張文慧， 姜廷福， 呂志華， 王遠(yuǎn)紅

(中國(guó)海洋大學(xué)醫(yī)藥學(xué)院，山東青島 266003）

溴酚是一類廣泛分布于多種環(huán)境介質(zhì)中的有機(jī)污染物，具有持久性和生物累積性，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅［1］。同時(shí)，由于溴酚類化合物具有非常低的味覺(jué)閥值，在水中或食品中即使以很低濃度存在時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生令人非常反感的氣味［2－4］。因此，建立用于檢測(cè)這類化合物的分析方法顯得尤為重要。

目前，測(cè)定水體或食品中的溴酚多采用液液萃取和固相萃取對(duì)其中的溴酚進(jìn)行濃縮萃取。da Silva等［5］建立了戊烷-乙醚混合溶劑萃取-高效液相色譜測(cè)定海魚(yú)中5種溴酚的方法;Heitz等［6］將溴酚化合物乙?；?，吹掃富集濃縮后利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定了水中的5種溴酚;Chen等［7］建立了石墨烯固相微萃取-氣相色譜聯(lián)用測(cè)定水樣中4-溴酚的方法;徐繼林等［8］采用乙酸乙酯循環(huán)蒸餾的方法對(duì)溴酚進(jìn)行濃縮提取，建立了氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定海產(chǎn)品中溴酚類化合物的方法。

毛細(xì)管電泳(CE）是上世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來(lái)的一種分離分析技術(shù)，是分離科學(xué)中研究最為活躍的領(lǐng)域之一。但由于CE進(jìn)樣體積小和檢測(cè)光程短，采用通用的紫外檢測(cè)時(shí)靈敏度較低，從而限制了其在分離分析領(lǐng)域中的應(yīng)用，所以提高CE檢測(cè)的靈敏度是一個(gè)人們密切關(guān)注的前沿課題。

單滴微萃取(SDME）［9］是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種萃取裝置簡(jiǎn)單、成本低、溶劑用量少、操作簡(jiǎn)便快速的一種樣品前處理技術(shù)。在以往的單滴微萃取技術(shù)研究中，通常是將單液滴懸掛在微量進(jìn)樣器針尖，萃取完成后抽回微量萃取器，然后將此液滴直接注射到HPLC或GC中進(jìn)行分析，整個(gè)過(guò)程為手動(dòng)操作，因此不可避免地存在準(zhǔn)確性低、重現(xiàn)性差以及操作不便等缺點(diǎn)［10］。同時(shí)，SDME的萃取溶劑多為有機(jī)溶劑，存在萃取液滴體積小、易揮發(fā)、不易高溫萃取、萃取維持時(shí)間短等缺點(diǎn)。2004年，Choi研究小組［11］首次報(bào)道了SDME與CE在線聯(lián)用的方法。至此，SDME-CE在線聯(lián)用引起了研究者的關(guān)注，并被應(yīng)用于不同基質(zhì)中酚類化合物、腺嘌呤、肽的富集與分離［12－14］。離子液體(IL）是一種新型綠色溶劑，具有非揮發(fā)性、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、黏度和密度大等特點(diǎn)，用作SDME-CE聯(lián)用的萃取劑避免了傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的缺點(diǎn)［15，16］。因此，本研究利用基于離子液體的單滴微萃取技術(shù)-毛細(xì)管電泳法(IL-SDME-CE）測(cè)定水體中3種溴酚，旨在改進(jìn)和完善常規(guī)CE方法在檢測(cè)溴酚類化合物方面存在的不足。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本方法簡(jiǎn)單快速，環(huán)境友好，對(duì)實(shí)際水樣的測(cè)定結(jié)果令人滿意。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

4-溴酚(4-BP）、2，6-二溴酚(2，6-BP）、2，4，6-三溴酚(2，4，6-BP）標(biāo)準(zhǔn)品，分析純，美國(guó) Sigma公司;1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(［C4MIM］［PF6］）、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(［C6MIM］［PF6］）、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(［C8MIM］［PF6］）和1-丁基-2，3-二甲基咪唑六氟磷酸鹽(［DC4MIM］［PF6］），純度均為 99%，上海成捷化學(xué)有限公司;甲醇、氯化鈉、硼砂、氫氧化鈉為國(guó)產(chǎn)分析純。

HP3DCE系統(tǒng)，美國(guó)Agilent公司;熔融石英毛細(xì)管柱，內(nèi)徑50 μm，總長(zhǎng)度60 cm，有效長(zhǎng)度為51.8 cm，邯鄲鑫諾光纖色譜公司;數(shù)字酸度計(jì)，杭州萬(wàn)達(dá)儀器儀表廠;Al104型電子天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司;超聲波清洗器，昆山市超聲儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

毛細(xì)管電泳離子液體單滴微萃取過(guò)程如圖1所示。首先，將毛細(xì)管柱用含60%(v/v）甲醇的10 mmol/L硼酸鹽緩沖液(pH 10.0）沖洗2 min。a.在毛細(xì)管入口處用94.5 kPa壓力加壓3 s，將少量離子液體壓入毛細(xì)管入口端。b.在毛細(xì)管出口處用5 kPa壓力加壓90 s，使毛細(xì)管入口處能夠形成離子液體單滴，從而使液滴與樣品溶液直接接觸并開(kāi)始進(jìn)行萃取。c.維持此狀態(tài)8 min，樣品溶液中的分析物會(huì)逐漸擴(kuò)散進(jìn)入離子液體單滴中。萃取過(guò)程中，離子液體單滴由于表面張力會(huì)逐漸變小，為了抵消液滴的表面張力，必須在每萃取120 s后，從出口到入口方向以0.6 kPa壓力加壓60 s。d.萃取完成后，用3 kPa壓力在毛細(xì)管入口端加壓5 s。最后，在30 kV電壓下，用20 mmol/L含10%(v/v）甲醇的硼酸鹽緩沖液(pH 10.0）運(yùn)行分離過(guò)程。

圖1 離子液體單滴微萃取-毛細(xì)管電泳聯(lián)用示意圖Fig.1 Scheme of the IL-SDME-CE

1.3 毛細(xì)管電泳條件

運(yùn)行緩沖液為20 mmol/L含10%(v/v）甲醇的硼酸鹽緩沖液(pH 10.0）;溫度20℃;運(yùn)行電壓為30 kV;檢測(cè)波長(zhǎng)為 245 nm。每次進(jìn)樣前用含66.7%(v/v）甲醇的硼酸鹽緩沖液(pH 10.0）沖洗2 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 離子液體單滴微萃取條件的優(yōu)化

2.1.1 萃取劑種類的影響

選用的離子液體種類對(duì)萃取效率有很大影響。本研究中分別以［C4MIM］［PF6］、［C6MIM］-［PF6］、［C8MIM］［PF6］和［DC4MIM］［PF6］4種離子液體作為萃取溶劑，對(duì)比它們?cè)谙嗤瑮l件下的萃取效果，結(jié)果如圖2所示。

圖2 離子液體種類對(duì)3種酚類化合物萃取效率的影響Fig.2 Effect of the type of ionic liquids on peak areas of the three bromophenols

從圖2中可以看出［C4MIM］［PF6］的萃取效率最好。這可能是因?yàn)椋跜4MIM］［PF6］的黏度較另外3種離子液體低得多，使［C4MIM］［PF6］具有較高的溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)。圖2顯示，對(duì)于4-BP而言，不同離子液體對(duì)其萃取效率的影響并不明顯;而2，6-BP和2，4，6-BP受離子液體種類的影響較大。這可能是由于2位和4位溴的空間位阻影響了BP和離子液體間的氫鍵作用所致。此外，其他3種離子液體在緩沖溶液中溶解很慢，以致被離子液體萃取的分析物不能充分從液滴中釋放出來(lái)，這就需要提高緩沖溶液中有機(jī)溶劑含量以溶解比［C4MIM］［PF6］黏度高的3種離子液體，這同時(shí)也會(huì)阻礙后續(xù)的分離過(guò)程。因此，在后續(xù)研究中，選定［C4MIM］［PF6］作為萃取溶劑。

2.1.2 有機(jī)溶劑的影響

研究表明，當(dāng)SDME與CE在線聯(lián)用時(shí)，緩沖溶液應(yīng)當(dāng)能夠富集分析物并適用于CE分析。基于此，我們不僅應(yīng)考慮選擇適于CE分離的緩沖液，也需要考慮緩沖液中離子液體的溶解度。如果離子液體不能在短時(shí)間內(nèi)溶解，就會(huì)嚴(yán)重影響分離過(guò)程和萃取效率。我們考察了潤(rùn)洗緩沖液中甲醇含量在30%～70%范圍內(nèi)變化時(shí)對(duì)萃取效果的影響。結(jié)果表明:在30%～60%范圍內(nèi)，隨著甲醇含量的增加，3種酚類化合物的峰面積均呈明顯增加趨勢(shì)，進(jìn)一步增加甲醇含量，峰值無(wú)明顯增加。這可能是因?yàn)樵黾蛹状己?，離子液體在緩沖溶液中的溶解度增大，分析物可以從離子液體中更充分地釋放出來(lái)。但若進(jìn)一步增加甲醇含量，離子液體會(huì)因被甲醇溶解而使單液滴變小，這將會(huì)對(duì)離子液體單滴的萃取效率產(chǎn)生相反的作用。另外，由于加入大量的甲醇，電滲流將會(huì)減小，導(dǎo)致分析時(shí)間延長(zhǎng)甚至電流中斷。綜合考慮萃取效率和分析時(shí)間，并使離子液體迅速溶解，我們選擇使用甲醇含量為60%(v/v）、pH為10的10 mmol/L硼砂緩沖溶液在注入離子液體前沖洗毛細(xì)管柱。

2.1.3 單液滴體積的影響

在IL-SDME-CE過(guò)程中，離子液體單滴的體積會(huì)顯著影響萃取效率。對(duì)于離子液體單液滴體積的優(yōu)化，本研究考察了5 kPa壓力下加壓時(shí)間50～150 s范圍內(nèi)不同離子液體液滴體積的影響。結(jié)果表明:在50～90 s范圍內(nèi)，3種溴酚的液滴體積越大，峰面積越高。這可能是因?yàn)殡x子液體單滴體積越大，液滴中分析物的量越大，故峰面積越高。然而，離子液體單滴體積越大，越難于操作，且液滴較大時(shí)容易脫落。綜合考慮3種酚類化合物的萃取效率和操作可行性，后續(xù)的實(shí)驗(yàn)選擇離子液體單滴的注射時(shí)間為90 s。

2.1.4 萃取時(shí)間的影響

對(duì)IL-SDME-CE萃取過(guò)程而言，萃取時(shí)間對(duì)萃取效率的影響至關(guān)重要。本研究考察了2～14 min范圍內(nèi)萃取時(shí)間對(duì)萃取效率的影響。結(jié)果表明:萃取時(shí)間在2～8 min范圍內(nèi)，3種酚類化合物的萃取效率隨離子液體液滴在樣品溶液中暴露時(shí)間的增加而顯著增加，在萃取時(shí)間為8 min時(shí)峰面積較高;進(jìn)一步延長(zhǎng)萃取時(shí)間，峰面積并無(wú)明顯升高，甚至下降。這一現(xiàn)象可以用兩個(gè)同時(shí)發(fā)生的過(guò)程來(lái)解釋:分析物在離子液體單滴中的擴(kuò)散過(guò)程和離子液體在樣品溶液中的溶解過(guò)程。在2～8 min范圍內(nèi)，隨著萃取時(shí)間增加，分析物逐漸擴(kuò)散進(jìn)入離子液體相，因此峰面積顯著增加。若進(jìn)一步延長(zhǎng)萃取時(shí)間，離子液體液滴將會(huì)部分溶解，液滴中的分析物的量將會(huì)隨之減少，萃取效率也會(huì)因此降低。因此，萃取時(shí)間為8 min時(shí)峰面積較高是兩個(gè)同時(shí)發(fā)生的過(guò)程共同作用的結(jié)果。同時(shí)，離子液體液滴在樣品溶液中的暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)不利于液滴穩(wěn)定。因此，后續(xù)研究中我們選擇萃取時(shí)間為8 min以得到對(duì)3種目標(biāo)分析物較好的萃取效率。

2.1.5 萃取溫度的影響

由于溫度對(duì)單滴微萃取的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過(guò)程均有影響，因此萃取溫度是影響萃取效率的一個(gè)主要因素。考察了15～35℃范圍內(nèi)萃取溫度對(duì)目標(biāo)分析物富集效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。結(jié)果表明:在15～20℃范圍內(nèi)，萃取效率隨溫度升高而增加，這是因?yàn)檩腿∈且粋€(gè)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，當(dāng)溫度升高時(shí)，分子擴(kuò)散活動(dòng)更加劇烈，使得分析物進(jìn)入離子液體單滴的擴(kuò)散速度增大。但是，進(jìn)一步升溫，峰面積反而明顯下降，這是因?yàn)榉治鑫镌陔x子液體微滴中的吸收是一個(gè)放熱過(guò)程，分析物在離子液體單滴和樣品溶液間的分配系數(shù)隨著萃取溫度的升高而下降。因此，對(duì)于特定的待測(cè)樣品，會(huì)有一個(gè)最佳萃取溫度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本實(shí)驗(yàn)中最佳萃取溫度為20℃。

圖3 溫度對(duì)3種酚類化合物萃取效率的影響Fig.3 Effect of the temperature on peak areas of the three bromophenols

2.1.6 樣品溶液離子強(qiáng)度的影響

以NaCl為例，研究了水樣中鹽的含量對(duì)萃取效率的影響。結(jié)果表明:在所考察的NaCl含量范圍(0～50%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）內(nèi)，隨著NaCl含量的增加，溴酚峰面積先增大后減小，在NaCl含量為10%時(shí)，萃取效率最佳。這是由于隨著NaCl含量的增加，鹽析效應(yīng)有利于萃取，所以萃取效率增加。而當(dāng)NaCl含量進(jìn)一步增加時(shí)，樣品溶液的黏度有所增加，妨礙了待萃取物進(jìn)入離子液體液滴，因此萃取率降低。所以，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中我們選擇含10%NaCl的水溶液為樣品溶液。

2.1.7 樣品溶液pH的影響

弱酸或弱堿的萃取效率取決于pH值。樣品溶液的pH值能夠影響酚類的存在形式，進(jìn)而影響其在水中的溶解度和被離子液體單滴萃取的效果。因此，萃取前常把樣品溶液調(diào)至合適的酸堿度，使酚類化合物去離子化，以分子形式存在，從而減少其在樣品溶液中的溶解度，增加萃取效率。本實(shí)驗(yàn)考察了pH 2.0～10.0范圍內(nèi)pH值對(duì)萃取效率的影響。結(jié)果表明:pH越小，3種溴酚的萃取效率越高，pH減小至2.0時(shí)，萃取效率顯著增加。這是因?yàn)榇藀H條件下，4-溴酚、2，6-二溴酚和 2，4，6-三溴酚均以非離子型的酚為主要存在形式。同時(shí)，當(dāng)樣品溶液為酸性時(shí)，離子液體的PF－6更傾向于與H+作用，從而減小了PF－6和分析物對(duì)咪唑陽(yáng)離子的競(jìng)爭(zhēng)作用。綜合考慮3種酚類化合物的萃取效率，后續(xù)的研究選擇pH值為2.0的樣品溶液。

圖4是在上述優(yōu)化萃取條件下，IL-SDME-CE與不經(jīng)富集常規(guī)CE進(jìn)樣分析方法比較的電泳圖。

圖4 (a）IL-SDME-CE與(b）常規(guī)CE測(cè)定混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的電泳譜圖Fig.4 Typical electropherograms of standard mixture by(a）IL-SDME-CE and(b）normal CE

2.2 IL-SDME-CE的方法學(xué)評(píng)價(jià)

2.2.1 富集率

從表1可看出，在優(yōu)化的萃取分離條件下，應(yīng)用IL-SDME-CE 萃取分離 4-溴酚、2，6-二溴酚和 2，4，6-三溴酚，所得的富集因子(EFs）(即萃取后與萃取前響應(yīng)值之比）以峰面積比表示分別為115.8、569.8和327.0。顯然，與不經(jīng)富集直接進(jìn)樣的CE分析方法相比，IL-SDME-CE的富集效果顯著。

表1 IL-SDME-CE對(duì)溴酚的富集因子Table 1 Enrichment factors(EFs）of bromophenols by IL-SDME-CE

2.2.2 方法的線性范圍、檢出限及精密度

采用將標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋的方法，配制成一系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作液，在上述優(yōu)化條件下進(jìn)行萃取分離，以峰面積y對(duì)質(zhì)量濃度x(mg/L）繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，4-溴酚、2，6-二溴酚和 2，4，6-三溴酚在 1 ～ 100 mg/L范圍內(nèi)的線性方程及相關(guān)系數(shù)如下:4-溴酚，y=19.44x+7.4237(r=0.9939）;2，4，6-三溴酚，y=36.57x －124.55(r=0.9970）;2，6-二溴酚，y=18.63x+51.601(r=0.9988）。信噪比(S/N）為3時(shí)，4-溴酚、2，6-二溴酚和 2，4，6-三溴酚的檢出限(LODs）為0.3 mg/L。與文獻(xiàn)報(bào)道的GC、GC-MS結(jié)果［7，8］相比，本方法在靈敏度方面并沒(méi)有優(yōu)勢(shì);但與我們通過(guò)常規(guī)CE測(cè)定溴酚類化合物相比，從富集因子可以看出本方法的靈敏度有所提高。取4-溴酚、2，6-二溴酚和 2，4，6-三溴酚的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(25 mg/L），在最佳條件下連續(xù)進(jìn)樣6次，以相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD）表示重現(xiàn)性，3種溴酚峰面積的日內(nèi)RSD分別為6.47%、5.46%和5.21%，由此可知重現(xiàn)性良好。

2.3 樣品分析及加樣回收率

對(duì)本地區(qū)的自來(lái)水、河水及湖水用0.45 μm的濾膜過(guò)濾后，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行測(cè)定，3個(gè)水樣中的溴酚濃度均低于本方法的檢出限，這可能與豐水期取樣及水樣的周邊未被溴酚污染有關(guān)。在高、中、低3個(gè)加標(biāo)水平(2、50和100 mg/L）下測(cè)定3種溴酚在3個(gè)水樣中的回收率，3種溴酚在3個(gè)水樣中的回收率在87.8%～96.7%之間。

3 結(jié)論

本文以綠色環(huán)保的離子液體為萃取溶劑，建立了單滴微萃取-毛細(xì)管電泳在線聯(lián)用富集分離3種溴酚的方法，并用該方法對(duì)本地區(qū)的自來(lái)水、河水及湖水中的3種溴酚進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明本方法穩(wěn)定有效，為水體中溴酚的測(cè)定提供了一種切實(shí)可行的方法。

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