利用分散液-液微萃取法监测空气样本中的挥发性有机化合物

《Microchemical Journal》:Monitoring of volatile organic compounds in air samples by dispersive liquid-liquid microextraction-based method

【字体: 时间:2026年02月28日 来源:Microchemical Journal 5.1

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  苯族化合物(BTEX)室内空气中检测,采用分散液-液微萃取(DLLME)结合气相色谱-火焰离子化检测器(GC-FID)方法,通过优化参数实现快速低成本分析,检测限0.09-0.30 ppmv,回收率94%-116%。

  
Berfu Y??r?k|Nergis ?layda ?zkan|Tu?ba Yavuz|Füsun Pelit|Boguslaw Buszewski|Levent Pelit
土耳其伊兹密尔埃杰大学理学院化学系,35100 Bornova

摘要

近年来,由于挥发性有机化合物(VOCs)对人类健康和环境的危害,监测空气样本中的VOCs受到了广泛关注。因此,开发有效的VOCs分析方法至关重要。本研究提出了一种基于分散液-液微萃取(DLLME)的简便、快速且经济高效的测定方法,用于检测室内环境中的苯、甲苯、乙苯、对二甲苯和邻二甲苯(BTEX)等VOCs。萃取过程通过机械搅拌将萃取溶剂分散在水中实现。空气样本中的BTEX化合物通过分散液后被提取到飞摩尔级的萃取液滴中,随后通过离心分离萃取相和水相,再将萃取相注入配备火焰离子化检测器(GC-FID)的气相色谱系统中进行BTEX化合物的测定。
比较了多种萃取溶剂的性能,发现硝基苯(NB)具有最佳效果。关键方法参数包括气体采样流速和体积、萃取液搅拌时间、分散液体积、采样温度和pH值,分别优化为20 mL/min、200 mL、4小时(1200 rpm)、10 mL、20–35°C和9。在优化条件下,该方法的检测限(LOD)、线性范围、日内重复性和日间重复性分别为0.09–0.30 ppmv、0.3–300 ppmv、3.1–8.9%和8.1–14.4%。该方法成功应用于室内环境中BTEX的监测,回收率在94%至116%之间。这种首次应用于空气采样的DLLME方法因其低溶剂消耗、短分析时间、高富集因子以及可靠地检测微量污染物而具有显著的优势。

引言

室内空气污染是一个重大的公共卫生问题,对人类健康和环境构成严重威胁。VOCs因其普遍存在及其对人类健康、舒适度和生产力的直接影响而成为优先关注的室内污染物[1],[2]。苯、甲苯、乙苯以及邻二甲苯、对二甲苯和间二甲苯(统称为BTEX)占所有室内空气污染物的60–90%[3],[4],[5]。由于BTEX在室内环境中的广泛存在及其对人类健康的不良影响,它受到了越来越多的关注[1]。石油化工行业和车辆排放是室外大气中BTEX的主要来源,而受BTEX污染的室外空气也是室内环境中BTEX水平的主要贡献者[6],[7]。烹饪活动以及建筑材料、供暖系统和家具等材料也是室内环境中BTEX的重要排放源[8]。
BTEX的健康影响不仅源于其本身的毒性,还来自自由基、臭氧和氮氧化物等二次污染物的形成[9],[10]。在BTEX化合物中,苯对人类毒性最强,多项研究表明它可导致肺癌以及急性和慢性淋巴细胞白血病、骨髓瘤和非霍奇金淋巴瘤[11],[12]。因此,根据IARC的分类,苯被归为人类和动物的1类致癌物[13],[14]。其他BTEX化合物也与多种不良健康效应相关[8],[15],[16],[17]。根据现有的实验和流行病学数据,乙苯被认为可能对人类具有致癌性,因此被归为2B类[18]。甲苯和二甲苯被IARC归为3类,表明根据现有证据无法对其致癌性进行分类[19]。尽管如此,它们仍与多种非致癌性毒性效应相关,其在室内和室外环境中的存在仍是一个重要的公共卫生问题。
由于BTEX的不良健康影响,需要开发灵敏、快速、简单且经济高效的监测方法。为此,已经应用了基于傅里叶变换红外(FTIR)光谱、配备多种检测器的气相色谱(GC)和高效液相色谱等多种分析方法来监测空气样本中的BTEX化合物[20],[21]。然而,由于基质的复杂性和异质性,空气样本中低浓度BTEX的定量仍然具有挑战性[8]。尽管近年来分析仪器和方法取得了显著进展,但样品提取和预浓缩的预处理步骤对于准确测定痕量分析物仍然至关重要[22]。已有多种采样技术用于空气中的BTEX测定[23],[24],[25],[26]。最常见的方法是将BTEX预先富集在固体吸附剂上,然后进行热脱附和GC分析[24]。已经使用多种人工和天然固体吸附剂从空气样本中提取BTEX[27],[28]。然而,许多这些吸附剂价格较高且使用寿命较短[26]。因此,开发新的、简单、快速、灵敏且经济高效的BTEX分析方法仍然是一个重要挑战。
Rezaee等人于2006年首次引入了DLLME(分散液-液微萃取的微型化形式)作为新的萃取技术[29]。DLLME样品制备方法使用少量溶剂即可检测分析物,使其在绿色化学领域具有吸引力。该方法通常基于由萃取溶剂、分散溶剂和水相组成的三组分溶剂系统。萃取溶剂与样品基质不互溶,而分散溶剂与两种相都互溶。首先按适当比例混合分散溶剂和萃取溶剂,然后将混合物加入样品中,萃取溶剂以细小液滴的形式分散到样品中,形成浑浊溶液。也可以通过机械搅拌或超声处理在没有分散溶剂的情况下实现萃取溶剂的分散[30],[31]。由于萃取相以细小液滴形式分散,分析物与萃取液之间的接触面积增加,从而快速达到萃取平衡[32],[33]。随后通过高速离心使萃取液滴聚集,并转移到试管中用合适的分析技术进行测定。DLLME分析方法已应用于水样中多环芳烃[34],[35]、对羟基苯甲酸酯[36],[37]、BTEX[38]、农药[39],[40],[41]、邻苯二甲酸酯[42]和紫外线滤光片的分析[43],[44]。尽管DLLME方法广泛用于水样中污染物的分析,但尚未用于空气样本的分析。本研究旨在开发一种基于DLLME的快速、简单、环保且经济高效的空气样本中BTEX分析方法。据我们所知,这是首次将DLLME用于室内环境中BTEX的分析。

试剂和材料

分析级苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、硝基苯(NB)、1-十二醇、1-十一醇、己烷、二硫化碳、四氯乙烯和氯化钠由Sigma-Aldrich提供。不同容量的Tedlar袋、150 μL玻璃插件和1.5 mL琥珀色玻璃GC小瓶从Supelco购买。超纯水(18.2 MΩ·cm)由Millipore Milli-Q梯度纯化系统获得,液体/气体密封注射器从Hamilton购买。

仪器

萃取溶剂的选择

选择萃取溶剂类型是实现高效萃取的主要变量。为了灵敏地分析目标化合物,萃取溶剂必须满足多个标准,包括较强的溶剂-分析物相互作用、低挥发性和低水溶性。根据“相似相溶”的原则,分析物与萃取相之间的较强相互作用可促进分析物从气相快速高效地转移到

结论

开发了一种基于DLLME的空气采样方法,并首次使用GC-FID在室内环境中检测亚ppm级别的BTEX。选择硝基苯(NB)作为萃取溶剂,并通过机械搅拌生成分散萃取介质,从而将BTEX从空气中动态萃取到pH 9的0.1 M BR缓冲液中形成的细小NB液滴中。系统优化了方法参数,最佳效果出现在NB/水比为

CRediT作者贡献声明

Berfu Y??r?k:撰写——原始草稿、验证、资源、方法学。Nergis ?layda ?zkan:撰写——原始草稿、验证、资源、方法学。Tu?ba Yavuz:验证。Füsun Pelit:撰写——原始草稿、验证、方法学。Boguslaw Buszewski:撰写——审稿与编辑、撰写——原始草稿、方法学。Levent Pelit:撰写——审稿与编辑、撰写——原始草稿、验证、项目管理、方法学。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者感谢埃杰大学科学研究项目(编号:21385)的协调人员提供的财政支持。
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