磁分散固相微萃取

張?jiān)?陳蕾+黃曉佳+袁東星

摘 要 以甲基丙烯酸為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑對(duì)Fe3O4納米粒子進(jìn)行改性，利用紅外光譜、元素分析和透射電鏡對(duì)改性粒子（Fe3O4@MAED）進(jìn)行表征。同時(shí)將Fe3O4@MAED用于萃取環(huán)境水樣和果汁中苯甲酰脲類殺蟲劑，詳細(xì)考察了磁性粒子用量、解析溶劑、吸附和解析時(shí)間、pH值、離子強(qiáng)度等因素對(duì)萃取性能的影響。在此基礎(chǔ)上，與高效液相色譜/二極管陣列檢測(cè)器聯(lián)用，建立了環(huán)境水樣和果汁中苯甲酰脲類殺蟲劑的快速、簡(jiǎn)便、靈敏的測(cè)定方法。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，本方法具有較寬的線性范圍、良好的線性相關(guān)系數(shù)（R2>0.99）和理想的靈敏度。對(duì)于水樣和果汁樣品，該殺蟲劑的檢測(cè)限分別在0.10～0.19 μg/L和0.12～0.30 μg/L之間，日內(nèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于7%，日間相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于11%。在實(shí)際環(huán)境水和果汁樣品中，不同加標(biāo)濃度苯甲酰脲的回收率在69.4%～118%之間。研究表明，所制備的Fe3O4@MAED可通過疏水、氫鍵、離子交換等多重作用力實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的有效萃取。

關(guān)鍵詞 磁分散固相微萃??； 高效液相色譜； 苯甲酰脲殺蟲劑； 富集

1 引 言

發(fā)展于20世紀(jì)70年代的苯甲酰脲類殺蟲劑（Benzoylurea pesticides， BUs）是一種高效的昆蟲生長調(diào)節(jié)劑，可抑制昆蟲表皮幾丁質(zhì)的生物合成，從而阻止昆蟲蛻皮，使昆蟲不能正常生長發(fā)育而死亡[1]。目前，BUs在糧食、蔬菜、水果種植領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但已有研究表明，殘留的BUs對(duì)人體具有潛在毒性效應(yīng)[2，3]。因此，建立靈敏、有效、簡(jiǎn)便的BUs監(jiān)測(cè)方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。迄今為止，高效液相色譜（HPLC）結(jié)合其它高靈敏檢測(cè)手段（如質(zhì)譜（MS）、串聯(lián)質(zhì)譜（MS/MS）和紫外檢測(cè)器（UV））是分析BUs的常用方法。但鑒于實(shí)際樣品基底的復(fù)雜性和目標(biāo)化合物的低濃度，在進(jìn)行色譜分析檢測(cè)前需進(jìn)行必要的樣品前處理，以去除基底的干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)化合物的富集。

用于測(cè)定BUs的樣品前處理方法主要包括液液萃?。↙LE）[4]、分散液液微萃?。―LLME）[5-6]、單滴微萃?。⊿DME）[7]、固相萃?。⊿PE）[8]、纖維束固相微萃?。∕MF-SPME）[9]和攪拌餅固相萃?。⊿CSE）[10]，但這些方法存在著一些不足，如LLE需要較多的有機(jī)溶劑，DLLME、SDME和MMF-SPME富集容量較低，而SPE和SCSE存在萃取時(shí)間較長和操作過程繁瑣等不足。因此，對(duì)于BUs的殘留監(jiān)測(cè)，仍需發(fā)展操作簡(jiǎn)便、萃取容量高、萃取速度快和環(huán)境友好的前處理方法。磁分散固相微萃?。∕agnetic dispersive solid phase microextraction， MDSPME）具有操作簡(jiǎn)單、富集速度快、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，目前在樣品前處理中受到廣泛關(guān)注。本研究以甲基丙烯酸（Methacrylic acid， MA）為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯（Ethylene dimethacrylate， EDMA）為交聯(lián)劑，對(duì)Fe3O4磁性納米粒子進(jìn)行改性，所得到的改性粒子Fe3O4@MA-co-EDMA （Fe3O4@MAED）可通過多重作用有效富集BUs，同時(shí)結(jié)合HPLC/DAD，建立了可用于環(huán)境水樣和果汁中痕量BUs殘留測(cè)定的高效、靈敏的分析方法。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

高效液相色譜設(shè)備： LC-20AB泵、CBA-20A控制器、SPD-M20A DAD 檢測(cè)器 （日本Shimadzu公司）； 7725i進(jìn)樣閥（美國Rheodyne公司）； 20 μL定量閥。JEM 2100F透射電鏡（日本JEOL公司）。

甲基丙烯酸（MA，99%）、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA，97%） 和3-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲基硅烷（γ-MAPS，98%）購自Alfa Aesar公司； 正丙醇（97%）和1，4-丁二醇（98%）由上?；瘜W(xué)試劑公司提供。實(shí)驗(yàn)所用4種苯甲酰脲類農(nóng)藥氟苯脲（Teflubenzuron， TFU）、虱螨脲（Lufenuron， LFU）、氟蟲脲（Flufenoxuron， FFU）和氟啶脲（Chlorfluazuron， CFU）的標(biāo)準(zhǔn)品購自北京振翔工貿(mào)有限責(zé)任公司。全部實(shí)驗(yàn)用水均為超純水（美國Millipore公司），實(shí)驗(yàn)中的其它試劑均為分析純。實(shí)際環(huán)境水樣采自廈門的湖水和農(nóng)田水，果汁購自廈門當(dāng)?shù)爻小?/p>

2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別稱取5.0 mg各標(biāo)準(zhǔn)樣品，以甲醇溶解并定容于50 mL棕色瓶中，配制成100 μg/mL的單標(biāo)儲(chǔ)備液，置于4℃保存。使用時(shí)，用甲醇稀釋液成所需濃度的混標(biāo)溶液。

2.3 色譜條件

色譜分離柱： Kromasil LC-18 column （250 mm×4.5 mm， 5 μm）； 流動(dòng)相為水-乙腈（22∶78， V/V）等度洗脫； 流速：1.0 mL/min； 檢測(cè)波長： 260 nm； 進(jìn)樣體積： 20 μL。

2.4 磁吸附劑Fe3O4@MAED的制備

以FeCl3和FeCl2為原料，參照文獻(xiàn)[11]制備Fe3O4磁性納米粒子。取1.0 g Fe3O4納米粒子，分散至100 mL異丙醇中，室溫?cái)嚢锠顟B(tài)下逐滴加入5 mL正硅酸乙酯和60 mL 25% 氨水，氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)12 h，反應(yīng)完后用磁鐵分離，磁性粒子用甲醇/水洗至中性，真空干燥后得Fe3O4@SiO2。隨后，利用γ-MAPS與Fe3O4@SiO2反應(yīng)，在納米粒子表面引入雙鍵，有利于與MA和EDMA的共聚反應(yīng)。磁萃取介質(zhì)Fe3O4@MAED的制備則是基于MA、EDMA和引發(fā)劑的共聚反應(yīng)。在三口燒瓶中依次加入3.5 g MA、20 g EDMA、15 g正丙醇、8.5 g 1，4-丁二醇和4 g水，攪拌均勻后，加入400 mg上述處理過的Fe3O4@SiO2粒子和200 mg引發(fā)劑（偶氮二異丁腈），氮?dú)獗Ｗo(hù)下60℃反應(yīng)12 h，反應(yīng)結(jié)束后，納米粒子分別用甲醇洗滌數(shù)次，然后用純水洗滌至中性，60℃真空干燥后，得磁萃取介質(zhì)Fe3O4@MAED。

2.5 實(shí)際樣品的MDSPME過程

對(duì)于環(huán)境水樣：取經(jīng)0.45 μm 濾膜過濾后的水樣50 mL于100 mL離心管中，將其調(diào)至pH 9.0，然后加入20 mg Fe3O4@MAED納米粒子，置于恒溫?fù)u床中以500 r/min分散萃取9 min。萃取完成后，利用磁鐵將磁吸附劑迅速移至離心管的側(cè)壁，棄去樣品溶液，加入0.5 mL甲醇，以同樣的搖速解析6 min，解析液直接進(jìn)行HPLC/DAD測(cè)定。

對(duì)于果汁樣品：將果汁以4000 r/min離心10 min，取上層溶液，經(jīng)1.0 μm 濾膜過濾。取濾液5 mL，用超純水稀釋到50 mL并調(diào)至pH 9.0，然后按環(huán)境水樣的操作過程進(jìn)行樣品處理和測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

3.1 磁吸附劑Fe3O4@MAED的制備及表征

在MSPME中，磁性納米粒子的涂層對(duì)萃取效果起著至關(guān)重要的作用。在BUs分子結(jié)構(gòu)中，含有豐富的氨基和鹵素原子，因此BUs屬于極性較強(qiáng)的化合物，根據(jù)“相似相溶”的原理，本研究選用富含極性基團(tuán)且價(jià)格便宜的甲基丙烯酸為功能單體，合成納米粒子的涂層。研究表明，在一定條件下，磁吸附劑與目標(biāo)物除了存在疏水作用外，涂層中的羧基發(fā)生解離，可與BUs的氨基發(fā)生離子交換作用，因此，F(xiàn)e3O4@MAED可通過多重作用力實(shí)現(xiàn)對(duì)BUs的有效富集。通過優(yōu)化功能單體、交聯(lián)劑及磁性納米粒子之間的比例，所合成的Fe3O4@MAED吸附劑不僅具有良好的萃取性能，而且使用壽命較為理想，至少可連續(xù)使用50次以上。

本研究利用元素分析、紅外和透射電鏡對(duì)Fe3O4@MAED吸附劑進(jìn)行表征。元素分析結(jié)果表明，吸附劑中C和H的含量分別為50.2% （w/w）和4.96% （w/w）。從所合成磁吸附劑Fe3O4@MAED的紅外光譜（圖1a）可見，3500和960 cm

處的吸收峰屬于羧基中的羥基吸收峰；2980 cm

附近的吸收峰說明存在CH3和CH2基團(tuán)；而1731 cm

的強(qiáng)吸收峰則屬于CO基團(tuán)。紅外表征表明了MA和EDMA成功地在磁性納米粒子表面發(fā)生了共聚反應(yīng)。

另外，從圖1b可見，磁吸附劑Fe3O4@MAED的粒圖1 磁吸附劑Fe3O4@MAED的紅外光譜圖（a）和透射電鏡圖（b）

Fig.1 FT-IR spectrum （a） and TEM image （b） of Fe3O4@MAED （Fe3O4@poly（methacrylic acid-co-ethylene dimethacrylate））

徑具有較好的均一性。

3.2 萃取條件優(yōu)化

為了得到MDSPME-Fe3O4@MAED對(duì)4種BUs的最佳萃取條件，本研究詳細(xì)考察了磁吸附劑用量、解析溶劑、萃取和解析時(shí)間、樣品基底pH值和離子強(qiáng)度等因素對(duì)目標(biāo)物的萃取性能的影響。

3.2.1 磁吸附劑用量的影響

考察了磁吸附劑用量分別為10， 20， 30， 40和50 mg對(duì)BUs的萃取性能。研究表明，在其它條件不變時(shí)，磁吸附劑用量為20 mg時(shí)可得到最佳萃取性能，過多的使用Fe3O4@MAED吸附劑反而不利于對(duì)BUs的吸附，因此，本實(shí)驗(yàn)Fe3O4@MAED粒子用量為20 mg。

3.2.2 解析溶劑的影響 以甲醇-水混合溶劑為解析液，考察了解析液中甲醇含量對(duì)解析效果的影響。從圖2可見，提高解析液中甲醇含量有利于將目標(biāo)物從磁吸附劑中解析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇純甲醇作為解析溶劑。

3.2.3 萃取和解析時(shí)間的影響 在其它實(shí)驗(yàn)條件保持不變時(shí)，考察了萃取時(shí)間在3～15 min之間的萃取效果（圖3a）。研究表明，MSPME-Fe3O4@MAED對(duì)4種BUs的萃取效率隨萃取時(shí)間的延長而迅速上升，當(dāng)吸附時(shí)間大于9 min時(shí)，萃取達(dá)到平衡。因此，選擇9 min為最佳萃取時(shí)間。本研究還考察了解析時(shí)間在3～15 min之間的解析效果，結(jié)果表明，解析6 min，目標(biāo)化合物可以從Fe3O4@MAED吸附劑中被完全解析，因此解析時(shí)間確定為6 min。

圖3 萃取時(shí)間（a）和解析時(shí)間（b）對(duì)萃取性能的影響

Fig.3 Effect of extraction time （a） and desorption time （b） on extraction performance

3.2.4 pH值的影響 圖4為樣品基底pH值從2.0變化到11.0時(shí)，萃取效率隨pH值的變化曲線。樣品基底pH值對(duì)萃取效率有很大影響，pH值從2.0增加到9.0時(shí)，萃取效率呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；在樣品pH=9時(shí)，MSPME-Fe3O4@MAED對(duì)4種BUs的萃取效率達(dá)到最大值； pH值繼續(xù)增加時(shí)，萃取效率明顯下降。其原因可能是：在pH=9.0時(shí)，磁吸附劑中的羧基發(fā)生解離，與目標(biāo)物存在著包括離子交換、氫鍵和疏水作用在內(nèi)的多重作用力，因此在pH=9.0時(shí)可取得理想的萃取效果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇pH=9.0。

3.2.5 離子強(qiáng)度的影響 對(duì)于極性化合物的萃取，調(diào)節(jié)樣品離子強(qiáng)度同時(shí)存在兩種作用，其中鹽析作用有利于萃取，而靜電相互作用會(huì)導(dǎo)致萃取效率的影響，因此樣品基底離子強(qiáng)度對(duì)萃取效率會(huì)產(chǎn)生較大影響[12]。本研究通過添加不同量的NaCl改變基底的離子強(qiáng)度，添加量分別為0， 5%， 10%， 15%和20%（w/V）。從圖5可見，離子強(qiáng)度的增加不利于BUs的萃取，其原因可能是：隨著NaCl濃度增加，促使更多的目標(biāo)物質(zhì)與溶液間產(chǎn)生靜電作用，增加了目標(biāo)物在溶液中的溶解，導(dǎo)致萃取率下降，因此在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中將不調(diào)節(jié)樣品的離子強(qiáng)度。

綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，MDSPME-Fe3O4@MAED對(duì)4種BUs的最佳萃取條件為：磁吸附劑用量20 mg，甲醇為解析溶劑，吸附和解析時(shí)間分別為9.0和6.0 min，基底pH=9.0，不調(diào)樣品的離子強(qiáng)度。

3.3 方法的有效性

用空白水樣和果汁樣品配制不同濃度梯度的溶液，在最優(yōu)條件下，考察方法的線性動(dòng)力學(xué)范圍、線性相關(guān)系數(shù)、檢出限、定量限及日內(nèi)和日間重復(fù)性。從表1可知，在水樣中， TFU的線性范圍為0.50～150.0 μg/L，其它3種BUPs的線性范圍為1.0～150.0 μg/L，4種目標(biāo)化合物均具有較好的線性關(guān)系（R2>0.99），檢測(cè)限（Limit of determination， LOD，信噪比S/N=3）在0.10～0.19 μg/L 之間，定量限（Limit of quantification， LOQ，信噪比S/N=10）在0.33～0.62 μg/L之間。而對(duì)于果汁樣品， TFU的線性范圍為0.50～200.0 μg/L，其它3種BUPs的線性范圍為1.0～200.0 μg/L，4種目標(biāo)化合物線性關(guān)系良好（R2>0.99），LOD在0.12～0.30 μg/L 之間，LOQ在0.40～1.00 μg/L之間。同時(shí)，本方法的日內(nèi)和日間的實(shí)驗(yàn)重復(fù)性良好（RSD<11%）。因此，本方法具有較高的靈敏度和實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性。

3.4 實(shí)際樣品測(cè)定及加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)

用本方法測(cè)定了實(shí)際水樣和果汁中Bus含量，結(jié)果如表2所示；圖6為實(shí)際樣品和加標(biāo)后的樣品經(jīng)Fe3O4@MAED萃取后的色譜圖。結(jié)果表明，在湖水檢測(cè)到低濃度的LFU和FFU，而其它的實(shí)際樣品均未檢出BUs。為了進(jìn)一步考察本方法用于實(shí)際樣品中4種BUs物質(zhì)測(cè)定的可行性，本研究還測(cè)定了實(shí)際水樣和果汁不同加標(biāo)量的回收率。從表2可知，對(duì)于兩種不同濃度加標(biāo)量（水樣加標(biāo)濃度為5.0和50.0 μg/L，果汁加標(biāo)濃度為10.0和100.0 μg/L），在不同實(shí)際水樣和果汁中均取得了理想的回收率，4種目標(biāo)物在環(huán)境水樣和果汁中的回收率分別為69.4%～110%和78.8%～118%，加標(biāo)回收率的RSD<12%。表明本方法對(duì)于環(huán)境水樣和果汁中BUs的檢測(cè)具有較好的可行性。

3.5 與其它方法的比較

比較了本方法與現(xiàn)有的測(cè)定水樣和果汁中BUs的方法的LOD值、回收率和樣品前處理所用時(shí)間（表3），對(duì)于水樣，在用紫外吸收檢測(cè)器時(shí)，本方法所得到的LOD值低于DLLME-LC/UV所得LOD值[6]；對(duì)于果汁樣品，本實(shí)驗(yàn)得到的LOD值也低于SDME-LC/UV[7]和FDME-LC/UV[13]。SCSE-LC/DAD[10]、MMF-SPME-LC/DAD[9]和SPE-HPLC/MS[8]雖可得到較好的檢測(cè)靈敏度，但其樣品前處理時(shí)間均較長，如SCSE-LC/DAD所需時(shí)間長達(dá)180 min。本方法所取得的加標(biāo)回收率與以前的研究方法處于相同水平，樣品處理時(shí)間則明顯小于除FDME-LC/UV外的其它前處理方法。

4 結(jié) 論

本研究利用共聚技術(shù)制備了甲基丙烯酸改性的磁吸附劑， 并用于萃取環(huán)境水樣和果汁中苯甲酰脲類殺蟲劑。研究表明，所合成的磁吸附劑可通過包括離子交換、氫鍵和疏水作用在內(nèi)的多重作用力實(shí)現(xiàn)對(duì)苯甲酰脲類化合物的有效萃取。在此基礎(chǔ)上，建立了可對(duì)實(shí)際水樣和果汁中BUs殘留進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的MDSPME-Fe3O4@MAED-HPLC/DAD分離分析方法。本方法具有操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、快速和環(huán)境友好等特點(diǎn)。

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