趙騰雯， 金 陽， 李佳琦， 吳 晗， 李子凌， 王曼曼*

(華北理工大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，河北唐山 063210)

苯甲酰脲殺蟲劑(Benzoylurea Insecticides，BUs)屬于幾丁質(zhì)合成抑制劑，即通過抑制昆蟲體內(nèi)幾丁質(zhì)的生物合成而使昆蟲致死，已被廣泛用于糧食、蔬菜和水果等農(nóng)作物的病蟲害防治[1]。然而，該類殺蟲劑的廣泛應(yīng)用容易造成農(nóng)田土壤及灌溉水污染，并隨著遷移作用引起環(huán)境水體的污染，影響人體健康和生態(tài)環(huán)境[2]。美國環(huán)境保護(hù)署已將除蟲脲和氟蟲脲等BUs歸類為Ⅲ級(jí)或Ⅳ級(jí)中等毒性物質(zhì)[3]。因此，建立行之有效的環(huán)境水體中BUs的檢測(cè)方法，有利于該類農(nóng)藥的合理使用，同時(shí)為環(huán)境水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

BUs的分析通常以色譜法為主，而BUs樣品前處理方法包括固相萃取[4]、分散液液微萃取[5]和固相微萃取[6]等方法。磁性固相萃取(Magnetic Solid Phase Extraction，MSPE)是一種以磁性或可磁化材料作為吸附劑的分散固相萃取技術(shù)。與傳統(tǒng)固相萃取技術(shù)相比，MSPE無需離心、過濾等操作，僅通過外部磁場(chǎng)作用即可實(shí)現(xiàn)吸附劑與樣品溶液的快速分離，簡(jiǎn)便快速；吸附劑直接分散在樣品基質(zhì)中，萃取效率高[7,8]。因此，MSPE成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。

氮化碳(g-C3N4)是一種僅由C和N元素組成的二維納米材料。其結(jié)構(gòu)中富氮官能團(tuán)和電子離域特性使之能夠與一些離子或分子產(chǎn)生絡(luò)合、疏水、π-π、氫鍵和靜電力等相互作用；同時(shí)化學(xué)和熱穩(wěn)定性良好，因此可以作為一種理想的吸附分離材料[9,10]。Nedaei等[11]將g-C3N4作為分散固相萃取吸附劑，結(jié)合高效液相色譜-紫外檢測(cè)，建立了土壤中污染物硝基甲苯的分析方法，檢出限為0.12～0.33 μg/g，回收率為78.0%～96.0%。Zheng等[12]使用物理研磨法制備Fe3O4/g-C3N4，并以該材料磁性固相萃取，結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜法，對(duì)食用油中的多環(huán)芳烴進(jìn)行分析測(cè)定，回收率為91.0%～124%。本課題組[13]以溶劑熱法制備Fe3O4/g-C3N4，并用于人尿液中3種羥基多環(huán)芳烴前處理，使用4 mg吸附劑3 min即可完成吸附，富集倍數(shù)20倍。本研究通過溶劑熱法構(gòu)筑Fe3O4/g-C3N4吸附劑，采用該材料磁性固相萃取，結(jié)合高效液相色譜-可變波長紫外檢測(cè)，建立一種高效、經(jīng)濟(jì)的湖水中氟鈴脲、虱螨脲和氟啶脲3種BUs分析新方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 1200高效液相色譜-可變波長紫外檢測(cè)器(HPLC-VWD)(美國，Agilent公司)。

氟鈴脲(HEXA，純度≥98%)、虱螨脲(LUFE，純度≥98%)和氟啶脲(CHLO，純度≥99%)均購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心，使用甲醇配制成質(zhì)量濃度均為500 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，于4 ℃下避光保存。使用甲醇稀釋上述標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，配制成質(zhì)量濃度為100 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。尿素、乙二醇、FeCl3·6H2O、NaOH、HCl和NaCl購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；NaAc·3H2O、無水乙醇、乙酸乙酯和丙酮購自天津市申泰化學(xué)試劑有限公司；色譜純甲醇和乙腈均購自美國賽默飛世爾科技有限公司。超純水購自杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司。

1.2 磁性g-C3N4的制備

g-C3N4的合成參考Dong等[14]的方法。將10.0000 g尿素置于箱式電阻爐中，以15 ℃/min的速率從25 ℃升溫至550 ℃，保持4 h，待自然冷卻至室溫后，得到g-C3N4。參照Nian等[13]的方法制備Fe3O4/g-C3N4。將1.0800 g g-C3N4超聲2 h，使其均勻分散于80 mL乙二醇中，加入1.0800 g FeCl3·6H2O和 2.8000 g NaAc·3H2O，室溫劇烈攪拌30 min，將所得混合溶液轉(zhuǎn)移至100 mL聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，于200 ℃反應(yīng)12 h，收集反應(yīng)產(chǎn)物，使用超純水和無水乙醇反復(fù)洗滌后，60 ℃真空干燥4 h，即得到Fe3O4/g-C3N4，備用。

1.3 樣品采集

湖水樣品采集自河北省唐山市曹妃甸區(qū)青龍湖，水樣經(jīng)0.45 μm濾膜過濾，使用0.1 mol/L NaOH溶液或0.1 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH至7.0，于4 ℃下儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 磁性固相萃取流程

將25.0 mg Fe3O4/g-C3N4加入至30 mL湖水樣品中，渦旋振蕩30 min，利用磁鐵將吸附劑與溶液分離，棄去上清液。使用1 mL甲醇洗脫，重復(fù)3次，合并洗脫液，氮吹濃縮至干。殘?jiān)褂?00 μL甲醇復(fù)溶后，進(jìn)行高效液相色譜-可變波長紫外檢測(cè)。

1.5 高效液相色譜分離條件

色譜柱：Agilent EC-C18柱(150 mm×4.6 mm，4 μm，美國Agilent公司)；流動(dòng)相：甲醇-水(80∶20，V/V)；流速:1 mL/min；進(jìn)樣量：20 μL；檢測(cè)波長：260 nm；柱溫：25 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 磁性固相萃取條件的優(yōu)化

溶液pH影響B(tài)Us的存在形式和吸附劑的表面活性位點(diǎn)[15]，通常湖水的pH為6.0～8.5，因此實(shí)驗(yàn)考察pH=5.0～9.0對(duì)3種目標(biāo)物回收率的影響。結(jié)果如圖1A所示，當(dāng)溶液pH為7.0時(shí)，3種目標(biāo)物的回收率最優(yōu)，為84.4%～108%。因此，實(shí)驗(yàn)選擇溶液pH為7.0。離子強(qiáng)度影響B(tài)Us在樣品溶液中的溶解度，實(shí)驗(yàn)固定溶液pH為7.0，考察離子強(qiáng)度(0、20、40、60和80 mmol/L NaCl)對(duì)3種目標(biāo)物回收率的影響。由圖1B結(jié)果可知，NaCl溶液濃度在0～80 mmol/L范圍內(nèi)，3種BUs的回收率均無顯著變化，回收率的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)≤10.9%。吸附劑用量決定了方法的萃取效率和成本。實(shí)驗(yàn)固定吸附時(shí)間30 min，考察吸附劑用量15、20、25和30 mg對(duì)3種目標(biāo)物回收率的影響。圖1C表明，當(dāng)吸附劑用量從15 mg增加至20 mg時(shí)，CHLO和LUFE的回收率達(dá)到最大，HEXA的回收率逐漸增加；吸附劑用量繼續(xù)增加至25 mg時(shí)，CHLO和LUFE的回收率不再變化，HEXA的回收率達(dá)到最大值；進(jìn)一步增加至30 mg時(shí)，3種目標(biāo)物的回收率均無明顯變化。因此，實(shí)驗(yàn)確定Fe3O4/g-C3N4用量為25 mg。固定吸附劑用量25 mg，考察了吸附時(shí)間10、20、30和40 min對(duì)3種目標(biāo)物回收率的影響。由圖1D結(jié)果可知，當(dāng)吸附時(shí)間從10 min增加到20 min時(shí)，3種目標(biāo)物的回收率增加；當(dāng)吸附時(shí)間提高至30 min時(shí)，3種目標(biāo)物的回收率達(dá)到84.4%～108%，繼續(xù)增加至40 min時(shí)，回收率無明顯改變。因此，實(shí)驗(yàn)選擇30 min作為最佳吸附時(shí)間。

在最優(yōu)上樣條件下，固定洗脫體積3 mL(1 mL×3次)，實(shí)驗(yàn)考察了乙腈(ACN)、乙酸乙酯、丙酮和甲醇(MeOH)作為洗脫溶劑對(duì)3種BUs回收率的影響。如圖1E所示，甲醇作為洗脫溶劑時(shí)，3種BUs的回收率最佳，為84.4%～108%，RSD≤5.8%。同時(shí)實(shí)驗(yàn)考察了洗脫溶劑體積(單次洗脫體積×洗脫次數(shù))對(duì)3種BUs回收率的影響，見圖1F，1 mL×3次時(shí)最佳。故實(shí)驗(yàn)最佳洗脫條件為1 mL×3次的甲醇。

圖1 pH(A)、離子強(qiáng)度(B)、吸附劑用量(C)、吸附時(shí)間(D)、洗脫溶劑種類(E)和洗脫溶劑體積(F)(單次洗脫體積×洗脫次數(shù))對(duì)3種BUs的回收率的影響(n=3)

2.2 方法驗(yàn)證

2.2.1 線性范圍、檢出限和定量限在最優(yōu)條件下，對(duì)質(zhì)量濃度為0.20～500 ng/mL的3種BUs標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行分析，以目標(biāo)物濃度(x，ng/mL)為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)色譜峰面積(y)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。由表1結(jié)果可知，HEXA和LUFE在0.50～500 ng/mL、CHLO在0.20～200 ng/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)(r)為0.9997～0.9999。以信噪比(S/N)為3和10分別計(jì)算方法的檢出限(LOD)和定量限(LOQ)，LOD為0.05～0.15 ng/mL，LOQ為0.20～0.50 ng/mL，表明方法靈敏度良好。

表1 方法的線性方程、線性范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限

2.2.2 回收率與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)同一空白湖水樣品分別進(jìn)行低、中、高3個(gè)水平的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，經(jīng)本方法MSPE后，計(jì)算加標(biāo)回收率，以日內(nèi)和日間(n=3)重復(fù)測(cè)定得到的峰面積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)計(jì)算方法的精密度。根據(jù)表2結(jié)果可知，本方法對(duì)3種BUs的加標(biāo)回收率為74.6%～102%，日內(nèi)和日間精密度分別為1.9%～5.3%和2.2%～9.0%，表明本方法準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性良好。

表2 方法的回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

2.3 富集效果

為了評(píng)價(jià)Fe3O4/g-C3N4對(duì)湖水中3種目標(biāo)物的富集效果。在最優(yōu)條件下，結(jié)合高效液相色譜-可變波長紫外檢測(cè)，將加標(biāo)湖水樣品(HEXA和LUFE加標(biāo)5 ng/mL，CHLO加標(biāo)2 ng/mL)經(jīng)本方法富集前后分別進(jìn)樣分析。與BUs標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖(圖2A)相比，當(dāng)加標(biāo)湖水樣品直接進(jìn)樣分析時(shí)，如圖2B所示，目標(biāo)物無檢出且雜質(zhì)峰明顯。經(jīng)過本方法處理后(圖2C)，3種目標(biāo)物均成功檢出，有效富集達(dá)112～153倍，且雜質(zhì)峰信號(hào)降低。以上結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4/g-C3N4能夠有效富集湖水中的3種BUs。

圖2 BUs標(biāo)準(zhǔn)溶液(300 ng/mL)(A)、加標(biāo)湖水樣品直接進(jìn)樣(B)和經(jīng)本方法前處理后(C)的色譜圖

2.4 使用次數(shù)

吸附劑的使用次數(shù)決定了前處理方法的成本。根據(jù)Fe3O4/g-C3N4重復(fù)萃取湖水中3種BUs的結(jié)果可知，F(xiàn)e3O4/g-C3N4重復(fù)吸附-洗脫10次，目標(biāo)物回收率的RSD≤9.8%(圖3)，表明Fe3O4/g-C3N4的重復(fù)使用性良好。

圖3 使用次數(shù)對(duì)3種BUs的回收率的影響(n=3)

2.5 實(shí)際樣品分析

將該方法用于分析10例湖水樣品中BUs。由結(jié)果可知，10份湖水樣品中均未檢出3種目標(biāo)BUs。對(duì)10例湖水樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)(HEXA和LUFE加標(biāo)1 ng/mL，CHLO加標(biāo)0.4 ng/mL)，回收率為78.7%±8.0%～102%±6.9%。表明該方法準(zhǔn)確度良好，可用于實(shí)際樣品分析。

2.6 與文獻(xiàn)方法對(duì)比

為了進(jìn)一步突出本方法的優(yōu)勢(shì)，將其與文獻(xiàn)報(bào)道方法[16 - 19]進(jìn)行比較。由表3可知，本方法的靈敏度相當(dāng)或優(yōu)于文獻(xiàn)方法，且結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。當(dāng)上樣體積為30 mL時(shí)，僅需使用25 mg Fe3O4/g-C3N4即可對(duì)3種BUs有效富集達(dá)112～153倍。此外，該吸附劑可至少重復(fù)使用10次，節(jié)約了分析成本。

表3 本方法與其他方法對(duì)環(huán)境水中BUs分析結(jié)果的對(duì)比

3 結(jié)論

本研究將Fe3O4/g-C3N4磁性固相萃取，結(jié)合高效液相色譜-可變波長紫外檢測(cè)，分離分析湖水中3種BUs。本方法具有良好的準(zhǔn)確度和精密度，能夠簡(jiǎn)便、高效富集湖水中的3種BUs。當(dāng)上樣體積為30 mL時(shí)，對(duì)3種BUs有效富集達(dá)112～153倍。此外，F(xiàn)e3O4/g-C3N4具有良好的重復(fù)使用性，降低了樣品前處理成本。