莠去津(atrazine)，又名阿特拉津，是一种常见的适用于旱地的广谱除草剂，目前在我国玉米、甘蔗产区大量使用^{[1, 2]}。由于莠去津性质稳定、持久性长、水溶性较大，农田大量使用会对土壤、水体、农作物带来潜在生态环境风险^[3]。目前对水中莠去津的检测方法主要有气相色谱法^[3]、液相色谱-质谱法^{[4, 5, 6]}、免疫学方法^[7]，生活饮用水国家标准推荐采用高效液相色谱法(HPLC)。水中莠去津的测定前处理技术多采用液液提取^{[8, 9]}和固相萃取法^{[6, 10]}，如赵丽红等^[8]采用三氯甲烷液液提取测定了水中莠去津，回收率达84.9%~88.9%。但是，这些传统的前处理技术无论是萃取还是洗脱过程中，都需要使用一定量的有机溶剂，大多数具有毒性且易挥发，环境友好性差。为了满足绿色环保的需求，一种新型绿色溶剂——离子液体^{[11, 12, 13]}目前备受关注。离子液体是一种盐类物质，一般由有机阳离子和无机阴离子构成，具体有咪唑类、吡啶类、季铵类等类型，在室温或接近室温下呈液态，具有低挥发性、可设计性、选择性溶解能力、绿色环保等特点。已有学者将离子液体引入有机物分析测试领域，取代以往大量使用的有机溶剂萃取剂，达到高效绿色萃取的目的。如2006年Rezaee等^[13]在液液萃取的基础上，提出采用离子液体作为萃取剂，借助一定体积的分散剂，建立了分散液液微萃取技术将待测溶液中的目标物质成功富集分离。

目前常用的离子液体直接萃取方法, 即利用制备好的疏水性离子液体，如阴离子为六氟磷酸盐的离子液体，利用其疏水性代替有机溶剂(如二氯甲烷、三氯甲烷等)进行萃取^{[14, 15, 16]}，但是对于莠去津这种较易溶于水的除草剂，难以适用。为此，我们设想首先通过可溶性离子液体(如1-己基-3-甲基咪唑氯盐，[HMIM]Cl)与水中莠去津进行充分混溶后，再通过加入配对离子交换剂(如双三氟甲磺酰亚胺锂盐，LiNTf₂)，使其在水相中原位生成疏水性离子液体([HMIM]NTf₂)，再经超声和离心处理，使莠去津富集在新生成的离子液体中，从而达到将莠去津高效分离的目的，示意图如图 1所示。本文结合超声辅助手段，在以往直接采用成品离子液体萃取方法基础上，探索开展水相中原位生成离子液体，建立并优化液液微萃取前处理方法，结合高效液相色谱测定水中的莠去津，以满足绿色、快捷、可靠的分析技术需要。

图  1  水中原位生成离子液体分散微萃取示意图

Figure  1.  Sketch map of in situ ionic liquid formation microextraction in water

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1.   实验部分

1.1   仪器与主要试剂

高效液相色谱仪(岛津公司LC-20A，配紫外波长检测器、自动进样器)；C18反相色谱柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)；KQ5200DB型数控超声波清洗机(昆山超声仪器有限公司)；SC-04离心机(安徽中佳科学仪器有限公司)。

莠去津(纯度>98%，中国计量科学研究院)；甲醇(HPLC级，Honeywell公司)；实验用水均为超纯水(电阻率>18 MΩ·cm)。

离子液体及其盐类[HMIM]PF₆、[OMIM]PF₆、[BMIM]BF₄、[HMIM]BF₄、[HMIM]Cl、LiNTf₂等均由中国科学院兰州化学物理研究所提供，纯度>99%。

1.2   液相色谱条件

由于体系引入了离子液体作为萃取剂，本文通过实验进一步优化了莠去津高效液相色谱检测条件，即选择甲醇-水比例为60:40作为流动相，检测波长254 nm、流速1.0 mL/min、柱温40℃，在此色谱条件下莠去津的保留时间为13.6 min。实验测定了莠去津水溶液标准系列(0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 mg/L)，获取了定量标准曲线，线性拟合方程为y=4686.8x-288.6，相关系数R² =0.9996。

1.3   萃取实验方法

本文采用萃取回收率(ER)来评价不同条件下的萃取效果。ER为沉淀相中目标物质的质量与原样品中目标物质的质量之比。每次均做3次平行实验，取其平均值并计算标准偏差。

1.3.1   离子液体分散液液微萃取

准确量取含有目标物质莠去津(0.05 mg/L)的水溶液5 mL，放入10 mL尖底玻璃离心管中，加入事先混合均匀的一定体积离子液体[OMIM]PF₆和甲醇分散剂，可以看到白色乳浊现象。经超声处理后呈乳状溶液，以4000 r/min转速离心，可见离心管底部沉淀相。移出上层水相，将沉淀相用50 μL甲醇稀释，混合均匀后移至带有350 μL内插管的色谱进样瓶中，进行HPLC分析。

1.3.2   原位生成离子液体分散液液微萃取

在盛有5 mL莠去津水样(0.05 mg/L)的尖底玻璃离心管中，加入一定体积的[HMIM]Cl离子液体，混匀后加入1 mol/L的LiNTf₂水溶液，可以看到玻璃管内迅速呈牛奶状乳浊均质体，经超声处理后，4000 r/min离心，原位新生成的离子液体沉淀在离心管底部。移去上层水相，向沉淀相中加入50 μL甲醇稀释并测量体积，然后移至带内插管的进样瓶中，进行HPLC分析。

2.   结果与讨论

2.1   离子液体分散液液微萃取的提取效果

分散液液微萃取是目前利用离子液体的主要前处理手段，直接利用疏水性离子液体[HMIM]PF₆或[OMIM]PF₆进行萃取，对于水溶性小的物质能够获得理想的萃取效果。如齐孝蕊^[17]利用[C₆MIM]PF₆萃取动物尿液中的溴敌隆，加标回收率达95.6%；马维炜^[18]利用[OMIM]PF₆萃取水样中邻苯二甲酸酯，加标回收率达91.8%。因此，本文首先考虑利用离子液体分散液液微萃取的方法对水样中的莠去津进行前处理，实验条件及分析数据列于表 1, 本文采用离子液体[HMIM]PF₆和[OMIM]PF₆直接萃取莠去津的提取效果不佳，萃取回收率低于67%。

表  1  采用离子液体分散液液微萃取技术提取莠去津的回收率

Table  1.  Extraction recovery of atrazine by ILs dispersive liquid-liquid microextraction

萃取剂 种类	萃取剂体积 (μL)	分散剂 种类	分散剂体积 (μL)	萃取 次数	萃取回收率 (%)
[HMIM]PF6	50	甲醇	200	1	31.3
[OMIM]PF6	50	甲醇	200	1	38.6
			300	1	39.1
			400	1	35.8
			500	1	33.1
			600	1	27.6
			700	1	25.2
	50	乙腈	300	1	16.8
			400	1	20.9
			500	1	15.5
			600	1	17.1
			700	1	13.9
			60	甲醇	300	1	44.7
	70	400	1		45.9
	80	500	1		51.9
	90	600	1		53.6
	50	甲醇	200	2	47.0
3				66.1

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2.2   超声辅助-原位生成离子液体分散液液微萃取的条件

针对莠去津这种水溶性较大的物质，本文改变直接萃取方法，采用间接手段实现分散液液微萃取，即首先利用水溶性离子液体混合待测物质，然后原位生成疏水性离子液体，再进行分离富集，以期达到高效回收的目的。这种原位生成离子液体微萃取技术^{[19, 20, 21, 22]}不需要借助分散剂，特别适合水溶性物质的萃取分离。

2.2.1   萃取剂种类的选择

萃取剂的种类对待测物质的萃取效率有重要影响，本文开展了水溶性离子液体[BMIM]BF₄、[HMIM]BF₄、[HMIM]Cl萃取莠去津回收率实验，结果见图 2a，可见[HMIM]Cl的萃取回收率最高。

图  2  离子液体种类(a)、[HMIM]Cl体积(b)对莠去津萃取回收率的影响

Figure  2.  Effect of different ionic liquid (a) and [HMIM]Cl volume (b) on extraction recovery of atrazine

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2.2.2   萃取剂体积的优化

萃取剂的体积对于目标物的萃取效率有很大影响，萃取剂体积的选择应兼顾萃取效率和经济成本。本文在保证[HMIM]Cl和LiNTf₂物质的量比值相同的情况下，研究了30~100 μL不同体积条件下[HMIM]Cl对水中莠去津的萃取效率，图 2b结果表明，随着离子液体用量的增加，萃取回收率有显著的提高；当[HMIM]Cl体积大于80 μL时，萃取回收率变化不明显，所以后续实验选择80 μL体积[HMIM]Cl进行条件优化。

2.2.3   离子交换剂LiNTf₂体积及盐浓度的影响

离子交换剂LiNTf₂在原位生成离子液体萃取过程中起到重要的作用，LiNTf₂过少会导致置换反应发生不完全，萃取效率低；LiNTf₂过多会改变溶液中的盐浓度，对萃取效率造成影响。本文选择了300~550 μL不同体积LiNTf₂来考察其对于萃取效率的影响。实验表明，LiNTf₂体积从300 μL到400 μL变化过程中，萃取回收率呈上升趋势，体积为400 μL时回收率最高(>90%)，此时[HMIM]Cl与LiNTf₂物质的量之比为1:1。当LiNTf₂添加体积逐渐增大时，萃取回收率明显下降。因此后续实验选择加入离子交换剂体积为400 μL。另一方面，实验中离子交换剂LiNTf₂与[HMIM]Cl发生置换反应，产物中已有一定量的盐。本文实验证实当LiNTf₂过多时，萃取效率反而降低，所以本实验不在处理过程中再加入其他无机盐。

2.2.4   超声时间和离心时间的选择

在分散液液萃取过程中，辅助超声有利于新生成的离子液体在样品溶液中的分散，进而加快萃取并增强提取效果，而离心时间过短会导致样品离心不完全，离心时间过长又会导致沉淀相再次分散到溶液中。本文进行了不同超声时间(2~10 min)的条件优化(图 3a)，以及在4000 r/min转速下离心不同时间(4~12 min)的对比研究(图 3b)，最终选择超声10 min，离心8 min作为最佳时间。

图  3  超声时间(a)和离心时间(b)对莠去津萃取回收率的影响

Figure  3.  Effect of ultrasonic time(a)and centrifuge time(b)on extraction recovery of atrazine

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2.3   方法评价与实际水样应用

传统的液液提取法对水中莠去津最低检出量为0.46 mg/L，平均加标回收率为88.5%，相对标准偏差为9.7%^[8]。胡冠九等^[9]对我国多家实验室的莠去津测定数据进行对比，加标浓度＜0.02 mg/L时回收率为73%~106%。本文建立了超声辅助原位生成离子液体分散液液微萃取水中莠去津的方法，在最优实验条件下对实际水样进行了加标检测，每组实验均做3个平行处理。结果表明，水中莠去津在0.01~0.50 mg/L范围内色谱峰面积具有良好的线性关系，拟合方程y=73028x-1769.9，相关系数为0.986，方法检出限(S/N=3) 为0.01 mg/L。

将该方法的可行性进行验证，对某地区自来水、矿泉水和地下水实际样品(均未检出莠去津)进行加标回收实验，加标回收率为100.4%~106.7%，证明了该方法在实际应用中的有效性(表 2)。比较表 1和表 2的回收率可知，原位生成离子液体分散液液微萃取技术的提取效果显著优于直接离子液体分散液液萃取法。

表  2  实际水样中莠去津加标回收率测定

Table  2.  Determination of atrazine in different water

实际样品	加标浓度 (mg/L)	检出浓度 (mg/L)	加标回收率 (%)	标准偏差 (%)
自来水	0.0500	0.0502	100.4	6.9
矿泉水	0.0500	0.0525	105.0	5.6
地下水	0.0500	0.0534	106.7	7.6

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3.   结论

本文引入环境友好型绿色溶剂——离子液体建立了液液分散微萃取方法，用1-己基-3-甲基咪唑氯盐[HMIM]Cl和配对离子交换剂双三氟甲磺酰亚胺锂盐LiNTf₂，在水相中原位生成疏水性离子液体[HMIM]NTf₂，结合高效液相色谱法有效分析了水中的莠去津。通过对比研究发现，基于现有成品离子液体直接液液微萃取方法无法适用于莠去津的高效富集分离，本文尝试间接方式，借助原位合成离子液体条件，利用绿色溶剂提取莠去津，实验证实了此方法的可行性并可推广使用。另外, 实验研究发现原位生成离子液体微萃取技术应用于提取水溶性较大的有机物能获得良好的效果，这种方法为其他类似物质的前处理技术研究提供了思路，其萃取机制仍有待进一步研究。

目前应用离子液体萃取的方法主要有分散液液微萃取法、单滴微萃取法等，而原位生成离子液体微萃取法的相关研究还不多见，希望本研究能更好地促进此类方法应用于更广泛的有机物分析检测中，相关研究中离子液体种类的优选、新型离子液体的开发也将是未来发展的重要方向。