双阳性咪唑盐离子液体在双酚类化合物萃取中的应用及一种基于该离子液体的微萃取技术的制作方法

本发明涉及分析化学领域，尤其涉及双阳性咪唑盐离子液体在双酚类化合物萃取中的应用，以及一种基于该双阳性咪唑盐离子液体的微萃取技术。
背景技术：
：双酚类化合物是一种常见的化工原料，长期应用于橡胶制品、农药生产等领域。萃取技术是一种常用的物质提取和检测技术，广泛运用于分析化学和化工领域。基于萃取技术检测食品或一些复杂基质中的双酚类化合物具有良好的应用价值。专利号为cn201210183094.1的中国发明专利公开了一种食品中双酚a和双酚af的快速检测方法。该方法所采用离子液体做提取剂并结合超声和温控萃取技术，对食品中的双酚类物质进行检测。在这种方法中，所使用的提取剂为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体，该种离子液体是一种单咪挫环类离子液体。该种方法下超声离心所用时间长，操作步骤复杂，且灵敏度和检测时间均不够理想。经研究，[c4(mim)2]br2和[c6(mim)2]br2等双阳性咪唑盐类离子液体与常规咪唑类离子液体相比具有如下特点：(1)合成过程简单易操作，便于分离纯化；(2)常温为白色固体，便于称量和移取，缩短操作时间；(3)本身密度比水大；(4)具有很好的亲水性；(5)稳定性好，便于进行原位转化反应。基于此，就萃取技术而言，使用双阳性咪唑盐类离子液体可能具有更好的技术优势，但目前还没有将此类离子运用于萃取技术中的报道，也缺乏一种利用此类离子液体进行的微萃取技术。技术实现要素：为了解决上述技术问题，本发明提供了双阳性咪唑盐离子液体在双酚类化合物萃取中的应用以及一种基于该离子液体的微萃取技术。双阳性咪唑盐离子液体在双酚类化合物萃取中的应用。优选的，双阳性咪唑盐为[c4(mim)2]br2和[c6(mim)2]br2中的一种或其组合。一种基于双阳性咪唑盐离子液体的微萃取技术，微萃取技术的提取剂为具有双个咪唑环的双阳性咪唑盐类离子液体，提取剂为[c6(mim)2]br2或[c4(mim)2]br2，优选的提取剂为[c6(mim)2]br2。萃取过程为：s1：将待萃取基质后加入离心管中并进行稀释。s2：将含所述阳性咪唑盐类离子液体的提取剂加入所述离心管中得到混合液体，调节所述混合液体的ph至2～6。s3：在所述混合液体中加入lintf2并进行超声处理。s4：将所述混合液体在0℃条件下冷却并进行离心处理，获得沉降物后即完成萃取。最佳方案为：提取剂为[c6(mim)2]br2，提取剂离子液体质量为0.01～0.05g，lintf2的体积为40～190μl，混合液体的ph值为3。该萃取技术还包括前处理过程：在所述的待萃取基质加入乙酸稀释后进行离心，待所述基质冷却再次进行离心，最后经微孔滤膜过滤，所得溶液用于随后的微萃取过程。优选的，所述步骤s3中使用的超声时间为1～9分钟。优选的，步骤s4中的冷却时间为5～13分钟。优选的，步骤s4中以4,000rpm的速度离心1～9分钟。最佳方案为：步骤s3中的超声时间优选为3分钟，步骤s4中的冷却时间优选为9分钟，离心时间优选为7分钟。本发明优点如下通过一步法合成了两种双阳性咪唑盐类离子液体[c4(mim)2]br2和[c6(mim)2]br2。经研究，该离子液体与常规咪唑类离子液体相比具有如下特点：(1)合成过程简单易操作，便于分离纯化；(2)常温为白色固体，便于称量和移取，缩短操作时间；(3)本身密度比水大；(4)具有很好的亲水性；(5)稳定性好，便于进行原位转化反应。其次一种基于双阳性咪唑盐离子液体的原位转化微萃取处理技术(in-situdime)，用于测定牛奶中的双酚类化合物，其日内精密度范围为1.00-3.81％，稳定性较好，能够达到检测要求。相较于其他传统的检测双酚类化合物的方法，如微波辅助离子液体微萃取(mailme)，涡流-辅助三相中空纤维液相微萃取(vahflpme)，基于限进介质-磁性微球分子印迹技术(ram-mimm)和超声辅助固相微萃取(uae-spme)等进行对比，本方法有许多优势。本方法对双酚类物质的最低检测限为远低于ram-mimm，且线性范围比其余的四种方法更加宽泛，具有低检出限、高灵敏度和高重现性等优点。此外，本方案所提供的微萃取技术，通过对提取剂种类、超声时间、冷却时间、离心时间的选择，对萃取条件进行了优化，公开了一种基于此类离子液体的最优的微萃取技术条件。发明人所开发的微萃取方法具有操作简便，省时高效，绿色环保的优点。并且方法的线性范围宽，重现性好，检测限低，尤其适合于复杂基质中双酚类化合物的检测分析。以下结合附图对本发明进行更进一步详细的说明。附图说明图1为本发明微萃取技术的流程示意图；图2为本发明中[c4(mim)2]br2的1hnmr谱图；图3为本发明中[c4(mim)2]br2的红外光谱图；图4为本发明中[c4(mim)2]2+的质谱图；图5为本发明中[c6(mim)2]br2的1hnmr谱图；图6为本发明中[c6(mim)2]br2的红外光谱图；图7为本发明中[c6(mim)2]2+的质谱图；图8为本发明中提取剂种类的选择；图9为本发明中超声时间的选择；图10为本发明中冷却时间的选择；图11为本发明中离心时间的选择；图12为实施例中真实值与预测值的关系；图13为实施例中等高线图和三维曲面图。具体实施方式下面，通过示例性的实施例对本发明具体描述。本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。实施例1：实验试剂：双酚a(bpa，99％纯度)，双酚b(bpb，>98％纯度)，双酚af(bpaf，99％纯度)和双酚z(bpz，95％纯度)购自sigma-aldrich(westchester，pa；usa)。色谱级甲醇和乙腈购自上海默克(merck)试剂公司。和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([c4mim]bf4)购自上海成捷有限公司。新型离子液体双阳性咪唑溴化物([c4(mim)2]br2、[c6(mim)2]br2)在实验室自行合成。其他化学试剂为分析纯，购自天津化学试剂有限公司。标准溶液配制：配制浓度为1000μgml-1的bpa，bpb，bpaf和bpz混标溶液(4℃备用)。伊利牛奶购买自温州百信超市，于4℃条件下保存。实验中所用水均为超纯水(电阻率≥18.2mω·cm)实验仪器：由自动进样器，四元泵，柱温箱，荧光检测器组成的日立高效液相色谱仪(日本)；zorbaxeclipsesb-c18柱(5μm，4.6mm×250mm)；sartoriusbsa电子天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司)；milli-q超纯水机。色谱条件：在微萃取前处理之后，使用配备有荧光检测器的日立hplc(日本)来测定bpa，bpb，bpaf和bpz。使用zorbaxeclipsesb-c18柱(5μm，4.6mm×250mm)分离分析物。进样量为10μl，流动相为甲醇：乙腈：水＝45％：10％：45％，流速为1ml·分钟-1。柱温30℃，激发波长235nm，发射波长305nm。[c4(mim)2]br2的合成：准确称取5g的n-甲基咪唑(mw＝82.05gmol-1，0.0625mol)于圆底烧瓶，称取6.5g的1,4-二溴丁烷(mw＝213.90gmol-1，0.03mol)滴加入至反应体系中,于60℃继续搅拌反应6h。反应完毕后冷却至室温，乙酸乙酯和水反复萃取3次，旋蒸除去反应溶剂，将得到的产物放于55℃干燥箱干燥24h，得到最终产物为白色固体粉末10.7g，收率为92.0％。其反应过程如下所示：[c4(mim)2]br2的表征及谱图：1hnmr(500mhz,d2o)δ7.33(dd，j＝15.0，15.0hz，4h))，4.15–4.11(t，4h)，3.77(s，6h)，1.8–1.76(m，4h)。由[c4(mim]2]br2的1hnmr谱图，即图2可知，在化学位移7.33ppm出现的两个双重峰归属为两个咪唑环上的4个质子；在化学位移4.15–4.11ppm出现的三重峰归属为与咪唑环n相连的-ch2-上的质子；在化学位移3.77ppm出现的单峰归属为两个咪唑环上-ch3上的质子；在化学位移1.80-1.76ppm出现的多重峰归属为烷基链上的-ch2-上的质子。[c4(mim]2]br2的ir谱图如图3所示：ir(kbr)υ/(cm-1)，3075，1632，856(ch＝ch)，1563(c＝n)，1169(c-n)，2955，1334(-ch3)，2860，1457，790(-ch2-)。通过电子喷雾电离(esi)测定的[c4(mim)2]br2的质谱显示对应于[c4(mim)2]2+基团的m/z为219.2的特征，其结果如图4所示。[c6(mim)2]br2的合成：准确称取5g的n-甲基咪唑(mw＝82.05gmol-1，0.0625mol)于圆底烧瓶，称取7.26g的1,6-二溴己烷(mw＝241.93gmol-1，0.03mol)滴加入至反应体系中，于60℃继续搅拌反应6h。反应完毕后冷却至室温，乙酸乙酯和水反复萃取3次，旋蒸除去反应溶剂，将得到的产物放于55℃干燥箱干燥24h，得到最终产物为白色固体粉末10.7g，收率为93.1％。其反应过程如下所示：[c6(mim)2]br2的表征及谱图：1hnmr(500mhz,d2o)δ7.51–7.25(m,4h)，4.07(t，j＝10.0hz，4h)，3.78(s，6h)，1.75(p，j＝5.0hz，4h)，1.23(p，j＝5.0hz，4h)。由[c6(mim]2]br2的1hnmr谱图，即图5可知，在化学位移7.51-7.25ppm出现的多重峰归属为两个咪唑环上的4个质子；在化学位移4.07ppm出现的三重峰归属为与咪唑环n相连的-ch2-上的质子；在化学位移3.78ppm出现的单峰归属为两个咪唑环上-ch3上的质子；在化学位移1.75，1.23ppm出现的多重峰归属为烷基链上的-ch2-上的质子。[c6(mim]2]br2的ir谱图如图6所示：ir(kbr)υ/(cm-1)，3079，1622，854(ch＝ch)，1572(c＝n)，1169(c-n)，2937，1339(-ch3)，2862，1462，757(-ch2-)。如图7所示，通过电子喷雾电离(esi)测定的[c6(mim)2]br2的质谱显示对应于[c6(mim)2]2+基团的m/z为247.2的特征。前处理：取3ml牛奶样品的试样，加入15ml离心管中，再加入200μl20％乙酸和2.8ml超纯水充分混匀，并于4℃下冷却5分钟。紧接着每个样品以3,000rpm离心5分钟，并用0.22μm微孔滤膜过滤。所得溶液用于随后的微萃取过程。一种基于双阳性咪唑盐离子液体的原位转化微萃取处理技术(in-situdime)，其过程如下所示：微萃取过程：in-situdime方法的示意性程序如图1所示。首先，将0.5ml经预处理的牛奶样品和4.5ml超纯水添加到10ml锥形离心管中。然后，将称量好的提取剂加入离心管中。之后再加入hcl溶液调节ph至2～6，加入40～190μl的lintf2然后超声处理，将浑浊的溶液在0℃冷却，以4,000rpm进行离心，提取溶剂在离心管底部沉降。最后弃去上清液，将沉淀相溶于100μl流动相中进行hplc分析。发明人选取了单咪唑盐离子液体[c4mim]bf4，双阳性咪唑盐离子液体[c4(mim)2]br2，[c6(mim)2]br2作为提取剂，实验在相同摩尔量条件下，三种离子液体对于双酚类化合物的萃取效率。实验结果：由于不同取代基、同碳链长度、不同的阴离子对离子液体的性质(如溶解性，粘度，密度等)有较大的影响，因此，作为提取剂，离子液体的种类对于双酚类物质的萃取回收率有很大的影响。由图8可知，双阳性咪唑盐离子液体对于双酚类化合物的萃取回收率比单咪唑盐离子液体的高，萃取率分别是：[c4(mim)2]br2为72.7％；[c6(mim)2]br2为73.1％；[c4mim]bf4为49.3％。其中，[c6(mim)2]br2的萃取率最高，为最佳提取剂。通过软件分析，pb设计确定了提取剂质量，lintf2的体积，ph值作为本微萃取前处理技术的主要因素。通过对ccd模型方程和相关系数的结果进行方差分析发现，此时p值＜0.0001，表明此模型有很高的相关性；失拟值(lackoffit)为0.6004，大于0.05，表明每个平行组之间有差别，综上，此模型可以应用于对这三种因素进行分析。由图表知：a，b，c，ab，ac，bc，a2，b2和c2的p值均小于0.05,说明三种因素以及其两两交互均会对双酚类化合物的回收率产生影响。方程(4)为各因素对回收率影响的贡献大小：y＝b0+b1a+b2b+b3c+b4ab+b5ac+b6bc+b7a2+b8b2+b9c2(4)b0＝85.03；b1＝17.39；b2＝13.19；b3＝-2.51；b4＝8.23；b5＝-8.23；b6＝6.57；b7＝-15.69；b8＝-14.72；b9＝-4.69。其中，y为bps的平均回收率，b0为截距，b1-b9为参数，“+”代表该因素对回收率为促进作用，“-”代表为抑制作用，b绝对值大小代表了对回收率影响程度，相关系数为r2＝0.9881,修正后的相关系数为r2＝0.9988，说明此方程可以较客观反映各因素与回收率的关系。图12a表示真实值与预测值均匀分散在回归方程两侧，说明此模型可以反映真实的优化过程。图12b表示了剩余点的随机分布情况，表明所有实验得到的回收率值稳定可靠。为了了解更多的关于实验因子之间如何相互影响，我们通过控制变量法，保持其中一个因素不变，观察另外两个因素之间的交互影响，通过软件绘制了三维曲面图、等高线图，根据图13a可知：在保持ph＝4的条件下，提取剂离子液体的质量和阴离子交换剂lintf2的体积对双酚类化合物平均萃取回收率的影响如下：提取剂质量从0.01g增加到0.04g，lintf2的体积从40μl增加到144μl，双酚类化合物的平均回收率随着提取剂质量和lintf2体积的增加逐渐增加；而当提取剂质量从0.04g增加到0.05g和lintf2的体积从144μl增加到190μl，双酚类化合物的平均回收率却有所下降。当保持lintf2的体积为115μl不变时，提取剂质量和ph对双酚类化合物平均萃取回收率影响的三维曲面图和等高线图如图13b。当提取剂质量为0.04g，ph＝3时，双酚类化合物的平均萃取回收率达到峰值。随着提取剂质量和ph的进一步增大，平均回收率开始急剧降低。如图13c所示，当保持提取剂质量为0.03g不变时，随着lintf2的体积与ph值逐渐增大，lintf2的体积为144μl，ph＝3时双酚类化合物的平均萃取回收率达到最大。通过对以上3个相互作用因素的研究，发明人得到了本方法的最佳萃取条件，即提取剂离子液体质量为0.04g，lintf2的体积为144μl和ph＝3。实施例2：实验试剂、仪器、过程如实施例1所示，其区别点在于，所使用的提取剂为[c6(mim)2]br2，加入lintf2后进行1～9分钟的超声处理。实验结果：超声可以加快有机反应速度，有助于lintf2在体系溶液中溶解，增大lintf2与离子液体的接触几率，从而加速原位反应的进行，使反应进行的更加完全，也可以缩短操作时间。由图9可知，超声时间位于1～9分钟时，其萃取率皆非常可观。其中，当超声时间从1分钟增加到3分钟时，双酚类化合物的平均萃取回收率从74.08％提高到84.60％；当超声时间继续增加时，双酚类化合物的平均萃取回收率出现了不同程度的下降。造成回收率下降的原因可能是长时间的超声，使体系溶液温度升高，增大了离子液体的溶解度，从而使萃取的双酚类化合物总量减少，使回收率降低。故而，本方案选择超声时间3分钟作为最佳萃取条件。实施例3：实验试剂、仪器、过程如实施例1所示，其区别点在于，所使用的提取剂为[c6(mim)2]br2，冷却时间为5～13分钟。实验结果：如图10所示，冷却时间为5～13分钟时，其萃取率皆很客观。当冷却时间从5分钟增加到9分钟时，双酚类物质的平均萃取回收率从76.7％增加到79.9％。这是因为冷却可以使离子液体的粘度增加，利于它与水的分离，间接地提高了对双酚类物质的萃取回收率。随着冷却时间的增加，双酚类物质的回收率由79.9％下降到73.4％，这可能是由于冷却时间过长，离子液体的黏度过高，导致离心过程中离子液体不能与水相彻底分离，从而使得萃取回收率降低。因此，本方案将9分钟作为本实验最佳冷却时间。实施例4：实验试剂、仪器、过程如实施例1所示，其区别点在于，所使用的提取剂为[c6(mim)2]br2，离心时间为1～9分钟。如图11中所示，当离心时间从1分钟增加到7分钟时，双酚类化合物的平均萃取回收率由81.8％增加到83.9％；然而，当离心时间从7分钟增加到9分钟时，双酚类化合物萃取回收率略有降低，由83.9％降至83.7％。但是，离心时间位于1～9分钟时，其萃取率均非常可观。因此。本实验选择1～9分钟为离心时间，而7分钟离心时间作为最适离心时间。通过单因子筛选和条件优化，在最优的条件下，通过线性范围(lr)，相关系数(r2)，检出限(lod)，精密度(rsd)这些指标来对本方案所建立的方法进行评价，由表1可知，线性方程的相关系数r2范围在0.9990-0.9997；在脱脂，低脂和全脂牛奶中的最小检出限lod分别为；0.41-0.46μgl-1bpa，0.34-0.40μgl-1bpb，0.29-0.35μgl-1bpaf，1.31-1.76μgl-1bpz。回收率范围在89.9-98.6％。表1in-situdime方法的性能指标为了验证上述发明方法的稳定性，我们对该方法的日内/日间精密度进行了检测。分别在三个浓度水平(10μgl-1、20μgl-1、50μgl-1)进行实验，其中日内精密度采用每两小时取样检测一次，共六次取平均值；日间精密度则在每日早上八点钟检测，共六次取平均值。由表2的实验计算结果可知：在不同浓度水平下，双酚类物质的日内精密度范围为1.00-3.81％；日间精密度范围为1.20-5.11％，由此表明该方法稳定性较好，能够达到检测要求表2bps的日内、日间精密度(n＝6)实施例5:一种如实施例1所示的微萃取技术，其区别点在于，提取剂为[c6(mim)2]br2，提取剂离子液体质量为0.04g，lintf2的体积为144μl，调整后的ph＝3。加入lintf2后进行3分钟的超声处理，之后的冷却时间为9分钟，离心时间为7分钟。由图13可知，在加样浓度为10μgl-1情况下，处理之后的牛奶样品基质中带入的杂质并未对被分析的双酚类化合物产生影响，完全不影响该方法对于双酚类物质的定量检测。由图中空白样品色谱图我们发现，在脱脂牛奶中检测到了双酚a(0.82-1.20μgl-1)；全脂牛奶中检测到了双酚a(0.84-1.00μgl-1)；低脂牛奶中未检测到任何双酚类化合物。而在实际样品中添加了三个检测浓度(10μgl-1；20μgl-1；50μgl-1)的双酚类化合物标准品后，如表3所示，在实际样品中双酚类化合物的回收率范围分别为90.6-95.4％(bpa)；93.5-98.1％(bpb)；92.2-98.6(bpaf)；89.9-97.8％(bpz)。综上所述，本发明方案所建立的方法对于检测实际样品中的双酚类物质具有很好的效果。表3牛奶样品中实际的双酚类化合物的萃取回收率将in-situdime方法与其他传统的检测双酚类化合物的方法，如微波辅助离子液体微萃取(mailme)，涡流-辅助三相中空纤维液相微萃取(vahflpme)，基于限进介质-磁性微球分子印迹技术(ram-mimm)和超声辅助固相微萃取(uae-spme)等进行对比，in-situdime方法有许多优势。由表4可知，本方法对双酚类物质的最低检测限为0.29-1.76μgl-1，远低于ram-mimm(4.7μgkg-1)，与uae-spme(0.28ngml-1)相当。线性范围比其余的四种方法更加宽泛。此外，in-situdime对双酚类化合物的萃取回收率(89.9-98.6％)高于mailme(88.5-91.3％)，vahflpme(86.7-97.5％)，ram-mimm(89.7-96.1％)和uae-spme(74.6-93.4％)。表4本方法与其他检测双酚类化合物方法比较其他方法检测工具检测对象lrloder(％)mailmehplc-dadmilk0.06-15μgl-10.01μgl-188.5-91.3vahf-lpmehplc-dadmilk0.5-200μgl-10.16μgl-186.7-97.5ram-mimmhplc-uvmilknd4.7μgkg-189.7-96.1uae-spmehplc-dadmilk1-200ngml-10.28ngml-174.6-93.4in-situdimehplc-fldmilk0.99-5005μgl-10.29-1.76μgl-189.9-98.6可见，将双阳性咪唑盐离子应用于双酚类化合物的萃取中，拥有其独到的技术优势和提取效果。而基于此种盐离子液体的微萃取技术，也具有广泛的应用前景和技术价值。当前第1页12