浊点萃取法富集分离有机磷农药

浊点萃取法富集分离有机磷农药

云萃取是一种新型的液相萃取技术。根据表面活性剂束溶液的溶解度特性和云沉淀现象，通过改变温度和盐浓度等操作条件，进行分离，并分离亲水和亲水性物质。该方法不仅避免了大量挥发性有机溶剂的使用,并且表面活性剂用量小,体系组成简单,条件温和,易于操作,具有经济、安全、高效、简便等优点。该技术已广泛应用于金属离子和环境有害物质的富集以及蛋白质的分离。作为农药残留分析方法,国外也有一些文献报导,如将浊点萃取方法应用在土壤和水样中的农药残留分析。我国浊点萃取法主要用于金属离子分离,在农药的前处理技术中尚未见浊点萃取的报导。有机磷农药是目前我国使用量较大的杀虫剂之一,主要应用于粮食作物、蔬菜和水果的种植。虽然有机磷农药属非持久性农药,但若不按照农药的使用时间进行采摘和收割,必然会导致蔬菜和水果的农药残留超标。甲基对硫磷和辛硫磷是我国普遍使用的有机磷类杀虫剂。本文选用环境友好,临界胶束浓度较低的非离子表面活性剂(C12E10)作为萃取剂,进行有机磷农药浊点萃取富集性能的研究,为建立农药残留快速检测技术提供有效手段。1浊点萃取分离性能的研究选择有机磷类农药甲基对硫磷和辛硫磷为待富集的农药,采用非离子表面活性剂C12E10和硫酸钠的混合溶液为富集介质,进行浊点萃取富集分离性能的研究,考察表面活性剂用量、有机磷农药浓度、盐浓度及干扰物的影响。1.1浊点的测定和萃取浊点测量:将2mL的C12E10(50g·L-1)水溶液和一定量的硫酸钠溶液混合并加入10mL的比色管中,加去离子水定容10mL,摇匀。加热溶液,当溶液出现浑浊时,迅速移入紫外分光光度计中测量溶液的吸光度。由于浊点出现时,其紫外吸光度急剧变化,因此,本实验中采用测定500nm处吸光度的方法(HACH-DR/2010分光光度计),测量溶液的浊点。该法与目测法相比,具有准确度高,重复性好的优点。浊点萃取操作:将5mL已知浓度的有机磷化合物标准溶液和一定量的表面活性剂溶液混合放入50mL的离心管中,再加入一定量的Na2SO4溶液(200g·L-1),加去离子水至50mL,摇匀,在5℃低温水浴中平衡10min,溶液澄清。然后转移到恒温水浴中平衡30min后,以一定转速在保温离心机(Eppendorf5702RH)中离心分相。分相后,C12E10的凝聚相位于液面,且呈紧密结构,将水相小心倾出,可留下粘性固体的凝聚相,然后测量凝聚相的体积以及有机磷的浓度。1.2甲基对硫磷和辛硫磷的标准溶液采用高效液相色谱仪(美国菲尼根公司)测定凝聚相中有机磷的含量,其中检测器为PDA检测仪,甲基对硫磷和辛硫磷的检测波长分别为271nm和283nm。流动相为80%甲醇水溶液,流速0.8mL·min-1,甲基对硫磷和辛硫磷的保留时间分别为5.97min和10.87min。为降低凝聚相的粘度,用0.1mol·L-1的HNO3甲醇溶液稀释,定容1mL。实验中,甲基对硫磷和辛硫磷标准溶液均来自国家标样中心。平衡分配系数定义为Ki=ρi,coaρi,aq.(1)Κi=ρi,coaρi,aq.(1)式中:ρi,coa为凝聚相内有机磷化合物i的浓度,ρi,aq为分相后水相中的有机磷i浓度。富集倍数定义为fi=ρi,coaρi,ori.(2)fi=ρi,coaρi,ori.(2)式中,ρi,ori为分相前溶液中有机磷化合物i的浓度。萃取率定义为Ei=ρi,coaVvoaρi,oriVori.(3)Ei=ρi,coaVvoaρi,oriVori.(3)式中:Vcoa为分相后凝聚相的体积,Vori为分相前溶液的体积。1.3分相条件的影响分相时间:前期实验中,考察了离心时间和离心速度对浊点萃取性能的影响,结果表明,3000r/min转速下离心分离5min以上,可完全分相,萃取率不再变化。实验中,离心速率和时间分别选择3000r/min和5min。分相温度:通过考察3种分相温度35、45、55℃对浊点萃取结果的影响可知,随温度升高,有机磷在水中的溶解性相对增大,水和胶束对其存在的竞争使富集倍数下降;同时考虑过高的温度易造成温敏性农药的分解,因此,本实验选择分相平衡温度为35℃。2结果与讨论2.1非离子表面活性剂的盐析作用为使浊点萃取在接近室温下进行,以便缩短分离溶质的时间,本文进行了无机盐调节浊点温度的实验研究。无机盐溶于水后,由于离子与离子、离子与偶极子之间存在电性作用,水分子易聚集在离子周围,自由水分子数量减少,即盐析作用使非离子表面活性剂易于从水中析出,导致浊点下降。根据文献报道,阴离子的盐析能力从大到小排序为:SO4-2—F-—OH-—Cl-—Br-—NO-3—I-—[Fe(CN)5NO]2-—SCN-—ClO4-—BF-4,而阳离子除少数一价离子(如Na+、K+、NH+4等)外,其余均可使浊点升高(见图1)。本实验选择的几种无机盐中,硫酸盐降低浊点的能力最强,因此,在以下的实验中选择Na2SO4调节体系的浊点。2.2表面活性剂用量a当表面活性剂的初始浓度超过临界胶束浓度(CMC)时,溶液中形成的大量胶束对疏水性化合物有很强的增溶能力。本实验中,在2.5～20g·L-1范围内考察了表面活性剂用量对有机磷农药提取富集结果的影响。实验结果见表1。可以看到,随表面活性剂用量的增大,两种有机磷化合物的萃取率都有所增大,而富集倍数却随之下降。这主要与随表面活性剂用量的增大,凝聚相体积增大有关。同时,C12E10的浊点萃取对有机磷农药具有很好的富集效果,低浓度C12E10条件下的富集倍数约为100,萃取率约为90%。相对而言,因为辛硫磷具有较大的亲油性,其富集倍数和萃取率都略高于甲基对硫磷。根据一般农药残留富集技术指标的要求(提取率大于70%,富集倍数大于60),并考虑凝聚相易于回收、实验误差小等操作特点,初步确定采用5g·L-1的表面活性剂用量进行浊点萃取特性的研究。2.3有机磷化合物含量对萃取富集结果的影响实验中,当表面活性剂用量为5g·L-1时,在0.004～10mg·L-1范围内考察了有机磷含量对其提取富集结果的影响。实验结果见图2。可以看到,随有机磷化合物含量的增大,两种物质的萃取率和富集倍数都有所下降。同时在极稀的有机磷浓度下(<50mg·L-1)其富集倍数可达到95以上,萃取率也可达到90%以上,即在极稀溶液条件下,C12E10浊点萃取可满足农药残留提取富集的要求。2.4盐浓度对甲基硫磷富集个数的影响为优化实验操作条件,开展了盐浓度对有机磷提取富集影响的实验研究,并考察了100、120和140g·L-13种Na2SO4浓度条件下的浊点萃取特性,实验结果见图3。可以看出,随Na2SO4浓度的增大,甲基对硫磷的富集倍数随之增大。同时120g·L-1和140g·L-1两种盐浓度萃取结果十分接近。因此,实验中采用120g·L-1的Na2SO4浓度较为适宜。盐浓度对浊点萃取结果的影响与盐的加入有利于胶束聚集数增加有关。聚集数的增加意味着胶束内核的增大,由Laplace方程ΔP=2γ/Rcore(γ为内核表面张力)可知,胶束内核半径(Rcore)越大,内核产生的附加压力越小(ΔP),从而有利于憎水化合物增溶进胶束内核。2.5不同助溶剂对浊点萃取甲基的影响在有机磷农药使用时,为保证农药的稳定性,经常需要复配助溶剂。为此本文考察了甲苯、对二甲苯、丙酮、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、正己醇和异辛醇7种常用助溶剂对浊点萃取甲基对硫磷效果的影响,结果如表2所示。可以看出,前5种助溶剂在添加量为甲基对硫磷的1000倍时,对其富集倍数无显著影响,误差为±2%以内,而醇类添加剂正己醇和异辛醇的影响稍大些,且当添加量超过甲基对硫磷的10倍时,凝聚相中水含量增大,相界面不明显,不易取样。2.6检测限的确定文中甲基对硫磷和辛硫磷的定量分析采用高效液相色谱-PDA检测器,其分析特性如表3所示,其中检测限的计算采用IUPAC推荐的3倍信噪比的计算方法。然而,根据本文浊点萃取的分离富集特性(萃取率90%,富集倍数90),计算出采用浊点萃取分离富集法对甲基对硫磷和辛硫磷的检测限可以达到1μg·L-1的量级。3不同有机磷农药富集个数C12E10浊点萃取技术对于甲基