基于超临界流体色谱和离子液体柱后加合反应的测定方法与流程

本发明涉及检验检测领域，特别是涉及一种基于超临界流体色谱分离和离子液体柱后加合反应的测定方法。
背景技术：
：全氟化合物是碳氢化合物及其衍生物中的氢原子全部被氟原子取代后所形成的一类有机化合物,这类物质常用于家庭装饰纸制食品包装材料、灭火泡沫的表面活性剂。在纺织品的生产中，全氟化合物作为整理剂和表面活性剂而被大量使用。然而，全氟化合物具有很强的生物蓄积性，进入生物体后，全氟化合物会分布在血清及肝脏内，对生物体产生各种毒性效应，如肝脏毒性、心血管毒性、发育毒性、免疫系统毒性、内分泌干扰性及潜在的致癌性。目前，纺织品的前处理方法包括固相微萃取、超声提取、索氏提取等。但这些方法不仅提取时间长、有机溶剂用量大，而且也会对环境和实验人员产生负面影响。超分子溶剂是一种具有纳米结构的胶束聚集体，可以提高从水溶液中提取分析物的效率，减少萃取时间，而且溶剂消耗量较少，是分析萃取中分子有机溶剂的新型环保替代品。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种采用超临界流体色谱分离、双阳离子型离子液体色谱柱后加合反应和电喷雾质谱检测的测定方法。超临界流体色谱以压缩形式的二氧化碳作为流动相，比有机溶剂价格便宜，安全且绿色环保；同时，可以实现快速有效的分离。超临界流体色谱可在减少有机溶剂用量的情况下实现快速高效分离，具有高重现性。用质谱检测全氟化合物时通常用负离子模式，但负离子模式的电喷雾电离质谱不及正离子模式灵敏。室温离子液体是熔点低于100℃的盐类物质，具有热稳定性高、不易燃、粘度低、导电性好、溶解性和混溶性好等特点，有望成为一种绿色环保的有机溶剂替代品。双阳离子型离子液体是一种新兴的离子液体，带有两个正电荷，可作为超临界流体色谱的柱后加合离子试剂。本发明基于超临界流体色谱和离子液体柱后加合反应的测定方法，包括如下步骤：(1)采用正庚醇、四氢呋喃和水制备超分子溶剂；(2)样品前处理：采用所述超分子溶剂萃取试样，制备待测液；(3)采用超临界流体色谱-质谱联用的方法对所述待测液中的全氟化合物进行检测。本发明中所述的基于超临界流体色谱和离子液体柱后加合反应的测定方法，其中，所述超分子溶剂的制备方法包括如下步骤：量取3ml正庚醇和4ml四氢呋喃于50ml玻璃离心管中,加入33ml超纯水,磁力搅拌3min后,以3000r/min离心10min,用玻璃注射器移取上层有机相于玻璃瓶中，4℃下密封保存。本发明中所述的基于超临界流体色谱和离子液体柱后加合反应的测定方法，其中，所述样品前处理过程具体包括如下步骤：称取0.50g试样于离心管中,加入4ml所述超分子溶剂,涡旋振荡3min后,以3000r/min离心10min,移取上层液体100μl,加入100μl甲醇,涡旋混匀,过0.22μm微孔滤膜后,供超临界流体色谱-质谱测定。本发明中所述的基于超临界流体色谱和离子液体柱后加合反应的测定方法，其中，所述超临界流体色谱-质谱联用的方法中色谱条件如下：torusdiol色谱柱(2.1mm×100mm,1.7μm)；流动相：a(二氧化碳)b(0.1％氨水的甲醇溶液)；梯度洗脱：0～8.9min5％～20％b；8.9～9min20％b；9.0～9.5min20％～5％b；9.5～10min5％b；柱温：40℃；背压：2000psi；流速：0.3ml/min；进样体积：2μl；补偿泵流速：0.2ml/min。本发明中所述的基于超临界流体色谱和离子液体柱后加合反应的测定方法，其中，超临界流体色谱分离后，将补偿泵中的补偿液替换为双阳离子型离子液体溶液，双阳离子型离子液体为1,1-二正辛酯-4,4-双吡啶二甲基溴，采用溶剂溶解，溶剂为体积比为1:1的甲醇-水的混合溶剂，双阳离子型离子液体的浓度为2.5μm，流速为1.5ml/min；替换补偿液后进行质谱检测，质谱条件如下：离子源：电喷雾电离源；采集模式：正离子模式；离子源温度：150℃；毛细管电压：2.30kv；去溶剂化温度：350℃；锥孔气体流速：150l/hr；去溶剂化气体流速：800l/hr；碰撞气体流速：0.25l/hr。本发明中所述的基于超临界流体色谱和离子液体柱后加合反应的测定方法，其中，全氟化合物包括全氟十二酸、全氟十一酸、全氟癸酸、全氟壬酸、全氟辛酸、全氟庚酸、全氟己酸、全氟戊酸、全氟辛烷磺酸和全氟丁烷磺酸。表110种全氟化合物的信息全氟化合物分子量pf12a(全氟十二酸)613.9604pf11a(全氟十一酸)563.9647pf10a(全氟癸酸)513.9679pf9a(全氟壬酸)463.9711pf8a(全氟辛酸)413.9743pf7a(全氟庚酸)363.9774pf6a(全氟己酸)313.9806pf5a(全氟戊酸)263.9838pf8s(全氟辛烷磺酸)499.9380pf4s(全氟丁烷磺酸)299.9508本发明采用基于超临界流体色谱和离子液体柱后加合反应的测定方法与现有技术不同之处在于：本发明采用超临界流体色谱分离、双阳离子型离子液体色谱柱后加合反应和电喷雾质谱检测的测定方法，采用双阳离子型离子液体，与要分析的电负性化合物在电喷雾过程中形成带正电荷的加合物，通过正离子质谱模式下对分析物进行检测，以增强信号响应。同时，通过单因素实验和响应面方法，对前处理过程中影响超分子溶剂萃取率的因素进行了优化。下面结合附图对本发明的采用超临界流体色谱分离、双阳离子型离子液体色谱柱后加合反应和电喷雾质谱检测的测定方法作进一步说明。附图说明图1a至图1d为优化超分子溶剂的示意图，其中图1a为烷基醇种类及用量的优化，图1b为四氢呋喃用量的优化，图1c为涡旋时间的优化，图1d为超分子溶剂用量的优化；图2a至图2f为响应曲面图；图3为10种全氟化合物的多反应监测色谱图；图4为双阳离子型离子液体溶液作为补偿液前后响应强度、信噪比的对比图。附图中出现的所有英文的中文对照如下：具体实施方式一、材料与仪器1、材料11种全氟化合物标准品:全氟丁烷磺酸(perfluorobutanesulfonate,pebs)、全氟己烷磺酸(perfluorohexanesulfonate,pfhxs)、全氟庚酸(perfluoroheptanoicacid,pfhpa)、全氟辛酸(perfluorooctanoate,pfoa)、全氟辛烷磺酸(perfluorooctanesulfonate,pfos)、全氟壬酸(perfluorononanoicacid,pfna)、全氟癸酸(perluorodecanoicacid,pfda)、全氟十一酸(perfluoroundecanoicacid,pfunda)、全氟癸烷磺酸(perfluorodecanesulfonate,pfds)、全氟十二酸(perfluorododecanoicacid,pfdoda)、全氟十四酸(perfluorotetradecanoicacid,pfta),(sigmaaldrich公司)；1,1-二甲基-4,4'-联吡啶鎓盐二氯化物、1,1-(丁烷-1,4-二基)双[4-氮杂-1-氮杂双环[2.2.2]辛烷]二溴盐、1,1-[1,4-苯基双(亚甲基)]双(4,4-联吡啶)二溴盐、1,1-二庚基-4,4-联吡啶鎓二溴化物、1,1-二正辛酯-4,4-双吡啶二甲基溴(sigma-aldrich公司)；超纯水(美国millipore纯水机制)；甲醇、四氢呋喃(hplc级)(fisher公司)；正戊醇、正己醇、正辛醇、正癸醇、正十一醇和正十二醇(百灵威科技有限公司)；正庚醇和正壬醇(日本tci公司)。2、仪器超临界流体色谱,watersxevotq-s三重四极杆串联质谱仪,配有电喷雾离子源和masslynx4.1质谱数据系统(美国waters公司)；ab204-s型电子天平(瑞士mettlertoledo公司；cr21n型高速冷冻离心机(日本hitachi公司)；ms3型涡旋振荡器(德国ika公司)。二、检测方法1、超分子溶剂的制备量取3ml正庚醇和4ml四氢呋喃于50ml玻璃离心管中,加入33ml超纯水,磁力搅拌3min后,以3000r/min离心10min,用玻璃注射器移取上层有机相于玻璃瓶中,4℃下密封保存。2、样品处理称取0.50g试样(精确至0.01g)于离心管中,加入4ml超分子溶剂,涡旋振荡3min后,以3000r/min离心10min,移取上层液体100μl,加入100μl甲醇,涡旋混匀,过0.22μm微孔滤膜后,供超临界流体色谱-质谱测定。3、超临界流体色谱条件torusdiol色谱柱(2.1mm×100mm,1.7μm)；流动相：a(二氧化碳)b(0.1％氨水的甲醇溶液)；梯度洗脱：0～8.9min5％～20％b；8.9～9min20％b；9.0～9.5min20％～5％b；9.5～10min5％b；柱温：40℃；背压：2000psi；流速：0.3ml/min；进样体积：2μl；补偿泵流速：0.2ml/min。4、质谱条件超临界流体色谱分离后，将补偿泵中的补偿液替换为双阳离子型离子液体溶液，双阳离子型离子液体为1,1-二正辛酯-4,4-双吡啶二甲基溴，采用溶剂溶解，溶剂为体积比为1:1的甲醇-水的混合溶剂，双阳离子型离子液体的浓度为2.5μm，流速为1.5ml/min；替换补偿液后进行质谱检测，质谱条件如下：离子源：电喷雾电离源；采集模式：正离子模式；离子源温度：150℃；毛细管电压：2.30kv；去溶剂化温度：350℃；锥孔气体流速：150l/hr；去溶剂化气体流速：800l/hr；碰撞气体流速：0.25l/hr。综上，在双阳离子型离子液体溶剂为甲醇-水1:1混合溶剂，浓度为2.5μm，流速为1.5ml/min时在全氟丁磺酸、全氟辛磺酸浓度为10ng/ml时，其对比结果如图4。从负离子模式到正离子模式，信噪比和信号强度均有了很大的提高，而且在待测物浓度较低时，负离子模式由于电离不太稳定，峰形很容易形成分叉，正离子模式峰形较好。5、质谱条件对比试验(采用负离子模式)离子源：电喷雾电离源；采集模式：正离子模式；离子源温度：150℃；毛细管电压：2.30kv；去溶剂化温度：350℃；锥孔气体流速：150l/hr；去溶剂化气体流速：800l/hr；碰撞气体流速：0.25l/hr。10种全氟化合物的母离子、子离子、锥孔电压和碰撞电压见表2。表210种全氟酸化合物的母离子、子离子、锥孔电压、和碰撞电压信息化合物名称母离子(m/z)子离子(m/z)锥孔电压(v)碰撞电压(v)1pf12a(全氟十二酸)613.1569.010102pf11a(全氟十一酸)563.1519.02103pf10a(全氟癸酸)513.0469.022104pf9a(全氟壬酸)463.1419.114105pf8a(全氟辛酸)413.0369.021106pf7a(全氟庚酸)363.1319.010107pf6a(全氟己酸)313.0269.01088pf5a(全氟戊酸)263.1219.11089pf8s(全氟辛烷磺酸)499.080.0263610pf4s(全氟丁烷磺酸)299.080.0363010种全氟化合物的多反应监测色谱图见图3。三、分析和讨论前处理条件的优化：1、单因素实验1.1烷基醇种类及用量的优化选择正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、正壬醇、正癸醇、正十一醇和正十二醇分别与四氢呋喃组合生成超分子溶剂,对纺织品中全氟化合物进行萃取。如图1a所示,正庚醇/四氢呋喃/水超分子溶剂体系对全氟化合物的萃取回收率为91％～106％,且回收率较稳定。因此,选择正庚醇/四氢呋喃/水作为超分子溶剂体系。考察了正庚醇用量分别为1、2、3、4、5和6ml(保持溶剂总体积为40ml)时样品的回收率,结果见图1b。当正庚醇用量≥3ml时,样品的回收率较高且稳定。因此庚醇的用量选择为3ml。1.2四氢呋喃用量的优化实验考察了四氢呋喃用量分别为2、4、6、8、10和12ml(保持溶剂总体积为40ml)时样品的回收率,结果见图1c。当四氢呋喃用量为4ml时全氟化合物回收率最高且稳定，随着其的增加，回收率有所下降，最后大多数化合物回收率基本稳定。1.3涡旋时间的优化考察了涡旋时间分别为1、3、5、7、9和11min时样品的回收率，结果见图1d。当涡旋时间为3min时,样品的回收率最高且稳定,随涡旋时间的延长,回收率趋于稳定。因此,选择涡旋时间为3min。1.4超分子溶剂用量的选择考察了不同体积超分子溶剂(2、3、4、5和6ml)对萃取效率的影响,由图4e可知,当超分子溶剂体积达到4ml时,物质均有较高的回收率,超过4ml时,萃取效率达到稳定状态。因此,选择超分子溶剂最佳用量为4ml。2、响应面优化全氟酸回收率根据单因素实验结果，以庚醇用量、四氢呋喃用量、涡旋时间、超分子溶剂加入量为自变量，以全氟化合物回收率为响应值，采用四因素三水平响应面分析法对超分子溶剂萃取参数进行优化。表3为回归分析结果，在本实验中，模型显著性检验p＜0.0001差异极显著，表明该模型具有统计学意义；失拟项p＝0.2985＞0.05，失拟项不显著，说明该模型与实验拟合的程度好。图2为相应的响应曲面图，四因素两两之间均有交互作用，其中，庚醇用量和四氢呋喃用量的交互项ab、庚醇用量和涡旋时间ac的交互项、庚醇用量和超分子溶剂加入量的交互项ad对回收率有非常显著的影响。表3回归分析结果3、验证实验通过响应面法得到的最佳条件为庚醇用量4ml、四氢呋喃用量4ml、涡旋时间1min、超分子溶剂加入量3ml。为了验证预测结果的准确性，按照最佳条件进行三次平行实验，实验结果为106.337％、108.599％、107.840％，平均值为107.592％，与模型的理论预测值(108.105％)相对误差为0.474％，该模型可以良好的模拟和预测试验结果。4、优化双阳离子型离子液体双阳离子型离子液体相当于色谱柱后加合的衍生化试剂，将双阳离子型离子液体作为补偿液与色谱柱分离出来的全氟化合物在“分流器”处实现柱后加合，正离子模式下检测加合之后的化合物。实验中选择了1,1-二甲基-4,4'-联吡啶鎓盐二氯化物、1,1-(丁烷-1,4-二基)双[4-氮杂-1-氮杂双环[2.2.2]辛烷]二溴盐、1,1-[1,4-苯基双(亚甲基)]双(4,4-联吡啶)二溴盐、1,1-二正辛酯-4,4-双吡啶二甲基溴和1,1-二庚基-4,4-联吡啶鎓二溴化物5种双阳离子型离子液体，结果表明，1,1-二正辛酯-4,4-双吡啶二甲基溴的加和效果最好，因此选择1,1-二正辛酯-4,4-双吡啶二甲基溴作为补偿液，对其溶剂、浓度、流速进行优化。4.1优化补偿液双阳离子型离子液体的溶剂种类及配比将甲醇、乙腈作为双阳离子型离子液体的溶剂，但基线太高。改变溶剂为甲醇-水、乙腈-水的混合溶剂，水与有机相的比例分别为1:1、2:3、4:1、3:2、1:4，浓度相同，多反应监测模式响应强度和信噪比综合结果表明，甲醇-水混合溶剂，且比例为1:1时效果最好，基线大幅度降低。4.2优化双阳离子型离子液体浓度在改溶剂为甲醇-水1:1混合溶剂后，优化双阳离子型浓度20μm、15μm、10μm、5μm、4μm、3μm、2μm、1μm、0.8μm、0.6μm，综合多反应监测模式信号响应强度和信噪比，浓度为2.5μm时，信号响应强度、信噪比最好。4.3优化双阳离子型离子液体流速在溶剂为甲醇-水1:1混合溶剂，双阳离子型离子液体浓度为2.5μm的基础上，考察了双阳离子型离子液体流速为1ml/min、1.5ml/min、2ml/min、2.5ml/min时对峰形、信噪比的影响。当流速为1.5ml/min时峰形较好，信噪比较高。5、实际样品检测对市售的尼龙、棉麻、涤纶及丝绸纺织品样品进行检测分析。检测结果显示均未检出全氟化合物。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。当前第1页12