周建剛，陳紅兵

(湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062)

chromatography

0 引言

六氯苯(Hexachlorobenzene，C6Cl6，簡(jiǎn)稱HCB)是《斯德哥爾摩公約》中首批控制的12種持久性有機(jī)污染物(persistent organic pollutants，簡(jiǎn)稱POPs)之一.HCB性質(zhì)穩(wěn)定難降解，急性毒性較低，具有累積性、慢性或亞慢性毒性作用, 能導(dǎo)致生物體內(nèi)分泌紊亂、免疫機(jī)能失調(diào)以及癌癥等疾病, 對(duì)環(huán)境和人體造成巨大威脅[1].

目前，我國(guó)已禁止將HCB用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但仍保留HCB的生產(chǎn)，主要用于殺蟲(chóng)劑或其他有機(jī)化合物的合成及石墨陽(yáng)極的處理.廢水中的HCB排入環(huán)境后，在水體底泥中累積，再向環(huán)境中釋放，對(duì)環(huán)境造成持續(xù)性污染[2].因此，對(duì)六氯苯的監(jiān)測(cè)具有重要意義，已有研究多用氣相色譜法測(cè)定樣品中六氯苯的殘留量[3-6]，也有用高效液相色譜測(cè)定水中微量六氯苯的報(bào)道[7].傳統(tǒng)的色譜分析前處理大多采用溶劑萃取法，如“液-液萃取”和“液-固萃取法”.這兩種方法比較成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單，但萃取劑消耗量大，容易危害分析人員的身體健康和污染環(huán)境.液相微萃取(liquid phase microextraction, LPME)是一種環(huán)境友好型萃取方法，通過(guò)待測(cè)物在水相和有機(jī)相之間的分配進(jìn)行萃取富集.本研究采用頂空單液滴微萃取法萃取富集水體中六氯苯，此方法相較于傳統(tǒng)方法，具有溶劑消耗量小、成本低、準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，且取得了良好的富集倍數(shù)，萃取液用高效液相色譜(HPLC)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果令人滿意.

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑高效液相色譜儀，Agilent 1100 series，美國(guó)安捷倫公司，配有可變波長(zhǎng)檢測(cè)器和自動(dòng)進(jìn)樣器；Agilent HC-C18色譜柱，5 μm(4.6×250 mm)，美國(guó)安捷倫公司；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，U3010，日本HITACHI；雙數(shù)顯控溫磁力攪拌器，85-2A，常州澳華儀器公司；25 μL微量進(jìn)樣器，上海高鴿工貿(mào)有限公司；手動(dòng)可調(diào)式移液器，大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司.

丙酮，廣州東紅化工廠；正辛醇，天津科密歐公司；甲苯，廣州東紅化工廠；正己烷，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑；以上化合物皆為分析純.乙腈，色譜純，天津科密歐公司；甲醇，色譜純，上海凌峰化學(xué)試劑；六氯苯，標(biāo)準(zhǔn)品，1.0 mg/mL in Acetone，AccuStandard.

1.2 溶液的配制

1.2.1 六氯苯丙酮溶液的配制 取1.0 mg/mL六氯苯標(biāo)準(zhǔn)品,準(zhǔn)確移取50 μL于1 mL容量瓶中，用丙酮定容配制成50×10-6mol/L的六氯苯標(biāo)準(zhǔn)溶液.后用超純水逐級(jí)稀釋配制成2.0×10-5、1.5×10-5、1.0×10-5、5.0×10-6、2.0×10-6、1.0×10-6、0.5×10-6mol/L的六氯苯溶液.

1.2.2 1%NaOH溶液的配制 稱取1 g NaOH固體分次緩慢加入裝有50 mL超純水的燒杯中，后轉(zhuǎn)移至200 mL量筒中，校正體積為100 mL，轉(zhuǎn)移到塑料瓶里貼標(biāo)簽，備用.

1.2.3 1%HCl溶液的配制 量取1 mL HCl溶液于100 mL燒杯中,用超純水配制成1%HCl溶液，裝瓶備用.

1.進(jìn)樣針； 2.蒸餾水； 3.樣品溶液； 4.攪攔子；5.磁力攪拌器； 6.萃取劑液滴圖1 頂空液相微萃取裝置

1.3 頂空液相微萃取操作步驟自制的頂空液相微萃取裝置示意圖見(jiàn)圖1.在25 mL萃取小瓶中準(zhǔn)確移入一定體積的1.0 mg/mL六氯苯標(biāo)準(zhǔn)品，再加入10 mL超純水和磁力攪拌子，設(shè)定磁力攪拌器的攪拌速度和溫度.然后使用25 μL進(jìn)樣針取10 μL有機(jī)萃取劑(注意排空氣泡)，將進(jìn)樣針插入萃取小瓶中，調(diào)整進(jìn)樣針的位置至針尖距樣品溶液液面約5 mm的距離，緩慢推出10 μL萃取劑，使小液滴懸掛在針尖上，萃取30 min，然后抽回小液滴，用丙酮定容至0.5 mL后，進(jìn)高效液相色譜系統(tǒng)分析.

1.4 色譜條件色譜柱：Agilent HC-C18色譜柱，5 μm(4.6×250 mm)；流動(dòng)相：乙腈-水(體積比為90∶10)；檢測(cè)波長(zhǎng)：211 nm；流速：1.0 mL/min；柱溫30 ℃；10 μL進(jìn)樣量(洗針).采用色譜峰的保留時(shí)間定性，外標(biāo)法峰面積定量，六氯苯的保留時(shí)間為10.1 min.

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取條件的優(yōu)化

2.1.1 萃取劑的選擇 選擇合適的萃取溶劑可以有效提高分析方法的靈敏度.實(shí)驗(yàn)選取了正己烷、甲苯、正辛醇三種有機(jī)溶劑進(jìn)行優(yōu)化，正己烷的沸點(diǎn)為68.7 ℃，在常溫萃取過(guò)程中液滴損失比較嚴(yán)重，造成其回收非常困難；甲苯的沸點(diǎn)為110.6 ℃，在常溫下較正己烷穩(wěn)定，但由于目標(biāo)萃取物質(zhì)六氯苯的沸點(diǎn)是324 ℃，需要在較高的溫度下進(jìn)行萃取以獲得更大的富集倍數(shù)，而甲苯的穩(wěn)定性尚不能滿足要求；正辛醇的沸點(diǎn)為196 ℃，在萃取過(guò)程中液滴的損失較小，穩(wěn)定性較高，而且正辛醇有較大的表面張力(26.06 N/m，20 ℃)，容易固定在進(jìn)樣針的針尖上.根據(jù)實(shí)驗(yàn)的可操作性及萃取效率，本實(shí)驗(yàn)選擇正辛醇為有機(jī)萃取劑.

2.1.2 懸掛液滴體積的選擇 液滴體積的大小直接影響萃取效率，當(dāng)樣品體積一定時(shí)，懸掛液滴體積越大，分析物的萃取量也越大.但是隨著液滴體積的增大，萃取效率減小，達(dá)到平衡的時(shí)間增長(zhǎng)，其穩(wěn)定性亦相應(yīng)降低.同時(shí)，液滴體積增大后，萃取過(guò)程中擴(kuò)散到水樣中的微量有機(jī)萃取劑的體積也變大，容易造成實(shí)驗(yàn)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較大.

實(shí)驗(yàn)考察了8、9、10、11、12 μL 5種不同液滴體積的萃取效果，結(jié)果表明，在相同條件下，10 μL具有足夠的穩(wěn)定性和較好的萃取效果，而超過(guò)10 μL時(shí)，液滴容易掉落.

2.1.3 萃取溫度的選擇 溫度對(duì)于頂空液相微萃取具有較大的影響，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：升高溫度，對(duì)流作用增強(qiáng)，加速分析物向萃取劑的傳質(zhì)過(guò)程，提高萃取效率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間；但是，升溫會(huì)降低分析物的分配系數(shù)，減少萃取量，同時(shí)不利于懸掛液滴的穩(wěn)定.

實(shí)驗(yàn)考察了30～70 ℃之間溫度對(duì)萃取效果的影響，結(jié)果如圖2所示.由圖可知，隨著溫度的升高，萃取效率不斷增大，這可能是由于分析物六氯苯的沸點(diǎn)很高，水浴溫度尚未能使分析物從水溶液中完全揮發(fā)，故并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的拐點(diǎn).但當(dāng)溫度大于65 ℃時(shí)，液滴穩(wěn)定性下降很多.而且會(huì)有部分水蒸氣遇較冷的針管凝結(jié)成小液滴，并且在重力作用下滑落與萃取劑相混合，影響了萃取效率.故為了有較高的靈敏度和便于控制實(shí)驗(yàn)，選擇60 ℃為優(yōu)化萃取溫度.

2.1.4 攪拌速度的選擇 單液滴微萃取是樣品的富集平衡過(guò)程，攪拌速度增加不僅能減小分析物在樣品中的濃度梯度，加快分析物進(jìn)入氣相的速度，還能加強(qiáng)溶液上方氣體的流動(dòng)，有利于分析物在氣體中的傳質(zhì)，從而提高萃取效率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間[8].但過(guò)高的攪拌速度會(huì)影響懸掛液滴的穩(wěn)定性.實(shí)驗(yàn)比較了0～700 r/min時(shí)的萃取效果，結(jié)果表明：在0～550 r/min時(shí),峰面積隨轉(zhuǎn)速的增加而增大，但轉(zhuǎn)速大于550 r/min后峰面積反而減小，本實(shí)驗(yàn)選擇550 r/min效果最佳，如圖3所示.

圖2 溫度對(duì)萃取效率的影響

圖3 攪拌速度對(duì)萃取效率的影響

2.1.5 萃取時(shí)間的選擇 單液滴微萃取實(shí)質(zhì)上也是動(dòng)態(tài)傳質(zhì)平衡過(guò)程，達(dá)到平衡時(shí)分析物的萃取量最大.實(shí)驗(yàn)比較了萃取時(shí)間為0～55 min時(shí)的萃取效果，如圖4所示.結(jié)果表明，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，峰面積不斷增大，并未達(dá)到平衡.但是時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使得懸掛液滴的穩(wěn)定性下降和體積減少，影響萃取效率，同時(shí)實(shí)驗(yàn)的精密度也很差,為了便于控制和保證實(shí)驗(yàn)的精密度，本實(shí)驗(yàn)選取30 min為最佳萃取時(shí)間.

圖4 萃取時(shí)間對(duì)萃取效率的影響

圖5 pH對(duì)萃取效率的影響

圖6 NaCl對(duì)萃取效率的影響

2.1.6 pH的選擇 在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)樣品溶液的pH值，能夠改變某些分析物在樣品中的存在形式，減少它們?cè)谒械娜芙舛?，增加萃取量，從而提高萃取效?實(shí)驗(yàn)用2%NaOH和3%HCl調(diào)節(jié)pH，考察了在pH為3.5～8.5時(shí)的萃取效果，如圖5所示.結(jié)果表明，pH對(duì)萃取過(guò)程具有一定的影響，酸性太強(qiáng)或堿性太強(qiáng)均不利于萃取，當(dāng)樣品呈中性時(shí)萃取效果較好，因此實(shí)驗(yàn)選擇樣品溶液的pH值為6.5.

2.1.7 鹽度的選擇 往待測(cè)樣品中添加無(wú)機(jī)鹽類主要是想改變樣品的基體，使分析物在有機(jī)溶劑和樣品之間的分配系數(shù)發(fā)生變化，從而提高萃取效率和分析靈敏度.實(shí)際上，鹽析作用與分析物的性質(zhì)有關(guān)，對(duì)有的分析物可以提高萃取效率，對(duì)有的分析物則不起作用，甚至?xí)幸种谱饔肹9].實(shí)驗(yàn)考察了NaCl含量為0～15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)的萃取效果，如圖6所示.結(jié)果表明，鹽析作用對(duì)萃取過(guò)程的影響不明顯.故實(shí)驗(yàn)選擇樣品溶液的鹽度為10%.

2.2 色譜測(cè)定條件的優(yōu)化

2.2.1 波長(zhǎng)的選擇 用U3010紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)適量六氯苯標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行了光譜掃描，結(jié)果表明，在波長(zhǎng)為211 nm處組分的吸收值最大，并且在211 nm附近無(wú)其他干擾吸收.故選擇六氯苯的最大吸收波長(zhǎng)211 nm為液相色譜分析時(shí)紫外檢測(cè)器的波長(zhǎng).

2.2.2 流動(dòng)相的選擇 用乙腈-水體系作流動(dòng)相，選擇等度洗脫，實(shí)驗(yàn)比較了乙腈與水的體積比分別為80∶20、90∶10、95∶5條件下對(duì)六氯苯的色譜分離效果.結(jié)果顯示：乙腈比例較高時(shí)，出峰相對(duì)較快，組分峰與溶劑峰不能很好地分離；若乙腈比例過(guò)低，則出峰太慢，峰形拖尾.最后確定乙腈∶水(V∶V)為90∶10為最佳.此時(shí)，組分峰與溶劑峰可分離完全，且保留時(shí)間也在30 min內(nèi).

2.3 線性范圍、檢出限及富集倍數(shù)配制不同濃度的六氯苯水溶液，在上述最佳條件下分離富集分析.分別以峰面積Y對(duì)質(zhì)量濃度X(mg/L)繪制工作曲線.在0.25～2.5 mg/L之間具有良好的線性關(guān)系，其線性方程為Y=191.335 1X+6.939 4，R2=0.991.按IUPAC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)濃度為1 mg/L的六氯苯水溶液在最優(yōu)化條件下平行測(cè)定6次，RSD為6.3%；計(jì)算出方法檢出限為0.10 mg/L，富集倍數(shù)為55倍.

2.4 標(biāo)準(zhǔn)加入回收率實(shí)驗(yàn)在西湖水樣中添加六氯苯標(biāo)準(zhǔn)溶液，加標(biāo)濃度分別為0.5、1.0和2.5 mg/L，在上述最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下標(biāo)準(zhǔn)加入回收率分別為107.1%、106.7%和94.4%.

2.5 實(shí)際水樣分析在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，分別測(cè)定了自來(lái)水和西湖的水樣，各水樣均采用0.25 μm膜過(guò)濾后再使用，測(cè)定結(jié)果如表1所示.

表1 水樣分析結(jié)果及六氯苯加入回收率

3 結(jié)論

液相微萃取是一種環(huán)境友好的萃取方法，相比常規(guī)的液液萃取技術(shù)，所用有機(jī)試劑少，環(huán)境污染小，同時(shí)又能達(dá)到所需要的富集倍數(shù).用高效液相色譜對(duì)所萃取的六氯苯進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果令人滿意.本研究正是基于頂空液相微萃取技術(shù)建立了水體中六氯苯的高效液相色譜分析方法，此測(cè)試方法具有綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，具有一定推廣應(yīng)用價(jià)值.