雙濁點萃取-毛細管電泳法測定天然水中酚類化合物的研究

高國芳, 范哲鋒*

(山西師范大學化學與材料科學學院，山西臨汾 041004)

酚類化合物是水中的重要污染物，具有較大的毒性，因而受到了人們的普遍關(guān)注。酚類化合物在天然水中含量較低，不易被分析儀器直接檢測，故測定前需對樣品進行分離和富集[1]。目前常用的富集方法有液-液萃取[2]、固相(微)萃取[3,4]、分散液相微萃取[5]、濁點萃取[6]等。雙濁點萃取(Dual-Cloud Point Extraction,dCPE)是近幾年出現(xiàn)的一種新型液-液萃取技術(shù)，具有以下優(yōu)點：(1)使待測物溶于水相，降低了表面活性劑的粘度,便于使用毛細管電泳[7 - 10]和原子光譜[11 - 14]等儀器檢測；(2)兩次濁點萃取經(jīng)歷兩次分離富集，純化了目標分析物，減少了干擾成分和雜質(zhì)的影響；(3)整個操作簡單快速，便于樣品制備；(4)試劑的毒性和污染小，使萃取過程更綠色環(huán)保。Yin[7]和Wei等[10]利用雙濁點萃取-毛細管電泳法分別測定了汞和苯酚；Chen等[11]利用雙濁點萃取-原子發(fā)射光譜法測定了幾種金屬離子，都取得了滿意的結(jié)果。

本文采用Triton X-114為萃取劑，NaOH為反萃取劑，建立了雙濁點萃取-毛細管電泳法測定天然水中苯酚、2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-Trichloraphenol,2,4,6-TCP)和鄰硝基苯酚(2-Nitrophenol,2-NP)的新方法，取得了滿意的結(jié)果。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

CL1020高效毛細管電泳儀(北京彩陸科學儀器有限公司)，配有紫外檢測器；彈性石英毛細管(河北永年光纖廠)：50 cm×75 μm i.d.，有效長度41 cm；pHS-3C型酸度計(上海偉業(yè)儀器廠)；TDZ5-WS型離心機(湖南賽特湘儀器廠)。

苯酚、2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)、鄰硝基苯酚(2-NP)、硼砂、Na3PO4、NaOH均為分析純試劑；甲醇為色譜純；實驗中所有其他試劑均為分析純。實驗用水為二次蒸餾水(Milli-Q超純水系統(tǒng))。

1.2 標準溶液的配制及樣品預(yù)處理

配制濃度為1 000 μg/mL的苯酚、2,4,6-TCP、2-NP的標準儲備液，保存在棕色瓶，置于冰箱4 ℃保存。實驗所需一系列濃度的標準溶液均由標準儲備液逐級稀釋而成。稱取4.0 g Triton X-114于100 mL二次水中配制成4.0%(m/V)的儲備溶液。進樣之前，所有的溶液都需用0.45 μm的濾膜過濾并超聲脫氣。

水樣取自當?shù)氐淖詠硭秃铀Ｓ?.45 μm的濾膜過濾，HCl調(diào)節(jié)pH值為2.0，于冰箱4 ℃保存。

1.3 電泳條件

毛細管活化：用甲醇、0.1 mol/L NaOH、0.1 mol/L HCl、二次水、電泳緩沖溶液依次沖洗30 min。每兩次運行之間，分別用二次水、緩沖溶液沖洗5 min。緩沖溶液：10 mmol/L硼砂-Na3PO4(pH=9.8)；重力進樣：20 cm×15 s；分離電壓18 kV；檢測波長210 nm。

1.4 實驗方法

取10 mL標準溶液或樣液于15 mL離心管，分別加入350 μL 4.0% Triton X-114、0.4 g NaCl，用0.1 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH值為2.0，震蕩混勻，置于40 ℃恒溫水浴加熱10 min，在3 500 r/min下離心10 min，分相后的溶液在冰浴中冷卻5 min，以增強表面活性劑富集相的黏性。移去上層水相，向富集相加入200 μL pH值為13.0的NaOH溶液，搖勻后置于25 ℃恒溫水浴加熱10 min，在3 500 r/min下離心10 min，使被分析物反萃取到水相，將得到的水相直接注入毛細管電泳儀進行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 電泳分離條件的選擇

通過標準溶液對毛細管電泳分離酚類化合物的條件進行了優(yōu)化。對緩沖溶液的類別、濃度、pH值和電泳的操作電壓進行了考察。圖1為三種分析物經(jīng)過雙濁點萃取之后的電泳圖，通過優(yōu)化得到的電泳分離條件,能滿足苯酚、2,4,6-TCP和2-NP在6 min內(nèi)達到基線分離。

2.2 萃取條件的優(yōu)化

圖1 分析物通過dCPE之后的電泳圖Fig.1 Electropherograms of three analytes after dCPE1.Phenol；2.2,4,6-trichlorophenol；3.2-nitrophenol；c=2.0 μg/mL.

2.2.1表面活性劑的種類和濃度的影響表面活性劑的種類和濃度決定了萃取分離的效果和相體積的大小。為尋找能夠有效地對溶液中酚類化合物進行分離和富集的表面活性劑，考察了Triton X-114、Triton X-100、Tween 20和Tween 80四種表面活性劑對酚類化合物的萃取率的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Triton X-114效果最好。研究了Triton X-114濃度對萃取率的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可知，當Triton X-114濃度達到0.14%(m/V)時,萃取率達到最大，隨著濃度的增大，富集相的體積增大，萃取率開始下降，因此，選擇Triton X-114的濃度為0.14%。

2.2.2萃取相和反萃取相pH值的影響實驗所選擇的3種酚類化合物為弱酸性有機物，在堿性條件下易形成鹽而溶于水，難于進入膠束相而影響分離效果，因此溶液的pH值應(yīng)小于5.0。本實驗分別加入200 μL不同濃度的HCl調(diào)節(jié)溶液的酸度，進而考察酸度對萃取率的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可知隨著萃取體系pH值的增加萃取率逐漸增大，但當pH值高于2.0后，萃取率開始下降，所以選擇萃取體系的pH值為2.0。

在第二次濁點萃取富集過程中，通過加入200 μL不同濃度的NaOH溶液，使膠束相中含有的待測物被反萃取到水相。結(jié)果表明，隨著NaOH溶液濃度的增加，萃取率增大，pH值為13.0時，萃取率保持不變，故選擇反萃取體系的pH值為13.0。

2.2.3鹽濃度的影響鹽可以加速表面活性劑溶液的相分離。它可使膠束相中氫鍵斷裂脫水，從而降低濁點溫度，同時減少膠束相體積并改變水相的密度從而影響分相速度。選擇NaCl作添加劑，考察其不同濃度對萃取率的影響，結(jié)果顯示萃取率隨著NaCl濃度的增加而不斷增大，但當濃度高于4.0%(m/V)后，萃取率開始下降，故選用NaCl的濃度為4.0%。

圖2 Triton X-114濃度對萃取率的影響Fig.2 Effect of concentration of Triton X-114 on the extraction efficiencya.Phenol；b.2,4,6-TCP；c.2-NP；pH=2.0；0.4 g NaCl；40 ℃；10 min.

圖3 pH對萃取率的影響Fig.3 Effect of pH on the extraction efficiencya.Phenol；b.2,4,6-TCP；c.2-NP；0.4 g NaCl；0.14%(m/V) Triton X-114；40 ℃；10 min.

2.2.4平衡溫度和平衡時間的影響由于在水溶液中Triton X-114以水合形式存在，因此溫度升高到濁點溫度時，Triton X-114中親水基團的水化作用降低，使表面活性劑與水之間氫鍵斷裂，導致膠束聚集數(shù)迅速增加，體系膠束相體積減少，疏水性物質(zhì)的萃取率增大。研究了不同平衡溫度對萃取率的影響，實驗結(jié)果顯示當平衡溫度達到40 ℃時，各個化合物的萃取率達到最大。故實驗第一次濁點萃取的平衡溫度為40 ℃。第二次濁點萃取即反萃取過程，因加入NaOH溶液使含Triton X-114溶液的濁點溫度降低至25 ℃，故反萃取時的平衡溫度為25 ℃。

在恒溫水浴中分別改變平衡時間5～50 min。10 min時各個酚類化合物的萃取率達到最大；時間過長，導致濁點萃取向相反方向變化，表面活性劑相又慢慢消失。因此選擇平衡時間為10 min。

2.2.5離心時間的影響離心控制著相分離過程，是一個關(guān)鍵步驟。當分離時間超過10 min后萃取率保持不變，說明表面活性劑富集相已完全轉(zhuǎn)移到離心管的底部，因此，離心時間確定為10 min。

2.3 分析性能

取3種酚類化合物的標準儲備液，經(jīng)稀釋后配制成一系列濃度的混合標準工作液，按照上述最佳萃取條件以及電泳條件進行分析，測定其線性范圍、精密度和檢出限等參數(shù)，結(jié)果見表1。精密度是通過平行3次萃取測定濃度為2.0 μg/mL標準溶液而得，檢出限(LOD)以3倍的信噪比(S/N=3)計算而得，富集因子是富集前的線性方程的斜率與富集后線性方程的斜率之比。

表1 dCPE法的各種分析數(shù)據(jù)

2.4 樣品的分析檢測

取自當?shù)氐膬煞N水樣樣品，按1.4的方法沒有檢測出上述3種酚類化合物。分別向其中添加兩種不同濃度的酚類標準溶液，對水樣進行回收率試驗，結(jié)果見表2。

表2 實際樣品的回收率

3 結(jié)論

實驗結(jié)果表明，用Triton X-114作萃取劑，雙濁點萃取-毛細管電泳法檢測天然水中苯酚、2,4,6-TCP和2-NP取得了滿意的結(jié)果。這種方法具有較寬的線性范圍和較高的靈敏度，回收率高，消除了表面活性劑在進樣和分離過程中對毛細管的影響，樣品基質(zhì)的干擾有所下降，試劑的毒性和污染較少，使萃取過程更綠色環(huán)保。