CN102288709A - 一种高效萃取样品中内分泌干扰物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的高效萃取样品中内分泌干扰物的方法，待检样品经过滤、研磨、匀浆、超声、沉淀蛋白、水解蛋白或脱脂初步处理，制成水性基质的样品溶液；调节样品溶液pH值，或加入无机盐或有机盐提高样品溶液离子强度，以减小内分泌干扰物在水相的分配系数；借助膜盘式固相萃取仪，使样品溶液连续流动或“流动-停止-流动”间歇式地通过已活化的尼龙纳米纤维膜，样品中的内分泌干扰物即被尼龙纳米纤维保留，实现萃取。本发明协同了固相膜萃取和纳米吸附介质的优势，仅用数毫克的尼龙纳米纤维膜，数百微升的洗脱溶剂，即可实现对各种实际样品中内分布干扰物的高效提取，几分钟至十几分钟时间里就可完成分离、吸附、浓缩和洗脱的提取和富集过程。

Description

一种高效萃取样品中内分泌干扰物的方法

技术领域

  本发明提供了一种基于尼龙纳米纤维膜对待检样品中的目标物----内分泌干扰物高效提取富集的方法，属于分析化学中样品预处理技术领域。

背景技术

内分泌干扰物（Endocrine disrupting chemicals, EDCs ）的污染已成为全球性的重大问题， EDCs在自然界广泛存在，严重干扰天然激素维持生物体内平衡和调节发育。美国国家环保局（USEPA）在1998 年8 月公布了从86000 种商用品和化学品中筛选出的67 种（类）危及人体及生物的EDCs。EDCs的污染和暴露水平评估关系到人类的生命健康，其核心问题就是建立高效、灵敏、准确的各种环境和生物样品中内分泌干扰物的检测方法。 

样品中EDCs浓度极低，通常为μg/L甚至ng/L级，且样品基体复杂，共存干扰物多，需要高效的预处理技术对样品中的目标物进行分离和富集。目前常用的色谱-质谱联用技术（GC-MS法和LC-MS法）的灵敏度和精确度高，能满足样品中EDCs定性和定量检测的需要。因此，EDCs分析检测的挑战不是缺乏高灵敏度高准确度的分析方法，而是缺乏高效、高通量的样品预处理技术，样品预处理技术才是研究的关键所在。样品预处理的重要性体现在其对定性或定量分析的灵敏度、准确度和精密度有极大影响，是决定分析结果的可靠性的关键因素，甚至决定了后续分析可行性。

样品预处理已成为现代分析化学发展的瓶颈问题。具有溶剂使用量少、操作简便快速、选择性高、重现性好、易于实现自动化操作等优势的固相萃取法(Solid Phase Extraction，SPE)，符合样品处理技术的发展趋势，是样品处理技术领域的研究热点。

SPE技术是基于萃取介质对目标物的吸附作用的样品预处理技术，分为柱式（cartridges）和膜盘式 (disks)两种。膜盘式固相萃取（Extraction disks for SPE）技术是目前较为成熟的固相膜萃取技术。用金属或聚四氟乙烯的多孔网格包覆萃取介质颗粒（10 μm左右）制作成膜。与柱式固相萃取相比，其萃取介质粒度小，易于紧密地均匀填充，降低了填装疏松造成的“沟流效应”（channelling effects）使提取效率得以提高；对于同等质量的填料，固相膜的横截面积约是固相萃取柱的10倍，降低了填装厚度，因而改善了传质过程，操作压力较柱式大为降低，因此可加快萃取速度，适用于大体积液体样品的预处理，

目前的固相萃取介质多为微米级材料，对目标物的吸附作用仅依靠材料表面密布的微孔及数量有限的活性基团。相比于微米级的材料而言，纳米材料的高比表面积可提供数量巨大的作用位点，给高效分离、提取和富集奠定了基础。

纳米颗粒和纳米纤维是目前纳米材料中的研究热点。近年来，纳米颗粒作为固相萃取介质已用于环境污染物提取，吸附容量提高，改善了分析方法的回收率和检出限。但纳米颗粒填充的萃取柱在淋洗和洗脱时操作压力更高，且目前尚未有成熟的适于多种材料的纳米粒的制备技术和方法，难以推广应用。

纳米纤维在材料制备和后续器件制作方面均较纳米颗粒简便易行。此外，纳米纤维与其它物质的相互渗透力极强，目标分子与其作用的厚度很小，分子在纤维中扩散快，从而缩短了吸附及洗脱时间；巨大的比表面积使得目标物在固液两相间有高的分配系数，也使得数毫克量的纤维就足以完成吸附，洗脱溶剂的用量也相应可大为减少，采用几十微升的溶剂就可以将已吸附的分析物洗脱下来。

纳米纤维仅直径是纳米级的，长度是微米、毫米甚至更长，如此极高的长径比，使其易于制成线、毡、膜等多种形态，而仍保留纳米材料的特性。其中纳米纤维膜横截面积大，传质阻力小，因此较大体积的样品溶液可以较快速度通过，缩短处理样品时间的同时增大富集倍数，提高检测方法的灵敏度，是一种极具潜力的固相膜萃取介质。

通常根据“相似相容”原理来选择SPE吸附剂，即吸附剂的极性与目标物质相似，从而获得吸附介质对目标物质的强保留作用，保证吸附提取的效率。另外一方面，基于SPE吸附介质吸附目标物质的保留作用，是以水系样品基质与吸附介质表面直接的充分接触为前提的，这就要求吸附介质本身还应有一定的极性，即亲水性。

聚酰胺(Polyamide，PA）俗称尼龙（Nylon），是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称。其中，尼龙66 (Nylon66, PA66)和尼龙6 (Nylon6, PA6) 是脂肪族聚酰胺的主要品种，是一种廉价易得的高分子化学材料，具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性(不溶于醇、醚、丙酮等一般溶剂等），满足膜材料的要求。在化学结构上， 尼龙的分子主链链段单位中含有酰胺基团和亚甲基，由于C-N存有部分双键的性质，使得酰胺基团处于同一平面上，整个主链分子有序的排列，氨基和酰基之间的亚甲基链段获得了最大的疏水性。根据“相似相容”的原理，弱极性或中等极性化合物与亚甲基链段产生疏水相互作用而被保留，实现萃取，而酰胺基的极性又使得水性的样品基体能与尼龙6材料充分接触，保证萃取效率，且使样品溶液可以较高的传质速率通过。若选择其制备纳米纤维膜，可望协同膜盘式固相萃取和纳米吸附介质的优势，成为一种新型的高效固相萃取材料。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于克服已有预处理技术萃取效率低、有机溶剂用量大、步骤繁琐、耗时等缺陷，提出一种基于尼龙纳米纤维膜对样品中的目标物质----内分泌干扰物进行萃取富集的新方法。

技术方案：本发明提供的高效萃取样品中内分泌干扰物的方法包括如下步骤：

利用电纺技术制备尼龙纳米纤维膜，取尼龙纳米纤维膜安装在膜盘式固相萃取仪上；尼龙纳米纤维膜依次经活化溶剂与水的2~3次循环洗涤；取待检样品，经过滤、研磨、匀浆、超声、沉淀蛋白、水解蛋白或脱脂初步处理，或经如前的两项或两项以上的初步处理，制成水性基质的样品溶液；调节样品溶液pH值，使其小于待富集的内分泌干扰物的pKa值2个或2个以上pH单位，或加入无机盐或有机盐提高样品溶液离子强度，以减小内分泌干扰物在水相的分配系数；借助膜盘式固相萃取仪，使样品溶液连续流动或“流动-停止-流动”间歇式地通过尼龙纳米纤维膜，样品中的内分泌干扰物即与尼龙纳米纤维中的亚甲基链段产生疏水相互作用而被保留，实现萃取，而尼龙纳米纤维的极性酰胺基又使得水性的样品基质能充分浸润纳米纤维膜，使尼龙纳米纤维上的大量作用位点与内分泌干扰物充分作用，内分泌干扰物即被高效吸附在尼龙纳米纤维膜上；以洗脱剂将尼龙纳米纤维膜上的目标物洗脱下来，进行分析检测。 

所述尼龙为尼龙6，尼龙66、尼龙11，尼龙12，尼龙610，尼龙612，尼龙1010，尼龙46，尼龙7，尼龙9，尼龙13，新尼龙6I，尼龙9T、尼龙MXD6或改性尼龙中的一种或几种。

所述的尼龙纳米纤维膜厚度为10~200μm，其中的纳米纤维直径为10~1000nm，纤维表面为平滑或多孔的。

所述的目标物质，即内分泌干扰物包括有机氯农药、拟除虫菊酯类农药、除草剂、邻苯二甲酸酯类、多氯联苯、多环芳烃、双酚A、烷基酚或类固醇雌激素。

所述的待检样品包括水体样品、土壤 、血液、动物组织或植物。

所述的洗脱剂为乙腈、甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、正己烷、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜或酸、碱的水溶液。

所述的活化溶剂为乙腈、甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、正己烷、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜。   

有益效果：尼龙的分子主链链段单位中含有酰胺基团和亚甲基，由于C-N存有部分双键的性质，使得酰胺基团处于同一平面上，整个主链分子有序的排列，氨基和酰基之间的亚甲基链段获得了最大的疏水性。根据“相似相容”的原理，弱极性或中等极性化合物与链上的亚甲基产生疏水相互作用而被保留，实现萃取，而酰胺基的极性又使得水性的样品基体能充分浸润尼龙纳米纤维，使其上的大量作用位点与内分泌干扰物充分作用，保证萃取效率，且使样品溶液可以较高的传质速率通过。

尼龙纳米纤维具有极高的长径比，使其易于制成膜，而仍保留纳米材料的特性。不同于传统的SPE膜，尼龙纳米纤维膜是一种“整体膜”，不需要装填，从根本上避免了“沟流效应”，而极大的比表面积又可提供极多的与目标物之间的作用位点，为高效提取提供了本质的保证。再者其横截面积大，较之纳米纤维柱填充成的SPE小柱传质阻力小，大体积的样品溶液可以较快速度通过，缩短处理样品时间的同时增大富集倍数，提高检测方法的灵敏度，是一种极具潜力的固相膜萃取介质。

与现有的各种萃取技术相比较，本发明提供的基于尼龙纳米纤维膜的内分泌干扰物萃取方法的优点在于：仅用数毫克的纳米纤维膜，数百微升的洗脱溶剂，即可实现对各种实际样品中目标物质的高效提取，洗脱液直接注入分析仪器，不必进行挥干溶剂浓缩和复溶解等操作步骤，不受目标物挥发性和热稳定性的限制。当用于萃取大体积水相样品中的目标物质时可实现高的样品流速，几分钟至十几分钟时间里就可完成分离、吸附、浓缩和洗脱的提取和富集过程。和常规萃取方法，如液-液萃取法、C18柱/C18膜固相萃取法相比，可减少高达90%以上的有机溶剂使用量，获得更高的回收率，最终得到更精确和重复性更好的处理结果。

本发明提供的萃取方法还根据待富集的内分泌干扰物的pKa值调节样品溶液pH值，或加入无机盐或有机盐提高样品溶液离子强度，增大了内分泌干扰物的固相（尼龙纳米纤维膜）/水相（样品溶液基体）的分配比；样品溶液连续流动或“流动-停止-流动”间歇式地通过尼龙纳米纤维膜，使本发明提供的萃取方法的萃取效率进一步提高。

具体实施方式

通过以下实施例进一步说明本发明，但本发明的权利要求不仅限于实施例。

实施例1：

样品：环境水样       

目标物质：邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸丁基苄酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯、邻苯二甲酸二正辛酯。

以尼龙6为原料，甲酸为溶剂，尼龙6的质量浓度为25%，磁力搅拌得到电纺溶液，电纺成纳米纤维膜，膜厚度为30μm。纤维表面光滑，直径为200~500nm。

称取1.5mg纳米纤维膜装入膜盘式固相萃取仪，丙酮→水→丙酮→水（各200μl）活化洗涤，50mL 环境水样调节pH为7.0（目标物质的pKa值为9.0~9.7），加入氯化钠使离子强度提高0.02mol/L，以4 mL/min速度连续通过纳米纤维膜，100μL丙酮洗脱被富集于纳米纤维膜上的目标物质，取20μL洗脱液进行高效液相色谱-紫外吸收检测。六种目标物的检出限为0.002~0.033 ng/mL，相对标准偏差小于5.97%，回收率为88.7%~102.60%（n=6）。

实施例2：

样品：牛奶       

目标物质：邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸丁基苄酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯、邻苯二甲酸二正辛酯。

以尼龙6为原料，甲酸为溶剂，尼龙6的质量浓度为44%，磁力搅拌得到电纺溶液，电纺成纳米纤维膜，膜厚度为60μm。纤维表面光滑，直径为300~600nm。

称取2.5mg纳米纤维膜装入膜盘式固相萃取仪，水→二氯甲烷→水→二氯甲烷→水（各200μl）活化洗涤，5mL样品经正己烷脱脂后，调节pH为6.5（目标物质的pKa值为9.0~9.7），加入乙酸钠使离子强度提高0.05mol/L，以4 mL/min速度连续通过纳米纤维膜，100μL丙酮洗脱被富集于纳米纤维膜上的目标物质，取20μL洗脱液进行高效液相色谱-紫外吸收检测。六种目标物的检出限为0.01~0.25 ng/mL，相对标准偏差小于5.82%，回收率大于93.4%（n=6）。

实施例3：

样品：瓶装矿泉水       

目标物质：双酚A

以尼龙66为原料，甲酸/间甲酚（v/v=3/2）为溶剂，尼龙66的质量浓度为30%，加热磁力搅拌得到电纺溶液，电纺成纳米纤维膜，膜厚度为50μm。纤维表面光滑，直径为300~600nm。

称取1.5mg纳米纤维膜装入膜盘式固相萃取仪，甲醇→水→甲醇→水（各100μl）活化洗涤，10mL样品调节pH为7.0（目标物质的pKa值为9.5），以3 mL/min速度流动-停止-流动-停止-流动，间歇式地通过纳米纤维膜，300μL甲醇洗脱被富集于纳米纤维膜上的目标物质，取20μL洗脱液进行高效液相色谱-紫外吸收检测。目标物的检出限为0.15 ng/mL，相对标准偏差小于4.43%，回收率为94.9%（n=6）。

实施例4：

样品：淡水鱼       

目标物质：雌二醇、炔雌醇、雌酮

以尼龙66为原料，甲酸/间甲酚（v/v=3/2）为溶剂，尼龙66的质量浓度为30%，加热磁力搅拌得到电纺溶液，电纺成纳米纤维膜，膜厚度为50μm。纤维表面光滑，直径为300~600nm。

称取1.5mg纳米纤维膜装入膜盘式固相萃取仪，乙腈→水→乙腈→水（各100μl）活化洗涤，1.0g样品加10mL水匀浆、去蛋白后，加入乙酸钠使离子强度提高0.02mol/L，以3 mL/min速度连续通过纳米纤维膜，200μL乙腈洗脱被富集于纳米纤维膜上的目标物质，取20μL洗脱液进行高效液相色谱-紫外吸收检测。目标物的检出限为0.05~0.17 ng/mL，相对标准偏差小于6.00%，回收率85.3%~95.9%（n=6）。

实施例5：

样品：动物饲料       

目标物质：己烯雌酚、己烷雌酚、双烯雌酚

以尼龙6为原料，甲酸为溶剂，尼龙6的质量浓度为25%，磁力搅拌得到电纺溶液，电纺成纳米纤维膜，膜厚度为30μm。纤维表面光滑，直径为200~500nm。

称取1.5mg纳米纤维膜装入膜盘式固相萃取仪，二甲亚砜→水→二甲亚砜→水（各100μl）活化洗涤，2.0g样品研细加10mL甲醇/水（80/20）超声2分钟后，离心，取上清液加水至50mL，加入乙酸钠使离子强度提高0.03mol/L，以3 mL/min速度流动-停止-流动，间歇式地通过纳米纤维膜，500μL甲醇/水（80/20）洗脱被富集于纳米纤维膜上的目标物质，取20μL洗脱液进行高效液相色谱-质谱检测。目标物的检出限为0.05~0.10 ng/L，相对标准偏差小于5.12%，回收率93.6.3%~100.1%（n=6）。

Claims (7)

1.一种高效富集样品中内分泌干扰物的方法，其特征是：利用电纺技术制备尼龙纳米纤维膜，取尼龙纳米纤维膜安装在膜盘式固相萃取仪上；尼龙纳米纤维膜依次经活化溶剂与水的2~3次循环洗涤；取待检样品，经过滤、研磨、匀浆、超声、沉淀蛋白、水解蛋白或脱脂初步处理，或经如前的两项或两项以上的初步处理，制成水性基质的样品溶液；调节样品溶液pH值，使其小于待富集的内分泌干扰物的pKa值2个或2个以上pH单位，或加入无机盐或有机盐提高样品溶液离子强度，以减小内分泌干扰物在水相的分配系数；借助膜盘式固相萃取仪，使样品溶液连续流动或“流动-停止-流动”间歇式地通过尼龙纳米纤维膜，样品中的内分泌干扰物即与尼龙纳米纤维中的亚甲基链段产生疏水相互作用而被保留，实现萃取，而尼龙纳米纤维的极性酰胺基又使得水性的样品基质能充分浸润纳米纤维膜，使尼龙纳米纤维上的大量作用位点与内分泌干扰物充分作用，内分泌干扰物即被高效吸附在尼龙纳米纤维膜上；以洗脱剂将尼龙纳米纤维膜上的目标物洗脱下来，进行分析检测。

2.如权利要求1所述的高效富集样品中内分泌干扰物的方法，其特征是所述尼龙是：尼龙6，尼龙66、尼龙11，尼龙12，尼龙610，尼龙612，尼龙1010，尼龙46，尼龙7，尼龙9，尼龙13，新尼龙6I，尼龙9T、尼龙MXD6或改性尼龙中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的高效富集样品中内分泌干扰物的方法，其特征是所述的尼龙纳米纤维膜厚度为10~200μm，其中的纳米纤维直径为10~1000nm，纤维表面为平滑或多孔的。

4.如权利要求1所述的高效富集样品中内分泌干扰物的方法，其特征是所述的目标物质，即内分泌干扰物包括有机氯农药、拟除虫菊酯类农药、除草剂、邻苯二甲酸酯类、多氯联苯、多环芳烃、双酚A、烷基酚或类固醇雌激素。

5.如权利要求1所述的高效富集样品中内分泌干扰物的方法，其特征是所述的待检样品包括水体样品、土壤 、血液、动物组织或植物。

6.如权利要求1所述的高效富集样品中内分泌干扰物的方法，其特征是所述的洗脱剂为乙腈、甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、正己烷、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜或酸、碱的水溶液。

7.如权利要求1所述的高效富集样品中内分泌干扰物的方法，其特征是所述的活化溶剂为乙腈、甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、正己烷、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜。