分散液液微萃取上浮溶剂固化高效液相色谱法
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第 38 卷 2010 年 1 月
分析化学 （ FENXI HUAXUE）
研究报告
第1 期 62 ～ 66
Chinese Journal of Analytical Chemistry
分散液液微萃取 -上浮溶剂固化 / 高效液相色谱法 测定沉积物中的十溴联苯醚
翦英红
1
2， 3
胡艳
3源自文库
1
王婷
1
刘建林
2
1
2
2. 1
实验部分
仪器与试剂 Agilent 1200 高效液相色谱仪， 配备手动进样阀 （ 20. 0 μL 定量环 ） 、 自动脱气装置、 二元泵、 紫外检 16PK 离心机（ Sigma 公司 ） ；10 mL 圆锥形玻璃离心管， 410 ， KSW， 测器；2使用前用马弗炉 （ SX北京 ）
［20 ］ 化 ， 轻轻除去附在固体表面的杂质， 然后移入 2 mL 样品瓶中融化， 萃取剂的体积为 （ 20 ± 2 ） μL。 用 25 μL 微型注射器移取萃取剂 10 μL， 注入 HPLC 分析。 2. 5 分散液液微萃取上浮溶剂固化条件优化
以正交试验数据为训练样本， 对 decaBDE 的分散液液微萃取上浮溶剂固化条件建立 BP 神经网络 模型， 并利用 Matlab 遗传算法工具箱对萃取条件进行优化 。
以萃取剂体积 （ A ） 、 分散剂体 pH（ E ） 、 NaCl 质量浓度（ F） 、 积（ B ） 、 萃取剂（ C ） 、 分散剂（ D） 、 萃取时间（ G） 和沉积物粒径 （ H ） 为输入条 decaBDE 萃取回收率（ ER） 为输出条件， 件， 正交试验数据为训练样本， 建立了 decaBDE 分散液液微萃 取上浮溶剂固化条件的 BP 神经网络模型。选取 6 组实验数据对所建模型进行验证 （ 表 2 ） ， 结果表明：
第1 期
翦英红等：分散液液微萃取上浮溶剂固化 / 高效液相色谱法测定沉积物中的十溴联苯醚
63
Aldrich 公司） 。 2. 2 色谱条件 V / V） ；流速 1. 0 mL / min；Zorbax Eclipse XDBC18 色谱柱 （ 150 mm × 4. 6 mm， 流动相：甲醇水（ 95∶ 5 ，
1
引
［4 ］
言
［1 ］ ［2 ］ ［3 ］ 环境基质中痕量有机物常用的萃取方法有索式提取 、 固相萃取 、 超声波辅助萃取 、 微波辅助 ［5 ］ 萃取 、 加速溶剂提取 等， 这些方法均具有很好的萃取效果， 但为多步提取。 如索式提取、 超声波辅
助萃取， 就包括 3 步：有机溶剂提取、 旋转蒸馏浓缩和净化。由于操作步骤较多， 前处理时间长， 索式提 取的萃取时间甚至长达 48 h 以上， 不利于大批量环境样品中有机物的测定和实时监测 。 域 物
［6 ］
十溴联苯醚（ decaBDE ） 是常用的商品化多溴联苯醚之一， 广泛应用于电子、 电器、 交通、 建材等领 ［7 ］ ［8 ］ ［9 ～ 10 ］ ［11 ］ 。目前，decaBDE 广 泛 分 布 于 各 种 环 境 介 质 中， 、 、 、 如大气 污泥 土壤 水体 及沉积 。由于 decaBDE 未全面禁止生产， decaBDE 将在环境中继续存在。 今后很长一段时间里，
张琛
1
李鱼
* 1， 2
（ 华北电力大学能源与环境中心，北京 102206 ）
（ 吉林大学环境与资源学院，长春 130012 ）
（ 吉林化工学院环境与生物工程学院，吉林 132022 ）
摘
要
建立了沉积物中痕量十溴联苯醚的分散液液微萃取 上浮溶剂固化高效液相色谱紫外法（ DLLME-
SFOHPLCUV） 。以正交试验数据为训练样本， 采用 BP（ Back propagation） 神经网络模型优化了分散液液微萃 NaCl 质量浓度为 10. 00% 、 上浮溶剂固化条件：分散剂为 1. 00 mL 甲醇、 萃取剂为 35. 0 μL 十二醇、 萃取时 取间 10 min 和 pH = 5， 其萃取率（ ER ） 可达 62. 22% 。方法的线性范围为 3. 5 ～ 1400 ng / g （ r = 0. 9960 ）， 检出限 （ LOD）和定量限（ LOQ）分别为 2. 3 pg / g（ S / N = 2 ） 和 5. 6 pg / g （ S / N = 5 ）， 实际样品的加标回收率为 97. 7% ～ 104. 2% 。本方法集萃取、 富集、 分离步骤于一体， 简化了沉积物中十溴联苯醚的前处理过程 。 关键词 分散液液微萃取； 上浮溶剂固化； 高效液相色谱紫外法； 沉积物； 十溴联苯醚； 多层前馈神经网络
3
3. 1
结果与讨论
分散液液微萃取上浮溶剂固化条件的正交试验 采用正交试验， 对分散液液微萃取上浮溶剂固化过程影响沉积物中 decaBDE 萃取效果的因素进行
13 分析。依据因素水平表（ 表 1 ） ， 以萃取回收率（ ER） 为指标， 选用 L27 （ 3 ） 正交表进行实验。
表 1 正交试验因素水平表 Table 1 Factors and levels for interactive orthogonal array design
萃取剂 Extraction solvent D 分散剂 Dispersant E F pH 盐效应 Salt effect （ % ） G 萃取时间 Time of extraction （ min） H size （ mm） 样品粒径 Grain-
分散液液微萃取上浮溶剂固化条件的优化 3. 2. 1 分散液液微萃取上浮溶剂固化条件遗传神经网络模型的建立 3. 2
500 ℃ 下煅烧以去除有机物。 decaBDE 标准品（ 德国 Dr. Ehrenstorfer 公司） 。丙酮、 乙腈、 甲醇 （ 色谱纯， 美国 J. T. Baker 公司 ） 。 十一醇、 十二醇、 十 六 烷、 乙 醇 （ 色 谱 纯， 北 京 恒 业 中 远 化 工 有 限 公 司 ） 。 NaCl （ 分 析 纯， 德 国 Sigma20090716 收稿；20090922 接受 “973 ” 计划项目（ NO. 2004CB418501 ） 资助 本文系国家 * Email： liyuxx@ jlu. edu. cn
5 μm，Agilent 公司） ；柱温 30 ℃ ； 检测波长 226 nm；进样量 10 μL。 2. 3 沉积物采集与标准样品配制 采用挖式采样器于某江段沉积物表层 0 ～ 5 cm 采集样品， 过 0. 75 mm 尼龙筛网滤去除杂物， 于阴凉 4 ℃ 冷藏保存。称取 200. 00 g 沉积物样品， 通风处自然风干、 研磨， 加入 0. 0021 g decaBDE 标准品， 研磨 混匀， 得 10. 50 μg / g decaBDE 标准样品。 2. 4 分散液液微萃取上浮溶剂固化过程 取 0. 10 g 沉积物样品于 10 mL 离心管中， 加入 0. 7778 g NaCl 和 7 mL 去离子水， 用力摇匀， 用 HCl 调溶液的 pH = 5 。1. 00 mL 甲醇与 35. 0 μL 十二醇完全混合后， 用 2. 0 mL 注射器快速注入溶液中， 沉 积物内的 decaBDE 被萃取入萃取剂小液滴中。静止 10 min 后， 以 5500 r / min 离心 10 min。沉积物将沉 积于离心管底部， 萃取剂浮于水面。 快速将离心管放入冰水混合液中放置 5 min， 将萃取剂冰冻固
因素 Factor A B C 萃取剂体积 Extraction solvent volume （ μL） 分散剂体积 Dispersant volume （ mL） －1 60. 0 0. 50 十六烷 Hexadecane 丙 酮 Acetone 5 0. 00 0 0. 250 水平 levels 0 80. 0 0. 75 十二醇 Dodecanol 乙腈 Acetonitrile 7 10. 00 10 0. 125 +1 100. 0 1. 00 十一醇 Undecanol 甲醇 Methanol 9 20. 00 20 0. 075
A （ μL） 60. 0 40. 0 80. 0 80. 0 60. 0 80. 0 B （ mL） 0. 75 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 C 十一醇 Undecanol 十一醇 Undecanol 十一醇 Undecanol 十一醇 Undecanol 十一醇 Undecanol 十二醇 Dodecanol D 甲醇 Methanol 乙醇 Ethanol 丙酮 Acetone 丙酮 Acetone 乙腈 Acetonitrile 丙酮 Acetone E 5 5 7 7 5 7 F （% ） 10. 00 10. 00 10. 00 10. 00 10. 00 0. 00 G （ min） 10 10 10 10 10 10 H （ mm） 0. 061 0. 061 0. 25 0. 075 0. 061 0. 25 实验值 Experimental data （% ） 29. 49 71. 37 10. 00 26. 70 32. 97 22. 38 预测值 Prediction data （% ） 34. 67 70. 41 8. 85 26. 19 43. 60 24. 09 RSD （ % ，n = 3 ） 17. 6 1. 4 11. 5 1. 9 32. 2 7. 1
［12 ～ 15 ］
liquid microextraction， DLLME ） 是 2006 年 Rezaee 等［16］建立的一 分散液液微萃取 （ Dispersive liquid［16 ， 17 ］ ［17 ， 18 ］ 。 Zhao 等［19］将分散液液微萃 种水样中有机物的液液微萃取方法， 并得到了广泛应用 和改进 取法应用到固相样品的分析， 对西瓜和黄瓜中有机磷农药进行了测定， 但萃取过程包括 2 个步骤。 Leong等［20］采用将萃取剂冰冻固化的方法， SFO ） 技术， 建立了分散液液微萃取上浮溶剂固化 （ DLLME将密度小于水的有机溶剂也应用于分散液液微萃取技术中 。 本研究采用分散液液微萃取上浮溶剂固化技术对沉积物中痕量 decaBDE 进行萃取， 建立了沉积物 SFOHPLC 分析法。由于采用了密度小于水的萃取剂 ， 中痕量 decaBDE 的 DLLME在萃取后的离心过程 中， 萃取剂上浮到溶液表面， 而沉积物因重力作用沉淀到溶液底部， 从而可将沉积物中痕量的 decaBDE 一次性萃取、 富集、 分离出来， 简化了其前处理步骤。
64
分析化学
第 38 卷
表 2 BP 神经网络模型分散液液微萃取 上浮溶剂固化 decaBDE 回收率预测分析 Table 2 Analysis of orthogonal experimental results of dispersive liquidliquid microextractionsolidification of floating organic drop （ DLLMESFO） for decabrominated diphenyl ether（ decaBDE）
2 模型预测结果的 R 和 NSC 值分别为 0. 9451 和 0. 9713 ， 均达到 0. 80 以上， 表明模型预测的准确度较 ［21 ］ 。 11. 9% ， 高 模型预测值与实验值的平均相对标准误差为 但乙腈为分散剂时， 相对标准偏差 （ RSD ）
达 32. 2% ， 表明乙腈对沉积物中 decaBDE 的萃取效果较差。 3. 2. 2 分散液液微萃取上浮溶剂固化条件的优化及验证 采用遗传算法对萃取条件进行了优化 。 设 定萃取时间（ G） 为 10 min、 萃取剂体积（ A） 分别为 35 和 40 μL， 计算萃取剂类型为十六烷 （ 0. 7734 ） 、 十 十一醇（ 0. 834 ） ， 分散剂类型（ D ） 为丙酮（ 0. 788 ） 、 乙腈 （ 0. 7857 ） 、 甲醇 （ 0. 792 ） 时其余 二 醇（ 0. 8201 ） 、
分析化学 （ FENXI HUAXUE）
研究报告
第1 期 62 ～ 66
Chinese Journal of Analytical Chemistry
分散液液微萃取 -上浮溶剂固化 / 高效液相色谱法 测定沉积物中的十溴联苯醚
翦英红
1
2， 3
胡艳
3源自文库
1
王婷
1
刘建林
2
1
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2. 1
实验部分
仪器与试剂 Agilent 1200 高效液相色谱仪， 配备手动进样阀 （ 20. 0 μL 定量环 ） 、 自动脱气装置、 二元泵、 紫外检 16PK 离心机（ Sigma 公司 ） ；10 mL 圆锥形玻璃离心管， 410 ， KSW， 测器；2使用前用马弗炉 （ SX北京 ）
［20 ］ 化 ， 轻轻除去附在固体表面的杂质， 然后移入 2 mL 样品瓶中融化， 萃取剂的体积为 （ 20 ± 2 ） μL。 用 25 μL 微型注射器移取萃取剂 10 μL， 注入 HPLC 分析。 2. 5 分散液液微萃取上浮溶剂固化条件优化
以正交试验数据为训练样本， 对 decaBDE 的分散液液微萃取上浮溶剂固化条件建立 BP 神经网络 模型， 并利用 Matlab 遗传算法工具箱对萃取条件进行优化 。
以萃取剂体积 （ A ） 、 分散剂体 pH（ E ） 、 NaCl 质量浓度（ F） 、 积（ B ） 、 萃取剂（ C ） 、 分散剂（ D） 、 萃取时间（ G） 和沉积物粒径 （ H ） 为输入条 decaBDE 萃取回收率（ ER） 为输出条件， 件， 正交试验数据为训练样本， 建立了 decaBDE 分散液液微萃 取上浮溶剂固化条件的 BP 神经网络模型。选取 6 组实验数据对所建模型进行验证 （ 表 2 ） ， 结果表明：
第1 期
翦英红等：分散液液微萃取上浮溶剂固化 / 高效液相色谱法测定沉积物中的十溴联苯醚
63
Aldrich 公司） 。 2. 2 色谱条件 V / V） ；流速 1. 0 mL / min；Zorbax Eclipse XDBC18 色谱柱 （ 150 mm × 4. 6 mm， 流动相：甲醇水（ 95∶ 5 ，
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引
［4 ］
言
［1 ］ ［2 ］ ［3 ］ 环境基质中痕量有机物常用的萃取方法有索式提取 、 固相萃取 、 超声波辅助萃取 、 微波辅助 ［5 ］ 萃取 、 加速溶剂提取 等， 这些方法均具有很好的萃取效果， 但为多步提取。 如索式提取、 超声波辅
助萃取， 就包括 3 步：有机溶剂提取、 旋转蒸馏浓缩和净化。由于操作步骤较多， 前处理时间长， 索式提 取的萃取时间甚至长达 48 h 以上， 不利于大批量环境样品中有机物的测定和实时监测 。 域 物
［6 ］
十溴联苯醚（ decaBDE ） 是常用的商品化多溴联苯醚之一， 广泛应用于电子、 电器、 交通、 建材等领 ［7 ］ ［8 ］ ［9 ～ 10 ］ ［11 ］ 。目前，decaBDE 广 泛 分 布 于 各 种 环 境 介 质 中， 、 、 、 如大气 污泥 土壤 水体 及沉积 。由于 decaBDE 未全面禁止生产， decaBDE 将在环境中继续存在。 今后很长一段时间里，
张琛
1
李鱼
* 1， 2
（ 华北电力大学能源与环境中心，北京 102206 ）
（ 吉林大学环境与资源学院，长春 130012 ）
（ 吉林化工学院环境与生物工程学院，吉林 132022 ）
摘
要
建立了沉积物中痕量十溴联苯醚的分散液液微萃取 上浮溶剂固化高效液相色谱紫外法（ DLLME-
SFOHPLCUV） 。以正交试验数据为训练样本， 采用 BP（ Back propagation） 神经网络模型优化了分散液液微萃 NaCl 质量浓度为 10. 00% 、 上浮溶剂固化条件：分散剂为 1. 00 mL 甲醇、 萃取剂为 35. 0 μL 十二醇、 萃取时 取间 10 min 和 pH = 5， 其萃取率（ ER ） 可达 62. 22% 。方法的线性范围为 3. 5 ～ 1400 ng / g （ r = 0. 9960 ）， 检出限 （ LOD）和定量限（ LOQ）分别为 2. 3 pg / g（ S / N = 2 ） 和 5. 6 pg / g （ S / N = 5 ）， 实际样品的加标回收率为 97. 7% ～ 104. 2% 。本方法集萃取、 富集、 分离步骤于一体， 简化了沉积物中十溴联苯醚的前处理过程 。 关键词 分散液液微萃取； 上浮溶剂固化； 高效液相色谱紫外法； 沉积物； 十溴联苯醚； 多层前馈神经网络
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结果与讨论
分散液液微萃取上浮溶剂固化条件的正交试验 采用正交试验， 对分散液液微萃取上浮溶剂固化过程影响沉积物中 decaBDE 萃取效果的因素进行
13 分析。依据因素水平表（ 表 1 ） ， 以萃取回收率（ ER） 为指标， 选用 L27 （ 3 ） 正交表进行实验。
表 1 正交试验因素水平表 Table 1 Factors and levels for interactive orthogonal array design
萃取剂 Extraction solvent D 分散剂 Dispersant E F pH 盐效应 Salt effect （ % ） G 萃取时间 Time of extraction （ min） H size （ mm） 样品粒径 Grain-
分散液液微萃取上浮溶剂固化条件的优化 3. 2. 1 分散液液微萃取上浮溶剂固化条件遗传神经网络模型的建立 3. 2
500 ℃ 下煅烧以去除有机物。 decaBDE 标准品（ 德国 Dr. Ehrenstorfer 公司） 。丙酮、 乙腈、 甲醇 （ 色谱纯， 美国 J. T. Baker 公司 ） 。 十一醇、 十二醇、 十 六 烷、 乙 醇 （ 色 谱 纯， 北 京 恒 业 中 远 化 工 有 限 公 司 ） 。 NaCl （ 分 析 纯， 德 国 Sigma20090716 收稿；20090922 接受 “973 ” 计划项目（ NO. 2004CB418501 ） 资助 本文系国家 * Email： liyuxx@ jlu. edu. cn
5 μm，Agilent 公司） ；柱温 30 ℃ ； 检测波长 226 nm；进样量 10 μL。 2. 3 沉积物采集与标准样品配制 采用挖式采样器于某江段沉积物表层 0 ～ 5 cm 采集样品， 过 0. 75 mm 尼龙筛网滤去除杂物， 于阴凉 4 ℃ 冷藏保存。称取 200. 00 g 沉积物样品， 通风处自然风干、 研磨， 加入 0. 0021 g decaBDE 标准品， 研磨 混匀， 得 10. 50 μg / g decaBDE 标准样品。 2. 4 分散液液微萃取上浮溶剂固化过程 取 0. 10 g 沉积物样品于 10 mL 离心管中， 加入 0. 7778 g NaCl 和 7 mL 去离子水， 用力摇匀， 用 HCl 调溶液的 pH = 5 。1. 00 mL 甲醇与 35. 0 μL 十二醇完全混合后， 用 2. 0 mL 注射器快速注入溶液中， 沉 积物内的 decaBDE 被萃取入萃取剂小液滴中。静止 10 min 后， 以 5500 r / min 离心 10 min。沉积物将沉 积于离心管底部， 萃取剂浮于水面。 快速将离心管放入冰水混合液中放置 5 min， 将萃取剂冰冻固
因素 Factor A B C 萃取剂体积 Extraction solvent volume （ μL） 分散剂体积 Dispersant volume （ mL） －1 60. 0 0. 50 十六烷 Hexadecane 丙 酮 Acetone 5 0. 00 0 0. 250 水平 levels 0 80. 0 0. 75 十二醇 Dodecanol 乙腈 Acetonitrile 7 10. 00 10 0. 125 +1 100. 0 1. 00 十一醇 Undecanol 甲醇 Methanol 9 20. 00 20 0. 075
A （ μL） 60. 0 40. 0 80. 0 80. 0 60. 0 80. 0 B （ mL） 0. 75 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 C 十一醇 Undecanol 十一醇 Undecanol 十一醇 Undecanol 十一醇 Undecanol 十一醇 Undecanol 十二醇 Dodecanol D 甲醇 Methanol 乙醇 Ethanol 丙酮 Acetone 丙酮 Acetone 乙腈 Acetonitrile 丙酮 Acetone E 5 5 7 7 5 7 F （% ） 10. 00 10. 00 10. 00 10. 00 10. 00 0. 00 G （ min） 10 10 10 10 10 10 H （ mm） 0. 061 0. 061 0. 25 0. 075 0. 061 0. 25 实验值 Experimental data （% ） 29. 49 71. 37 10. 00 26. 70 32. 97 22. 38 预测值 Prediction data （% ） 34. 67 70. 41 8. 85 26. 19 43. 60 24. 09 RSD （ % ，n = 3 ） 17. 6 1. 4 11. 5 1. 9 32. 2 7. 1
［12 ～ 15 ］
liquid microextraction， DLLME ） 是 2006 年 Rezaee 等［16］建立的一 分散液液微萃取 （ Dispersive liquid［16 ， 17 ］ ［17 ， 18 ］ 。 Zhao 等［19］将分散液液微萃 种水样中有机物的液液微萃取方法， 并得到了广泛应用 和改进 取法应用到固相样品的分析， 对西瓜和黄瓜中有机磷农药进行了测定， 但萃取过程包括 2 个步骤。 Leong等［20］采用将萃取剂冰冻固化的方法， SFO ） 技术， 建立了分散液液微萃取上浮溶剂固化 （ DLLME将密度小于水的有机溶剂也应用于分散液液微萃取技术中 。 本研究采用分散液液微萃取上浮溶剂固化技术对沉积物中痕量 decaBDE 进行萃取， 建立了沉积物 SFOHPLC 分析法。由于采用了密度小于水的萃取剂 ， 中痕量 decaBDE 的 DLLME在萃取后的离心过程 中， 萃取剂上浮到溶液表面， 而沉积物因重力作用沉淀到溶液底部， 从而可将沉积物中痕量的 decaBDE 一次性萃取、 富集、 分离出来， 简化了其前处理步骤。
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分析化学
第 38 卷
表 2 BP 神经网络模型分散液液微萃取 上浮溶剂固化 decaBDE 回收率预测分析 Table 2 Analysis of orthogonal experimental results of dispersive liquidliquid microextractionsolidification of floating organic drop （ DLLMESFO） for decabrominated diphenyl ether（ decaBDE）
2 模型预测结果的 R 和 NSC 值分别为 0. 9451 和 0. 9713 ， 均达到 0. 80 以上， 表明模型预测的准确度较 ［21 ］ 。 11. 9% ， 高 模型预测值与实验值的平均相对标准误差为 但乙腈为分散剂时， 相对标准偏差 （ RSD ）
达 32. 2% ， 表明乙腈对沉积物中 decaBDE 的萃取效果较差。 3. 2. 2 分散液液微萃取上浮溶剂固化条件的优化及验证 采用遗传算法对萃取条件进行了优化 。 设 定萃取时间（ G） 为 10 min、 萃取剂体积（ A） 分别为 35 和 40 μL， 计算萃取剂类型为十六烷 （ 0. 7734 ） 、 十 十一醇（ 0. 834 ） ， 分散剂类型（ D ） 为丙酮（ 0. 788 ） 、 乙腈 （ 0. 7857 ） 、 甲醇 （ 0. 792 ） 时其余 二 醇（ 0. 8201 ） 、