黃良等

摘 要 以咪唑改性的苯乙烯型大孔樹脂填料制備固相萃取小柱，進(jìn)行固定化離子液體固相萃取，結(jié)合β環(huán)糊精修飾離子液體碳糊電極，發(fā)展痕量雙酚A的電化學(xué)聯(lián)用快速檢測(cè)技術(shù)。實(shí)驗(yàn)優(yōu)化影響萃取效率的因素，獲得最佳萃取條件（萃取填料用量0.4 g，樣品體積200 mL，上樣液pH 7.0， 5 mL甲醇為洗脫溶劑，萃取流速4.5 mL/min）。測(cè)得固定化離子液體樹脂對(duì)雙酚A的最大吸附容量為10.1 mg/g，富集倍數(shù)為40倍。雙酚A的濃度線性范圍在2.3～228 μg/L，檢出限為0.95 μg/L。聯(lián)用方法靈敏、實(shí)用性強(qiáng)，用于實(shí)際樣品中雙酚A分析，結(jié)果與HPLC方法一致。

關(guān)鍵詞 固定化離子液體； 固相萃?。?離子液體碳糊電極； 雙酚A； 電化學(xué)檢測(cè)

1 引 言

雙酚A（Bisphenol A，BPA）是合成聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂等材料的主要原料，廣泛用于制造食品飲料包裝、塑料（奶）瓶和醫(yī)用品等。它是一種具有雌激素樣活性的內(nèi)分泌干擾物質(zhì)，長(zhǎng)期暴露將導(dǎo)致動(dòng)物胚胎毒性和致畸性，安全性問(wèn)題備受國(guó)際關(guān)注，各國(guó)已陸續(xù)禁止或限制含雙酚A制品的生產(chǎn)與使用。BPA在環(huán)境中濃度低[1]，基質(zhì)復(fù)雜，建立高效富集檢測(cè)方法對(duì)于其污染監(jiān)控十分必要[2]。

目前， 雙酚A的分析主要采用色譜法[3]，包括高效液相色譜（HPLC）[4，5]、液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用[6]以及毛細(xì)管電泳等，這些方法選擇性好，但樣品預(yù)處理復(fù)雜費(fèi)時(shí)，分析成本高， 限制了其應(yīng)用。目前傳感器技術(shù)廣泛應(yīng)用于物質(zhì)的快速檢測(cè)，納米材料、分子印跡聚合物和生物活性物質(zhì)均被用于構(gòu)建BPA的電化學(xué)、化學(xué)發(fā)光等傳感器[2]，特異性強(qiáng)、靈敏、便攜；不過(guò)，多數(shù)傳感器難以重復(fù)使用[7]，有時(shí)基質(zhì)效應(yīng)對(duì)樣品測(cè)定影響較大，實(shí)際應(yīng)用很少。本研究組基于咪唑離子液體與β環(huán)糊精（βCD）特性，研制BPA的βCD修飾離子液體碳糊電極，在重現(xiàn)性、穩(wěn)定性和重復(fù)使用性等方面具備明顯的實(shí)用性[8]。樣品預(yù)處理是決定BPA分析速度和準(zhǔn)確性的主要環(huán)節(jié)。目前廣泛使用的固相萃取（SPE）技術(shù)[9]，操作方便、凈化效果好，但常用的C18填料對(duì)BPA缺乏特異性，而分子印跡聚合物印跡容量和傳質(zhì)效率偏低，在水環(huán)境的識(shí)別力有限[10]。新型萃取材料是實(shí)現(xiàn)BPA特異性和高效富集的關(guān)鍵。

固定化離子液體（Supported ionic liquids，SILs）是將離子液體通過(guò)吸附、包埋或者鍵合等方法，固定在固體載體表面，既結(jié)合了固相載體材料的物化性質(zhì)，又保持了離子液體蒸氣壓小、溶解性優(yōu)異、可設(shè)計(jì)等特性[11]，固定化后離子液體比表面積增加，穩(wěn)定性增強(qiáng)。SILs自2009年報(bào)道以來(lái)[12]就被視為可替代傳統(tǒng)固相萃取吸附劑[13]，提高了HPLC聯(lián)用分析的選擇性與提取性能，還避免了離子液體流失與有機(jī)溶劑毒性[14]。相對(duì)于其它固相萃取材料，SILs聚合物還具有柱容量高、pH穩(wěn)定性好、制備簡(jiǎn)便、萃取選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。研究指出[15]，咪唑類離子液體包含氫鍵位點(diǎn)、芳香環(huán)等功能團(tuán)，可與苯酚、烷基酚發(fā)生多重相互作用，成功用于液相微萃取[16，17]和固相微萃取[18]。目前尚未見到SILs固相萃取富集BPA的報(bào)道。

本研究以咪唑改性的苯乙烯型大孔吸附樹脂為填料，制備SILs固相萃取小柱富集雙酚A。結(jié)合βCD修飾離子液體碳糊電極[8]，建立SILsSPE與電化學(xué)聯(lián)用分析方法，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜樣品中痕量BPA的快速測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

CHI660A電化學(xué)工作站（上海辰華儀器有限公司）； 三電極系統(tǒng)（β環(huán)糊精修飾離子液體碳糊電極（βCD/ILCPE）為工作電極、Ag/AgCl為參比電極、鉑絲為輔助電極）； 氮?dú)獯蹈蓛x（北京八方世紀(jì)科技有限公司）； 掃描電鏡（荷蘭Philips）； 能譜分析系統(tǒng)（日本浩視公司）； 超快速液相色譜儀（日本島津公司）； MilliQ超純水系統(tǒng)。

雙酚A（Alfa Aesar公司）； 1丁基3甲基咪唑四氟硼酸鹽（BMIMBF4， Aladdin公司）； 石墨粉（Sigma公司）； β環(huán)糊精（Aladdin公司）； 其它試劑均為分析純以上； 實(shí)驗(yàn)室用水皆為超純水（18.2 MΩ·cm）。0.01 mol/L BPA標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)液由無(wú)水甲醇配制，每次測(cè)定時(shí)，用超純水稀釋至所需濃度； 0.1 mol/L醋酸鹽緩沖液（pH 5.5）由CH3COOK和CH3COOH配制。溶液均避光4 ℃保存。

甲基咪唑改性的苯乙烯型大孔吸附樹脂（SILs）由中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所提供[19]，結(jié)構(gòu)圖和SEM圖（圖1）表明，樹脂平均粒徑約500 μm，表面有大量孔穴。能譜分析顯示復(fù)合材料主要含C， N， O元素，其中N為2.98%（w/w），甲基咪唑氯鹽含量約為12.5 mg/g。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 固相萃取小柱的制備及萃取流程 準(zhǔn)確稱取適量SILs樹脂，均勻填裝在底部墊有篩板的聚丙烯固相萃取柱空管（3 mL）內(nèi)。SPE小柱每次使用前依次用5 mL甲醇和二次水活化和平衡。

萃取過(guò)程： 將200 mL樣品溶液加入活化后的SPE柱使目標(biāo)物保留； 用5 mL甲醇水（10∶90， V/V）淋洗萃取柱，洗去雜質(zhì)，小柱氮吹至干； 以適量甲醇洗脫目標(biāo)物，收集洗脫液，40 ℃下氮吹至近干，加入5 mL醋酸鹽緩沖溶液（pH 5.5）即得預(yù)富集樣品。

2.2.2 測(cè)定條件 （1）電化學(xué)測(cè)定 采用前期研制的對(duì)BPA具有選擇性識(shí)別與電催化作用的βCD/ILCPE為工作電極，制備方法參照文獻(xiàn)＼[8＼]。電極使用前在稱量紙上打磨拋光，用二次水沖凈。在0.1 mol/L醋酸鹽緩沖液（pH 5.5）中，采用三電極體系，于0.2～1.0 V范圍對(duì)樣品進(jìn)行微分脈沖伏安法陽(yáng)極化掃描，富集電位0.5 V，富集時(shí)間300 s，掃描速度20 mV/s。（2）液相色譜紫外檢測(cè) XDB C18色譜柱（250 mm×4.6 mm， 5 μm）； 流動(dòng)相： 甲醇水（70∶30，V/V）； 流速： 1.0 mL/min； 柱溫： 30

SymbolpB@ C； 檢測(cè)波長(zhǎng)： 280 nm。

2.2.3 樣品采集處理 （1）自來(lái)水 取實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水，0.22 μm微孔濾膜過(guò)濾后備用； （2）閩江江水 在閩江福州城區(qū)段隨機(jī)采集水樣1500 mL，用0.22 μm微孔濾膜過(guò)濾后備用； （3）礦泉水瓶 將市售的聚丙烯礦泉水瓶洗凈干燥，剪成約5 mm × 5 mm的碎片，稱取1.0 g，常溫下用100 mL甲醇超聲提取4 h，提取液用氮吹至近干，用甲醇定容至5 mL，避光備用。

3 結(jié)果與討論

3.1 固相萃取條件的優(yōu)化

3.1.1 固定化離子液體用量的影響 分別將不同質(zhì)量的SILs樹脂制備固相萃取柱用于SPE，圖2表明，SILs填料用量對(duì)BPA的回收率有較大影響： 用量不足時(shí)，目標(biāo)物吸附不完全，回收率低； 增大SILs填料用量，使BPA回收率逐漸增加，在0.4 g時(shí)達(dá)到最大； 之后回收率開始下降，這是由于萃取劑用量過(guò)多使得SPE柱內(nèi)壓力升高，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)類似共存物質(zhì)吸附增加，導(dǎo)致與BPA的作用位點(diǎn)減少。

3.1.2 上樣液pH值的影響 考察了pH 4.0～10.0 范圍內(nèi)萃取小柱對(duì)BPA的吸附情況，其回收率基本不變，pH適用范圍寬。BPA（pKa=8.9）在pH<8.9時(shí)呈分子狀態(tài)，與SILs之間主要發(fā)生ππ相互作用、氫鍵和疏水作用； 當(dāng)pH>8.9時(shí)，BPA發(fā)生解離，但回收率沒有增加，可以推斷BPA與萃取劑之間的靜電作用及離子交換作用基本可以忽略。分析水樣時(shí)，中性條件下直接上樣，SILsSPE柱借助上述作用，對(duì)分子化的雙酚A及其結(jié)構(gòu)類似物產(chǎn)生非選擇性富集，排除樣品基質(zhì)以及2，4二硝基苯酚（pKa=4.1）等解離物質(zhì)的干擾。

3.1.3 萃取流速的影響 實(shí)驗(yàn)表明，萃取流速慢有利于對(duì)BPA的吸附和洗脫，但過(guò)慢則影響萃取速度； 另一方面，上樣和洗脫流速的過(guò)度增加都會(huì)導(dǎo)致BPA回收率減小，反映其在萃取劑上的作用不完全。如圖3，萃取流速控制在2.0～4.5 mL/min范圍，可獲得較高的BPA回收率； 以流速4.5 mL/min進(jìn)行上樣、淋洗和洗脫，可加快整個(gè)萃取過(guò)程。

3.1.4 洗脫溶劑對(duì)洗脫效果的影響 分別對(duì)不同的洗脫溶劑（甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、乙酸乙酯）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，采用甲醇和丙酮洗脫時(shí)BPA的回收率較高，乙酸乙酯最低，這與咪唑型離子液體易于溶解其中有關(guān)。為提高SILsSPE柱的重復(fù)使用次數(shù)，最大程度減少固定液流失造成的誤差，選擇不與SILs互溶的甲醇作為洗脫溶劑。

研究了不同體積甲醇（1～15 mL）對(duì)目標(biāo)物洗脫效率的影響。隨著洗脫溶劑體積增大，BPA的回收率明顯增加； 當(dāng)洗脫溶劑體積增至5 mL時(shí)，回收率已達(dá)最大值； 繼續(xù)加大至15 mL，洗脫效率基本不變。

3.2 動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

取不同濃度的BPA測(cè)試液200 mL，調(diào)節(jié)pH≈7，按2.2節(jié)依次進(jìn)行富集、洗脫和微分脈沖伏安（DPV）測(cè)定，測(cè)得萃取回收后溶液中BPA的平衡濃度Ce（mol/L）。按式（1）求出BPA在萃取柱上的吸附容量Q（mg/g）。

3.3 萃取前后BPA的電化學(xué)響應(yīng)對(duì)比

在0.1 mol/L醋酸鹽緩沖溶液（pH 5.5） 中，分別對(duì)未經(jīng)萃取的測(cè)試液以及經(jīng)SILsSPE萃取后的預(yù)富集溶液進(jìn)行DPV掃描，測(cè)定BPA在0.67 V電位處的氧化峰電流，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量分析。萃取前后DPV對(duì)比圖顯示，經(jīng)過(guò)SPE富集（圖5c），BPA峰電流較富集前（圖5b）增加了約40倍。

3.6 實(shí)際樣品分析

按照2.6節(jié)采集和處理樣品，分別進(jìn)行SILsSPE提取富集和電化學(xué)測(cè)定（SILsSPEED法），采用SPEHPLCUV標(biāo)準(zhǔn)方法[20]進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)（表1），兩種方法均未測(cè)出BPA，回收實(shí)驗(yàn)測(cè)得的BPA加標(biāo)含量較為接近，在置信度為95%時(shí)，Paired ttest結(jié)果P>0.05，顯示方法間無(wú)顯著性差異。SILsSPEED法測(cè)定快速、穩(wěn)定、重現(xiàn)性好，測(cè)試成本低廉，更加適合復(fù)雜樣品快速檢測(cè)。

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Abstract A simple and green method for the determination of trace bisphenol A（BPA） was established by coupling supported ionic liquid solid phase extraction to βcyclodextrin modified ionic liquid carbon paste electrodebased electrochemical detection （SILsSPEED）. The synthesized imidazolium ionic liquid modified styrene type macroporous resin was used as adsorbent for SPE of BPA. The critical parameters that affect the extraction efficiency were optimized， including 0.4 g of packing material quantity， 200 mL of sample solution at pH 7.0， 5 mL of methanol as an eluent solvent， and 4.5 mL/min of the SPE flow rate. Dynamic adsorption test showed that the maximum adsorption capacity of BPA on the SILsSPE cartridge was 10.1 mg/g， and the enrichment factor was 40. The calibration curve showed a good linearity between the anodic current and the BPA concentration in the range of 1.0×10-1.0×10mol/L （i.e. 2.3-228 μg/L）. The detection limit was 4.16×10mol/L （equal to 0.95 μg/L）. The SILsSPEED method was applied to the analysis of water and plastic samples and the results agreed well with HPLC method.

Keywords Supported ionic liquids； Solid phase extraction； Ionic liquidbased carbon paste electrode； Bisphenol A； Electrochemical detection

（Received 8 September 2014； accepted 29 November 2014）

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China （No.21375019）， the Key Science & Technology Project of Fujian Province （No. 2011Y0038） of China， and the Science & Technology Project of China state Bureau of Quality Supervision and Quarantine （No. 2013IK103） and the National Science Foundation for Fostering Talents in Basic Research （No. J1103303）