积太大又导致萃取效率急剧下降，方法的灵敏度又随之降低。所以，在实验中需要选择一个合适体积的萃取，既可以保证萃取效果又可以满足离心后进样测定时所需有机相的体积。为了优化萃取剂的体积，分别试验了20.0、25.0、30.0、40.0、50.0 μL 的CCl4对萃取效率的影响，结果如图3 所示。

图3 萃取剂体积的选择

由图3 可知，当CCl4的体积小于30.0 μL 时，可能是由于西维因未完全萃取出来，故而峰面积也较小，当CCl4的体积为30.0 μL 时，西维因的峰面积最大，之后随着CCl4体积的增加，峰面积反而减小，这可能是由于沉积相体积也随着CCl4体积的增加而增加，稀释了西维因的浓度，才会得到这样的结果。所以为了实现高富集、低检出限，本实验选择萃取剂CCl4的体积为30.0 μL。

3.4 萃取时间的影响

USADLLME 过程是一个基于分析物在样品与有机溶剂之间动态的分配平衡的过程，在达到分配平衡时，萃取效率才会最大，萃取时间的长短和传质的快慢对萃取平衡有着直接的影响。本实验的萃取时间即为超声时间。萃取操作的目的是促进萃取剂与样品溶液的接触和混合，从而提高萃取效率。但由于超声过程会产生热量，过长的超声时间可能增加试剂挥发程度而影响萃取效率。

经超声萃取后，萃取剂与样品溶液形成乳浊液，由于萃取剂与溶液之间具有巨大的表面积，使目标物质能够快速地从水溶液中转移到萃取剂中，从而能够迅速达到平衡状态，因此萃取时间较短，这也是USADLLME 的一个显著特点。本实验分别考察了超声时间为2、4、6、8、10 min 时，对待测物西维因的萃取效率的影响。结果如图4 所示。

图4 萃取时间的影响

由图4 可知，在2～4 min 内，西维因的峰面积有明显增加，当萃取时间为4 min 时，萃取效果最佳，之后萃取效率趋于稳定，随着萃取时间继续增长，萃取效率有下降的趋势，可能是超声过程中产生热量，使萃取溶剂有部分损失，萃取效率反而降低，故本实验选择最佳超声时间为4 min。

3.5 离心时间的影响

萃取剂加入到样品溶液后，在超声波作用下将样品萃取出来，通过离心使萃取剂沉积在离心管底部达到相的分离，离心过程决定了两相分离程度。离心时间过短，萃取剂沉积不完全；离心时间过长，并不能明显增加沉积相体积。本实验在2～10 min 内对离心时间进行了考察。结果如图5所示。

图5 离心时间的影响

由图5 可知，在转速为3500 r/min的条件下，在2～8 min 内，西维因的峰面积增加较快，超过8 min 后，西维因的峰面积趋于稳定，下降趋势较小，究其原因是随着离心时间的增加，离心机内产生热量，使萃取剂挥发，沉积相损失，从而影响萃取效率，所以本实验选择最佳离心时间为8 min。

3.6 溶液pH值的影响

溶液的酸度对四氯化碳萃取水相中的有机物有重要影响，合适的pH 环境能够抑制某些有机物的水解，相反，不当的pH值环境会造成某些有机物的分解，影响富集性能。本实验对溶液的pH 在4～8 进行了考察，结果如图6所示。

图6 溶液pH值的影响

结果表明，在酸性偏中性的条件下，西维因的峰面积有增加趋势，在pH值为7的条件下，峰面积达到最高，之后随着溶液碱度的增加，峰面积急剧下降，分析原因，是因为样品溶液西维因在常温和日光下稳定，但在碱性条件下易水解失效，所以当溶液pH值较高西维因的峰面积反而较小，故本实验选择溶液的pH 为7 即在中性环境中进行萃取操作。

3.7 盐效应的影响

由于盐析效应，在溶液中加入适量的盐能提高对目标化合物的富集能力，当溶液中盐过量时，由于盐的析出，会使目标化合物在表面形成吸附，造成富集性能降低。因此，溶液中盐的含量需要进行优化。本实验研究了NaCl 含量在0%～20%(w/v)对萃取效率的有影响，结果如图7所示。

由图7 可知，在溶液中加入适量的盐能提高对目标化合物的富集能力，当盐浓度在5%以内时，随着盐浓度增大，西维因的峰面积增大，超过5%之后，随着盐浓度继续增大，富集性能降低，所以本实验选择加入的NaCl 浓度为5%(w/v)。

图7 盐效应的影响

3.8 方法参数

根据上述优化结果，确定测定水样中西维因的最佳富集条件如下：30 μL 四氯化碳，pH 为7，萃取时间4 min，离心时间8 min，氯化钠含量5%(w/v)。在最佳实验条件下，配制成一系列样品浓度0.01、0.05、0.1、0.5、1.0 μg/mL 的工作溶液，按照最佳实验方法进行萃取和测定。

结果表明，西维因的质量浓度在0.01～1.0 μg/mL 范围内与色谱峰面积呈良好的线性关系，回归方程为y=1.92×106x+4.13×103，相关系数为0.9992。检出限(S/N=3)为0.9 μg/L，相对标准偏差RSD(n=5)为3.4%。

3.9 水样分析

实验所用的水样分别采集于武汉市黄家湖水域、居民区水域、湿地景观水域，以验证方法的实用性。在最优实验条件下，检测上述水样。

结果显示，黄家湖水样未检测到西维因，湿地景观水域、青菱寺居民区水域均检测到西维因残留。为了考察本方法对于实际水样的应用，以及本方法的精密度，对3种水样进行不同浓度的加标，结果见图8、9、10，表1。

图8 黄家湖水样(a)及黄家湖水样加标0.01 μg/mL(b)色谱图(1-西维因)

图9 湿地景观水样(a)及其水样加标0.05 μg/mL(b)色谱图(1-西维因)

图10 居民区水样(a)及其水样加标0.1 μg/mL(b)色谱图(1-西维因)

水样检出量ρF/(mg/L)添加量ρA/(mg/L)加标回收率/%RSD(n=5)/%黄家湖水样00．0180．14．5湿地景观水样0．001±0．00020．0598．32．3居民区水样0．003±0．00030．185．88．0

4 结语

本文采用USADLLME 方法，并与高效液相色谱法联用检测水样中西维因的残留, 得出最佳萃取条件和参数，并对实际水样中西维因进行测定，加标回收率在80.1%～98.3%之间，其准确性、精确性均能达到农药残留分析的要求。USADLLME 与传统的萃取方法相比具有操作简单、快速、准确、成本低、对环境友好且回收率高和富集倍数高等特点，其在痕量分析领域中展现出愈来愈广阔的应用前景。

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Determination of Carbaryl Residue in Water Sample by Ultrasound-assisted Dispersive Liquid-Liquid Microextraction Coupled With High Performance Liquid Chromatography

Xiang Wenxia, Li Zhao

(ThirdGeologicalTeamofHubeiGeologicalBureau,Huanggang,Hubei438000)

A method was developed for the determination of carbaryl in environmental water sampleby ultrasound assisted dispersive liquid-liquid microextraction coupled with high-performance liquid chromatography. Effects of experimental factors which influenced the extraction efficiency of carbaryl such as volumes and types of extractionreagent, ultrasonic time, centrifugation time, pH and the consistency of salinity were investigated. Liquid chromatography condition was that 65% of methanol was used as mobile phase with a flow rate of 0.6 mL/min, the detection wave length was set at 220 nm, the column temperature was set at 23 ℃. Under the optimized conditions, linear range and detection limit for carbaryl were 0.01～1.0 μg/mL and 0.9 μg/L, respectively. The relative standard deviations were 2.3%～8.0% and the recoveries were 80.1%～98.3%. The method was suitable for the determination of carbaryl in environmental water sample.

ultrasound-assisted dispersive liquid-liquid microextraction；carbaryl；high performance liquid chromatography；watersample

2016-08-15

项文霞(1989—)，女，硕士，主要从事土壤及水污染与修复工作。

X703

A

1674-9944(2016)18-0063-05