BHC的检测方法及萃取头

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种BHC的检测方法及萃取头。

背景技术

化学农药具有较大危害，环境中微量或痕量的有机农药(如干扰内分泌激素的有机氯等)，经过长时间的暴露以及食物链的传递等，对人类健康具有潜在的威胁。BHC是一类重要的有机氯农药，作为高效的杀虫剂曾经在全球被广泛使用。尤其是在我国有30多年的使用时间，不仅造成了农、林、畜产品受到严重的残留污染，而且使土壤、水中都有BHC残留，所以很容易通过土壤和水迁移到植物当中，进入食物链进行富集，从而影响人类健康。因此，BHC仍是我国环境分析、食品安全检验分析重点监测对象。

目前食品中BHC残留量的检测方法有气相色谱法(GC)和气相色谱-质联用法(GC-MS)。以上的分析方法中，需要进行复杂而繁琐的样品前处理、需要大量的有机试剂。因此，上述分析法中样品前处理是分析检测BHC的重要研究。

现有技术中，采用毛细管柱气相色谱-电子捕获检测器法对食品中BHC的残留量进行检测，此方法具有灵敏度高、试剂用量少、选择性高、重现性好、回收率高等优点。但此方法对样品的前处理比较繁琐，需要进行提取、脱水、浓缩、进化。也有人用超声提取-浓硫酸净化-气相色谱检测方法对BHC进行检测分析，但此方法操作起来比较复杂，重现性不够好。

发明内容

本发明针对上述现有问题，提出一种BHC的检测方法及萃取头。

根据本发明的一个方面，提供一种BHC的检测方法，包括以下步骤：

制备Monomer+IL+COOH-MWCNTs复合萃取头；将所述复合萃取头顶空萃取BHC；构建气相色谱-质谱(GC-MS)，并用所述萃取头进行BHC的检测。其有益效果是：Monomer+IL+COOH-MWCNTs复合萃取头，对BHC具有更好的萃取效率和机械稳定性。将本申请的方法用于实际样品中的六六六的检测，具有较好的灵敏性和实用性。

在一些实施方式中，所述复合萃取头的制备包括以下步骤：

配置含有对氨基苯甲酸-苯胺的Monomer、COOH-MWCNTs、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体的IL液体的混合溶液；将电极系统进入到所述混合溶液中，进行CV扫描制备复合萃取头。其有益效果是：由此制得的符合萃取头具有良好的导电性和机械稳定性，对BHC的检测具有较好的灵敏度。

在一些实施方式中，所述对氨基苯甲酸为1mol/L；苯胺酸溶液为2mol/L；COOH-MWCNTs为2mg/mL；IL液体为25μL。其有益效果是：这个比例下的萃取头的涂层分布均匀，稳定性较好，从而具有更好的导电性和对目标物质检测的灵敏度。

在一些实施方式中，还包括以下步骤：

将萃取头固于自制进样器中，晾干后，制得Monomer+IL+COOH-MWCNTs的进样装置。其有益效果是：由此更加方便进行后续的萃取操作。

在一些实施方式中，还包括以下步骤：将制备好的进样装置于气相色谱仪中进行老化。其有益效果是：可以净化萃取头上杂质，提高检测精度和灵敏度。

在一些实施方式中，所述老化的条件为：

将自制进样器置于GC进样口处，当温度升至90℃，推动手柄将萃取头推出进行老化，30min后将进样口温度升至230℃，继续老化1.5h，老化结束后放置备用。其有益效果是：可以净化萃取头上杂质，提高检测精度和灵敏度。

在一些实施方式中，复合萃取头顶空萃取BHC包括以下步骤：

第一混合液进行搅拌并恒温水浴；再加入BHC标准溶液，进行搅拌；将所述进样装置插入所述萃取瓶并让所述萃取头暴露在溶液顶空，在搅拌状态下进行顶空萃取；将萃取头收回保护套内，迅速插入气相色谱气化室，并将萃取头推出解吸后，进行GC-MS分离检测。其有益效果是：由此更加方便进行后续的检测操作。

在一些实施方式中，恒温水浴的温度为：50℃；所述搅拌为磁力搅拌，搅拌速度为300-500r/min，时间为30-50min。其有益效果是：这个温度下的萃取头的涂层分布均匀，稳定性较好，从而具有更好的导电性和对目标物质检测的灵敏度。

在一些实施方式中，所述萃取时间为30-50min；和/或所述萃取温度为40-80℃；和/或解析时间为5min。其有益效果是：这个温度和时间下的萃取头的涂层分布均匀，稳定性较好，从而具有更好的导电性和对目标物质检测的灵敏度。

在一些实施方式中，CV扫描的循环伏安范围为0-1.5V；扫描速率为0.05mV/S，扫描数量为100圈。其有益效果是：由此制得的萃取头的涂层分布均匀，稳定性较好，从而具有更好的导电性和对目标物质检测的灵敏度。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于检测BHC的萃取头，所述萃取头包含对氨基苯甲酸-苯胺、COOH-MWCNTs、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体的复合材料。其有益效果是：萃取头的涂层分布均匀，稳定性较好，从而具有更好的导电性和对目标物质检测的灵敏度。

附图说明

图1为本申请的制备Monomer+IL+COOH-MWCNT萃取头的示意图；

图2为本申请放大倍数为500倍的Monomer+IL+COOH-MWCNTs液体涂层的SEM图；

图3为本申请放大倍数为20000倍的Monomer+IL+COOH-MWCNTs液体涂层的SEM图；

图4为Monomer+IL+COOH-MWCNTs萃取头的伏安行为图；

图5为Monomer萃取头的伏安行为图；

图6为Monomer+IL萃取头的伏安行为图；

图7为Monomer+COOH-MWCNTs萃取头的伏安行为图；

图8为共单体浓度(1：1)萃取头的制备的伏安行为

图9为加入同等质量不同浓度不同回流时间的COOH-MWCNTs后震荡得到的溶液；

图10为图9中的溶液静置一段时间后，出现了的现象；

图11为各个萃取头对BHC的响应示意图；

图12为Monomer+COOH-MWCNTs萃取头使用寿命示意图；

图13为.Monomer萃取头使用寿命示意图；

图14为Monomer+IL+COOH-MWCNTs萃取头使用寿命示意图；

图15为IL浓度变化对BHC的相应峰面积；

图16为COOH-MWCNTs浓度变化对BHC的相应峰面积；

图17为顶空萃取瓶中搅拌速率对目标分析物吸附量的影响示意图；

图18为萃取温度从20-70℃时萃取头对BHC响应峰面积的变化；

图19为萃取时间从10-60min时萃取头对BHC响应峰面积的变化；

图20为NaCl浓度从0.1g/mL增至0.3g/mL时萃取头对BHC响应峰面积的变化；

图21为BHC的标准工作曲线图；

图22为实际样品2μg/mL的加标色谱；

图23为实际样品3μg/mL的加标色谱；

图24为实际样品4μg/mL的加标色谱；

图25为实际样品5μg/mL的加标色谱；

图26为实际样品6μg/mL的加标色谱；

图27为实际样品测定标准曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实验操作条件、实施例等对本发明作进一步详细说明。

一、仪器与试剂说明

主要的仪器及型号：岛津气相色谱质谱联用仪(GCMS-QP2010)、扫描电子显微镜SEM美国FEI公司、电化学工作站(PGSTAT302N，瑞士)、超声波清洗仪(KQ5200E)、S10-3型恒温磁力搅拌器、美国Supelco聚二甲基硅氧烷(PDMS，100μm)商用萃取头、进样器(自制)。

甲醇(特级色谱纯，昌泰兴业有限公司)、羧基化多壁碳纳米管购买于南京先丰纳米材料科技有限公司(南京，中国)。对氨基苯甲酸(天津市化学试剂三厂)、苯胺(天津市化学试剂三厂)、BHC(北京百灵威科技公司)、硝酸(AR，重庆川东化工有限公司)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(实验室自制)、氯化钠(AR，天津富宇精细化工有限公司)，本申请中其余未提及试剂均为分析纯。

二、GC操作条件

以色谱柱DB-1701为分离柱，柱温箱温度为120℃；进洋口温度230℃，不分流进样方式；压力73.0kPa；总流量44.0mL/min；柱流量1.00mL/min；线速度35.9cm/sec；吹扫流量3.0mL/min；柱温箱程序升温设定：120℃保持2min，以20℃/min升温至180℃保持3min，再以10℃/min升温至210℃保持32min，离子源温度200℃；接口温度250℃；溶剂延迟3min。

表1-BHC的特征选择离子表

三、实施例

实施例1：复合SEPM头的制备

如图1所示，以铂丝为对电极、饱和甘汞电极为参比电极和不锈钢丝为工作电极组装为三电极电化学工作系统，将三电极浸入含有1mol/L对氨基苯甲酸、2mol/L苯胺溶液、2.0mg/mL(COOH-MWCNTs)和25μLIL液体的混合溶液中，在0-1.5V的电位范围中，以0.05mV/s的速度扫描100圈。然后，取出制备好的SPME头，用乙醇冲洗，晾干备用(见图1)。之后，用环氧树脂将其与自制进样品手柄粘接，晾干，制得(Monomer+IL+COOH-MWCNTs)萃取头。接着，将萃取头插入气相色谱的气化室中进行老化，设置进样口为90℃温度，老化30min；接着将进样口温度持续升温至250℃，并持续老化1.5h，备用。

另外，Monomer、Monomer+IL、Monomer+COOH-MWCNTs三类萃取头的制备条件，除了相应地改变电解液组成外，其余参数与上述制备方法保持一致，且老化条件也保持一致。

实施例2：顶空萃取

在20mL萃取瓶中加入配置好的饱和氯化钠溶液，加入磁力搅拌子。再加入BHC标准溶液，生胶带封口，塞上橡胶塞，铝盖密封。接着，将萃取瓶放入恒温60℃水浴中，在400r/min磁力搅拌下，插入自制手柄插入顶空瓶，且使萃取头暴露在萃取瓶上空部位，进行顶空萃取50min。结束后，将萃取头收回保护套内，迅速插入气相色谱气化室，并将萃取头推出解吸5min后，进行GC-MS分离检测。

另外，不同的解析时间和进样口温度对检测结果的存在影响。当进样口温度和解析时间为(160℃，3min)、(180℃，3min)、(210℃，3min)时，是检测不到目标分析物BHC的，原因是在解析温度低于210℃，BHC沸点较高，无法从涂层中解析出来。当进样口温度和解析时间提升到(230℃，5min)时能够检测到BHC，所以优先选择进样口温度为230℃，解吸时间为5min。

此外，还考察了进样方式方式对响应峰面积的影响。当采用边解析边进样分析的方式时，响应峰面积大大小于充分解析后再进样的方式。所以对比结果后，选择解析5min后，再对BHC进行检测分析。

SPME涂层的微观表征

如图2所示，本申请利用Monomer(对氨基苯甲酸-苯胺)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体(IL)、羧基化多壁碳纳米管(COOH-MWCNTs)制备所得的萃取(实施例1)在SEM下进行微观形貌的表征，所得从图2中可以看出，所得Monomer、IL、COOH-MWCNTs能很好地附着在不锈钢丝载体上，同时具有多孔结构。为进一步表征其微观结构，如图3所示，从其高倍SEM图中(放大倍数20000倍)可以看出具有三维的多孔结构。所得涂层(图2)的结构变得更加致密，IL和COOH-MWCNTs参与聚合反应中，有效改变了涂层形貌。同时，有IL和COOH-MWCNTs负载到单体的空隙中的现象(图3)，表明IL和COOH-MWCNTs有效掺杂到聚合物涂层中。SEPM的伏安行为表征：

本申请采用CV制备固相微萃取头，将不锈钢丝为工作电极、铂丝为对电极和饱和甘汞电极为参比电极插入到配置好5mL1.0moL/L的对氨基苯甲酸、2mol/L苯胺溶液，5μl/mL的IL溶液电解液，2.0mg/mLCOOH-MWCNTs中，一池三电极的电化学工作站在0-1.5V间循环伏安范围内，以0.05mV/S的速度扫描100圈参数条件下电沉聚，从其伏安图中可以看出，对氨基苯甲酸和苯胺共同聚合，对导电高分子主链的排列和构象产生了影响，在图中电位为0.2V时出现还原峰，电位为1V时开始有明显的氧化峰出现。随着聚合圈数的增加和聚合时间的增长，峰电流不断的增大，表明该聚合涂层有IL以及COOH-MWCNTs掺杂进去后具有良好的导电性。如图4所示。

实施例3

为对比掺杂IL和COOH-MWCNTs对聚合涂层的效果和不同类萃取头对目标分析物的响应效果，本实施方式还制备了Monomer萃取头、Monomer+IL萃取头、Monomer+COOH-MWCNTs萃取头，Monomer、Monomer+IL、Monomer+COOH-MWCNTs三类萃取头的制备条件，除了相应地改变电解液组成外，其余参数与上述Monomer+IL+COOH-MWCNTs制备方法保持一致，且老化条件也保持一致。

三类萃取头的伏安图如图5、图6、图7所示，在图5中，同样在电压为1V处出现了一个氧化峰，在电压为0.1-0.2V处出现了一个还原峰，由图可观察到，随着圈数增大，氧化峰的电流不断的减小，且电流变化跨度较大，最后氧化峰电流恒定在0.00005A处，观察图6和图7可得，在电压为1.1-1.2V处出现一个氧化峰，在0.1-0.2V处出现一个还原峰，随着扫描圈数的增大，氧化峰的电流不断的减小，但对比Monomer萃取头的电流变化速度较小，最后氧化峰的电流恒定在0.00006A。其原因是IL和COOH-MWCNTs的掺杂，能够对导电高分子的主链排列以及构象产生影响，增大了聚合共(对氨基苯甲酸+苯胺)单体的导电率。

由此可见，对氨基苯甲酸聚合出来的涂层具有致密细致的优点，但仅此一个单体不容易进行CV聚合涂层，而苯胺具有容易聚合的优点，但聚合出来的涂层较粗，所以将二者进行共聚合，二者的浓度比具有较大影响，对氨基苯甲酸浓度取1mol/L，苯胺取1mol/L进行共聚合，如图8所示，所得涂层效果差，涂层基本聚合不到不锈钢丝上，当苯胺浓度变为2mol/L时，所得涂层效果较好。这表明，苯胺浓度过低，不利于涂层聚合。

实施例4用HNO溶解对氨基甲酸和苯胺

本申请中，加入HNO

实施例5HNO

在本申请中加入了COOH-MWCNTs了，为增加聚合涂层的吸附容量及机械稳定性，所以COOH-MWCNTs的溶解效果对其实验结果具有较大影响，在本实验中，称取5mg COOH-MWCNTs，量取不同浓度的HNO

实施例6不同萃取头对BHC的响应及涂层的使用寿命对比

本实施例主要为验证不同的萃取头对同一目标分析物BHC峰面积的响应效果，从实验数据处理出来的柱状图11中可以看出，Monomer+IL+COOH-MWCNTs萃取头的BHC峰面积的响应较大。此外，涂层的使用寿命是该方法是否能够广泛推广应用的关键所在。对于多数的商用萃取头，它的萃取效率非常容易受到温度、有机溶剂、强酸及强碱的影响，所以商用萃取头效率会随着萃取次数的增加而逐渐降低。这里我们将三类效果较好的萃取头进行重复使用对比发现，Monomer萃取头和Monomer+COOH-MWCNTs萃取头随着重复吸附/解析次数增加，该涂层对目标分析物BHC的吸附效率逐渐降低如图12和图13所示，然而Monomer+IL+COOH-MWCNTs萃取头随着重复吸附/解析次数的增加，对目标分析物BHC吸附效率基本保持不变，如图14所示，其原因是在电沉积的过程中IL和COOH-MWCNTs改变了COOH-MWCNTs形成的微观结构；增加了萃取头的吸附容量、热稳定性和机械稳定性，但将二者分开掺杂到Monomer涂层中热稳定性和机械稳定性明显小于将两者同时掺杂到Monomer萃取头的效果。

实施例6条件优化

(1)IL浓度影响

在本申请中，考虑到加入IL以后，萃取头对目标分析物BHC的响应峰面积具有影响，于是进行了单因素变量实验，控制除IL浓度以外的因素不变，IL在电解质中的浓度不断增大。

如图15所示，IL的浓度为2-7.5ul/mL，观察实验结果得到，随着IL浓度的不断增大，萃取头对目标分析物的响应峰面积不断增大，产生这个结果的原因可能是因为IL吸附增多，使共聚(对氨基苯甲酸-苯胺)涂层的有效吸附比表面积大大增加，所以在萃取过程中吸附目标分析物的面积增大，从而影响了对目标分析物的响应峰面积。

(2)COOH-MWCNTs的影响

实验考察了COOH-MWCNTs浓度为0.2-1mg/mL时对BHC峰面积的响应，如图16所示，结果表明，当COOH-MWCNTs浓度在2mg/mL时，萃取头对BHC的响应峰面积最大，当其浓度不断增加，萃取头对BHC的响应峰面积大幅度减小，产生这种结果可能与COOH-MWCNTs在水溶液中的溶解度有关，当COOH-MWCNTs的浓度越大，它的沉降速度越快。所以当COOH-MWCNTs的浓度增大，其在水溶液中的有效浓度减小，导致其在进行电聚合时，会沉聚在底部，从而导致萃取头的萃取效率降低。

(3)搅拌速率的影响

在顶空萃取瓶中搅拌溶液可以有效促进目标分析物从液相扩散到气相，从而影响萃取效率。但是过快的转速容易带来过大的误差。因此，实验考察了，当转速从200r/min-600r/min萃取头对目标分析物吸附量的影响。如图17所示，观察实验结果可发现，转速从200r/min-400r/min时，萃取头对BHC的响应峰面积不断增大，从500r/min开始，响应峰面积逐渐减小。因此选择400r/min为最佳实验条件。

(4)萃取温度的影响

本实验记录了萃取温度从

(5)萃取时间的影响

本实验记录了萃取时间从10-60min时萃取头对BHC响应峰面积的变化如图19所示。随着温度的上升，涂层的萃取效率不断的上升，萃取时间为50min时萃取效率最高，时间继续加长，萃取效果下降。可能原因是萃取时间过长，萃取头的吸附量达到平衡。所以，本实验选取的最佳萃取时间为50min。

(6)盐浓度的影响

由于盐析效应，增加离子强度通常能提高萃取效率。所以记录了NaCl浓度从0.1g/mL增至0.3g/mL时萃取头对BHC响应峰面积的变化，如图20所示。随着NaCl浓度的不断增加，萃取效率也不断的增加，在饱和NaCl溶液中，涂层对BHC的响应峰面积是最好的，所以本实验选择饱和NaCl溶液作为萃取介质。降速度不断的减慢，所以对比实验结果后，本实验选择HNO

实施例7分析性能

(1)方法及评价

在优化的实验条件下，对不同浓度的BHC进行分析。从图21可知，其响应峰面积随着BHC浓度的增大而增大，呈现出线性浓度，分别为0.125-10μg/mL和10-100μg/mL具有较好线性相关，从结果可以得出，此方法具有较好的灵敏度和检测下限(S/N＝10)。同时，同一根萃取头对同一浓度的BHC进行平行3次实验，相对标准偏差(RSD)分别为2.18％和2.32％。比较了3根平行制备的萃取头对同样浓度的样品进行分析，其RSD值分别为2.4％和2.41％，结果分析如表2所示，说明萃取头的重现较好。同时，同一根萃取头在使用100次后，其峰面积响应还能保持原始值的91.64％，说明萃取头具有良好的稳定性。

Monomer+IL+COOH-MWCNTs萃取头对BHC分析性参数

(2)实际样品分析测定

利用上述实验方法，在优化以后的实验条件下，分析测定取红河学院有鸣潭的水，首先将取到的水样进行过滤处理，摇匀水样后，用量筒量取100mL水样放入到烧杯中，加入NaCl，配制成饱和盐溶液，取5ml饱和盐水加入到顶空萃取瓶中，密封，进行顶空萃取测定水样中的BHC，该水样中未检测到BHC的存在，所以采用该实验方法，向该水样中加不同浓度的BHC标样，进行加标回收。所加浓度梯度为2μg/mL、3μg/ml、4μg/ml、5μg/ml、6μg/ml，进行检测发现浓度不断升高，萃取头对目标分析物HCH的响应峰面积不断增大，如图22-图26且回收率分别为83.5％、82％、98.75％、102.9％、104％。

如表2所示，并呈现线性关系，且r

表2样品回收率测定

本申请以对氨基苯甲酸和苯胺为功能单体，IL和COOH-MWCNTs为掺杂剂，CV制备Monomer+IL+COOH-MWCNTs萃取头。在本申请中，由于IL和COOH-MWCNTs较大吸附容量和稳定性，从而提高了分析方法的灵敏度，进一步拓宽了农药残留BHC的分析。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。