两种离子液体-分散液液微萃取方法富集水中4种胺类化合物的比较

徐能斌 冯加永* 朱丽波 钱飞中 徐立红 陈钟佺 汪晟乐

1(宁波市环境监测中心，宁波 315012) 2(绍兴市环境监测中心，绍兴 312000)



两种离子液体-分散液液微萃取方法富集水中4种胺类化合物的比较

徐能斌1冯加永*1朱丽波1钱飞中1徐立红2陈钟佺1汪晟乐1

1(宁波市环境监测中心，宁波 315012)2(绍兴市环境监测中心，绍兴 312000)

建立了温度控制/超声辅助-离子液体-分散液液微萃取-超高效液相色谱-串联质谱检测水中4种胺类化合物的方法，并对两种前处理方法的优化参数进行了详细比较，最终证明超声辅助方法具有更高的回收率。水样在调节pH之后加入[C8MIM][PF6]和乙腈，通过水浴控温/超声辅助的方法促进萃取，冷却后离心分离，即可进入超高效液相色谱串联质谱检测。超声辅助方法中，4种胺类物质线性良好，相关系数范围在0.9969～0.9991，检出限范围为5.0～50 ng/L。在3个浓度水平6次平行加标实验中，4种胺类物质平均回收率为81.5%～106.9%。日内相对标准偏差和日间相对标准偏差分别为7.6%～15.7% 和 14.7%～22.9%。本方法操作简便,灵敏度高,适用于大批量样品的快速分析。

丙烯酰胺； 己内酰胺； 联苯胺； 苯胺； 超高效液相色谱-质谱法; 分散液液微萃取； 离子液体； 超声辅助

1 引 言

许多酰胺类和苯胺类物质(以下统称胺类)是重要的化工原料，其中丙烯酰胺、己内酰胺、联苯胺、苯胺应用较为广泛。由于良好的水溶性和毒性危害，使得胺类在水中的污染引起高度关注，中国、美国、欧盟等均将其列入常规监测和优先监测的污染物名单。目前检测水中胺类物质的仪器分析方法较多，但关于前处理方法的讨论比较少[1]。

分散液液微萃取 (Dispersive liquid-liquid microextraction，DLLME)是一种集采样、萃取和浓缩于一体的新型样品前处理技术[2,3]。由于其具有操作简单、快速、成本低、富集效率高、不存在交叉污染，且对环境友好等优点，自2006年首次报道以来即在环境、生物样品中痕量有机分析领域得到了广泛应用[4]。离子液体(Ionic liquid, IL)是一种新型绿色溶剂，具有难挥发、高稳定、强极性和无污染等优于传统萃取溶剂的特性，在静电作用下可以溶解多种难溶化合物，已广泛用于萃取、色谱等分析领域中[5,6]。目前已经有许多研究尝试将离子液体应用于分散液液微萃取方法中[7,8]，并且逐渐形成了温度控制(Temperature-controlled, TC)-离子液体分散液液微萃取[9]和超声辅助(Ultrasound-assisted, UA)-离子液体分散液液微萃取[10,11]两种方法。温度控制和超声辅助均可有效提高离子液体的萃取效率，但是对两种方法之间的区别研究较少，研究认为在杀虫剂分析方面UA比TC更有利于离子液体萃取效率的提高[12,13]。本实验将通过两种方法的对比，建立一种离子液体分散液液微萃取富集水中4种胺类物质的方法。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

Acquity UPLC超高效液相色谱系统、Quattro Premier XE三重四级杆质谱仪(Waters 公司)； BEH反相C18色谱柱、HILIC色谱柱(100 mm×2.1 mm，1.7 μm, Waters 公司)；高速冷冻离心机(浙江天美公司)；恒温磁力搅拌器(上海司乐仪器)；超声波清洗仪(上海安谱公司)。

丙烯酰胺(色谱纯，Sigma-Aldrich公司)；己内酰胺(分析纯,上海国药集团化学试剂有限公司)；联苯胺(色谱纯，AccuStandard公司)；苯胺(色谱纯，环保部标样所)；甲醇、乙腈、甲酸(HPLC级，TEDIA公司)；实验用水为超纯水。1.0 mL一次性使用无菌注射器(浙江玉升医疗器械有限公司)；有机相针式滤器(13 mm×0.2 μm，上海安谱科学仪器有限公司)。

离子液体[C4MIM][PF6](1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)、[C6MIM][PF6](1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)、[C8MIM][PF6] (1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)(纯度>98%，百灵威化学公司)。

2.2 色谱-质谱条件

4种胺类采用双柱串联-超高效液相色谱串联质谱法进行检测，其方法参见文献[1]。

色谱条件: C18色谱柱与HILIC色谱柱串联；柱温40℃；流速0.18 mL/min；进样量10.0 μL；分离时间6 min。梯度淋洗(A为甲醇；B为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。

质谱条件为: 三重四级杆串联质谱多反应监测(MRM)；ESI正离子电离模式；毛细管电压3.0 kV；离子源温度110℃；脱溶剂气温度350℃；脱溶剂气流量600 L/h；锥孔气流量50 L/h，各目标化合物的质谱分析参数见表1。

表1 质量分析参数

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

化合物Compound锥孔电压Conevoltage(V)碰撞能量Collisionenergy(eV)停留时间Dwelltime(s)定量离子Quantitativeions(m/z)定性离子Qualitativeions(m/z)联苯胺Benzidine60260.2185>167185>157苯胺Aniline50170.294>7794>66丙烯酰胺Acrylamide25100.272>5572>27己内酰胺Caprolactam35170.2113.5>69113.5>79

2.3 样品采集及前处理

样品采自宁波市镇海区某化工区的胺类生产厂周边河流，共采集3个样品。水样使用100 mL棕色玻璃瓶采集，4℃冷藏运输保存，3天之内检测。样品前处理之前先用0.45 μm膜过滤。萃取好的样品置于带内衬管的进样小瓶，取10 μL进样。

2.4 TCIL-DLLME萃取过程

水样调至pH 12，取8 mL水样于10 mL离心管中，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却5 min。冷却好的样品放入离心机中以5000 r/min离心5 min，用微量注射器小心抽取上清液，再用乙腈-水(1∶1，V/V)混合溶剂将底部沉积的离子液体稀释至50 μL。

2.5 UAIL-DLLME萃取过程

水样调至pH 12，取8 mL水样于10 mL离心管中，快速注射入55 μL [C8MIM][PF6]和500 μL乙腈，超声3 min至全部溶解之后，放入冰水浴中冷却5 min。冷却好的样品放入离心机中以5000 r/min离心5 min，用微量注射器小心抽取上清液，再用乙腈-水(1∶1，V/V)混合溶剂将底部沉积的离子液体稀释至50 μL。

3 结果与讨论

3.1 仪器方法优化

具体的仪器方法优化可参见文献[1]。谱图见图1。

图1 双柱串联分析4种胺类，A: 空白样品；B: 实际样品加标50 μg/L的TIC谱图；C: 联苯胺谱图；D: 苯胺谱图；E: 丙烯酰胺谱图；F: 己内酰胺谱图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 前处理过程优化

采用回收率评价和比较TCIL/UAIL-DLLME两种方法，回收率为回收的离子液体中目标物含量与初始溶液中目标物含量的比值。样品加标浓度设置为50 μg/L，所有的测定结果均采用3次检测的平均值。

图2 [C6MIM][PF6]作为萃取溶剂时萃取溶剂体积的影响Fig.2 Effect of volume of [C6MIM][PF6] (1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate) as extraction solvent on the recoveries 联苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己内酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam; TCIL-DLLME: Temperature controlled ion liquid-dispersive liquid-microextraction; UAIL: Ultrasoundassisted ion liquid.

图3 [C8MIM][PF6]作为萃取溶剂时萃取溶剂体积的影响Fig.3 Effect of volume of [C8MIM][PF6] as extraction solvent on the recoveries 联苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己内酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam.

3.2.2 分散剂及其体积的选择 分散剂及其使用量对目标化合物的溶解、瓶壁吸附等情况产生重要影响。本实验对3种分散剂(甲醇、乙腈、丙酮)进行了对比(图4)，在3种溶剂使用量相同的情况下(3种溶剂使用量为TCIL: 600 μL；UAIL: 500 μL)，乙腈是最适合的分散剂；图5显示，TCIL和UAIL方法中乙腈的使用量分别为600和500 μL时，回收率最佳。

图4 分散剂类型对于回收率的影响(萃取体积为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) 联苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己内酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam.

图5 分散剂体积对于回收率的影响Fig.5 Effect of volume of disperser solvent on recoveries 联苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己内酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam.

3.2.3 pH值的影响 胺类物质在碱性条件下离解被抑制，有利于萃取剂的萃取。从图6可见，在TCIL/UAIL-DLLME两种方法中，在pH 7～12范围内，随着pH值升高，回收率增加；pH>12, 回收率下降。其可能的原因是目标化合物在pH 12时在水中电离程度最弱，有利于离子液体的萃取。故萃取时先将水样调至pH 12。

图6 水样pH值对于回收率的影响Fig.6 Effect of pH value of disperser solvent on the recoveries 联苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己内酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam.

3.2.4 离子强度对TCIL-DLLME的影响 对于极性化合物，离子强度有较大影响。但是在本实验中，通过优化实验发现，加入0～0.2 g NaCl时，样品加标回收率略微有所上升，但并不明显(<3.0%)；而NaCl加入量超过0.2 g后，在离心时会有少量晶体析出，增加了相分离难度，而且回收率下降。参考文献[12]，其原因可能是盐的加入导致了溶剂粘稠度增加，小体积情况下出现饱和析出的现象；同时减小了离子液体在水中的溶解度，降低了萃取效率。考虑到实际操作情况，在本实验中未加入盐。

3.2.5 水浴温度对TCIL-DLLME的影响 在TCIL-DLLME方法中，水浴温度是离子液体向水相扩散的主要驱动力。温度过低，离子液体在水中溶解度低；温度过高，目标物可能会挥发损失。本实验考察了温度(50℃～90℃)对萃取效率的影响。从图7可见，70℃是最合适的水浴温度。

3.2.6 超声时间对UAIL-DLLME的影响 在UAIL-DLLME方法中，超声波是离子液体向水相扩散的主要驱动力。超声时间太短，样品和溶剂混合程度不佳，导致萃取效率低；超声时间太长，会导致目标物以外的杂质也进入了萃取体系，带来更多的基质干扰。本实验考察了超声时间(1～5 min)对萃取效率的影响。结果见图8，最合适的超声时间是3 min。

图7 加热温度对TCIL-DLLME方法回收率的影响Fig.7 Effect of heating temperature for TCIL-DLLME on recoveries 联苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己内酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam.

图8 超声时间对UAIL-DLLME方法回收率的影响Fig.8 Effect of the ultrasonic time for UAIL-DLLME on the recoveries 联苯胺； 苯胺； 丙烯酰胺； 己内酰胺。 Benzidine; Aniline; Acrylamide; Caprolactam.

3.3 方法效果

综上可知，在最优条件下，UAIL-DLLME所获得的样品回收率高于TCIL-DLLME，因此本实验最终采取了UAIL-DLLME方法来进行实际样品分析。

用初始流动相配制系列标准溶液，在优化后的条件下进行测定，以待测组分浓度(μg/L)为横坐标，定量离子对的峰面积为纵坐标, 进行线性回归，结果见表2。结果表明，待测胺类物质在表2所述浓度范围内有良好的线性关系，相关系数均大于0.9969。3倍信噪比(S/N=3)下4种胺类水中的方法检出限达到5.0～50 ng/L，完全能够满足水中痕量胺类检测的需求。与直接进样的方法相比，文献[1]为0.5～10.0 μg/L，而熊杰等[14]使用更新型的质谱仪器报道的是0.03～0.1 μg/L，采用UAIL之后检出限降低较为明显。在高、中、低3个浓度水平6次平行加标实验(采集的实际样品加标)中，4种胺类加标回收率范围为81.5%～106.9%，日内相对标准偏差(1 d内连续进样5次)为7.6%～15.7%，日间标准偏差 (连续5 d在同一时间进样) 为14.7%～22.9%。本方法操作简便，灵敏度高，适用于大批量样品的快速分析。

表2 UAIL-DLLME的线性范围、相关系数、加标回收率、相对标准偏差、检出限

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

化合物Compound线性范围Linearrange(μg/L)相关系数Correlationcoefficient(R2)加标回收率Spikedrecoveries(%)ABC相对标准偏差Relativestandardderivations(RSDs,%)ABC检出限Limitsofdetection(ng/L)联苯胺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己内酰胺Caprolactam5～5000.997584.296.797.415.115.79.750A、B、C为标准混合液;A:联苯胺为100ng/L,苯胺50ng/L,丙烯酰胺200ng/L,己内酰胺500ng/L;B:联苯胺为1.0μg/L,苯胺0.5μg/L,丙烯酰胺2.0μg/L,己内酰胺5.0μg/L;C:联苯胺为20.0μg/L,苯胺10μg/L,丙烯酰胺40μg/L,己内酰胺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 实际样品分析结果

Table 3 Analytical results of real samples

样品Sample联苯胺Benzidine(ng/L)苯胺Aniline(ng/L)丙烯酰胺Acrylamide(ng/L)己内酰胺Caprolactam(ng/L)1--33-2--110693--8755“-”未检出(Notdetected)。

3.4 实际样品分析

针对胎儿的产前高通量测序报告，虽然目前并无具体的规范，但依据传统产前诊断的管理规范，胎儿的产前诊断是对已明确遗传学病因和家族遗传史的特定疾病的针对性检测，而不是筛查。因此，即使是高通量测序，对于胎儿标本，共识建议仅报告胎儿特定表型相关的基因突变。原因之一是目前我们对于胎儿的表型-基因型相关性的研究资料还太少，不足以依据“其他”基因型判定胎儿去留。

在生产工厂周边河流采集实际样品，3个样品中只检出丙烯酰胺和己内酰胺，结果见表3。

4 结 论

对比两种离子液体分散液液微萃取(IL-DLLME)对水中4种胺类物质地富集效果，结果表明，在最优条件下，超声辅助(UA)比温度控制(TC)具有更高的目标物回收率。使用UA-DLLME方法检测水中4种胺类物质，操作简便、灵敏度高，适用于地表水、生活污水、工业废水等多种实际水样的检测。

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

朱丽波, 徐能斌, 冯加永, 钱飞中, 陈钟佺. 分析化学, 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, 解启龙, 周继梅, 易宗慧. 分析测试学报, 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

臧晓欢, 吴秋华, 张美月, 郗国宏, 王 志. 分析化学, 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

张耀海, 张雪莲, 赵其阳, 陈卫军, 王成秋, 陈爱华, 焦必宁. 分析化学, 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, 钱 蜀, 谢永洪, 谢振伟, 李海霞. 分析化学, 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

本文系国家高技术研究发展计划(No. 2011AA060603)、环保部科研公益性行业专项(No.201209016)、宁波市自然科学基金(No.2011A610087)资助

2015-05-19收稿；2015-09-16接受

* E-mail：ahwen8734@163.com