中空纖維液相微萃取技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

丁明珍, 湯 昱, 彭 璟, 王鼎成

(南京大學(xué)金陵學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院, 江蘇 南京 210089)

液相微萃取(liquid phase microextraction,LPME)是1996年由Jeannot和Cantwell最早報(bào)道的一種新型的樣品前處理技術(shù)[1],其基本原理是目標(biāo)分析物在樣品與微升級(jí)的萃取溶劑之間達(dá)到分配平衡,從而實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)的微萃取。中空纖維液相微萃取是以多孔的中空纖維為載體的一種LPME技術(shù),1999 年,由Pedersen-Bjerg aard等[2]首次提出。該技術(shù)將樣品的采樣、萃取和濃縮一步完成,有機(jī)溶劑使用量極少(微升級(jí)),操作簡(jiǎn)便,成本低。

我校儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)為其特色[3],實(shí)驗(yàn)的選題均為實(shí)際樣品的分析,如醬油中防腐劑——尼泊金酯含量的測(cè)定。由于醬油的基質(zhì)較復(fù)雜,需要進(jìn)行前處理后再結(jié)合高效液相色譜法[4-6]、氣相色譜及氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法[7-11]或毛細(xì)管電泳法等[12-13]進(jìn)行含量的測(cè)定。傳統(tǒng)的樣品前處理不僅操作繁瑣、耗時(shí),且有機(jī)溶劑消耗量大,實(shí)驗(yàn)廢液多,不利于環(huán)境保護(hù)和操作學(xué)生的身體健康。本文建立了中空纖維液相微萃取氣相色譜-質(zhì)譜法對(duì)醬油中4種尼泊金酯的含量進(jìn)行了測(cè)定,同時(shí)對(duì)影響因素進(jìn)行了優(yōu)化,激發(fā)了學(xué)生的求知欲,增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識(shí),提高了教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

儀器：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國(guó)熱電,Trace GC- DSQⅡ)；聚偏氟乙烯中空纖維 (天津膜天膜科技有限公司,FP-T0008:外徑1.2 mm,內(nèi)徑0.6 mm,孔徑0.1 μm)；磁力攪拌器(ZNCL-GS,鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)；超聲波儀(中國(guó)昆山,KQ-50B)。

試劑：正辛醇、甲苯、乙酸乙酯、正己烷和水楊酸甲酯(內(nèi)標(biāo)物IS)(均為分析純,上海振興化工一廠(chǎng))；尼泊金酯(甲酯MP、乙酯EP、丙酯PP和丁酯BP)(純度大于99%,天津光復(fù)精細(xì)化工研究所)；超純水采用 Milli-Q純水系統(tǒng)(Millipore 公司,美國(guó))制得。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別準(zhǔn)確稱(chēng)取 0.1 g 的MP、EP、 PP和 BP置于 100 mL 的容量瓶中,加入少量甲醇溶解,超純水稀釋至刻度,配置成質(zhì)量濃度為 1000 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,置于4 ℃冰箱保存。同樣的方法配制質(zhì)量濃度為500 mg/L 內(nèi)標(biāo)物水楊酸甲酯的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。使用時(shí)分別量取各儲(chǔ)備液,用超純水逐級(jí)稀釋成濃度為0.02、0.05、0.1、0.5、1.0、5.0、10.0 mg/L 的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作液,其中每份混合標(biāo)準(zhǔn)工作液中內(nèi)標(biāo)物水楊酸甲酯的含量均為 1 mg/L。

1.3 色譜與質(zhì)譜條件

色譜條件:毛細(xì)管柱(CP-SIL 8 CB Low BLEED/MS 30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度為250 ℃；升溫程序:初溫60 ℃保持2 min,然后以40 ℃ /min 升至240 ℃、保持4 min；載氣為高純氦氣( 純度≥99.99%),流速1. 0 mL /min；分流模式,分流比為5∶1；進(jìn)樣量為1 μL。

質(zhì)譜條件: 離子源溫度200 ℃；EI電離源,電子能量70 eV；傳輸線(xiàn)溫度250 ℃；選擇離子模式(SIM)定量:MP(152,121),EP(166, 121),PP(180, 121),BP( 194,121)；溶劑延遲 5 min。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱(chēng)取醬油 0.5 g,加入 0.1 mL內(nèi)標(biāo)物水楊酸甲酯儲(chǔ)備液,超純水稀釋至 50 mL容量瓶中；將中空纖維剪成 3.5 cm小段,在丙酮中超聲洗滌 5 min,晾干；取上述樣品溶液 5 mL于萃取小瓶中,加入0.5 g的氯化鈉(NaCl)固體,振搖,溶解后置于磁力攪拌器上。先將處理過(guò)的纖維小段用萃取劑 (正辛醇)浸潤(rùn) 5 min,取出纖維小段,再用高效液相色譜微量進(jìn)樣針(25 μL,Agilent, USA)吸取萃取劑正辛醇注滿(mǎn)中空纖維腔體,然后用加熱過(guò)的鑷子將纖維兩端封口,放入小瓶中,蓋上瓶蓋。以1 000 r/min的攪拌速率萃取15 min,最后剪開(kāi)中空纖維的一端,吸取 1 μL萃取液進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 中空纖維液相微萃取條件的優(yōu)化

2.1.1 萃取劑的選擇

考察了4種萃取劑(正辛醇、甲苯、乙酸乙酯、正己烷)對(duì)目標(biāo)混合物的萃取效果。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1,從圖1可以看出:正己烷對(duì)目標(biāo)物不能萃取,甲苯的萃取效果比乙酸乙酯好,但遠(yuǎn)不如正辛醇的萃取效果好,因此選擇正辛醇作萃取溶劑。

圖1 不同萃取劑萃取效果的比較

2.1.2 萃取時(shí)間的選擇

考察了不同萃取時(shí)間 (5、10、15、20、30 min)對(duì)萃取效果的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,萃取 15 min 時(shí)目標(biāo)物峰面積最大,故選擇萃取時(shí)間為 15 min。

2.1.3 鹽效應(yīng)的影響

考察了醬油樣品溶液為 5 mL, NaCl加入量分別為 0、0.25、0.5、0.75、1.0 g 時(shí),鹽效應(yīng)對(duì)萃取效果的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 2。從圖 2可以看出:當(dāng) NaCl加入量為 0.5 g 時(shí),對(duì)目標(biāo)物的整體萃取效果較好,當(dāng) NaCl加入量超過(guò) 0.5 g 時(shí),尼泊金丙酯(PP)和丁酯(BP)的萃取效果明顯下降,因此,NaCl的加入量選為 0.5 g。

圖2 不同加鹽量對(duì)萃取效果的影響

2.2 內(nèi)標(biāo)物的選擇

為消除樣品處理和測(cè)定過(guò)程對(duì)定量帶來(lái)的誤差,采用內(nèi)標(biāo)法定量。由于水楊酸甲酯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與目標(biāo)組分接近,且樣品中不含水楊酸甲酯,故選擇水楊酸甲酯為內(nèi)標(biāo)物進(jìn)行嘗試。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下,尼泊金酯與內(nèi)標(biāo)物水楊酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流色譜圖見(jiàn)圖3(t為保留時(shí)間)。從圖3可以看出:內(nèi)標(biāo)物與4種目標(biāo)組分能夠完全分離,因此,選擇水楊酸甲酯為內(nèi)標(biāo)物較合適。

圖3 尼泊金酯與內(nèi)標(biāo)物(IS)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流色譜圖

2.3 方法的線(xiàn)性范圍、檢出限、加標(biāo)回收率與精密度

將尼泊金酯混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列(其中內(nèi)標(biāo)物濃度均為 1.0 mg/L),在優(yōu)化條件下進(jìn)行萃取后直接進(jìn)樣分析,線(xiàn)性范圍(目標(biāo)組分與內(nèi)標(biāo)物峰面積的比值對(duì)目標(biāo)物濃度作圖)、相關(guān)系數(shù)的平方、檢出限(信噪比為3)及精密度(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD)見(jiàn)表 1。

表1 尼泊金酯的線(xiàn)性方程、線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)、檢出限及精密度(n=6)

2.4 醬油樣品中尼泊金酯的測(cè)定及加標(biāo)回收率

利用本實(shí)驗(yàn)建立的方法,對(duì)超市購(gòu)買(mǎi)的2種醬油樣品進(jìn)行了尼泊金酯含量c的測(cè)定,并分別進(jìn)行了加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)(醬油1的加標(biāo)量均為100 μg，醬油2的加標(biāo)量均為50 μg),結(jié)果見(jiàn)表2。從表 2看出:2種醬油中,分別檢測(cè)出尼泊金甲酯為45.6 mg/kg和尼泊金乙酯為76.7 mg/kg,均未超過(guò)國(guó)家規(guī)定的最高限量( 250 mg/kg),加標(biāo)回收率在95.8%到108.2%之間,結(jié)果令人滿(mǎn)意。

表2 2種醬油樣品的測(cè)定結(jié)果及加標(biāo)回收率

注：ND表示未檢測(cè)到

3 結(jié)語(yǔ)

提出了中空纖維液相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定醬油中4種尼泊金酯方法(尼泊金甲酯(MP)、尼泊金乙酯(EP)、尼泊金丙酯(PP)和尼泊金丁酯(BP))。優(yōu)化的萃取條件:正辛醇為萃取劑,攪拌速度為1 000 r/min, NaCl用量為0.5 g / 5 mL樣品溶液,萃取時(shí)間15 min。該方法采用水楊酸甲酯為內(nèi)標(biāo),定量準(zhǔn)確,線(xiàn)性范圍為0.02～10 mg/L,相關(guān)系數(shù)的平方在0.998 5～0.999 0之間,檢出限為0.002～0.015 mg/L,加標(biāo)回收率為95.8%～108.2%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5 %。

本實(shí)驗(yàn)將學(xué)生在現(xiàn)代分離技術(shù)專(zhuān)業(yè)選修課中的分離理論知識(shí)(中空纖維液相微萃取實(shí)際上是以中空纖維為支撐的膜分離技術(shù)),結(jié)合前沿科研成果,應(yīng)用到儀器分析的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,不僅激發(fā)了學(xué)生的求知欲,提高了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的積極主動(dòng)性,而且大大減少了有機(jī)溶劑的使用量,使實(shí)驗(yàn)廢液量減少,節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本,同時(shí)提高了學(xué)生的環(huán)保和自我保護(hù)意識(shí)。

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