陳娜,劉坤峰,楊玉潔,王利韋,張?jiān)Ｆ?/p>

（河南科技學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003）

自制萃取頭用于SPME-HPLC聯(lián)用測(cè)定環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴

陳娜,劉坤峰,楊玉潔,王利韋,張?jiān)Ｆ?/p>

（河南科技學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003）

采用原位聚合法在石英毛細(xì)管內(nèi)制備了甲基丙烯酸-己二醇二甲基丙烯酸酯（MAA-EDMA）纖維作為固相微萃?。⊿PME）的萃取頭,與高效液相色譜聯(lián)用測(cè)定了環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴.系統(tǒng)考察了萃取時(shí)間、解吸時(shí)間、鹽濃度等實(shí)驗(yàn)條件對(duì)萃取效率的影響,建立了測(cè)定環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴的SPME-HPLC方法.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：方法的柱內(nèi)（n=6）和柱間（n=6）精密度（RSD）分別小于4.45%和5.97%,實(shí)際樣品的加標(biāo)回收率在100.8%～108.9%之間；3種多環(huán)芳烴化合物的線性范圍為10～4000μg/L,線性相關(guān)系數(shù)R2＞0.9496,檢出限在1.008 μg/L～2.876 μg/L之間.所制備的Poly（MAA-EDMA）萃取頭操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性好、成本低；方法快速、靈敏,適于測(cè)定環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴.

甲基丙烯酸；固相微萃取；高效液相色譜；多環(huán)芳烴

多環(huán)芳烴（PAHs）是一類廣泛分布于環(huán)境中的重要污染物,可以在生活的每一個(gè)角落發(fā)現(xiàn),在空氣中、河流湖泊中以及任何有機(jī)物使用的地方都有可能產(chǎn)生多環(huán)芳烴.迄今已發(fā)現(xiàn)有200多種PAHs,其中有相當(dāng)部分具有致癌、致畸、致突變性[1].隨著煤炭產(chǎn)業(yè)和石油化工的高速發(fā)展,環(huán)境中PAHs的濃度在逐年增加,已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類健康,多環(huán)芳烴的監(jiān)測(cè)與治理越來(lái)越受到人們的重視.PAHs在水體中的濃度很低,樣品基質(zhì)比較復(fù)雜,難以直接測(cè)定,所以需要對(duì)樣品進(jìn)行前處理以提高靈敏度.比較常用的樣品前處理方法有：液液萃取、固相萃取、固相微萃取和膜萃取技術(shù)等[2].

固相微萃?。⊿PME）技術(shù)是20世紀(jì)90年代興起的一種樣品前處理技術(shù)[3],它集采樣、萃取、濃縮和進(jìn)樣于一體,具有無(wú)溶劑、操作簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及適于現(xiàn)場(chǎng)野外分析等優(yōu)點(diǎn),引起了廣大分析工作者的廣泛關(guān)注[4-9].商品化的固相微萃取頭價(jià)格昂貴,壽命有限,成本高[4].人們嘗試自制固相微萃取頭來(lái)代替商品化的萃取頭.劉志超等用涂有聚二甲基硅氧烷（PDMS）的石英光導(dǎo)纖維作萃取頭,與高效液相色譜聯(lián)用測(cè)定了環(huán)境水樣中的菲、熒蒽和1,2-苯并菲,3種多環(huán)芳烴的檢出限分別達(dá)到0.17、0.17和0.08 μg/L[5].周瑞娟等通過(guò)溶膠-凝膠法制備了一種含鍵合離子液體和苯基雙功能基的SPME涂層,測(cè)定水樣中5種多環(huán)芳烴的檢出限為0.002～0.083 μg/L[6].劉威制備了聚（甲基丙烯酸丁酯一乙二醇二甲基丙烯酸醋）毛細(xì)管整體柱,自組裝了管內(nèi)固相微萃取裝置與HPLC聯(lián)用測(cè)定了熏肉中的多環(huán)芳烴[7].本研究將聚（甲基丙烯酸-己二醇二甲基丙烯酸酯）（MAA-EDMA）整體材料原位聚合在石英毛細(xì)管內(nèi),用細(xì)毛細(xì)管將整體材料推出,制備了Poly（MAA-EDMA）固相微萃取頭,與HPLC聯(lián)用測(cè)定了環(huán)境水樣中的萘、聯(lián)苯、菲3種多環(huán)芳烴.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

P1201型高壓輸液泵（大連依利特分析儀器有限公司）；UV1201紫外-可見檢測(cè)器（大連依利特分析儀器有限公司）；C18色譜柱（250*4.6 mm,Hypersil ODS 5 μm）；10 mL萃取瓶、微型磁轉(zhuǎn)子（美國(guó)Supelco公司）；熔融石英毛細(xì)管（530μmI.D.690μmO.D.,徐州博瑞特鋼有限公司）；微波爐（頻率2450MHz,功率700 W,美的公司）；Quanta 200掃描電子顯微鏡（FEI,Hillsboro,Oregon,USA）；TWCL-D型磁力攪拌器（河南愛博特科技發(fā)展有限公司）；DZF-6020型真空干燥箱（上海-恒科技有限公司）；溶劑過(guò)濾器（天津津騰有限公司）；超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）.

甲基丙烯酸（MAA,NewJersey.USA）；己二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA,NewJersey,USA）；2,2-偶氮二異丁腈（AIBN）、甲醇及乙腈（天津科密歐化學(xué)試劑有限公司）；萘（C10H18,分析純,北京市雙華精細(xì)化工廠）；聯(lián)苯（C12H10,分析純）、菲（C14H10,95%,阿拉丁化學(xué)試劑）；氫氧化鈉（分析純,天津市瑞金特化學(xué)品有限公司）；鹽酸（分析純,洛陽(yáng)市化學(xué)試劑廠）,實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 萃取頭的制備 取MAA 0.171 mL,EDMA 1.886 mL,乙腈5 mL配制成混合溶液,超聲10 min；再加入AIBN 0.02 g（單體量的1%）,超聲10 min；然后將此混合溶液充入石英毛細(xì)管中,兩端封口,采用微波聚合（700 W）7 min后,用細(xì)毛細(xì)管（外徑小于530 μm的均可）將整體材料推出1 cm,即制得了Poly（MAA-EDMA）固相微萃取頭.隨后將制得的萃取頭插入甲醇中磁力攪拌洗脫（200 r/min）30 min,重復(fù)過(guò)程5次直至洗脫液用高效液相色譜檢測(cè)不再有雜峰出現(xiàn)為止.

1.2.2 SPME-HPLC分析 將制備好的萃取頭插入5 mL萃取液（不同濃度的多環(huán)芳烴溶液）中,磁力攪拌萃取30 min后取出,放入200 μL乙腈的解吸池中靜態(tài)解吸20 min.解吸液采用流動(dòng)相為乙腈∶水（80∶20, V/V）,流速為1 mL/min,檢測(cè)波長(zhǎng)為200 nm的色譜條件進(jìn)行分離分析,以峰面積進(jìn)行定量.

2 結(jié)果與討論

2.1 Poly（MAA-EDMA）固相微萃取頭的形態(tài)表征

用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)所制備的萃取頭形態(tài)進(jìn)行了表征,如圖1所示.

圖1 Poly（MAA-EDMA）固相微萃取頭的電鏡掃描Fig.1 Scanning electron micrographs of Poly（MAA-EDMA）SPME fiber

從圖1中可以看出,所制備的萃取頭連續(xù)、均勻、致密,表面有大小不一的孔徑結(jié)構(gòu),可吸附多環(huán)芳烴化合物進(jìn)行富集.

2.2 SPME萃取條件的優(yōu)化

不同萃取時(shí)間、解析時(shí)間、鹽濃度對(duì)多環(huán)芳烴化合物萃取效率的影響見圖2.

圖2 各種因素對(duì)3種多環(huán)芳烴類化合物萃取效率的影響Fig.2 Effect of different factors on extraction efficiency of PAHs

2.2.1 萃取時(shí)間 萃取時(shí)間是影響SPME萃取效率的一個(gè)重要因素,在0～90 min范圍內(nèi),考察萃取時(shí)間對(duì)萃取效率的影響.從圖2（a）中可以看出,隨萃取時(shí)間的延長(zhǎng),萃取效率先逐漸提高,后穩(wěn)定在一個(gè)高度.萘、聯(lián)苯和菲都是在60 min時(shí)接近最大萃取效率,隨后萘和菲基本保持在這一富集效率；而只有聯(lián)苯出現(xiàn)了緩慢下降.根據(jù)SPME非平衡理論[10],綜合考慮樣品分析時(shí)間,最后選取萃取時(shí)間30 min,因?yàn)樵?0 min時(shí),這3種多環(huán)芳烴均已接近最大萃取效率.

2.2.2 解吸時(shí)間 考察了0～50 min內(nèi)解吸時(shí)間對(duì)萃取效率的影響,從圖2（b）中可以看出,隨著解吸時(shí)間的不斷延長(zhǎng),解吸量也不斷增大；當(dāng)解吸時(shí)間達(dá)到20 min后,樣品的萃取效率變化不明顯.相對(duì)于萃取時(shí)間來(lái)說(shuō),解吸過(guò)程要快得多,這可能跟涂層的孔徑結(jié)構(gòu)和大比表面積有關(guān).為了達(dá)到最佳的解吸效果,選取解吸時(shí)間為20 min.

2.2.3 鹽濃度 為考察鹽濃度對(duì)多環(huán)芳烴類化合物萃取效率的影響,在萃取液中分別加入10、50、100 g/L的氯化鈉.從圖2（c）中可以看到,隨鹽濃度的增加,萃取效率逐漸降低.說(shuō)明了溶液鹽濃度對(duì)Poly（MAA-EDMA）萃取頭與多環(huán)芳烴分子之間存在的電荷誘導(dǎo)偶極－偶極相互作用產(chǎn)生的影響,不利于其在萃取頭表面上吸附；而且,由于多環(huán)芳烴有較穩(wěn)定的共軛結(jié)構(gòu),不易受到較高鹽濃度的影響[7].所以,選取實(shí)驗(yàn)條件為不加鹽.

2.3 線性范圍、精密度和檢出限

對(duì)比研究了HPLC法直接進(jìn)樣和Poly（MAA-EDMA）萃取頭SPME-HPLC法萃取進(jìn)樣的靈敏度,如圖3所示.

圖3 多環(huán)芳烴化合物代表性色譜Fig.3 Chromatograms of PAHs

經(jīng)過(guò)SPME-HPLC,3種多環(huán)芳烴化合物有比較明顯的富集效果；萘、聯(lián)苯和菲的富集倍數(shù)分別達(dá)到12、91和52倍,極大地提高了分析檢測(cè)的靈敏度.

在優(yōu)化的萃取條件下,對(duì)方法的線性范圍、檢出限和精密度進(jìn)行了考察,結(jié)果如表1所示.

由表1可知,3種多環(huán)芳烴化合物在10～4 000 μg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系較好（R2＞0.949 6）；以S/N=3時(shí)對(duì)應(yīng)濃度作為檢出限,3種多環(huán)芳烴化合物的檢出限均在3 μg/L以下.采用相同的實(shí)驗(yàn)條件,用同一根Poly（MAA-EDMA）萃取頭,連續(xù)測(cè)定6次,3種多環(huán)芳烴化合物的保留時(shí)間的RSD在3.56%～4.45%之間；同時(shí)制備6根Poly（MAA-EDMA）萃取頭,相同實(shí)驗(yàn)條件下,3種多環(huán)芳烴化合物的保留時(shí)間的RSD在3.04%～5.97%之間.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,制備的Poly（MAA-EDMA）固相微萃取頭重現(xiàn)性良好,可滿足日常分析需要.

2.4 實(shí)際樣品測(cè)定

用所建立的分析方法對(duì)河南科技學(xué)院西湖水進(jìn)行檢測(cè),均未檢出多環(huán)芳烴化合物.準(zhǔn)確加入不同濃度的多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液,同時(shí)作空白樣品,確定加標(biāo)回收率.表2為各加標(biāo)濃度的回收率結(jié)果,加標(biāo)回收率在100.8%～108.9%之間,可滿足分析要求.

表2 樣品加標(biāo)回收率Tab.2 Recoveries of spiked sudan dyes samples

3 小結(jié)

本文建立了一種新型的Poly（MAA-EDMA）萃取頭固相微萃取的樣品預(yù)處理方法,并與HPLC聯(lián)用檢測(cè)環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴.該方法成本低,一次可制得多根萃取頭,且自制SPME萃取頭可重復(fù)多次使用；方法操作簡(jiǎn)單,快速、靈敏,精密度好,實(shí)際樣品分析的回收率高.該方法適用于環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴檢測(cè).

[1] 王愛娟.利用固相萃取技術(shù)檢測(cè)環(huán)境水樣中多環(huán)芳烴的方法[J].環(huán)境研究與監(jiān)測(cè),2012,25（4）：3-4.

[2] 王統(tǒng)艷,鄧曉燕.水體中多環(huán)芳烴的前處理技術(shù)與分析方法[J].分析儀器,2012（1）：6-12.

[3] Arthur C L,Pawliszyn J.Solid phase microextraction with thermal desorption using fused silica optical fibers[J].Anal.Chem., 1990,62（19）：2145-2148.

[4] 陳娜,張毅軍,陳軍,等.基于聚甲基丙烯酸酯類固相微萃取頭的SPME-HPLC聯(lián)用檢測(cè)環(huán)境水樣中的痕量芳香烴[J].分析試驗(yàn)室,2013,32（8）：53-57.

[5] 劉志超,胡霞林,劉景富.一次性固相微萃取-高效液相色譜法測(cè)定環(huán)境水樣中的3種多環(huán)芳烴[J].色譜,2010,28（5）：513-516.

[6] 周瑞娟,邢鈞.離子液體和苯基雙功能基鍵合固相微萃取涂層用于水樣中多環(huán)芳烴的測(cè)定[J].分析化學(xué),2013,41（7）：1115-1119.

[7] 劉威.聚（甲基丙烯酸丁醋）整體柱的制備及其在多環(huán)芳烴分析中的應(yīng)用[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué),2011.

[8] Fan Y,Zhang M,Feng Y Q.Poly（acrylamide-vinylpyridine-N,N'-methylene bisacrylamide）monolithic capillary for in-tube solid-phase microextraction caupled to high performance liquid chromatography[J].J Chromatogr.A,2005,1099（1/2）：84-91.

[9] 彭英,何歡,孫成,等.新型固相微萃取-高效液相色譜測(cè)定牛奶中4種磺胺類藥物殘留[J].分析化學(xué),2013,41（4）：529-533.

[10] Ai J.Solid phase microextraction for quantitative analysis in nonequilibriumsituations[J].Anal.Chem.,1997,69（6）：1230-1236.

（責(zé)任編輯：盧奇）

Self-prepared MAA-EDMA fiber for SPME-HPLC of polycyclic aromatic hydrocarbons in environmental waters

Chen Na,Liu Kunfeng,Yang Yujie,Wang Liwei,Zhang Yuping
（Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China）

An in-situ polymerization method was used in the preparation of a novel solid-phase microextraction（SPME）fiber,where methacrylic acid-ethylene glycol dimethacrylate（MAA-EDMA）was directly polymerization in fused silica capillary.Coupled to high performance liquid chromatography（HPLC）,the prepared fiber was applied to the extraction and determination of polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）in environmental waters.The experimental conditions of SPME,such as extraction time,desorption time and salt concentration were optimized.As a result,the run-to-run（n=6）and fiber-to-fiber（n=6）relative standard deviations of this method were lower than 4.45%and 5.97%,respectively；and the recoveries of PAHs were in the range of 100.8%～108.9%；the linear relationships between the concentration 10 μg/L and 4 000 μg/L for PAHs were obtained（R2＞0.949 6）；the limits of detection ranged from1.008 μg/L to 2.876 μg/L in the optimal conditions.The prepared Poly（MAA-EDMA）fiber possesses some advantages including simplicity,good stability and lowcost.The method was fast,sensitive,and suitable for the determination of PAHs in environmental waters.

methacrylic acid；solid-phase microextraction；high performance liquid chromatography；polycyclic aromatic hydrocarbons

O652.6

A

1008-7516（2014）03-0072-04

10.3969/j.issn.1008-7516.2014.03.016

2014-02-28

2013年河南科技學(xué)院校攀登計(jì)劃創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃資助

陳娜（1984-）,女,河南洛陽(yáng)人,碩士,助理實(shí)驗(yàn)師.主要從事現(xiàn)代分離分析技術(shù)研究.

張?jiān)Ｆ剑?968-）,男,湖南常德人,博士,教授,碩士生導(dǎo)師.主要從事現(xiàn)代分離分析技術(shù)研究.