低成本玻璃纤维薄膜固相微萃取装置的研制及其在水体中苯丁威、克百威和莠去津农残检测中的应用

本文创新性地开发了一种基于玻璃纤维基底的薄膜固相微萃取（TF-SPME）装置，通过DVB/PDMS复合涂层实现了水体中苯丁威（bendiocarb）、克百威（carbofuran）和莠去津（atrazine）的高效富集检测。该装置具有0.1 ng/mL的检测限（LOD），较商业产品成本降低100倍，且通过AGREE（0.6）、Complex GAPI（83）和BAGI（72.5）评分验证其绿色分析化学特性，为环境污染物监测提供了经济高效的解决方案。

　　

研究背景与意义

农药在农业生产中的广泛使用导致其通过径流、淋溶等途径进入水体，其中氨基甲酸酯类杀虫剂苯丁威和克百威可通过抑制乙酰胆碱酯酶引发神经毒性，而三嗪类除草剂莠去津则具有内分泌干扰作用。欧盟规定地下水中这三种物质的最大残留限量为100 ng/L，传统固相萃取（SPE）和液液萃取（LLE）方法存在有机溶剂消耗大等问题。薄膜固相微萃取（TF-SPME）技术因其高表面积和溶剂节约特性成为理想替代方案，但商用碳基TF-SPME膜（200美元/片）成本过高。

材料与方法创新

研究团队选用200 GSM平纹编织玻璃纤维布为基底，通过沉淀聚合法合成1-5 μm的二乙烯基苯（DVB）颗粒，与聚二甲基硅氧烷（PDMS）按优化比例（5g DVB:17.85g PDMS）制备涂层配方。采用自动涂膜仪实现140 μm双面均匀涂层，其热重分析（TGA）显示在750°C仍保持稳定结构。相较于玻璃棉基底，该设计具有更好的机械强度和形貌稳定性，FE-SEM显示涂层前后纤维表面形成均匀多孔结构。

参数优化与性能验证

通过系统优化发现：

• 溶剂选择：乙腈因破坏π-π堆叠和疏水相互作用，解吸效率最优

• 萃取动力学：120分钟达到平衡，苯丁威（log P～2.69）因强疏水性提取率最高

• 环境因素：12% NaCl浓度通过盐析效应提升提取率，25°C为最佳操作温度

• 重复使用性：3次循环后效率下降32%，优于单次使用设计

与商用DVB/PDMS膜相比，自制装置提取效率略低但成本仅1%，且在100-900 ng/mL范围内呈现优异线性（r²>0.99），LOD达0.1 ng/mL。通过拟合方程y=7371x+510（苯丁威）等可实现快速定量，实际样品加标回收率92%-109%。

绿色评估与展望

该技术仅需1 mL乙腈溶剂，通过AGREE（0.6）、Complex GAPI（83）和BAGI（72.5）评分证实其符合绿色分析化学原则。未来可结合无人机采样实现偏远水域监测，但需进一步验证在复杂基质（如含腐殖酸水体）中的适用性。玻璃纤维TF-SPME装置为农药残留监测提供了兼具经济性、灵敏度和环境友好性的创新解决方案。