CN106168607A - 一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法 - Google Patents

一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法，本发明首次采用层层自组装技术制备多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球作为固相微萃取探针涂层，显著提高了对酞酸酯的吸附选择性和吸附倍数，并配合使用气相色谱质谱联用技术测定水体中的酞酸酯，经方法学验证结果表明，使用本发明所述方法对水体中的酞酸酯的线性检测范围为0.001～5ng/ml，且线性良好，线性相关系数为R为0.9964‑0.9999，加标回收率为74.8％‑103.8％，相对标准偏差为5.8％‑9.21％，检出限为0.0012‑0.018ng/ml，富集因子为738‑2347，在480℃依然保持良好的热稳定性。本发明方法具有测定准确、简单快速、灵敏度高、绿色环保、成本低廉、重复性好等优点，适于推广应用。

Description

一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞 酸酯的方法
技术领域
本发明属于环境检测领域，更具体地，涉及一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法。
背景技术
酞酸酯，又称邻苯二甲酸酯，是邻苯二甲酸形成的酯的统称。主要用作塑料改性添加剂的酞酸酯类化合物，是一类具有致癌性、致突变性、致畸性、生殖毒性、神经毒性、内分泌干扰性的环境激素，也是公认的全球优先控制有毒污染物之一。近年来，随着塑料制品的广泛生产和使用，我国的一些江河湖泊、水库、饮用水、和底泥中已呈现出酞酸酯类化合物污染。因此有必要建立相关检测方法实现对水体中的酞酸酯进行检测。
酞酸酯的测定方法在早期主要有比色法、滴定法和分光光度法等，但这些方法的灵敏度低，选择性差。目前，一些仪器分析技术被应用于酞酸酯检测，如气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)和液相色谱-质谱联用法(LC-MS)等。尽管仪器分析法的灵敏度和精密度得到提高，但是它们普遍存在着样品前处理复杂、效率低、耗时长、需要消耗大量有机溶剂等缺点，既易造成对实验人员的伤害，同时也不能满足快速先进分析技术的要求，极大阻碍了酞酸酯污染物普查的进行。
固相微萃取作为一种新型的前处理技术以其优异的性能和可控的操作性越来越受到人们的关注。固相微萃取集萃取、浓缩、进样于一体，简单、快速，无需常规检测时所需有机溶剂，是一种全新的环保友好型样品前处理技术。目前，使用固相微萃取技术检测环境水体中的酞酸酯已有报道，如吴明红等使用固相微萃取-气相色谱质谱检测水体中的6种酞酸酯，然而其使用萃取纤维为Supelco公司的商品化萃取纤维，价格高昂，且由于并非专门针对酞酸酯设计，萃取效果一般。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法，该方法具有测定准确、简单快速、灵敏度高、绿色环保、成本低廉、重复性好等优点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法，包括如下步骤：
(1)采用层层自组装技术制备多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球作为固相微萃取探针涂层；
(2)将步骤(1)制备得到的多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球粘附到探针上进行老化处理；
(3)将步骤(2)中老化后的探针浸入待测水样中进行吸附；
(4)将步骤(3)吸附完成后的探针直接进样解析，利用气相色谱质谱联用技术测定待测水样中的酞酸酯。
优选的，所述步骤(1)中多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球制备方法具体步骤如下：
(a)将聚苯乙烯微球置于聚二烯丙基二甲基氯化铵中进行搅拌，离心水洗；
(b)将经步骤(a)处理得到的聚苯乙烯微球置于聚苯乙烯磺酸钠中进行搅拌，离心水洗；
(c)在经步聚(b)处理得到的聚苯乙烯微球上进行羧基化碳纳米管与聚二烯丙基二甲基氯化铵交替组装。
优选的，所述步骤(a)中聚苯乙烯微球平均直径为3μm，所述聚苯乙烯微球与聚二烯丙基二甲基氯化铵的质量体积比为10mg：3ml；聚二烯丙基二甲基氯化铵的溶液浓度为2mg/ml，Mw为400000～500000；所述步骤(a)中搅拌处理时间为1～3h，进一步优选的，所述搅拌处理时间为2h；
优选的，所述步骤(b)中聚苯乙烯磺酸钠的溶液浓度为2mg/ml，Mw为70000；所述聚苯乙烯磺酸钠与所述步骤(a)中聚二烯丙基二甲基氯化铵的溶液体积比为1:1；所述步骤(b)中搅拌处理时间为1～3h，进一步优选的，所述搅拌处理时间为2h；
优选的，所述步骤(c)中羧基化碳纳米管的溶液浓度为1mg/ml，聚二烯丙基二甲基氯化铵的溶液浓度为2mg/ml，Mw为400000～500000；组装层数为3～8层，进一步优选的，所述组装层数为5层。
优选的，所述步骤(2)中老化处理条件为：处理温度为280℃，处理时间为1～4h，进一步优选的，所述处理时间为2h；
优选的，所述步骤(3)中，待测水样为经过滤去除水体悬浮物的样品；吸附处理条件为：待测水样搅拌速度为500～1000rpm，进一步优选为985rpm；吸附处理时间为0.5～4h，优选为1h；
优选的，所述步骤(4)中解析条件为：解析温度为280℃，解析时间为5min；
优选的，所述步骤(4)中气相色谱质谱联用技术测定待测水样中的酞酸酯，检测条件为：色谱柱：HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)。升温程序：初始温度60℃，保持1min，以20℃/min的速度升温至220℃，保持1min；再以5℃/min的速度升至280℃，保持4min；载气：氦气，流速：1ml/min；质谱选用EI做离子源，采用MRM模式。
本发明还提供了上述方法在检测水体中酞酸酯方面的应用。
碳纳米管因其具有较大的比表面积和吸附能力，是性能优良的预富集材料，然而由于其是由多个处于芳香不定域系统中的碳原子组成的大分子，且几乎不溶于任何溶剂，在溶液中易聚集成束，大大限制了其应用。本发明首次采用层层自组装技术制备多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球作为固相微萃取探针涂层，利用微球的三维立体结构大大增加多壁碳纳米管和目标吸附物酞酸酯的接触面积，显著提高了吸附倍数同时有效降低了检出限；同时申请人发现在微球组装过程中形成的氨盐结构与酞酸酯中的酯基作用力明显增强，因此显著提高了对酞酸酯的吸附选择性和吸附倍数，同时解吸完成后的探针经老化后可以重复循环使用。所述探针配合使用气相色谱质谱联用技术测定水体中的酞酸酯，经方法学验证结果表明，使用本发明所述方法对水体中的酞酸酯的线性检测范围为0.001～5ng/ml，且线性良好，线性相关系数R为0.9964-0.9999，加标回收率为74.8％-103.8％，相对标准偏差为5.8％-9.21％，检出限为0.0012-0.018ng/ml，富集因子为738-2347，在480℃依然保持良好的热稳定性。
本发明克服了现有技术的缺陷和条件的限制，对样品前处理方法和仪器检测条件进行了优化，与现有技术相比本发明具有如下有益效果：
本发明样品前处理流程简单，大大缩短了测试样品的检测时间，降低了分析成本，本发明采用固相微萃取作为前处理技术，避免使用有机溶剂，缩短了前处理时间，使实验操作更加简便、快捷，同时采用自行设计制备的多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球作为固相微萃取探针涂层，其具有吸附量大，热稳定性好，不易脱落，可反复使用，使用寿命长，成本低廉等优点；
本发明所述方法具有测定准确、操作简单方便、快速准确、灵敏度高、绿色环保、重复性好，可满足对环境水体样品进行快速检测的需要。
附图说明
图1为通过层层自组装技术制备得到的多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球电镜图；
图2为组装于探针上的多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球吸附涂层电镜图。
具体实施方式
结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1固相微萃取探针的制备
(1)将100mg聚苯乙烯微球置于30ml聚二烯丙基二甲基氯化铵(2mg/ml,Mw400000～500000)中搅拌2小时，离心水洗；
(2)将步骤(1)处理得到的聚苯乙烯微球置于30ml聚苯乙烯磺酸钠(2mg/ml，Mw为70000)中搅拌2小时，离心水洗；
(3)在经步骤(2)处理得到的聚苯乙烯微球上进行羧基化碳纳米管(溶液浓度为1mg/ml)与聚二烯丙基二甲基氯化铵(溶液浓度为2mg/ml，Mw为400000～500000)交替组装5层得多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球，将所述多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球粘附于探针上作为探针涂层得固相微萃取探针。
实施例2固相微萃取探针的制备
(1)将50mg聚苯乙烯微球置于15ml聚二烯丙基二甲基氯化铵(2mg/ml,Mw400000～500000)中搅拌1小时，离心水洗；
(2)将步骤(1)处理得到的聚苯乙烯微球置于15ml聚苯乙烯磺酸钠(2mg/ml，Mw为70000)中搅拌3小时，离心水洗；
(3)在经步骤(2)处理聚苯乙烯微球上进行羧基化碳纳米管(溶液浓度为1mg/ml)与聚二烯丙基二甲基氯化铵(溶液浓度为2mg/ml，Mw为400000～500000)交替组装8层得多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球，将所述多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球粘附于探针上作为探针涂层得固相微萃取探针。
实施例3固相微萃取探针的制备
(1)将100mg聚苯乙烯微球置于30ml聚二烯丙基二甲基氯化铵(2mg/ml,Mw400000～500000)中搅拌3小时，离心水洗；
(2)将步骤(1)处理得到的聚苯乙烯微球置于30ml聚苯乙烯磺酸钠(2mg/ml，Mw为70000)中搅拌1小时，离心水洗；
(3)在经步骤(2)处理得到聚苯乙烯微球上进行羧基化碳纳米管(溶液浓度为1mg/ml)与聚二烯丙基二甲基氯化铵(溶液浓度为2mg/ml，Mw为400000～500000)交替组装3层得多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球，将所述多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球粘附于探针上作为探针涂层得固相微萃取探针。
实施例4水体中酞酸酯的检测
(1)将实施例1制备得到的固相微萃取探针进行老化处理，老化处理温度为280℃，老化处理时间为2h；
(2)对待测水样进行过滤去除水体悬浮物，将步骤(1)中老化后的探针浸入去除水体悬浮物后的待测水样中进行吸附处理，吸附处理条件为：待测水样搅拌速度为985rpm；吸附处理时间为1h；
(3)将步骤(2)中吸附完成后的探针直接进样解析：解析温度为280℃，解析时间为5min，利用气相色谱质谱联用技术测定待测水样中的酞酸酯，检测条件为：色谱柱：HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)。升温程序：初始温度60℃，保持1min，以20℃/min的速度升温至220℃，保持1min；再以5℃/min的速度升至280℃，保持4min；载气：氦气，流速：1ml/min；质谱选用EI做离子源，采用MRM模式。
取某一水龙头水、桶装水(普利斯牌)及某一池塘水按上述方法对酞酸酯进行检测，检测结果如下：
水龙头水：邻苯二甲酸二丁酯(DBP)42.1ng/L，其余种类酞酸酯未检出；
普利斯桶装水：邻苯二甲酸二丁酯(DBP)45.3ng/L，邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)55.7ng/L，其余种类酞酸酯未检出；
池塘水：邻苯二甲酸二丁酯(DBP)37.6ng/L，邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)60.3ng/L，其余种类酞酸酯未检出。
实施例5水体中酞酸酯的检测
(1)将实施例2制备得到的固相微萃取探针进行老化处理，老化处理温度为280℃，老化处理时间为1h；
(2)对待测水样进行过滤去除水体悬浮物，将步骤(1)中老化后的探针浸入去除水体悬浮物后的待测水样中进行吸附处理，吸附处理条件为：待测水样搅拌速度为1000rpm；吸附处理时间为4h；
(3)将步骤(2)中吸附完成后的探针直接进样解析：解析温度为280℃，解析时间为5min，利用气相色谱质谱联用技术测定待测水样中的酞酸酯，检测条件为：色谱柱：HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)。升温程序：初始温度60℃，保持1min，以20℃/min的速度升温至220℃，保持1min；再以5℃/min的速度升至280℃，保持4min；载气：氦气，流速：1ml/min；质谱选用EI做离子源，采用MRM模式。
取实施例4中同一水龙头水、同一桶装水(普利斯牌)及同一池塘水按上述方法对酞酸酯进行检测，检测结果如下：
水龙头水：邻苯二甲酸二丁酯(DBP)42.4ng/L，其余种类酞酸酯未检出；
普利斯桶装水：邻苯二甲酸二丁酯(DBP)45.1ng/L，邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)54.9ng/L，其余种类酞酸酯未检出；
池塘水：邻苯二甲酸二丁酯(DBP)38.2ng/L，邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)60.5ng/L，其余种类酞酸酯未检出。
实施例6水体中酞酸酯的检测
(1)将实施例3制备得到的固相微萃取探针进行老化处理，老化处理温度为280℃，老化处理时间为4h；
(2)对待测水样进行过滤去除水体悬浮物，将步骤(1)中老化后的探针浸入去除水体悬浮物后的待测水样中进行吸附处理，吸附处理条件为：待测水样搅拌速度为500rpm；吸附处理时间为30min；
(3)将步骤(2)中吸附完成后的探针直接进样解析：解析温度为280℃，解析时间为5min，利用气相色谱质谱联用技术测定待测水样中的酞酸酯，检测条件为：色谱柱：HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)。升温程序：初始温度60℃，保持1min，以20℃/min的速度升温至220℃，保持1min；再以5℃/min的速度升至280℃，保持4min；载气：氦气，流速：1ml/min；质谱选用EI做离子源，采用MRM模式。
取实施例4中同一水龙头水、同一桶装水(普利斯牌)及同一池塘水按上述方法对酞酸酯进行检测，检测结果如下：
水龙头水：邻苯二甲酸二丁酯(DBP)42.8ng/L，其余种类酞酸酯未检出；
普利斯桶装水：邻苯二甲酸二丁酯(DBP)45.1ng/L，邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)55.2ng/L，其余种类酞酸酯未检出；
池塘水：邻苯二甲酸二丁酯(DBP)37.4ng/L，邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)60.9ng/L，其余种类酞酸酯未检出。
方法学考察：在本研究优化的测定条件下，对该方法探针热稳定性、酞酸酯富集系数、线性相关系数、检出限、加标回收率及相对标准偏差进行了考察，试验结果表明，探针在480℃依然保持良好的热稳定性，碳酸酯富集因子为738-2347，使用本发明所述方法对水体中的酞酸酯的线性检测范围为0.001～5ng/ml，且线性良好，线性相关系数为R为0.9964-0.9999，加标回收率为74.8％-103.8％，相对标准偏差为5.8％-9.21％，检出限为0.0012-0.018ng/ml，以上数据说明，该方法具有较好的精密度、稳定性和重现性，可以用于对水体中酞酸酯成分的准确测定。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用层层自组装技术制备多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球作为固相微萃取探针涂层；
(2)将步骤(1)制备得到的多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球粘附到探针上进行老化处理；
(3)将步骤(2)中老化后的探针浸入待测水样中进行吸附；
(4)将步骤(3)吸附完成后的探针直接进样解析，利用气相色谱质谱联用技术测定待测水样中的酞酸酯。
2.如权利要求1所述的一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法，其特征在于，所述步骤(1)中多壁碳纳米管/聚苯乙烯核壳微球制备方法步骤如下：
(a)将聚苯乙烯微球置于聚二烯丙基二甲基氯化铵中进行搅拌，离心水洗；
(b)将经步骤(a)处理得到的聚苯乙烯微球置于聚苯乙烯磺酸钠中进行搅拌，离心水洗；
(c)在经步骤(b)处理得到的聚苯乙烯微球上进行羧基化碳纳米管与聚二烯丙基二甲基氯化铵交替组装。
3.如权利要求2所述的一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法，其特征在于，所述步骤(a)中聚苯乙烯微球平均直径为3μm，所述聚苯乙烯微球与聚二烯丙基二甲基氯化铵的质量体积比为10mg：3ml；聚二烯丙基二甲基氯化铵的溶液浓度为2mg/ml，Mw为400000～500000；所述步骤(a)中搅拌处理时间为1～3h，优选的，所述搅拌处理时间为2h。
4.如权利要求2所述的一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法，其特征在于，所述步骤(b)中聚苯乙烯磺酸钠的溶液浓度为2mg/ml，Mw为70000；所述聚苯乙烯磺酸钠与所述步骤(a)中聚二烯丙基二甲基氯化铵的溶液体积比为1:1；所述步骤(b)中搅拌处理时间为1～3h，优选的，所述搅拌处理时间为2h。
5.如权利要求2所述的一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法，其特征在于，所述步骤(c)中羧基化碳纳米管的溶液浓度为1mg/ml，聚二烯丙基二甲基氯化铵的溶液浓度为2mg/ml，Mw为400000～500000；组装层数为3～8层，优选的，所述组装层数为5层。
6.如权利要求1所述的一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法，其特征在于，所述步骤(2)中老化处理条件为：处理温度为280℃；处理时间为1～4h，优选的，所述处理时间为2h。
7.如权利要求1所述的一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法，其特征在于，所述步骤(3)中待测水样为经过滤去除水体悬浮物的样品；吸附处理条件为：待测水样搅拌速度为500～1000rpm，优选为985rpm；吸附处理时间为0.5～4h，优选为1h。
8.如权利要求1所述的一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法，其特征在于，所述步骤(4)中解析条件为：解析温度为280℃，解析时间为5min。
9.如权利要求1所述的一种利用固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测水体中酞酸酯的方法，其特征在于，所述步骤(4)中气相色谱质谱联用技术测定待测水样中的酞酸酯检测条件为：色谱柱：HP-5MS(30m×0.25mm×0.25μm)；升温程序：初始温度60℃，保持1min，以20℃/min的速度升温至220℃，保持1min；再以5℃/min的速度升至280℃，保持4min；载气：氦气，流速：1ml/min；质谱选用EI做离子源，采用MRM模式。
10.权利要求1-9任意一项所述方法在检测水体中酞酸酯方面的应用。
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