曹江平， 马 贵， 赵文霞， 刘丽娜， 徐地红， 易宗慧

(宁夏师范学院 a.化学化工学院； b.六盘山资源工程技术研究中心，宁夏 固原 756000)

0 引 言

综合化学实验是为培养既懂理论，又能实践的拔尖型人才，在基础化学实验完成后开设的一门基础化学知识交叉的研究型、探索型实验课程，对于深化理解专业理论知识，提高实验操作技能、实践创新能力、锻炼科学思维方法并提高综合素质，具有十分重要的地位和作用[1-3]。因此，结合地方实际，把难度适中的针对性、时效性、趣味性、成熟的科研内容引入本科生综合化学实验教学中，有较强的现实意义[4-6]。本文结合科研实践，将化学知识应用到生活实际中，设计了表面活性剂辅助乳化微萃取-高效液相色谱法测定饮水中酞酸酯的综合化学实验。

酞酸酯，即邻苯二甲酸酯类物质，是一种性能优良的工业助塑剂。以其对材料优良的软化功能，广泛应用于儿童玩具、食品包装材料、医用材料、建筑材料、护理用品等产品中。通过饮食、呼吸系统或皮肤等接触进入体内，过量使用容易干扰生物体的内分泌系统，引起肝、肾功能下降，破坏生殖系统，甚至有致癌作用[7-10]。水是生命之源，成人每天饮水量为2 L左右，饮水在输送材料、包装材料中易接触此类物质，因此，研究饮水中酞酸酯含量意义重大。

分散液相微萃取技术以萃取剂用量极少、萃取效率高、成本低廉等突出优点备受该领域研究人员青睐[11-15]，在研究过程中对该技术不断改进，发展出众多操作模式，其中表面活性剂辅助-分散液液微萃取技术就是一种重要的操作新模式[16-17]。表面活性剂由亲水基和疏水基构成，是一种少量加入即可显著降低液体表面张力的物质。本实验将表面活性剂引入分散液液微萃取技术中，以其在相界面的优异特性代替分散剂作用，实现了高效的分散效果。该实验项目贴近生活，新颖有趣，调动了学生参与综合化学实验设计的积极性和创造性，巩固并提高了基础理论和基础化学实验操作技能。通过对比实验，使学生掌握了实验设计优化的方法，积累了理论知识在实验设计中运用的经验，建立了团队合作意识，深化了的团队创新、协作创新的认识。

1 实验设计

1.1 实验目的

实验目的：① 了解表面活性剂辅助乳化微萃取技术操作模式和影响因素，对比表面活性剂与传统分散剂的异同。② 结合表面活性剂的结构特点，分析表面活性剂在本次实验中的作用。锻炼运用理论进行分析实验现象的能力。③ 建立绿色化学概念，强化环保意识，培养环保习惯。

1.2 实验原理

表面活性剂由亲水性基团和疏水性基团构成，在稀溶液中有改变界面能的作用，是一种少量加入即可显著降低液体表面张力的物质。在传统分散液液微萃取技术的基础上，以小体积、低浓度表面活性剂代替分散剂，形成表面活性剂辅助乳化微萃取技术，经混合后形成“样品溶液/表面活性剂/萃取剂”三相乳浊液体系，极大增加了了萃取剂和分析物接触的表面积，使分析物在萃取剂和样品溶液之间高效率传质，快速达到分配平衡而完成萃取过程。

1.3 实验试剂和仪器

1.3.1 实验材料和试剂

四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、氯苯均为色谱纯(天津科密欧化学试剂开发中心)；表面活性剂CTAB、SDS、Triton X-100、氯化钠为市售分析纯。邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP，99%)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP，>99.5%)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP，分析标准品)(上海阿拉丁试剂公司)；实验用水为二次蒸馏水。

1.3.2 实验仪器和设备

Agilent 1200型高效液相色谱仪(安捷伦科技有限公司)；PHS-3C型pH计(江苏江分电分析仪器有限公司)；TDL80-2B型离心机(上海市安享科学仪器厂)；FA2204B型分析天平(上海精科天美科学仪器有限公司)；KQ-5200E型超声波清洗器(昆山市超声波仪器有限公司)；UPDR-II-20L型超纯组合高纯水制取系统(四川优普超纯科技有限公司)。

1.4 实验内容

1.4.1 标准溶液的配置

准确称取3种酞酸酯标准品各10 mg，用甲醇溶解并移至10 mL容量瓶中定容至刻度，配制成浓度均为1 mg/mL的标准品储备液，4 ℃下冰箱保存。取3种标准品储备液各1 mL混合于10 mL容量瓶中并用甲醇定容至刻度，配制成浓度均为100 μg/mL的标准品混合液。实验时，取一定体积标准品混合液，用纯水稀释为浓度100 ng/mL工作液，实验条件优化过程使用。为去除所用实验器皿酞酸酯污染，实验过程一律使用玻璃材质的器皿，每次清洗后，用纯水冲洗3次，丙酮浸泡1 h，在200 ℃烘箱中烘烤2 h，冷却至室温后使用。

1.4.2 SAEME-HPLC

取9 mL饮水样品液于10 mL锥底离心管中，加入1.8 g的NaCl固体(质量浓度20% NaCl)溶解后，用微量注射器快速加入预先混匀的50 μL四氯化碳和200 μL浓度0.1 mmol/L的CTAB水溶液，轻摇5 min后离心(5 000 r/min×3 min)，用微量注射器吸取沉积于离心管底部的有机相，用甲醇稀释到相同体积后进HPLC检测。

1.4.3 绘制工作曲线

取一定量100 μg/mL标准品混合液，用纯水分别稀释2、5、10、20、100倍，依次得到50、20、10、5和1 μg/mL系列浓度工作液。分别取各工作液9 mL，进行SAEME萃取并进HPLC检测，用工作液浓度和所得吸收峰面积作图，得到工作曲线。

1.4.4 HPLC工作条件

色谱柱：DiamonsiL C18(100 mm×4.6 mm，5 μm)；流动相为V(甲醇)∶V(水)=61∶39；流速：1.00 mL/min；进样量：20 μL；紫外检测波长：DIBP: 280 nm；DBP：260 nm；BBP：235 nm；柱温：室温。

1.4.5 SAEME条件优化和定性定量方法

以水稀释标准品储备液，配置100 ng/mL工作液，进行SAEME萃取处理并检测后，按照各平行实验条件下所得吸收峰面积，分别对萃取剂的种类及用量，3种表面活性剂种类、浓度和体积，溶液pH，离子强度，萃取时间和温度等萃取条件进行优化。对3种分析物采用保留时间和特征紫外吸收图谱定性确认，外标曲线法进行定量分析，结合工作曲线方程，计算样品液浓度，并做空白实验进行空白校正。

1.4.6 样品测定

按照步骤1.4.2方法进行实际饮水样品中酞酸酯含量的分析，测定样品在3种分析物各自的特征吸收波长下吸光强度的峰面积，代入“峰面积-浓度”回归方程，按照下式：

其中：Csed为萃取完成后萃取剂中分析物浓度(μg/mL)，Vsed为萃取完成后萃取剂的体积(mL)。

计算方法计算样品中3种酞酸酯的含量(μg/mL)。取其中一个饮水样品，按照低(1 μg/mL)、中(5 μg/mL)、高(10 μg/mL)3个浓度加标，以日内、日间重现性(n=6)评价方法的精密度和准确度，并测定实际样品加标回收率。

2 结 语

本文结合科研实践和综合化学实验课程的需要，设计了表面活性剂辅助乳化微萃取-高效液相色谱法测定饮水中酞酸酯的综合化学实验项目。结合分散液液微萃取技术存在的问题，学生通过查阅专业书籍和文献，提出了许多改进的措施。通过了解表面活性剂结构和性能，结合文献内容，设计了该实验。结合物理化学理论知识，对比了阳离子表面活性剂(CTAB)、阴离子表面活性剂(SDS)和非离子表面活性剂(Triton X-100)3种不同结构表面活性剂在SAEME萃取中乳化效果的差别，结合表面活性剂的亲水亲油平衡值(HLB)选择合适的表面活性剂作为该技术乳化剂，参考临界胶束浓度(CMC)确定表面活性剂的浓度和用量，同时理解了物质存在状态与化学环境的关系，以及盐析效应等理论。实现了实验设计过程发现并解决问题的思路、理论解释实践中问题的目的，实验设计能充分激活学生发散思维的火花，锻炼了科研创新能力，有利于培养既懂理论、又会实践的拔尖型、复合型人才。