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近红外结合涡旋辅助液液微萃取测定水中邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯的可行性研究

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2012年5月 南京晓庄学院学报 JOURNAL OF NANJING XIAOZHUANG UNIVERSITY May,2012 No.3 第3期 近红外结合涡旋辅助液液微萃取测定 水中邻苯二甲酸二(2.乙基己基)酯的可行性研究 苏义龙,相秉仁 (中国药科大学分析测试中心,江苏南京210009) 摘要:实验尝试采用近红外光谱法结合涡旋辅助液液微萃取技术,快速测定水中邻苯二甲酸 二(2.乙基己基)酯(DEHP)残留.为提高检测的信噪比,使用四氯化碳作为萃取剂,不使用分散剂. 近红外光谱数据采用偏最小二乘法分析,利用auto.scale对光谱进行预处理.偏最小二乘分析模型 的主因子数为4,建模波段为4246.7~4424.1 cm一.模型中RMSECV为0.3759,R 为0.9607.本 实验结果显示了近红外方法结合涡旋辅助液液微萃取在分析环境水中的DEHP方面具有潜力. 关键词:邻苯二甲酸二(2一乙基己基)酯(DEHP);涡旋辅助液液微萃取;近红外;快速检测 中图分类号:X502 文献标识码:A 文章编号:1009—7902(2012)03—0045—05 邻苯二甲酸二(2.乙基己基)酯(Diethylhexyl Phthalate,DEHP)是最广泛使用的增塑剂(软化剂、塑化 剂).DEHP可以增加塑料的弹性和韧性,因而被广泛应用于现代塑料工业中.此外,许多化妆品和纺织品的 生产也离不开邻苯二甲酸二(2.乙基己基)酯.DEHP在塑料中是以游离形式存在的,在塑料中的含量可达 30%~5O%,很容易进入环境.调查显示,市场销售的畜禽类食品、蔬菜、水果和干货中都检出DEHP,甚至 人体血液中也含增塑剂成分.在环境中,DEHP广泛的在地表水、地下水、饮用水、空气、土壤及动植物体内检 测到¨’ .因此,检测这一环境污染物十分必要. DEHP残留的检测方法有高效液相色谱法 J、气相色谱一质谱法 等,其中用到固相萃取法 ’ 和顶空 固相微萃取法 J.但是上述分析方法都有如下缺点:样品制备复杂、繁琐、消耗人力和时间,制备过程中就使 用了专用的仪器和耗材;质谱法对样品要求苛刻;气相色谱一质谱法昂贵. 近红外光谱(Near Infrared,NIR)分析技术是利用物质在近红外光谱区(波数范围约为12500~4000 cm )包含的信息对其进行分析的技术.该技术以扫描快速、操作简单、光谱信息量丰富和稳定性好的特点 在分析领域中得到了重视和应用.但是,直接测定水体中的微量和痕量的DEHP很困难,这是因为其含量低, 信号弱.同时因为水自身的O—H键的大量存在,水的近红外区有吸收很强,这一巨大的背景吸收湮没了微 量的农药信号,使得直接使用近红外光谱方法扫描很难达到足够的灵敏度.因此需要采用适当的前处理方法 对样品进行前处理,以降低背景吸收,浓缩样品,提高近红外光谱法分析水中DEHP的方法的灵敏度. 最近,Yiantzi等 开发出一种新型微萃取方法,名为涡旋辅助液液微萃取(Vortex.Assisted Liquid.Liquid Microextraction,VALLME).涡旋辅助液液微萃取方法不使用分散剂,直接将萃取剂加人到水样中去,涡旋混 匀,这是较温和的乳化过程.该方法不使用分散剂,在近红外分析中优势明显,因为分散剂可能或多或少的有 近红外吸收,会引入背景吸收,导致分析困难.另外,温和的乳化过程避免了某些待分析物的降解.自推出以 来,VALLME已成功地用于测定废水中的烷基酚 J,自来水和雪水中的农药 J,自来水、井水以及河水中的 全氟辛烷磺酸 和蜂蜜及葡萄酒中的七种农药¨ .但是,该方法一般同色谱方法连用,本实验将尝试使用涡 收稿日期:2011—09—11 修回日期:2012—02—10 基金项目:广东省教育部产学研结合项目(2007A090302100). 作者简介:苏义龙(1986一),男,广西柳州人,硕士研究生,研究方向:计算药物分析.Email:yilongsu@gmail.COIXI 通讯作者:相秉仁(1942一),男,安徽芜湖人,博士生导师.Email:xiangbr@cpu.edu.cn --.———45----—— 旋辅助液液微萃取作为近红外光谱的萃取浓集的前处理方法. 微量和痕量物质的NIR检测需要高的目标物质信号响应和低的背景,VALLME方法恰好满足了这一要 求,在萃取剂的选择上,选择了没有H原子的CC14,其在近红外光谱区域的吸收很微弱;VALLME不使用分 散剂,既避免引入其它有近红外吸收的物质,又减少操作步骤和缩短分析时间.本文采用涡旋辅助液液微萃 取结合近红外光谱法,探讨PLS定量分析水样中的DEHP残留的可能性. 1材料与方法 1.1 材料、试剂与仪器 仪器:Bruker MPA FT-NIR(Bruker Optics Inc.)光谱仪,透射法采集光谱,光程长1 mm,光谱采集软件 OPUS5.5(Bruker Optics Inc.).光谱采集的范围是12 500~4 000 cm~,分辨率4 cm~,扫描次数32次.化学计 量学处理与模型的建立和预测采用Matlab 2009a(美国Math works公司)、OPUS5.5和工具箱PLS Toolbox 5.8 (美国Eigenvector Research公司). 试剂:DEHP,分析纯,购于阿拉丁试剂公司;四氯甲烷,色谱纯,购于阿拉丁试剂公司;实验用水为二次 蒸馏水. 1.2训练集和预测集样品的制备和选取 用纯净水配制浓度5 g mL DEHP贮备液,将贮备液用纯净水稀释成0.2 g・mL 到5 g・mL 浓 度范围内的96个样本.训练集样品的浓度范围涵盖了预测集,在全部96个样品中,48个样本作训练集,其 余48个样本作为预测集.全部样品中,有24个样品是不含DEHP的空白样品,训练集和预测集各有12个空 白样晶. 采用涡旋辅助液液微萃取对样品进行处理,步骤如下: 取5 mL水样置于具塞玻璃离心管中,加入200 L的四氯化碳,剧烈涡旋离心管60 S,形成的乳浊液在 4000 rpm下离心10 min,最后吸取离心管底部的有机相,取其中180 ILL用于近红外分析,近红外分析后准确 取100 IxL进行液相测定. 1.3 液相测定 液相色谱仪为岛津IOA高效液相色谱系统(日本岛津公司)检测器为SPD一10A紫外检测器,工作站采用 N2000双通道色谱数据工作站(浙江大学智达信息工程有限公司).100%甲醇等度洗脱,流速0.9 mL・min~, 检测波长采用275 nm.近红外分析后准确取100 txL有机相,用氮气吹干,100 p,L纯甲醇复溶,使用20 进样. 记录峰面积.液相色谱方法是用来估计涡旋辅助液液微萃取的富集倍数和优化微萃取条件的. 2结果与分析 2.1 光谱特征 原始水样中痕量DEHP的近红外信号不明显;微萃取后,近红外背景吸收大大减小,这是因为四氯化碳 不含氢,没有CH、OH、NH化学键,理论上在近红外区域没有强的吸收.如图1,根据实验结果,与DEHP相 比,四氯化碳的吸收很弱,且在各波数间差异不大.因此,微萃取可以排除背景干扰.观察图1,4300 cm 波 一F  一L二=== :=曼 I : 一~八. 图1纯DEHP和纯CCI 的近红外光谱图 46—— 数附近是DEHP吸收的高峰,4400—4000 em 波数有多个吸收峰,这些吸收峰可以用于计算. 为便于观察,使用了最小最大归一化处理,并局部放大,图例中表示的是微萃取前配制的水样中的DE— HP浓度. 观察图2,在波数4200—4400 em 的范围内,微萃取后样品的近红外吸收光谱和DEHP浓度相关.因 此,选择这一波段的数据进行进一步的定量计算. 图2微萃取后不同DEHP浓度的样品光谱图 2.2数学模型的建立 使用偏最小二乘法(PLS)建立近红外光谱法测定水中DEHP含量的数学模型,采用留一验证法(1eave- one.out)进行交互验证. 在光谱测量中,由于随机噪声、基线漂移和干扰组分,常导致同一样品光谱从表面上看有一定的差异性, 信号预处理方法可以部分校正他们引起的差异,因此很必要,并且应该进行谨慎的选取.以下,将以交互验证 残差均方根(Root—Mean—Squares Error of Cross—Validation,RMSECV)值最小化作为优化目标,选择最优的光谱 信号预处理方法. 2.3光谱预处理方法的选择 常用的光谱预处理方法有auto.scale、标准正则变换(Standard Normalized Variate,SNV)、多元散射校正 (Muhiplicative Scatter Correction,MSC)、归一化(Normalization)、基线校正(Baseline)、去趋势(Detrending)、 Savitzky.Golay导数和Mean Centre等.模型的潜变量数目设置为4. 如表1,通过尝试和比较,发现采用auto—scale预处理方法有优势.同时,上述预处理方法中多种方法 RMSECV值约为0.4,这显示了光谱预处理方法对结果有影响,但是预测结果在一定程度上可以承受预处理 方法改变带来的影响. auto—scale预处理方法类似最小最大归一化校正和SNV,它在同一条光谱中,将原光谱减去该光谱各波 数处吸收值的平均值后,再除以该光谱各波数处吸收值的标准差. 表1 不同数据预处理方法下交互验证残差均方根 1:derivative 0rder:l 2:derivative Order:2 . -——47...—— 最后,采用auto-scale进行预处理,主因子数为4,选择4246.7~4424.1 em 波段建立近红外光谱法测 定水中DEHP含量的数学模型.图3为PLS模型预测值和原始水中DEHP含量关系图,Y轴为模型预测值,x 轴为配制的DEHP的水溶液浓度值,单位都是Ixg mL~,模型中RMSECV为0.3759,R 为0.9607.以上结果 可以看出PLS作为对水中DEHP残留的分析方法是有效的.方法的定量限为0.2 g mL~. 图3 PLS模型预测值和原始水中DEHP含量关系 3讨论 本文着重探讨快速简便的分析方法,发挥光谱法快速检测的优势,萃取不要求彻底,步骤尽量少,要求整 个过程快速完成.由于用于近红外透射法检测需要的最小量是180 IxL,因此萃取剂的用量选择200 L.考察 了最优的涡旋时间和离心时间,发现涡旋60 s效果较佳,重复性较好,而离心10 min后所有样品的分层明 显,不存在乳化残留. 结果表明采用涡旋辅助液液微萃取结合近红外光谱法可以实现对水中DEHP含量的快速分析,并取得 较好的分析结果.此方法迅速,操作简单,对操作人员的要求低,显示了近红外光谱法结合涡旋辅助液液微萃 取在研究环境水中DEHP的残留方面具有潜力. 参考文献: [1]Hurst C H,Waxman D.J.Activation ofPPARot and PPAR ̄/by environmental phthalate monoesters[J].Toxico1.Sci.,2003,74 (2):297—308. 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(责任编辑:陈昌云) Feasibility Research on the Determination of Diethylhexyl Phthalate in Water by Vortex。assisted Liquid-liquid Microextraction Followed by Near-Infrared Spectroscopy SU Yi.1ong.XIANG Bing—ren (Center for Instmmentla Analysis,China Pharmaceuticla UniVersity,Key Laboratory of Drug Quality Contm1 and Pharmacovi ̄lance。Ministy rof Education,Nanjing 210009,Jiangsu) Abstract:In the experiment,combined with a rapid and efficient extraction procedure of vortex—assisted liquid—liq‘ uid micmextracti0n.the near—infrlared(NIR)spectroscopy was used in an attempt for a rapid detection of diethyl。 hexyl phthalate(DEHP)in water.For the enhancement of the signal—to-noise ratio,the extraction solvent(CC14) was utilized without anv disperser solvent.Partial least squares were applied to build the model with the 4 latent variables and the prePmcessing 0f auto—scale.The selected regions were from 4246.7 cm to 4424.1 cm I1・The mode1 acquired satisfactory accuracy,with 0.3759 for RMSECV and 0.9607 for R .This result shows the potential f0r the determination of DEHP in environmental water. Key words:diethylhexyl phthalate(DEHP);vortex—assisted liquid—liquid microextraction(VALLME);near in— frared(NIR);rapid determination ...——49..-—— 

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