曹江平， 馬 貴， 趙文霞， 劉麗娜， 徐地紅， 易宗慧

(寧夏師范學(xué)院 a.化學(xué)化工學(xué)院； b.六盤山資源工程技術(shù)研究中心，寧夏 固原 756000)

0 引 言

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)是為培養(yǎng)既懂理論，又能實(shí)踐的拔尖型人才，在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)完成后開(kāi)設(shè)的一門基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)交叉的研究型、探索型實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)于深化理解專業(yè)理論知識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)操作技能、實(shí)踐創(chuàng)新能力、鍛煉科學(xué)思維方法并提高綜合素質(zhì)，具有十分重要的地位和作用[1-3]。因此，結(jié)合地方實(shí)際，把難度適中的針對(duì)性、時(shí)效性、趣味性、成熟的科研內(nèi)容引入本科生綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義[4-6]。本文結(jié)合科研實(shí)踐，將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用到生活實(shí)際中，設(shè)計(jì)了表面活性劑輔助乳化微萃取-高效液相色譜法測(cè)定飲水中酞酸酯的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

酞酸酯，即鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)，是一種性能優(yōu)良的工業(yè)助塑劑。以其對(duì)材料優(yōu)良的軟化功能，廣泛應(yīng)用于兒童玩具、食品包裝材料、醫(yī)用材料、建筑材料、護(hù)理用品等產(chǎn)品中。通過(guò)飲食、呼吸系統(tǒng)或皮膚等接觸進(jìn)入體內(nèi)，過(guò)量使用容易干擾生物體的內(nèi)分泌系統(tǒng)，引起肝、腎功能下降，破壞生殖系統(tǒng)，甚至有致癌作用[7-10]。水是生命之源，成人每天飲水量為2 L左右，飲水在輸送材料、包裝材料中易接觸此類物質(zhì)，因此，研究飲水中酞酸酯含量意義重大。

分散液相微萃取技術(shù)以萃取劑用量極少、萃取效率高、成本低廉等突出優(yōu)點(diǎn)備受該領(lǐng)域研究人員青睞[11-15]，在研究過(guò)程中對(duì)該技術(shù)不斷改進(jìn)，發(fā)展出眾多操作模式，其中表面活性劑輔助-分散液液微萃取技術(shù)就是一種重要的操作新模式[16-17]。表面活性劑由親水基和疏水基構(gòu)成，是一種少量加入即可顯著降低液體表面張力的物質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)將表面活性劑引入分散液液微萃取技術(shù)中，以其在相界面的優(yōu)異特性代替分散劑作用，實(shí)現(xiàn)了高效的分散效果。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目貼近生活，新穎有趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生參與綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的積極性和創(chuàng)造性，鞏固并提高了基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，積累了理論知識(shí)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)，建立了團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，深化了的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新、協(xié)作創(chuàng)新的認(rèn)識(shí)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模孩?了解表面活性劑輔助乳化微萃取技術(shù)操作模式和影響因素，對(duì)比表面活性劑與傳統(tǒng)分散劑的異同。② 結(jié)合表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析表面活性劑在本次實(shí)驗(yàn)中的作用。鍛煉運(yùn)用理論進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力。③ 建立綠色化學(xué)概念，強(qiáng)化環(huán)保意識(shí)，培養(yǎng)環(huán)保習(xí)慣。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

表面活性劑由親水性基團(tuán)和疏水性基團(tuán)構(gòu)成，在稀溶液中有改變界面能的作用，是一種少量加入即可顯著降低液體表面張力的物質(zhì)。在傳統(tǒng)分散液液微萃取技術(shù)的基礎(chǔ)上，以小體積、低濃度表面活性劑代替分散劑，形成表面活性劑輔助乳化微萃取技術(shù)，經(jīng)混合后形成“樣品溶液/表面活性劑/萃取劑”三相乳濁液體系，極大增加了了萃取劑和分析物接觸的表面積，使分析物在萃取劑和樣品溶液之間高效率傳質(zhì)，快速達(dá)到分配平衡而完成萃取過(guò)程。

1.3 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

1.3.1 實(shí)驗(yàn)材料和試劑

四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、氯苯均為色譜純(天津科密歐化學(xué)試劑開(kāi)發(fā)中心)；表面活性劑CTAB、SDS、Triton X-100、氯化鈉為市售分析純。鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP，99%)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP，>99.5%)、鄰苯二甲酸丁芐酯(BBP，分析標(biāo)準(zhǔn)品)(上海阿拉丁試劑公司)；實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

Agilent 1200型高效液相色譜儀(安捷倫科技有限公司)；PHS-3C型pH計(jì)(江蘇江分電分析儀器有限公司)；TDL80-2B型離心機(jī)(上海市安享科學(xué)儀器廠)；FA2204B型分析天平(上海精科天美科學(xué)儀器有限公司)；KQ-5200E型超聲波清洗器(昆山市超聲波儀器有限公司)；UPDR-II-20L型超純組合高純水制取系統(tǒng)(四川優(yōu)普超純科技有限公司)。

1.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.4.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置

準(zhǔn)確稱取3種酞酸酯標(biāo)準(zhǔn)品各10 mg，用甲醇溶解并移至10 mL容量瓶中定容至刻度，配制成濃度均為1 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)備液，4 ℃下冰箱保存。取3種標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)備液各1 mL混合于10 mL容量瓶中并用甲醇定容至刻度，配制成濃度均為100 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)品混合液。實(shí)驗(yàn)時(shí)，取一定體積標(biāo)準(zhǔn)品混合液，用純水稀釋為濃度100 ng/mL工作液，實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化過(guò)程使用。為去除所用實(shí)驗(yàn)器皿酞酸酯污染，實(shí)驗(yàn)過(guò)程一律使用玻璃材質(zhì)的器皿，每次清洗后，用純水沖洗3次，丙酮浸泡1 h，在200 ℃烘箱中烘烤2 h，冷卻至室溫后使用。

1.4.2 SAEME-HPLC

取9 mL飲水樣品液于10 mL錐底離心管中，加入1.8 g的NaCl固體(質(zhì)量濃度20% NaCl)溶解后，用微量注射器快速加入預(yù)先混勻的50 μL四氯化碳和200 μL濃度0.1 mmol/L的CTAB水溶液，輕搖5 min后離心(5 000 r/min×3 min)，用微量注射器吸取沉積于離心管底部的有機(jī)相，用甲醇稀釋到相同體積后進(jìn)HPLC檢測(cè)。

1.4.3 繪制工作曲線

取一定量100 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)品混合液，用純水分別稀釋2、5、10、20、100倍，依次得到50、20、10、5和1 μg/mL系列濃度工作液。分別取各工作液9 mL，進(jìn)行SAEME萃取并進(jìn)HPLC檢測(cè)，用工作液濃度和所得吸收峰面積作圖，得到工作曲線。

1.4.4 HPLC工作條件

色譜柱：DiamonsiL C18(100 mm×4.6 mm，5 μm)；流動(dòng)相為V(甲醇)∶V(水)=61∶39；流速：1.00 mL/min；進(jìn)樣量：20 μL；紫外檢測(cè)波長(zhǎng)：DIBP: 280 nm；DBP：260 nm；BBP：235 nm；柱溫：室溫。

1.4.5 SAEME條件優(yōu)化和定性定量方法

以水稀釋標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)備液，配置100 ng/mL工作液，進(jìn)行SAEME萃取處理并檢測(cè)后，按照各平行實(shí)驗(yàn)條件下所得吸收峰面積，分別對(duì)萃取劑的種類及用量，3種表面活性劑種類、濃度和體積，溶液pH，離子強(qiáng)度，萃取時(shí)間和溫度等萃取條件進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)3種分析物采用保留時(shí)間和特征紫外吸收?qǐng)D譜定性確認(rèn)，外標(biāo)曲線法進(jìn)行定量分析，結(jié)合工作曲線方程，計(jì)算樣品液濃度，并做空白實(shí)驗(yàn)進(jìn)行空白校正。

1.4.6 樣品測(cè)定

按照步驟1.4.2方法進(jìn)行實(shí)際飲水樣品中酞酸酯含量的分析，測(cè)定樣品在3種分析物各自的特征吸收波長(zhǎng)下吸光強(qiáng)度的峰面積，代入“峰面積-濃度”回歸方程，按照下式：

其中：Csed為萃取完成后萃取劑中分析物濃度(μg/mL)，Vsed為萃取完成后萃取劑的體積(mL)。

計(jì)算方法計(jì)算樣品中3種酞酸酯的含量(μg/mL)。取其中一個(gè)飲水樣品，按照低(1 μg/mL)、中(5 μg/mL)、高(10 μg/mL)3個(gè)濃度加標(biāo)，以日內(nèi)、日間重現(xiàn)性(n=6)評(píng)價(jià)方法的精密度和準(zhǔn)確度，并測(cè)定實(shí)際樣品加標(biāo)回收率。

2 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合科研實(shí)踐和綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的需要，設(shè)計(jì)了表面活性劑輔助乳化微萃取-高效液相色譜法測(cè)定飲水中酞酸酯的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。結(jié)合分散液液微萃取技術(shù)存在的問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)查閱專業(yè)書籍和文獻(xiàn)，提出了許多改進(jìn)的措施。通過(guò)了解表面活性劑結(jié)構(gòu)和性能，結(jié)合文獻(xiàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了該實(shí)驗(yàn)。結(jié)合物理化學(xué)理論知識(shí)，對(duì)比了陽(yáng)離子表面活性劑(CTAB)、陰離子表面活性劑(SDS)和非離子表面活性劑(Triton X-100)3種不同結(jié)構(gòu)表面活性劑在SAEME萃取中乳化效果的差別，結(jié)合表面活性劑的親水親油平衡值(HLB)選擇合適的表面活性劑作為該技術(shù)乳化劑，參考臨界膠束濃度(CMC)確定表面活性劑的濃度和用量，同時(shí)理解了物質(zhì)存在狀態(tài)與化學(xué)環(huán)境的關(guān)系，以及鹽析效應(yīng)等理論。實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題的思路、理論解釋實(shí)踐中問(wèn)題的目的，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能充分激活學(xué)生發(fā)散思維的火花，鍛煉了科研創(chuàng)新能力，有利于培養(yǎng)既懂理論、又會(huì)實(shí)踐的拔尖型、復(fù)合型人才。