分散液相微萃取-连续光源-石墨炉原子吸收光谱法测定水样中痕量钴

彭淑香，张丽君，杨光冠，张占恩，徐知雄

（1.苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏苏州215009；2.江苏省环境科学与工程重点实验室，江苏苏州215009）

分散液相微萃取-连续光源-石墨炉原子吸收光谱法测定水样中痕量钴

彭淑香1，2，张丽君1，杨光冠1，2，张占恩1，徐知雄1

（1.苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏苏州215009；2.江苏省环境科学与工程重点实验室，江苏苏州215009）

建立了以吡咯烷基二硫代氨基甲酸铵（APDC）为螯合剂，四氯乙烯为萃取溶剂，乙醇为分散剂的分散液相微萃取-连续光源-石墨炉原子吸收光谱法（DLLME-CS-GFAAS）测定水样中痕量钴的方法。详细探讨了pH值、萃取时间、温度、盐度等影响因素。结果表明，DLLME萃取5 mL水样中的钴的最佳条件为：pH=3，螯合剂0.012 g/L，萃取溶剂25 μL，分散剂0.5 mL。在优化条件下，钴的检出限为0.03 μg/L，线性范围为0.05～4.00 μg/L，富集倍数60，对浓度为0.50、2.00 μg/L Co2+标准液分别测定10次的相对标准偏差为2.3%和1.7%。笔者准确、快速的测定了自来水、河水、湖水中痕量钴，结果令人满意。

连续光源原子吸收光谱法；分散液相微萃取；APDC；Co2+

钴是人体必要的一种微量元素[1]参与维生素B12的合成。食品和水是人体中钴的主要来源，虽然钴不被认为像大多数重金属一样是剧毒性的，但它同样是一种有害的元素，当钴的含量超过一定的限度，不仅破坏生态环境系统，对动植物造成危害，影响食品和水源的安全；还会间接性的危及人类的健康，比如引起人的血管扩张、肺部及心脏等的疾病[2]，所以，金属钴的测定也是不容忽视的。

目前，测定钴的方法有分光光度法（UV）[3]、火焰原子吸收光谱法（FAAS）[4]、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP）[5]、X-射线荧光法（XRF）等，但这些方法都存在一定的局限性，例如FAAS方法准确、稳定，但检出限较高，难以测定痕量样品。石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）[6]虽然在环境水样痕量钴的测定中得到了广泛应用，但由于环境样品性质和组成较复杂，基体干扰较高，难以准确测量。因此，只有将样品经过分离富集，才能得到满意的分析结果[7]。

预处理分析样品的方法日渐趋于简单化和小型化。分散液相微萃取技术（dispersive liquid-liquid microextraction,DLLME）是在液相微萃取的基础上，由Rezaee等[8]于2006年提出来的一种简单、快速、微型、环保的前处理方法，集萃取与浓缩于一身；虽然DLLME的萃取剂用量很少，但其形成的三元溶剂系统（水/分散剂/萃取剂系统），比液相微萃取、固相微萃取都更加经济、稳定、快速，得到了国内外研究学者的关注，并被广泛的应用在食品、医学、环境等领域[9－10]。

连续光源原子吸收光谱仪采用高聚焦短弧氘灯（连续光源）作光源，不需预热，该光源从紫外到近红外（100～900 nm）都有很强的辐射，能满足所有元素的测量要求，且不需要更换元素灯，也因为采用氘灯光源和CCD检测器，可以很好的进行实时背景校正，无需增加专门的背景校正装置。分散液相微萃取与连续光源石墨炉原子吸收光谱法相结合，为痕量金属样品的测定提供了多重优点，比如灵敏度高，检出限低等；可以小体积样品进样与分散液相微萃取产生的微量样品相契合。该文采用分散液相微萃取与石墨炉原子吸收光谱法联用的方式测定了水样中痕量钴，并应用于自来水，河水、湖水水样的分析，取得了满意的结果。

1 实验部分

1.1 主要仪器

ControAA700连续光源原子吸收光谱仪（德国耶拿公司），连续光源原子吸收光谱仪石墨炉系统的工作条件：氘灯连续光源，波长240 nm；干燥温度110℃，持续10 s；灰化温度1 200℃，持续10 s；原子化温度2 100℃，持续4 s；清除温度2 450℃，持续4 s；氘灯背景校正。

800型离心机（上海精科实业有限公司）；PHS-3C型pH计（上海精科实业有限公司）；GKC-214型水浴锅（上海苏达实验仪器有限公司）；RHL-0502超纯水机（美国艾科浦国际有限公司）。

1.2 主要试剂

实验主要试剂见表1。1 000 mg/L的钴（II）标准贮备液（国家标准样品研究所），并根据需要将其逐级稀释成各种质量浓度的工作溶液。吡咯烷基二硫代氨基甲酸铵储备液（0.15 g/L）：称取0.037 5 g吡咯烷基二硫代氨基甲酸铵，溶于250 mL容量瓶中纯水定容。

所有的塑料和玻璃器皿在使用之前，都要在10%v/v的HNO3中浸泡24 h以上，再用超纯水冲洗三次，无水乙醇冲洗两次。

表1 试验所用试剂

1.3 实验方法

取5 mL标准溶液或样品溶液（pH=3.0）于10 mL具塞锥底离心管中，再向离心管中加入0.40 mL APDC（0.15 g/L）储备液；充分摇匀后，置于40℃水浴中2 min，将0.50 mL包含25 μL四氯乙烯的乙醇混合液通过1 mL的注射器快速注入到离心管中，迅速形成云雾态后取出，4 000 rpm下离心3 min，使萃取溶剂四氯乙烯的小液滴（约18～20 μL）沉积在离心管的锥形底部，用微量进样器吸取10 μL沉积相，手动注入到连续光源原子吸收光谱仪的石墨管中进行测定。

1.4 样品的测定方法

采集来的自来水、河水、湖水样品用0.45 μm滤膜过滤以除去悬浮在水中的微粒，酸化处理后，盛放于聚乙烯塑料瓶或硬质玻璃瓶中，于4℃冰箱中保存，待测。

2 结果与讨论

2.1 萃取溶剂及其体积的影响

萃取溶剂的种类对分散液相微萃取有重要影响。按照实验方法考察了不溶于水且密度比水大的四种溶剂：四氯乙烯（ρ=1.630 g/cm3），CCl4（ρ=1.595 g/cm3），CHCl3（ρ=1.484 g/cm3），1,2-二氯苯（ρ=1.300 g/cm3）对萃取效率的影响。试验中发现，CHCl3的水溶性相对比较大，需比较大的量才能析出沉积相，考虑到DLLME的要求包括尽量减少有机溶剂的用量，不适合做该试验的萃取溶剂。其余三种溶剂对萃取效果的影响见图1，四氯乙烯所萃取钴吸光度最大，故选择四氯乙烯作为萃取溶剂。

萃取溶剂的体积影响沉积相的量，研究不同体积的四氯乙烯（20～45 μL）对吸光度的影响，见图2。石墨炉原子吸收系统的进样量为10 μL，当溶剂的加入量为20 μL时，沉积相的量约为13～15 μL，恰好大于10 μL，所以选取四氯乙烯20 μL作为优化起点。随着溶剂体积的增加，沉积相体积增加，吸光度下降。这是因为金属螯合物在被充分萃取的情况下，溶剂量越大，富集倍数降低，吸光度下降。为满足测定痕量待测物的要求，在拥有满意萃取效率的前提下，为得到较高的富集倍数，需较小的溶剂体积。而四氯乙烯用量为20 μL，沉积相较少难以手动吸取；当四氯化碳体积为25 μL时，既有较好的萃取效果，又能满足测定所需体积要求。所以，文中萃取溶剂用量为25 μL。

图1 萃取剂种类的影响

图2 四氯乙烯的体积对萃取效果的影响

2.2 分散剂及其体积的影响

分散剂应对水和萃取溶剂均有良好的亲和性，能够很好在样品溶液中将有机相分散。考察了甲醇、乙醇、丙酮、乙腈四种分散剂对四氯乙烯的分散效果。当将分散剂和萃取溶剂四氯乙烯的混合液快速注入到样品溶液中时，含甲醇和乙醇的混合液迅速分散出的白色云雾状态比丙酮和乙腈的更为明显。试验结果见图3，也证明了甲醇和乙醇作为分散剂时，吸光度较大，且两者差别不明显。考虑到环境的友好性，低毒性，采用乙醇作为最优分散剂。

考察了乙醇体积分别为0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70、0.80、1.00 mL时对萃取效果的影响。一般来说，分散剂过少，分散出的有机溶剂液滴较大，乳浊液难以形成，萃取速度慢，萃取效率差；用量过大，目标分析物物过多地溶于水相，同样会导致萃取效率下降。所以，依据实验结果（见图4），当乙醇的体积为0.5 mL时，吸光度最大，萃取效果最佳。

图3 分散剂种类的影响

图4 乙醇体积对萃取效果的影响

2.3 APDC的用量

螯合剂作为萃取金属离子的一个桥梁，先与金属离子发生螯合反应生成螯合物，然后疏水性的螯合物通过DLLME过程被萃取到有机溶剂中，所以螯合剂的用量在萃取过程中起着关键性的作用。试验考察了APDC储备液用量：0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.40 mL对萃取效率的影响，结果见图5。APDC用量从0.10 mL增加到0.4 mL，生成的金属螯合物增多，被萃取到四氯乙烯中的APDC-Co螯合物的量也增多，吸光度升高。继续增加APDC的用量，吸光度反而缓慢下降，可能是因为反应过剩的APDC也会被萃取，与螯合物竞争萃取溶剂，从而使金属离子在有机相中的浓度下降。所以选择0.4 mL APDC作为最佳螯合剂用量。

2.4 pH的影响

样品溶液的pH值影响金属螯合物的形成和萃取过程。所以，在pH为2～9范围内考察了不同的酸度对萃取效率的影响，结果见图6。在酸性较强pH在2～3的范围内，吸光度是迅速上升的；在酸性较弱接近中性pH为4～7时吸光度下降较迅速，在pH处在弱碱性时，吸光度变得很弱。这可能是因为pH值很低时，形成的配合物不稳定，难以被萃取；而pH值太高，钴离子易水解，形成白色絮状沉淀，影响了萃取效率。

图5 APDC用量对萃取效果的影响

图6 pH值对萃取效果的影响

2.5 萃取温度的影响

温度影响有机溶剂的溶解度和萃取体系的传质速度，因此会影响物质的传质过程和提取效率。考察了温度从20～80℃范围内对吸光度的影响。实验结果表明，温度从20℃增加到40℃，增加了萃取体系的传质速度和待测物在有机物中的溶解度，吸光度增加；在40～80℃时，吸光度有缓慢下降的趋势，可能是由于高温，有机溶剂过多的溶解在水中，增大了螯合物在水中的分配比例，不利于萃取过程，影响萃取效率。所以选择40℃为萃取的最好条件。

2.6 萃取时间的影响

萃取时间是指在样品溶液中加入萃取剂后到开始离心之前的这段时间间隔。DLLME在分散之后形成水/分散溶剂/萃取溶剂三元乳浊液体系，接近均质提取形成的均质体系，有机颗粒面积的增大，极大地加速了可溶物的渗透和扩散[11]，大大增大了萃取效率，缩短了萃取时间。本实验考察了不同萃取时间（5 s、5 min、10 min、20 min、30 min和40 min）的对萃取效率的影响，结果表明萃取时间对DLLME几乎无影响。

2.7 离子强度的影响

通过在水相中加入不同浓度的NaCl（0～5%w/v），考察离子强度对萃取效率的影响。结果表明，离子强度对萃取效率影响不大。所以选择不加盐。

2.8 共存干扰离子的影响

在萃取过程中，样品溶液中的某些溶解性有机物或共存金属离子也经历了螯合反应被萃取到有机溶剂中，影响金属钴的萃取效率。通过向2.00 μg/L Co（II）标准液中加入不同的离子：5 000 000倍的Na+、NO3-、Cl-；500 000倍的CH3COO-、H2PO4-、SO42-；500倍的K+、Ca2+、Li+、Mg2+、Ba2+、Mn2+、Fe3+；50倍的Ni2+、Fe2+、Al3+和10倍的Zn2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+、Cr6+，误差均在±10%以内，结果表明该方法具有较强的选择性和抗干扰能力。

2.9 富集倍数

方法的灵敏度是指该方法能够区分分析物浓度有微小变化的能力，一般来讲，是用工作曲线的斜率来衡量的，斜率越大，分析方法的灵敏度就越高。富集倍数可以通过分析物被萃取前后两条工作曲线的斜率来计算，所以灵敏度也可以通过富集倍数EF来衡量，经分析计算DLLME对钴的富集倍数为60。

2.10 分析特征量

Co（II）在0.05～4.00 μg/L范围内具有良好的线性关系，检出限为0.03 μg/L，校正曲线A=0.205C+0.006（R2=0.999 2）。分别对浓度为0.50、2.00 μg/L Co2+标准液测定10次的相对标准偏差为2.3%和1.7%。

2.11 实际样品的测定

实验采用DLLME-CS-GFAAS方法测定了自来水、河水、湖水样品中痕量Co（II）的含量，并做加标回收试验，测定结果见表2。

表2 实际样品的测定及回收率

2.12 与其他分析方法的对照比较

2014年袁挺侠等[12]研究了测定水中钴的几种检测方法，GFAAS的检测法的RSD为2.6%～3.9%，加标回收率为93.5%～101.4%，与本试验的结果是相符的；分光光度法的灵敏度远远不及GFAAS；虽然ICP-MS比GFAAS的灵敏度高，但其不能有机相进样，且仪器价格昂贵。

2012年缪文娟等[13]通过浊点萃取结合火焰原子吸收测定了水样中的钴，校正曲线为A=0.059C+0.001 3，检测范围为1 mg/L以下，检测范围明显高于DLLME-GC-GFAAS，又由于浊点萃取主要是通过调节实验参数（如溶液的酸度值、温度等）到达其浊点引发相分离的，条件苛刻难控制。Catalina Bosch Ojeda等人采用DLLME-FAAS方法先萃取后定容的方式测定了水中钴的含量，富集倍数8，线性范围50～500 μg/L，DLLMEGC-GFAAS免去了定容这一步骤，直接微量进样测定，富集倍数明显提升，可达60，线性范围0.05～4.00 μg/ L，灵敏度大大提高。

3 结语

分散液相微萃取与连续光源石墨炉原子吸收法相结合，建立了一个简单、快速、经济的方法测定水体中的痕量Co（II），该方法稳定、准确、富集倍数高，在最佳条件下，仅仅用5 mL的水样，检测水平能达到ng/L。在测定实际样品时，回收率可达94.34%～107.17%，结果令人满意；采用氘灯连续光源（CS），无需再加入背景校正装置，其校正背景对灵敏度的影响较小。萃取时间的无关性和微量有毒有机溶剂使用量是该方法的突出优点，对痕量金属元素的测定便捷有效。

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Determination of trace cobalt in environmental water by dispersive liquid-liquid microextraction combined with continuum source-graphite furnace atomic absorption spectrometry

PENG Shuxiang1，2,ZHANG Lijun1,YANG Guangguan1,2,ZHANG Zhanen1,XU Zhixiong1
（1.School of Environmental Science and Engineering,SUST,Suzhou 215009,China;2.Jiangsu Key Laboratory for Environmental Science and Engineering,SUST,Suzhou 215009,China）

The method of dispersive liquid-liquid microextraction prior continuum source-graphite furnace atomic absorption spectrometry was used to determine the trace cobalt（II）in environmental samples with the ammonium pyrrolidine dithiocarbamate（APDC）as chelating agents,the tetrachloroethylene as extraction solvent and ethanol as dispersant,and the factors such as pH,extraction time,temperature and salinity,etc.have been discussed in detail.The results showed that the optimum conditions for the extraction of cobalt in 5mL samples are as follows: when pH is 3.0,temperature is 40℃,the volume of chelating,extraction agent and dispersants is 0.12 g/L,25 μL and 0.5 mL respectively.Under the optimum conditions,the detection limit of cobalt（II）in water samples is 0.003 μg/L and the linear range is 0.05～4.00 μg/L.A preconcentration factor of 8 is reached,when the concentrations of 0.50 μg/L,2.00 μg/L Cr（VI）standard solution are measured 10 times,the relative standard deviation is 2.3%and 1.7%.The method is used to determine the cobalt（II）in actual samples with the satisfactory result.

continuum source-graphite furnace atomic absorption spectrometry;dispersive liquid-liquid microextraction;ammonium pyrrolidine dithiocarbamate;cobalt（II）

O657.3

A

1672-0679（2015）04-0012-06

（责任编辑：经朝明）

2015-01-12

江苏省环境科学与工程重点专业类资助项目（601210003）

彭淑香（1988-），女，河北唐山人，硕士研究生。

张丽君（1964-），女，副教授，从事水中有机污染物的测定及电化学分析在环境监测中的应用研究，Email: szzhanglijun@163.com。