兩種離子液體-分散液液微萃取方法富集水中4種胺類化合物的比較

徐能斌 馮加永* 朱麗波 錢飛中 徐立紅 陳鐘佺 汪晟樂

1(寧波市環(huán)境監(jiān)測中心，寧波 315012) 2(紹興市環(huán)境監(jiān)測中心，紹興 312000)

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兩種離子液體-分散液液微萃取方法富集水中4種胺類化合物的比較

徐能斌1馮加永*1朱麗波1錢飛中1徐立紅2陳鐘佺1汪晟樂1

1(寧波市環(huán)境監(jiān)測中心，寧波 315012)2(紹興市環(huán)境監(jiān)測中心，紹興 312000)

建立了溫度控制/超聲輔助-離子液體-分散液液微萃取-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測水中4種胺類化合物的方法，并對兩種前處理方法的優(yōu)化參數(shù)進行了詳細比較，最終證明超聲輔助方法具有更高的回收率。水樣在調(diào)節(jié)pH之后加入[C8MIM][PF6]和乙腈，通過水浴控溫/超聲輔助的方法促進萃取，冷卻后離心分離，即可進入超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測。超聲輔助方法中，4種胺類物質(zhì)線性良好，相關(guān)系數(shù)范圍在0.9969～0.9991，檢出限范圍為5.0～50 ng/L。在3個濃度水平6次平行加標實驗中，4種胺類物質(zhì)平均回收率為81.5%～106.9%。日內(nèi)相對標準偏差和日間相對標準偏差分別為7.6%～15.7% 和 14.7%～22.9%。本方法操作簡便,靈敏度高,適用于大批量樣品的快速分析。

丙烯酰胺； 己內(nèi)酰胺； 聯(lián)苯胺； 苯胺； 超高效液相色譜-質(zhì)譜法; 分散液液微萃?。?離子液體； 超聲輔助

1 引 言

許多酰胺類和苯胺類物質(zhì)(以下統(tǒng)稱胺類)是重要的化工原料，其中丙烯酰胺、己內(nèi)酰胺、聯(lián)苯胺、苯胺應用較為廣泛。由于良好的水溶性和毒性危害，使得胺類在水中的污染引起高度關(guān)注，中國、美國、歐盟等均將其列入常規(guī)監(jiān)測和優(yōu)先監(jiān)測的污染物名單。目前檢測水中胺類物質(zhì)的儀器分析方法較多，但關(guān)于前處理方法的討論比較少[1]。

分散液液微萃取 (Dispersive liquid-liquid microextraction，DLLME)是一種集采樣、萃取和濃縮于一體的新型樣品前處理技術(shù)[2,3]。由于其具有操作簡單、快速、成本低、富集效率高、不存在交叉污染，且對環(huán)境友好等優(yōu)點，自2006年首次報道以來即在環(huán)境、生物樣品中痕量有機分析領(lǐng)域得到了廣泛應用[4]。離子液體(Ionic liquid, IL)是一種新型綠色溶劑，具有難揮發(fā)、高穩(wěn)定、強極性和無污染等優(yōu)于傳統(tǒng)萃取溶劑的特性，在靜電作用下可以溶解多種難溶化合物，已廣泛用于萃取、色譜等分析領(lǐng)域中[5,6]。目前已經(jīng)有許多研究嘗試將離子液體應用于分散液液微萃取方法中[7,8]，并且逐漸形成了溫度控制(Temperature-controlled, TC)-離子液體分散液液微萃取[9]和超聲輔助(Ultrasound-assisted, UA)-離子液體分散液液微萃取[10,11]兩種方法。溫度控制和超聲輔助均可有效提高離子液體的萃取效率，但是對兩種方法之間的區(qū)別研究較少，研究認為在殺蟲劑分析方面UA比TC更有利于離子液體萃取效率的提高[12,13]。本實驗將通過兩種方法的對比，建立一種離子液體分散液液微萃取富集水中4種胺類物質(zhì)的方法。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

Acquity UPLC超高效液相色譜系統(tǒng)、Quattro Premier XE三重四級桿質(zhì)譜儀(Waters 公司)； BEH反相C18色譜柱、HILIC色譜柱(100 mm×2.1 mm，1.7 μm, Waters 公司)；高速冷凍離心機(浙江天美公司)；恒溫磁力攪拌器(上海司樂儀器)；超聲波清洗儀(上海安譜公司)。

丙烯酰胺(色譜純，Sigma-Aldrich公司)；己內(nèi)酰胺(分析純,上海國藥集團化學試劑有限公司)；聯(lián)苯胺(色譜純，AccuStandard公司)；苯胺(色譜純，環(huán)保部標樣所)；甲醇、乙腈、甲酸(HPLC級，TEDIA公司)；實驗用水為超純水。1.0 mL一次性使用無菌注射器(浙江玉升醫(yī)療器械有限公司)；有機相針式濾器(13 mm×0.2 μm，上海安譜科學儀器有限公司)。

離子液體[C4MIM][PF6](1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽)、[C6MIM][PF6](1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽)、[C8MIM][PF6] (1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽)(純度>98%，百靈威化學公司)。

2.2 色譜-質(zhì)譜條件

4種胺類采用雙柱串聯(lián)-超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法進行檢測，其方法參見文獻[1]。

色譜條件: C18色譜柱與HILIC色譜柱串聯(lián)；柱溫40℃；流速0.18 mL/min；進樣量10.0 μL；分離時間6 min。梯度淋洗(A為甲醇；B為0.1%甲酸溶液): 0～1.1 min，50%～90% A；1.1～1.5 min，90% A；1.5～4.0 min，90%～50% A；4.0～6.0 min，50% A。

質(zhì)譜條件為: 三重四級桿串聯(lián)質(zhì)譜多反應監(jiān)測(MRM)；ESI正離子電離模式；毛細管電壓3.0 kV；離子源溫度110℃；脫溶劑氣溫度350℃；脫溶劑氣流量600 L/h；錐孔氣流量50 L/h，各目標化合物的質(zhì)譜分析參數(shù)見表1。

表1 質(zhì)量分析參數(shù)

Table 1 Parameter of MS for acrylamide,caprolactam, aniline and benzidine

化合物Compound錐孔電壓Conevoltage(V)碰撞能量Collisionenergy(eV)停留時間Dwelltime(s)定量離子Quantitativeions(m/z)定性離子Qualitativeions(m/z)聯(lián)苯胺Benzidine60260.2185>167185>157苯胺Aniline50170.294>7794>66丙烯酰胺Acrylamide25100.272>5572>27己內(nèi)酰胺Caprolactam35170.2113.5>69113.5>79

2.3 樣品采集及前處理

樣品采自寧波市鎮(zhèn)海區(qū)某化工區(qū)的胺類生產(chǎn)廠周邊河流，共采集3個樣品。水樣使用100 mL棕色玻璃瓶采集，4℃冷藏運輸保存，3天之內(nèi)檢測。樣品前處理之前先用0.45 μm膜過濾。萃取好的樣品置于帶內(nèi)襯管的進樣小瓶，取10 μL進樣。

2.4 TCIL-DLLME萃取過程

水樣調(diào)至pH 12，取8 mL水樣于10 mL離心管中，70℃水浴5 min，然后快速注射入45 μL [C8MIM][PF6]和600 μL乙腈，全部溶解之后立即放入冰水浴中冷卻5 min。冷卻好的樣品放入離心機中以5000 r/min離心5 min，用微量注射器小心抽取上清液，再用乙腈-水(1∶1，V/V)混合溶劑將底部沉積的離子液體稀釋至50 μL。

2.5 UAIL-DLLME萃取過程

水樣調(diào)至pH 12，取8 mL水樣于10 mL離心管中，快速注射入55 μL [C8MIM][PF6]和500 μL乙腈，超聲3 min至全部溶解之后，放入冰水浴中冷卻5 min。冷卻好的樣品放入離心機中以5000 r/min離心5 min，用微量注射器小心抽取上清液，再用乙腈-水(1∶1，V/V)混合溶劑將底部沉積的離子液體稀釋至50 μL。

3 結(jié)果與討論

3.1 儀器方法優(yōu)化

具體的儀器方法優(yōu)化可參見文獻[1]。譜圖見圖1。

圖1 雙柱串聯(lián)分析4種胺類，A: 空白樣品；B: 實際樣品加標50 μg/L的TIC譜圖；C: 聯(lián)苯胺譜圖；D: 苯胺譜圖；E: 丙烯酰胺譜圖；F: 己內(nèi)酰胺譜圖Fig.1 Two columns-UPLC-MS chromatogram of benzidine, aniline, acrylamide and caprolactam. A: chromatogram of a blank sample; B: Chromatogram of a spiked actual water sample; C: Chromatogram of benzidine; D: Chromatogram of aniline; E: Chromatogram of acrylamide; F: Chromatogram of caprolactam.

3.2 前處理過程優(yōu)化

采用回收率評價和比較TCIL/UAIL-DLLME兩種方法，回收率為回收的離子液體中目標物含量與初始溶液中目標物含量的比值。樣品加標濃度設置為50 μg/L，所有的測定結(jié)果均采用3次檢測的平均值。

圖2 [C6MIM][PF6]作為萃取溶劑時萃取溶劑體積的影響Fig.2 Effect of volume of [C6MIM][PF6] (1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate) as extraction solvent on the recoveries 聯(lián)苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己內(nèi)酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam; TCIL-DLLME: Temperature controlled ion liquid-dispersive liquid-microextraction; UAIL: Ultrasoundassisted ion liquid.

圖3 [C8MIM][PF6]作為萃取溶劑時萃取溶劑體積的影響Fig.3 Effect of volume of [C8MIM][PF6] as extraction solvent on the recoveries 聯(lián)苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己內(nèi)酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam.

3.2.2 分散劑及其體積的選擇 分散劑及其使用量對目標化合物的溶解、瓶壁吸附等情況產(chǎn)生重要影響。本實驗對3種分散劑(甲醇、乙腈、丙酮)進行了對比(圖4)，在3種溶劑使用量相同的情況下(3種溶劑使用量為TCIL: 600 μL；UAIL: 500 μL)，乙腈是最適合的分散劑；圖5顯示，TCIL和UAIL方法中乙腈的使用量分別為600和500 μL時，回收率最佳。

圖4 分散劑類型對于回收率的影響(萃取體積為TCIL: 600 μL； UAIL: 500 μL)Fig.4 Effect of the type of disperser solvent on the recoveries(Extraction volume: TCIL 600 μL； UAIL 500 μL) 聯(lián)苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己內(nèi)酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam.

圖5 分散劑體積對于回收率的影響Fig.5 Effect of volume of disperser solvent on recoveries 聯(lián)苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己內(nèi)酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam.

3.2.3 pH值的影響 胺類物質(zhì)在堿性條件下離解被抑制，有利于萃取劑的萃取。從圖6可見，在TCIL/UAIL-DLLME兩種方法中，在pH 7～12范圍內(nèi)，隨著pH值升高，回收率增加；pH>12, 回收率下降。其可能的原因是目標化合物在pH 12時在水中電離程度最弱，有利于離子液體的萃取。故萃取時先將水樣調(diào)至pH 12。

圖6 水樣pH值對于回收率的影響Fig.6 Effect of pH value of disperser solvent on the recoveries 聯(lián)苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己內(nèi)酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam.

3.2.4 離子強度對TCIL-DLLME的影響 對于極性化合物，離子強度有較大影響。但是在本實驗中，通過優(yōu)化實驗發(fā)現(xiàn)，加入0～0.2 g NaCl時，樣品加標回收率略微有所上升，但并不明顯(<3.0%)；而NaCl加入量超過0.2 g后，在離心時會有少量晶體析出，增加了相分離難度，而且回收率下降。參考文獻[12]，其原因可能是鹽的加入導致了溶劑粘稠度增加，小體積情況下出現(xiàn)飽和析出的現(xiàn)象；同時減小了離子液體在水中的溶解度，降低了萃取效率?？紤]到實際操作情況，在本實驗中未加入鹽。

3.2.5 水浴溫度對TCIL-DLLME的影響 在TCIL-DLLME方法中，水浴溫度是離子液體向水相擴散的主要驅(qū)動力。溫度過低，離子液體在水中溶解度低；溫度過高，目標物可能會揮發(fā)損失。本實驗考察了溫度(50℃～90℃)對萃取效率的影響。從圖7可見，70℃是最合適的水浴溫度。

3.2.6 超聲時間對UAIL-DLLME的影響 在UAIL-DLLME方法中，超聲波是離子液體向水相擴散的主要驅(qū)動力。超聲時間太短，樣品和溶劑混合程度不佳，導致萃取效率低；超聲時間太長，會導致目標物以外的雜質(zhì)也進入了萃取體系，帶來更多的基質(zhì)干擾。本實驗考察了超聲時間(1～5 min)對萃取效率的影響。結(jié)果見圖8，最合適的超聲時間是3 min。

圖7 加熱溫度對TCIL-DLLME方法回收率的影響Fig.7 Effect of heating temperature for TCIL-DLLME on recoveries 聯(lián)苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己內(nèi)酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam.

圖8 超聲時間對UAIL-DLLME方法回收率的影響Fig.8 Effect of the ultrasonic time for UAIL-DLLME on the recoveries 聯(lián)苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己內(nèi)酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam.

3.3 方法效果

綜上可知，在最優(yōu)條件下，UAIL-DLLME所獲得的樣品回收率高于TCIL-DLLME，因此本實驗最終采取了UAIL-DLLME方法來進行實際樣品分析。

用初始流動相配制系列標準溶液，在優(yōu)化后的條件下進行測定，以待測組分濃度(μg/L)為橫坐標，定量離子對的峰面積為縱坐標, 進行線性回歸，結(jié)果見表2。結(jié)果表明，待測胺類物質(zhì)在表2所述濃度范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均大于0.9969。3倍信噪比(S/N=3)下4種胺類水中的方法檢出限達到5.0～50 ng/L，完全能夠滿足水中痕量胺類檢測的需求。與直接進樣的方法相比，文獻[1]為0.5～10.0 μg/L，而熊杰等[14]使用更新型的質(zhì)譜儀器報道的是0.03～0.1 μg/L，采用UAIL之后檢出限降低較為明顯。在高、中、低3個濃度水平6次平行加標實驗(采集的實際樣品加標)中，4種胺類加標回收率范圍為81.5%～106.9%，日內(nèi)相對標準偏差(1 d內(nèi)連續(xù)進樣5次)為7.6%～15.7%，日間標準偏差 (連續(xù)5 d在同一時間進樣) 為14.7%～22.9%。本方法操作簡便，靈敏度高，適用于大批量樣品的快速分析。

表2 UAIL-DLLME的線性范圍、相關(guān)系數(shù)、加標回收率、相對標準偏差、檢出限

Table 2 Linear range, correlation coefficient, spiked recoveries, relative standard derivations and limits of detection for UAIL-DLLME

化合物Compound線性范圍Linearrange(μg/L)相關(guān)系數(shù)Correlationcoefficient(R2)加標回收率Spikedrecoveries(%)ABC相對標準偏差Relativestandardderivations(RSDs,%)ABC檢出限Limitsofdetection(ng/L)聯(lián)苯胺Benzidine1～1000.996981.590.988.314.99.313.110苯胺Aniline0.5～500.998387.492.395.713.68.310.55.0丙烯酰胺Acrylamide2～2000.999198.6106.9103.19.48.77.620己內(nèi)酰胺Caprolactam5～5000.997584.296.797.415.115.79.750A、B、C為標準混合液;A:聯(lián)苯胺為100ng/L,苯胺50ng/L,丙烯酰胺200ng/L,己內(nèi)酰胺500ng/L;B:聯(lián)苯胺為1.0μg/L,苯胺0.5μg/L,丙烯酰胺2.0μg/L,己內(nèi)酰胺5.0μg/L;C:聯(lián)苯胺為20.0μg/L,苯胺10μg/L,丙烯酰胺40μg/L,己內(nèi)酰胺100μg/L。A-C:Standardmixture.A:Benzidine100ng/L,Aniline50ng/L,Acrylamide200ng/L,Caprolactam500ng/L;B:Benzidine1.0μg/L,Aniline0.5μg/L,Acrylamide2.0μg/L,Caprolactam5.0μg/L;C:Benzidine20.0μg/L,Aniline10μg/L,Acrylamide40μg/L,Caprolactam100μg/L.

表3 實際樣品分析結(jié)果

Table 3 Analytical results of real samples

樣品Sample聯(lián)苯胺Benzidine(ng/L)苯胺Aniline(ng/L)丙烯酰胺Acrylamide(ng/L)己內(nèi)酰胺Caprolactam(ng/L)1--33-2--110693--8755“-”未檢出(Notdetected)。

3.4 實際樣品分析

針對胎兒的產(chǎn)前高通量測序報告，雖然目前并無具體的規(guī)范，但依據(jù)傳統(tǒng)產(chǎn)前診斷的管理規(guī)范，胎兒的產(chǎn)前診斷是對已明確遺傳學病因和家族遺傳史的特定疾病的針對性檢測，而不是篩查。因此，即使是高通量測序，對于胎兒標本，共識建議僅報告胎兒特定表型相關(guān)的基因突變。原因之一是目前我們對于胎兒的表型-基因型相關(guān)性的研究資料還太少，不足以依據(jù)“其他”基因型判定胎兒去留。

在生產(chǎn)工廠周邊河流采集實際樣品，3個樣品中只檢出丙烯酰胺和己內(nèi)酰胺，結(jié)果見表3。

4 結(jié) 論

對比兩種離子液體分散液液微萃取(IL-DLLME)對水中4種胺類物質(zhì)地富集效果，結(jié)果表明，在最優(yōu)條件下，超聲輔助(UA)比溫度控制(TC)具有更高的目標物回收率。使用UA-DLLME方法檢測水中4種胺類物質(zhì)，操作簡便、靈敏度高，適用于地表水、生活污水、工業(yè)廢水等多種實際水樣的檢測。

1 ZHU Li-Bo, XU Neng-Bin, FENG Jia-Yong, QIAN Fei-Zhong, CHEN Zhong-Quan.ChineseJ.Anal.Chem., 2013, 41(4): 594-597

朱麗波, 徐能斌, 馮加永, 錢飛中, 陳鐘佺. 分析化學, 2013, 41(4): 594-597

2 CAO Jiang-Ping, XIE Qi-Long, ZHOU Ji-Hai, YI Zong-Hui.JournalofInstrumentalAnalysis, 2015, 34(5): 616-624

曹江平, 解啟龍, 周繼梅, 易宗慧. 分析測試學報, 2015, 34(5): 616-624

3 ZANG Xiao-Huan, WU Qiu-Hua, ZHANG Mei-Yue, XI Guo-Hong, WANG Zhi.ChineseJAnalChem., 2009, 37(2): 161-168

臧曉歡, 吳秋華, 張美月, 郗國宏, 王 志. 分析化學, 2009, 37(2): 161-168

4 Rezaee M, Assadi Y, Milani Hosseini M R, Aghaee E, Ahmadi F, Berijani S.J.Chromatogr.A, 2006, 1116: 1-9

5 Anderson J L, Armstrong D W, Wei G T.Anal.Chem., 2006, 78: 2893-2902

6 He L J, Zhang W Z, Zhao L, Liu X, Jiang S X.J.Chromatogr.A, 2003, 1007: 39-45

7 Aguilera-Herrador E, Lucena R, Crdenas S, Valcárcel M.TrendsAnal.Chem., 2010, 29: 602-616

8 Tan Z Q, Liu J F, Pang L.TrendsAnal.Chem., 2012, 39: 218-227

9 Zhou Q, Bai H, Xie G, Xiao J.J.Chromatogr.A, 2008, 1177(1): 43-49

10 ZHANG Yao-Hai, ZHANG Xue-Lian, ZHAO Qi-Yang, CHEN Wei-Jun, WANG Cheng-Qiu, CHEN Ai-Hua,

JIAO Bi-Ning.ChineseJAnalChem, 2014, 42(10): 1434-1440

張耀海, 張雪蓮, 趙其陽, 陳衛(wèi)軍, 王成秋, 陳愛華, 焦必寧. 分析化學, 2014, 42(10): 1434-1440

11 Zhou Q, Zhang X, Xiao J.J.Chromatogr.A, 2009, 1216(1): 4361-4365

12 Zhang J, Gao H, Peng B, Li S, Zhou Z.J.Chromatogr.A, 2011, 1218(38): 6621-6629

13 Vázquez M, Vázquez P, Galera M, Gar-cía M.J.Chromatogr.A, 2014, 1356: 1-9

14 XIONG Jie, QIAN Shu, XIE Yong-Hong, XIE Zhen-Bang, LI Hai-Xia.ChineseJ.Anal.Chem., 2014, 42(1): 93-98

熊 杰, 錢 蜀, 謝永洪, 謝振偉, 李海霞. 分析化學, 2014, 42(1): 93-98

(Received 19 May 2015; accepted 16 September 2015)

This work was supported by the National High Technology Research and Development Program of China (No. 2011AA060603)

Comparison of Two Ionic Liquid Dispersive Liquid-Liquid Microextraction Approaches for Determination of Acrylamide, Caprolactam, Benzidine and Aniline in Water

XU Neng-Bin1, FENG Jia-Yong*1, ZHU Li-Bo1, QIAN Fei-Zhong1, XU Li-Hong2, CHEN Zhong-Quan1, WANG Sheng-Le1

1(NingboEnvironmentalMonitoringCenter,Ningbo315012,China)2(ShaoxingEnvironmentalMonitoringCenter,Shaoxing312000,China)

A comparative study of the performance of ultrasound-assisted (UA), and temperature-controlled (TC) ionic liquid (IL) dispersive liquid-liquid microextraction (IL-DLLME) was presented. Various parameters that affected extraction efficiency were evaluated. UA-IL-DLLME was found to provide the better extraction efficiency. After adjustment of pH, the water sample was mixed with [C8MIM][PF6] and acetonitrile, then was extracted under ultrasound-assisted/temperature-controlled conditions. The mixture was then centrifuged, separated, and analyzed by UPLC-MS/MS. Under the optimal conditions, the calibration curves were linear well with correlation coefficient ranged from 0.9969-0.9991, and the limits of detection of acrylamide, caprolactam, aniline and benzidine were in the range of 5.0-50 ng/L. At the spiked levels of three concentrations, the average recoveries were between 81.5% and 106.9%. The relative standard deviations of run-to-run and day-to-day were 7.6%-15.7% and 14.7%-22.9%, respectively. The developed method is simple and sensitive, and was suitable for rapid analysis of large quantities of samples.

Acrylamide; Caprolactam; Benzidine; Aniline; Ultra performance liquid chromatography tandem mass spectrometry; Dispersive liquid-liquid microextraction; Ionic liquid; Ultrasound-assisted

10.11895/j.issn.0253-3820.150411

本文系國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(No. 2011AA060603)、環(huán)保部科研公益性行業(yè)專項(No.201209016)、寧波市自然科學基金(No.2011A610087)資助

2015-05-19收稿；2015-09-16接受

* E-mail：ahwen8734@163.com