杨成雄，严秀平

(1.南开大学 化学学院 分析科学研究中心，天津 300071；2.江南大学 食品学院 分析食品安全学研究所，江苏 无锡 214122)

内分泌干扰物(EDCs)是一类干扰内分泌系统的外源性化学物质，通过摄入、积累等途径产生类似雌激素作用，可引起生物体内分泌失衡，导致生物体生殖器障碍、行为异常、生殖能力下降、幼体死亡甚至灭绝[1]。近年来，由EDCs造成的环境污染问题已引起人们的高度重视[2]。为了保障人类安全，免受EDCs威胁和困扰，必须对环境中的EDCs进行监测和控制[3]。然而，由于环境中的EDCs含量低，直接检测非常困难[4],因此，必须采用适当的样品前处理方法进行富集。固相萃取法(SPE)是最常用的痕量或微量污染物样品前处理方法[5-6]。吸附剂是SPE技术的核心，开发新颖的适用于EDCs富集的SPE吸附剂具有重要意义[7-9]。

金属-有机骨架(MOFs)是以含氧或氮的有机配体与金属离子配位形成的一类多孔骨架材料，具有比表面积大、种类和性质多样、孔道和性质可控等优点，目前在诸多领域得到了广泛研究和应用[10-12]。同时，MOFs在SPE中的应用也引起了关注[12-13]。磁分离因具有分离快速、生物兼容性良好、在复杂介质中选择性高等特点引起了大家的广泛关注[14]，结合了磁分离和SPE优势的磁性固相萃取(MSPE)技术在样品预处理和分离中具有良好的应用前景[15]。将MOFs与MSPE相结合，发展基于MOFs磁性复合材料的MSPE研究具有重要意义[16-20]。

本文采用原位生长法制备ZIF-8@Fe3O4复合物，建立了以ZIF-8@Fe3O4复合物为吸附剂的MSPE结合高效液相色谱(HPLC)检测环境水样中双酚A、雌酚酮、壬基酚和辛基酚4种典型EDCs(结构式见图1)的方法。考察了ZIF-8原位生长次数、萃取时间、离子强度、pH值、解吸溶剂和解吸时间等条件对萃取和解吸的影响。在最优条件下，该方法检测双酚A、雌酚酮、壬基酚和辛基酚的线性范围是1.0～1 000 μg/L，检出限为0.42～0.81 μg/L，富集因子为61～144，日内和日间精密度分别为2.1%～4.3%和3.5%～5.8%。该方法成功用于环境水样中EDCs的检测。

图1 4种内分泌干扰物的结构式Fig.1 Structures of the studied EDCs

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

X-射线粉末衍射仪(日本理学公司)，红外光谱分析仪(美国尼高力公司)，透射电子显微镜(荷兰飞利浦公司)，Zeta电位仪(美国布鲁克海文公司)，高效液相色谱仪(美国沃特世公司)。

超纯水(天津娃哈哈食品有限公司)，硝酸钠、氢氧化钠、柠檬酸钠、七水合硫酸亚铁、2-甲基咪唑、六水合硝酸锌、双酚A(BPA)、雌酚酮(Estrone)、壬基酚(NP)和辛基酚(OP)(上海阿拉丁试剂有限公司)，甲醇、乙醇和乙腈(天津康科德试剂有限公司)，氯化钠和盐酸(天津光复精细化工研究所)。实验所用试剂均为分析纯及以上。

以甲醇配制EDCs的储备液(1 mg/mL)，于-4 ℃暗处保存，使用前用超纯水逐级稀释至所需质量浓度。湖水样品采自本地，以0.45 μm滤膜过滤后倒入干净的玻璃瓶中备用。

HPLC检测条件：C18色谱柱(4.6 mm × 25 cm，5 μm，天津倍思乐色谱技术开发中心)，流动相甲醇-水(9∶1)，流速1.0 mL/min，检测波长280 nm。

1.2 磁性Fe3O4微球的制备

在100 mL三口烧瓶中依次加入34 g硝酸钠、0.32 g氢氧化钠、0.59 g柠檬酸钠和38 mL超纯水，升温至100 ℃，机械搅拌使其完全溶解后快速加入1.1 g七水合硫酸亚铁和2 mL超纯水，反应1 h后生成黑色Fe3O4微球。将产物转移至烧杯，外加磁铁进行磁分离后弃去上清液，依次用超纯水和乙醇超声洗涤，室温真空干燥得磁性Fe3O4微球。

1.3 ZIF-8的制备

在100 mL单口瓶中加入664 mg 2-甲基咪唑、240 mg六水合硝酸锌和32 mL甲醇，于70 ℃下磁力搅拌2 h。离心(10 000 r/min，5 min)收集产物，再用乙醇洗涤数次后，室温真空干燥得ZIF-8。

1.4 ZIF-8@Fe3O4的制备

在100 mL单口瓶中加入120 mg Fe3O4微球和30 mL甲醇，超声分散5 min后加入240 mg六水合硝酸锌，机械搅拌10 min后加入664 mg 2-甲基咪唑。待70 ℃下反应1 h后，冷却至室温，在外加磁场作用下收集ZIF-8@Fe3O4复合物，用乙醇和超纯水洗涤，最后室温真空干燥得一次ZIF-8包覆的ZIF-8@Fe3O4复合物。再重复上述操作一次和两次，分别得到两次和三次ZIF-8包覆的ZIF-8@Fe3O4复合物。

2 结果与讨论

2.1 材料表征

通过X-射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(IR)和透射电镜(TEM)对所合成的ZIF-8和ZIF-8@Fe3O4复合物进行表征(图2)。ZIF-8@Fe3O4复合物的XRD谱图中，ZIF-8和Fe3O4特征衍射峰同时出现，证明ZIF-8@Fe3O4复合物成功合成。ZIF-8@Fe3O4复合物的IR谱图中既含有ZIF-8的特征吸收峰，又有Fe3O4的特征吸收峰，进一步证明了ZIF-8@Fe3O4复合物的成功合成。TEM结果显示ZIF-8的粒径约为20 nm，所形成的ZIF-8@Fe3O4复合物粒径约为60 nm。

2.2 影响因素考察

首先考察了ZIF-8生长次数对EDCs萃取效果的影响(图3A)。结果显示，增加ZIF-8的生长次数，EDCs的萃取效率无明显增加，故在后续实验中均选择在Fe3O4磁球上生长一次ZIF-8的复合物。同时，ZIF-8@Fe3O4对EDCs的萃取效果明显高于未包覆ZIF-8的Fe3O4微球，表明ZIF-8在萃取EDCs中起着重要作用。本文所研究的4种EDCs结构中均含有苯环和羟基，同时NP和OP中含有疏水性的烷基键，而ZIF-8是以2-甲基咪唑为配体合成，具有一定的疏水性、芳香性和氢键结合位点[21]。因此，推测ZIF-8@Fe3O4对EDCs良好的萃取效果源于EDCs和ZIF-8之间的π-π、疏水和氢键作用。

考察了萃取时间对4种EDCs萃取效果的影响(图3B)。当萃取时间小于15 min时，4种EDCs的峰面积随着萃取时间的增加而逐渐增大，在15 min时峰面积基本达到平衡，继续增加萃取时间对4种EDCs的萃取影响不大。因此，选择萃取时间为15 min。

考察了离子强度对4种EDCs萃取效果的影响(图3C)，当NaCl浓度为0.02 mol/L时，4种EDCs的峰面积达到最大值，继续增大NaCl浓度至0.10 mol/L时，4种EDCs的峰面积逐渐降低。综合考虑离子强度对目标物在水中的溶解度、扩散速率的影响，推断离子强度较小时目标物的盐析作用占主要地位，使得4种EDCs的峰面积增加。当NaCl的浓度增加到一定程度时，溶液的粘度不断增加，从而减小了目标物在溶液中的扩散速度，导致4种EDCs的峰面积降低。因此，选择添加浓度为0.02 mol/L的NaCl进行萃取。

在pH 3.0～10.0范围内考察了pH值对4种EDCs萃取效果的影响(图3D)。当pH值由3.0增加到5.0时，萃取峰面积略有增加，当pH值继续增大时，4种EDCs的峰面积基本不变，方便起见，选择在中性条件下进行萃取。

选择甲醇、乙醇和乙腈为解吸溶剂考察其对EDCs的洗脱效果(图4A)。结果表明，甲醇对4种EDCs的解吸效果优于乙醇和乙腈。因此，选择甲醇作为解吸溶剂。

考察了甲醇在不同时间下的解吸效果(图4B)。当解吸时间从1 min增加到5 min时，解吸效果明显提高，5 min后除对BPA的解吸量稍有提高外，对其他3种EDCs的解吸量均趋于平稳。因此，选择解吸时间为5 min。

2.3 方法验证

在最佳萃取条件下，配制了一系列EDCs的标准溶液，以峰面积(y)对EDCs质量浓度(x，μg/L)作图，得到以ZIF-8@Fe3O4为吸附剂的MSPE结合HPLC测定4种EDCs的线性范围为1.0～1 000 μg/L，检出限(LODs，S/N=3)为0.42～0.81 μg/L，富集因子(EFs)为61～144，日内和日间相对标准偏差(RSD)分别为2.1%～4.3%和3.5%～5.8%(表1)。与已报道的EDCs的检测方法相比，本方法具有更宽的线性范围。同时，本方法与IL/SPE/HPLC和SPE/MMEC方法相比具有更低的检出限(表2)。

表1 ZIF-8@Fe3O4 MSPE 4种EDCs的分析特征量Table 1 Figures of merit of ZIF-8@Fe3O4 for MSPE of EDCs

表2 检测EDCs的方法比较Table 2 Comparison of the proposed method with other methods for EDCs determination

图5 实际样品和加标样品色谱图Fig.5 HPLC chromatograms of the EDCs obtained by the developed methoda.the wastewater sample;spiked level(b-d):20,50,200 μg/L;1.BPA,2.estrone,3.NP,4.OP

2.4 实际样品分析

将ZIF-8@Fe3O4用于MSPE结合HPLC检测实际水样中的EDCs(图5)。结果表明，实际水样中4种EDCs均未检出，其在20、50、200 μg/L加标水平下的回收率为81.7%～102%，证明了该方法的可行性。

3 结 论

采用原位生长法合成了ZIF-8@Fe3O4复合物用于MSPE结合HPLC检测水中的EDCs，考察了萃取条件对ZIF-8@Fe3O4复合物萃取EDCs的影响。结果表明，该复合物可用于快速磁固相萃取环境水样中的EDCs。该方法简单、成本低廉、所需样品量小，适用于环境样品中痕量污染物的萃取。