濁點(diǎn)萃取法富集分離有機(jī)磷農(nóng)藥

濁點(diǎn)萃取法富集分離有機(jī)磷農(nóng)藥

云萃取是一種新型的液相萃取技術(shù)。根據(jù)表面活性劑束溶液的溶解度特性和云沉淀現(xiàn)象，通過改變溫度和鹽濃度等操作條件，進(jìn)行分離，并分離親水和親水性物質(zhì)。該方法不僅避免了大量揮發(fā)性有機(jī)溶劑的使用,并且表面活性劑用量小,體系組成簡單,條件溫和,易于操作,具有經(jīng)濟(jì)、安全、高效、簡便等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于金屬離子和環(huán)境有害物質(zhì)的富集以及蛋白質(zhì)的分離。作為農(nóng)藥殘留分析方法,國外也有一些文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo),如將濁點(diǎn)萃取方法應(yīng)用在土壤和水樣中的農(nóng)藥殘留分析。我國濁點(diǎn)萃取法主要用于金屬離子分離,在農(nóng)藥的前處理技術(shù)中尚未見濁點(diǎn)萃取的報(bào)導(dǎo)。有機(jī)磷農(nóng)藥是目前我國使用量較大的殺蟲劑之一,主要應(yīng)用于糧食作物、蔬菜和水果的種植。雖然有機(jī)磷農(nóng)藥屬非持久性農(nóng)藥,但若不按照農(nóng)藥的使用時(shí)間進(jìn)行采摘和收割,必然會導(dǎo)致蔬菜和水果的農(nóng)藥殘留超標(biāo)。甲基對硫磷和辛硫磷是我國普遍使用的有機(jī)磷類殺蟲劑。本文選用環(huán)境友好,臨界膠束濃度較低的非離子表面活性劑(C12E10)作為萃取劑,進(jìn)行有機(jī)磷農(nóng)藥濁點(diǎn)萃取富集性能的研究,為建立農(nóng)藥殘留快速檢測技術(shù)提供有效手段。1濁點(diǎn)萃取分離性能的研究選擇有機(jī)磷類農(nóng)藥甲基對硫磷和辛硫磷為待富集的農(nóng)藥,采用非離子表面活性劑C12E10和硫酸鈉的混合溶液為富集介質(zhì),進(jìn)行濁點(diǎn)萃取富集分離性能的研究,考察表面活性劑用量、有機(jī)磷農(nóng)藥濃度、鹽濃度及干擾物的影響。1.1濁點(diǎn)的測定和萃取濁點(diǎn)測量:將2mL的C12E10(50g·L-1)水溶液和一定量的硫酸鈉溶液混合并加入10mL的比色管中,加去離子水定容10mL,搖勻。加熱溶液,當(dāng)溶液出現(xiàn)渾濁時(shí),迅速移入紫外分光光度計(jì)中測量溶液的吸光度。由于濁點(diǎn)出現(xiàn)時(shí),其紫外吸光度急劇變化,因此,本實(shí)驗(yàn)中采用測定500nm處吸光度的方法(HACH-DR/2010分光光度計(jì)),測量溶液的濁點(diǎn)。該法與目測法相比,具有準(zhǔn)確度高,重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)。濁點(diǎn)萃取操作:將5mL已知濃度的有機(jī)磷化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液和一定量的表面活性劑溶液混合放入50mL的離心管中,再加入一定量的Na2SO4溶液(200g·L-1),加去離子水至50mL,搖勻,在5℃低溫水浴中平衡10min,溶液澄清。然后轉(zhuǎn)移到恒溫水浴中平衡30min后,以一定轉(zhuǎn)速在保溫離心機(jī)(Eppendorf5702RH)中離心分相。分相后,C12E10的凝聚相位于液面,且呈緊密結(jié)構(gòu),將水相小心傾出,可留下粘性固體的凝聚相,然后測量凝聚相的體積以及有機(jī)磷的濃度。1.2甲基對硫磷和辛硫磷的標(biāo)準(zhǔn)溶液采用高效液相色譜儀(美國菲尼根公司)測定凝聚相中有機(jī)磷的含量,其中檢測器為PDA檢測儀,甲基對硫磷和辛硫磷的檢測波長分別為271nm和283nm。流動相為80%甲醇水溶液,流速0.8mL·min-1,甲基對硫磷和辛硫磷的保留時(shí)間分別為5.97min和10.87min。為降低凝聚相的粘度,用0.1mol·L-1的HNO3甲醇溶液稀釋,定容1mL。實(shí)驗(yàn)中,甲基對硫磷和辛硫磷標(biāo)準(zhǔn)溶液均來自國家標(biāo)樣中心。平衡分配系數(shù)定義為Ki=ρi,coaρi,aq.(1)Κi=ρi,coaρi,aq.(1)式中:ρi,coa為凝聚相內(nèi)有機(jī)磷化合物i的濃度,ρi,aq為分相后水相中的有機(jī)磷i濃度。富集倍數(shù)定義為fi=ρi,coaρi,ori.(2)fi=ρi,coaρi,ori.(2)式中,ρi,ori為分相前溶液中有機(jī)磷化合物i的濃度。萃取率定義為Ei=ρi,coaVvoaρi,oriVori.(3)Ei=ρi,coaVvoaρi,oriVori.(3)式中:Vcoa為分相后凝聚相的體積,Vori為分相前溶液的體積。1.3分相條件的影響分相時(shí)間:前期實(shí)驗(yàn)中,考察了離心時(shí)間和離心速度對濁點(diǎn)萃取性能的影響,結(jié)果表明,3000r/min轉(zhuǎn)速下離心分離5min以上,可完全分相,萃取率不再變化。實(shí)驗(yàn)中,離心速率和時(shí)間分別選擇3000r/min和5min。分相溫度:通過考察3種分相溫度35、45、55℃對濁點(diǎn)萃取結(jié)果的影響可知,隨溫度升高,有機(jī)磷在水中的溶解性相對增大,水和膠束對其存在的競爭使富集倍數(shù)下降;同時(shí)考慮過高的溫度易造成溫敏性農(nóng)藥的分解,因此,本實(shí)驗(yàn)選擇分相平衡溫度為35℃。2結(jié)果與討論2.1非離子表面活性劑的鹽析作用為使?jié)狳c(diǎn)萃取在接近室溫下進(jìn)行,以便縮短分離溶質(zhì)的時(shí)間,本文進(jìn)行了無機(jī)鹽調(diào)節(jié)濁點(diǎn)溫度的實(shí)驗(yàn)研究。無機(jī)鹽溶于水后,由于離子與離子、離子與偶極子之間存在電性作用,水分子易聚集在離子周圍,自由水分子數(shù)量減少,即鹽析作用使非離子表面活性劑易于從水中析出,導(dǎo)致濁點(diǎn)下降。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,陰離子的鹽析能力從大到小排序?yàn)?SO4-2—F-—OH-—Cl-—Br-—NO-3—I-—[Fe(CN)5NO]2-—SCN-—ClO4-—BF-4,而陽離子除少數(shù)一價(jià)離子(如Na+、K+、NH+4等)外,其余均可使?jié)狳c(diǎn)升高(見圖1)。本實(shí)驗(yàn)選擇的幾種無機(jī)鹽中,硫酸鹽降低濁點(diǎn)的能力最強(qiáng),因此,在以下的實(shí)驗(yàn)中選擇Na2SO4調(diào)節(jié)體系的濁點(diǎn)。2.2表面活性劑用量a當(dāng)表面活性劑的初始濃度超過臨界膠束濃度(CMC)時(shí),溶液中形成的大量膠束對疏水性化合物有很強(qiáng)的增溶能力。本實(shí)驗(yàn)中,在2.5～20g·L-1范圍內(nèi)考察了表面活性劑用量對有機(jī)磷農(nóng)藥提取富集結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1?？梢钥吹?隨表面活性劑用量的增大,兩種有機(jī)磷化合物的萃取率都有所增大,而富集倍數(shù)卻隨之下降。這主要與隨表面活性劑用量的增大,凝聚相體積增大有關(guān)。同時(shí),C12E10的濁點(diǎn)萃取對有機(jī)磷農(nóng)藥具有很好的富集效果,低濃度C12E10條件下的富集倍數(shù)約為100,萃取率約為90%。相對而言,因?yàn)樾亮蛄拙哂休^大的親油性,其富集倍數(shù)和萃取率都略高于甲基對硫磷。根據(jù)一般農(nóng)藥殘留富集技術(shù)指標(biāo)的要求(提取率大于70%,富集倍數(shù)大于60),并考慮凝聚相易于回收、實(shí)驗(yàn)誤差小等操作特點(diǎn),初步確定采用5g·L-1的表面活性劑用量進(jìn)行濁點(diǎn)萃取特性的研究。2.3有機(jī)磷化合物含量對萃取富集結(jié)果的影響實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)表面活性劑用量為5g·L-1時(shí),在0.004～10mg·L-1范圍內(nèi)考察了有機(jī)磷含量對其提取富集結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2?？梢钥吹?隨有機(jī)磷化合物含量的增大,兩種物質(zhì)的萃取率和富集倍數(shù)都有所下降。同時(shí)在極稀的有機(jī)磷濃度下(<50mg·L-1)其富集倍數(shù)可達(dá)到95以上,萃取率也可達(dá)到90%以上,即在極稀溶液條件下,C12E10濁點(diǎn)萃取可滿足農(nóng)藥殘留提取富集的要求。2.4鹽濃度對甲基硫磷富集個(gè)數(shù)的影響為優(yōu)化實(shí)驗(yàn)操作條件,開展了鹽濃度對有機(jī)磷提取富集影響的實(shí)驗(yàn)研究,并考察了100、120和140g·L-13種Na2SO4濃度條件下的濁點(diǎn)萃取特性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3?？梢钥闯?隨Na2SO4濃度的增大,甲基對硫磷的富集倍數(shù)隨之增大。同時(shí)120g·L-1和140g·L-1兩種鹽濃度萃取結(jié)果十分接近。因此,實(shí)驗(yàn)中采用120g·L-1的Na2SO4濃度較為適宜。鹽濃度對濁點(diǎn)萃取結(jié)果的影響與鹽的加入有利于膠束聚集數(shù)增加有關(guān)。聚集數(shù)的增加意味著膠束內(nèi)核的增大,由Laplace方程ΔP=2γ/Rcore(γ為內(nèi)核表面張力)可知,膠束內(nèi)核半徑(Rcore)越大,內(nèi)核產(chǎn)生的附加壓力越小(ΔP),從而有利于憎水化合物增溶進(jìn)膠束內(nèi)核。2.5不同助溶劑對濁點(diǎn)萃取甲基的影響在有機(jī)磷農(nóng)藥使用時(shí),為保證農(nóng)藥的穩(wěn)定性,經(jīng)常需要復(fù)配助溶劑。為此本文考察了甲苯、對二甲苯、丙酮、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、正己醇和異辛醇7種常用助溶劑對濁點(diǎn)萃取甲基對硫磷效果的影響,結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?前5種助溶劑在添加量為甲基對硫磷的1000倍時(shí),對其富集倍數(shù)無顯著影響,誤差為±2%以內(nèi),而醇類添加劑正己醇和異辛醇的影響稍大些,且當(dāng)添加量超過甲基對硫磷的10倍時(shí),凝聚相中水含量增大,相界面不明顯,不易取樣。2.6檢測限的確定文中甲基對硫磷和辛硫磷的定量分析采用高效液相色譜-PDA檢測器,其分析特性如表3所示,其中檢測限的計(jì)算采用IUPAC推薦的3倍信噪比的計(jì)算方法。然而,根據(jù)本文濁點(diǎn)萃取的分離富集特性(萃取率90%,富集倍數(shù)90),計(jì)算出采用濁點(diǎn)萃取分離富集法對甲基對硫磷和辛硫磷的檢測限可以達(dá)到1μg·L-1的量級。3不同有機(jī)磷農(nóng)藥富集個(gè)數(shù)C12E10濁點(diǎn)萃取技術(shù)對于甲基