本發明屬于分析檢測技術領域，具體涉及一種富集全氟羧酸化合物的儀器分析前處理方法。
背景技術：
全氟化合物(perfluorochemicals，pfcs)是一系列人工合成的、與碳原子相連的氫原子全部被氟原子取代的有機化合物，因為結構中含有大量c-f鍵使得它能在環境中長期穩定的存在。pfcs具有良好的化學穩定性、熱穩定性、表面活性及既疏水又疏油的特性，被廣泛的應用于紙張、紡織品、皮革、地毯等各個領域中。研究表明pfcs具有發育毒性、免疫毒性、內分泌干擾等多種生物毒性效應；此外，長鏈pfcs還具有很強的生物蓄積性及沿食物鏈生物放大的傾向。因此，pfcs成為廣泛存在的持久性有機污染物。
全氟羧酸(perfluorinatedcarboxylicacids，pfcas)是pfcs中的一類典型代表，多種pfcs可以在環境中最終轉化為pfcas類物質及其鹽類。近年來，由于pfcs的廣泛使用，pfcas大量進入環境，并在水體、土壤、大氣等各類環境介質中均被檢出。pfcas在水中具有一定的溶解度、解離度和較強的表面活性，較易蓄積于水體中，水環境既是全氟羧酸的匯聚地，也是重要污染傳輸源。因此，掌握pfcas在水環境中的分布特征極為重要。
儀器分析方法作為一種重要的環境污染物監測手段也被應用到pfcas的檢驗檢測上。然而pfcas在環境中的存在形式多樣，濃度一般較低，常為微量或痕量水平；分析物樣品組成復雜多樣，一般存在基質干擾，可能有共存干擾物對目標分析物產生相互作用。如何從復雜的樣品基質中快速并準確地得到目標分析物的含量及組成信息就成為分析工作者的研究重點。
通過樣品前處理，可以去除待測樣品中共存干擾物，并且高效富集目標分析物，從而降低儀器分析檢測難度，降低檢測的檢出限，將分析物轉化成滿足分析方法(分離或檢測)所需要的形式。傳統的樣品前處理技術，如索氏提取、溶劑提取、離心、蒸餾、層析、沉淀等，不僅富集倍數較低、有毒的有機試劑用量大，而且操作費時費力。長期接觸不僅會對操作人員帶來危害，而且對環境也會帶來一定的影響。此外，在萃取過程中不可避免地會出現乳化等影響分離效果的現象，從而對分析結果造成影響，因此，開發簡便、快速、高效、少溶劑或無溶劑的樣品前處理方法己成為分析化學發展的趨勢。
20世紀90年代迅速興起的固相萃取(solid-phaseextraction，spe)技術是目前普遍使用的樣品前處理技術之一.在spe過程中，先將全部樣品經過裝有固體吸附劑的固相萃取小柱，基于分析物與流動相和固定相之間不同的分配系數，通過選擇合適的有機溶劑洗脫分析物，從而實現目標物的分離與富集。近年來，在spe的基礎上，一些新型的樣品前處理方法迅速發展起來，磁性固相萃取(magneticsolid-phaseextraction，mspe)技術是其中之一。與spe不同，mspe直接將磁性吸附劑添加到樣品溶液中，使其與目標分析物充分接觸，達到萃取平衡后，通過施加外部磁場實現目標分析物與樣品基質的快速分離。該方法解決了spe吸附劑需裝柱和大體積上樣等問題。由于mspe具有吸附劑成本低、選擇性好、對分析物富集倍數高、可重復使用、綠色環保等優勢，成為近年來分離分析科學中的熱點。
技術實現要素：
本發明的目的是針對現有技術存在的上述問題，提出了一種富集全氟羧酸化合物的儀器分析前處理方法，該方法簡單快速、對全氟羧酸化合物的選擇性好、富集倍數高、可重復使用、可減少樣品損耗，提高檢測準確性。
本發明的目的可通過下列技術方案來實現：一種富集全氟羧酸化合物的儀器分析前處理方法，所述方法包括以下步驟，
s1、溶液的制備：配制2,4-二氟苯胺(dfa)溶液、n,n’-二環己基碳二亞胺(dcc)溶液和含有色譜純全氟羧酸化合物(pfca)的標準溶液，避光保存備用；
s2、磁性氧化石墨烯材料的活化：將磁性氧化石墨烯材料、氨水-甲醇溶液加入到純水中，超聲波分散，制得活化后的磁性氧化石墨烯材料，氨水-甲醇溶液中氨水的含量為5v/v％；
s3、樣品的衍生化：稱取待測樣品/標準溶液，加入dfa溶液、dcc溶液和活化后的磁性氧化石墨烯材料，充分震蕩反應，得到衍生化的待測樣品或標準溶液；
s4、磁性分離：將衍生化的待測樣品/標準溶液在外加磁場作用下進行第一次固液分離，棄去液體，在固體中加入解吸劑進行渦旋解吸，然后在外加磁場作用下進行第二次固液分離，收集解吸液；
s5、解吸液采用高純氮氣吹干后再次溶于正己烷中，混勻，即完成前處理過程，得到可上機檢測的衍生物。
本發明中的前處理方法利用磁性氧化石墨烯材料對pfca衍生化產物的吸附作用，實現了待測樣品中pfca的快速富集，富集倍數高，樣品損耗少，有效提高了檢測準確性，并且可磁性氧化石墨烯材料重復，減少了化學試劑的使用，綠色環保。
石墨烯是僅有一個碳原子厚度的二維納米材料，是碳原子以sp2雜化軌道組成的六角形蜂巢晶格的平面薄膜，其理論厚度僅為0.335nm。氧化石墨烯同樣是一層狀共價化合物，具有較大的比表面積、良好的化學穩定性，其表面有豐富的含氧官能團，如—oh、—c—o—c—和—cooh等，從而表現出較強的極性和親水性。把氧化石墨烯賦予磁性，所形成的磁性氧化石墨烯納米材料既具有納米材料的高吸附特性，又具有磁性材料的易分離特性。經過活化后，磁性氧化石墨烯材料對同樣具有極性的pfca衍生化產物的吸附能力大大增強。同時，pfca在磁性氧化石墨烯材料表面與dfa、dcc發生衍生化反應，使沸點高、難揮發，不易使用通常儀器分析方法進行測試的全氟化合物轉化為易揮發的衍生物，磁性氧化石墨烯材料巨大的比表面積為pfca能夠充分的與dfa、dcc進行接觸，從而能充分反應提供了有利條件，提高了反應效率。而磁性氧化石墨烯材料作為萃取介質通過施加一個外部磁場即可實現其與負載分析物的相分離，使被測產物與磁性氧化石墨烯材料的分離可以簡單快速的進行，避免了通常索氏提取、離心、蒸餾等手段對樣品的損耗造成的分析結果偏差，解決了spe吸附劑需裝柱和大體積上樣等問題。本發明的前處理方法所得的衍生物可進行gc-mc、hplc、hplc-ms等儀器分析方法進行分析測試。
作為優選，所述步驟s1中2,4-二氟苯胺(dfa)溶液、n,n’-二環己基碳二亞胺(dcc)溶液和標準溶液采用有機溶劑配置，所述有機溶劑為正己烷、乙酸乙酯、二氯甲烷和甲苯中的一種或幾種。
進一步優選，所述有機溶劑為正己烷。
上述有機試劑對pfca、dfa和dcc有良好的溶解性。
作為優選，所述步驟s1中全氟羧酸化合物(pfca)為全氟丁酸(pfba)、全氟戊酸(pfpea)、全氟己酸(pfhxa)、全氟庚酸(pfhpa)、全氟辛酸(pfoa)、全氟壬酸(pfna)、全氟癸酸(pfda)、全氟十一酸(pfuna)和全氟十二酸(pfdoa)。
這九種全氟羧酸化合物是水體、土壤、大氣等各類環境介質中常見的典型的全氟羧酸化合物，本發明通過九種全氟羧酸化合物的同時分析，能有效進行樣品中全氟羧酸化合物種類和含量的檢測。
作為優選，所述步驟s1中配置標準溶液的具體過程為，分別準確稱取九種典型的pfca溶于有機溶劑中，制成九種pfca標準貯備液，4℃避光保存，準確移取各pfca貯備液，混合后以有機溶劑定容配成標準溶液；配置dfa溶液和dcc溶液的具體過程為，分別稱取dfa和dcc溶于有機溶劑中，制成dfa貯備液和dcc貯備液，4℃避光保存，分別移取dfa貯備液和dcc貯備液，以有機溶劑定容配成dfa溶液和dcc溶液。
將pfca、dfa和dcc先配制成濃度較高的溶液，再通過定容的方法進行稀釋可精確配制檢測所需要的溶液，減少檢測誤差，提高檢測結果的準確性。
作為優選，所述步驟s2中磁性氧化石墨烯材料在純水中的質量濃度為1.5-2.5g/l，氨水-甲醇溶液與純水的體積比為(15-25):100。
在上述質量濃度和體積比范圍內，磁性氧化石墨烯材料在水中的分散性較好，磁性氧化石墨烯材料與氨水-甲醇能充分接觸，得到充分活化。
作為優選，所述步驟s2中超聲波分散的頻率為26-35khz，功率為5-13kw，時間為1-5min。
氧化石墨烯由于其粒徑較小，在溶液中容易發生團聚，因此本發明采用超聲波的方式使其均勻分散到溶液中，在上述超聲波頻率、功率和時間的組配下，磁性氧化石墨烯能夠均勻分散到溶液中，與氨水-甲醇充分接觸，活化較為徹底。
作為優選，所述步驟s3中待測樣品/標準溶液、dfa溶液、dcc溶液和磁性氧化石墨烯材料的體積比為1:(50-100):(5-80):(90-110)。
在上述體積比范圍內，磁性氧化石墨烯材料巨大的比表面積能為待測樣品、dfa、dcc的反應提供充分的空間，待測樣品與dfa在dcc的催化下反應較為充分，磁性氧化石墨烯材料對反應產物的吸附也較為充分。
進一步優選，所述步驟s3中待測樣品/標準溶液、dfa溶液、dcc溶液和磁性氧化石墨烯材料的體積比為1:(60-80):(10-50):(95-105)。
在上述體積比范圍內，待測樣品、dfa、dcc的反應更加充分，磁性氧化石墨烯材料對反應產物的吸附也更加充分。
進一步優選，所述步驟s3中待測樣品/標準溶液、dfa溶液、dcc溶液和磁性氧化石墨烯材料的體積比為1:70:25:100。
在上述體積比范圍內，待測樣品、dfa、dcc的反應最為充分，磁性氧化石墨烯材料對反應產物的吸附最為充分。
作為優選，所述步驟s3中震蕩反應的時間為20-40min，溫度為18-25℃。
在上述震蕩時間和溫度范圍內，衍生化反應比較完全，震蕩可以使各反應物充分接觸，加快反應速率。在18-25℃的溫度范圍內，磁性氧化石墨烯材料對衍生物的吸附效果較好，溫度過低，不利于衍生化反應的進行，溫度過高，磁性氧化石墨烯材料對衍生物的吸附效果較差。
作為優選，所述步驟s4中第一次固液分離的過程為，在盛裝衍生化的待測樣品/標準溶液的瓶底放置一塊磁鐵，使磁性氧化石墨烯材料聚集在瓶底，實現固液的分離，棄去上清液，下層固體轉移至離心試管中，在外加磁場作用下離心，棄去殘余液體；
作為優選，所述步驟s4中第二次固液分離的過程為，在離心試管的固體中加入2.0ml解吸劑進行渦旋解吸，然后在離心試管的底部放置磁鐵，實現固液的分離，收集解吸液，上述渦旋解析、固液分離、收集解吸液的步驟重復兩次，合并解吸液。
上述磁性分離過程中，對吸附有反應產物的磁性氧化石墨烯材料及含有待測產物的解吸液的收集均進行了兩次，以保證反應產物的完全收集，盡可能減少實驗偏差。選用旋渦解析的方式有效加快解析速度。
作為優選，所述步驟s4中渦旋解吸的渦旋振蕩速度為1500-3000rpm，溫度為30-45℃。
在上述渦旋振蕩速度下，吸附有衍生物的磁性氧化石墨烯材料與解析劑能夠充分接觸，加快解析速率；在30-45℃的溫度范圍內，衍生物與磁性氧化石墨烯材料吸附效果差，有利于解析，溫度過低，衍生物與磁性氧化石墨烯材料吸附效果好，不易解析，溫度過高，解吸劑容易揮發，影響解析效果。
作為優選，所述步驟s4中的解吸劑為甲醇、丙酮、乙醇、乙腈中的一種或幾種。
進一步優選，所述步驟s4中的解吸劑為甲醇。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明的前處理方法通過磁性氧化石墨烯材料的使用，為待測樣品的衍生化反應提供了有利條件，促進衍生化的快速高效進行，可實現對全氟羧酸化合物的快速富集，富集倍數高，損耗少，有效減少檢測結果的偏差，磁性氧化石墨烯材料作為萃取介質可重復使用，綠色環保。
具體實施方式
以下是本發明的具體實施例，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并不限于這些實施例。
下面通過具體實施例對本發明中的前處理方法作進一步解釋。
實施例1
標準曲線的繪制
(1)標準溶液的配置：分別準確稱取適量色譜純pfba、pfpea、pfhxa、pfhpa、pfoa、pfna、pfda、pfuna和pfdoa等九種樣品，溶于正己烷中，配置成0.001mol/l的pfca標準貯備液。準確移取上述九種pfca標準貯備液各10ml，混合至100ml容量瓶內，以正己烷定容至100ml，即配制成含有九種pfcas的0.0001mol/l混合標準母液。
同時，分別稱取dfa和dcc溶于正己烷中，配制成0.001mol/l的dfa貯備液和dcc貯備液，分別移取dfa貯備液和dcc貯備液，置于100ml容量瓶內，以正己烷定容配成0.0001mol/l的dfa溶液和dcc溶液。上述配置好的溶液均在4℃避光保存。
將0.2g磁性氧化石墨烯材料、20ml氨水-甲醇溶液加入到裝有100ml高純水的錐形瓶中，超聲波分散，制得活化后的磁性氧化石墨烯材料，超聲波分散的頻率為30khz，功率為8kw，時間為3min。氨水-甲醇溶液中氨水的含量為5v/v％；
(2)衍生化及磁性分離過程：分別準確稱取2μl、4μl、6μl、8μl和10μl的pfca標準溶液于錐形瓶中，加入dfa溶液、dcc溶液和活化后的磁性氧化石墨烯材料，標準溶液、dfa溶液、dcc溶液和磁性氧化石墨烯材料的體積比為1:70:25:100。將錐形瓶固定到振蕩器上在22℃下充分震蕩反應30min，完成衍生化過程。
衍生化結束后取下錐形瓶并在瓶底放置一塊超強磁鐵，使吸附有衍生物的磁性氧化石墨烯材料聚集在瓶底，實現固液的分離，棄去上層液體后將下層吸附有衍生物的磁性氧化石墨烯材料轉移至10ml的帶塞離心試管中，在外加磁場的輔助作用下降衍生物的磁性氧化石墨烯材料再次聚集到離心試管管壁，棄去殘余液體后，在離心試管中加入2.0ml甲醇渦旋解析，使磁性氧化石墨烯材料表面吸附的衍生物溶解在甲醇中，再次借助磁鐵使解吸液和磁性氧化石墨烯材料分離，收集解吸液，重復兩次，合并解吸液，渦旋解吸的渦旋振蕩速度為2300rpm，溫度為38℃。
用高純氮氣流吹干解吸液，再用0.5ml正己烷溶解并混勻，放置于渦旋振蕩器混合均勻，即完成全部前處理過程，得到可上機檢測的衍生物。
(3)氣相色譜測定：衍生物經0.45μm有機濾膜過濾后進氣相色譜儀測定，氣相色譜檢測條件為：進樣口溫度300℃；載氣：高純氮，純度≥99.99％；流速1.5ml/min；采用不分流進樣；進樣量1μl；采取程序升溫：60c保持1min，以2℃/min升溫至130℃，保持1min，然后以8℃/min升溫至300℃，保持1min；檢測器：電子捕獲檢測器(ecd)，檢測器溫度300℃。以反應產物的峰面積對其濃度作回歸分析，得到質量濃度與峰面積的回歸方程，如表1所示。
表1：pfca標準溶液線性回歸方程及相關系數
將標線中最低濃度的溶液平行處理7次，計算方法的精密度，并以3倍標準偏差值為檢出限，10倍標準偏差值為定量限，結果顯示各目標物的rsd為1.5％-6.8％，本方法的檢出限為0.62-2.32μg/l，定量限為2.06-7.73μg/l，且標準樣品的回歸方程相關系數(r2)均大于0.99，線性關系良好。
實施例2
寧波某污水處理廠中pfcas化合物種類和含量的檢測
從寧波某污水處理廠中采集水樣，將待測水樣經0.45μm的水相微孔濾膜過濾后，進行衍生化、磁性分離等前處理過程，得到可上機檢測的衍生物，然后進行色譜測定。上述前處理及色譜測定按照實施例1的方法進行。
樣品中pfca種類和含量的測定結果及加標測定后計算的回收率見表2。
表2：實施例2的水樣中pfca測定及加標回收結果
實施例3
從實施例2中的同一污水處理廠中采集水樣，與實施例2不同的是：
標準溶液、dfa溶液、dcc溶液采用乙酸乙酯配制。
磁性氧化石墨烯材料進行活化的過程為，將0.15g磁性氧化石墨烯材料、15ml氨水-甲醇溶液加入到裝有100ml高純水的錐形瓶中，超聲波分散，制得活化后的磁性氧化石墨烯材料，超聲波分散的頻率為26khz，功率為5kw，時間為1min。。
樣品進行衍生化時，標準溶液、dfa溶液、dcc溶液和磁性氧化石墨烯材料的體積比為1:50:5:90，錐形瓶固定到振蕩器上充分震蕩20min，溫度為18℃，完成衍生化過程。
渦旋解吸時加入的解吸劑為乙醇，渦旋振蕩速度為1500rpm，溫度為30℃
其他與實施例2相同。
樣品中pfca種類和含量的測定結果及加標測定后計算的回收率見表3。
表3：實施例3的水樣中pfca測定及加標回收結果
實施例4
從實施例2中的同一污水處理廠中采集水樣，與實施例2不同的是：
標準溶液、dfa溶液、dcc溶液采用二氯甲烷酯配制。
磁性氧化石墨烯材料進行活化的過程為，將0.25g磁性氧化石墨烯材料、25ml氨水-甲醇溶液加入到裝有100ml高純水的錐形瓶中，超聲波分散，制得活化后的磁性氧化石墨烯材料，超聲波分散的頻率為35khz，功率為13kw，時間為5min。
樣品進行衍生化時，標準溶液、dfa溶液、dcc溶液和磁性氧化石墨烯材料的體積比為1:100:80:110，錐形瓶固定到振蕩器上充分震蕩40min，溫度為25℃，完成衍生化過程。
渦旋解吸時加入的解吸劑為丙酮，渦旋振蕩速度為3000rpm，溫度為45℃
其他與實施例2相同。
樣品中pfca種類和含量的測定結果及加標測定后計算的回收率見表4。
表4：實施例4的水樣中pfca測定及加標回收結果
實施例5
從實施例2中的同一污水處理廠中采集水樣，與實施例2不同的是：
標準溶液、dfa溶液、dcc溶液采用甲苯配制。
磁性氧化石墨烯材料進行活化的過程為，將0.25g磁性氧化石墨烯材料、25ml氨水-甲醇溶液加入到裝有100ml高純水的錐形瓶中，超聲波分散，制得活化后的磁性氧化石墨烯材料，超聲波分散的頻率為35khz，功率為13kw，時間為5min。
樣品進行衍生化時，標準溶液、dfa溶液、dcc溶液和磁性氧化石墨烯材料的體積比為1:60:10:95，錐形瓶固定到振蕩器上充分震蕩40min，溫度為25℃，完成衍生化過程。
渦旋解吸時加入的解吸劑為乙腈，渦旋振蕩速度為3000rpm，溫度為45℃。
其他與實施例2相同。
樣品中pfca種類和含量的測定結果及加標測定后計算的回收率見表5。
表5：實施例5的水樣中pfca測定及加標回收結果
實施例6
從實施例2中的同一污水處理廠中采集水樣，與實施例2不同的是：
磁性氧化石墨烯材料進行活化的過程為，將0.25g磁性氧化石墨烯材料、25ml氨水-甲醇溶液加入到裝有100ml高純水的錐形瓶中，超聲波分散，制得活化后的磁性氧化石墨烯材料，超聲波分散的頻率為35khz，功率為13kw，時間為5min。
樣品進行衍生化時，標準溶液、dfa溶液、dcc溶液和磁性氧化石墨烯材料的體積比為1:80:50:105，錐形瓶固定到振蕩器上充分震蕩40min，溫度為25℃，完成衍生化過程。
渦旋解吸時加入的解吸劑為甲醇，渦旋振蕩速度為3000rpm，溫度為45℃。
其他與實施例2相同。
樣品中pfca種類和含量的測定結果及加標測定后計算的回收率見表6。
表6：實施例6的水樣中pfca測定及加標回收結果
對比例1
從實施例2中的同一污水處理廠中采集水樣，采用普通固相萃取的方式進行富集，衍生化處理時不添加磁性氧化石墨烯材料，其他與實施例2相同。
樣品中pfca種類和含量的測定結果及加標測定后計算的回收率見表7。
表7：對比例1的水樣中pfca測定及加標回收結果
比較實施例2和對比例1中水樣的檢測結果和加標后測定結果及計算的回收率可知，該污水處理廠水樣中檢出的pfca有pfpea、pfhpa、pfoa、pfuna四種，兩次水樣中這四種pfca的含量很接近，但是在色譜條件相同，只有前處理方法不同的前提下，實施例2中加標后計算的回收率總體上要明顯優于對比例1，說明采用本發明的前處理方法對pfca的富集效果更好。
綜上所述，本發明提供了一種富集全氟羧酸化合物的儀器分析前處理方法，該方法通過磁性氧化石墨烯材料的使用，對全氟羧酸化合物的選擇性好，為待測樣品的衍生化反應提供了有利條件，促進衍生化的快速高效進行，可實現對全氟羧酸化合物的快速富集，富集倍數高，樣品損耗少，有效減少檢測結果的偏差，磁性氧化石墨烯材料作為萃取介質可重復使用，綠色環保。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。