CN106769401A - 一种环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置及应用。该循环洗脱装置铁架台、储液瓶、滤过型净化柱、洗脱瓶及高效液相色谱/紫外检测器；所述铁架台上安装有储液瓶，该储液瓶内盛装有样品液；所述滤过型净化柱的一端通过管路深入到储液瓶内，滤过型净化柱的另一端通过管路连接到高效液相色谱/紫外检测器；所述高效液相色谱/紫外检测器的侧边连接有蠕动泵；该洗脱瓶的一端通过管路深入到储液瓶内，洗脱瓶的另一端通过管路连接到高效液相色谱/紫外检测器。本发明用于环境水体中雌激素的检测，具有高吸附量、专一性识别能力、快速吸附能力以及快速分离的能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种循环洗脱装置，特别是涉及一种环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置及应用。
背景技术
双酚A(BPA)和四溴双酚A(TBBP-A)是一类环境内分泌干扰物,并容易在环境和生物体内积累,对环境和生物产生严重的影响。因此2007年,挪威污染控制局(SFT)提交给挪威政府的提议中提到，关于限制使用一般消费性产品中含有的21种有害化学物质中就包括BPA和TBBP-A,其允许在塑料制品中的最高残留量分别为50mg/kg和10mg/kg，国际组织已将BPA和TBBP-A定为持久性有机污染物。
目前，环境水体中的BPA、TBBP-A环境激素检测方法主要分为两大类：色谱分析法和免疫分析法。现有的检测方法需要复杂、昂贵的专业检测仪器，耗费大量的检测时间和有机溶剂，易造成二次污染，对检测人员的操作也有严格的要求，远远不能满足食品检测的需要。
因此，急需发展简单、快速、高效、绿色的环境水体中双酚A、四溴双酚A的检测技术，为保障居民的生活用水及饮用水安全提供技术支持。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置，利用滤过型净化柱和高效液相色谱联用的方法，Fe3O4@TiO2-MIPs磁性微球对双酚A的吸附量可以通过测定溶液中剩余量测得。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置，包括：铁架台；储液瓶；滤过型净化柱；洗脱瓶；高效液相色谱/紫外检测器(HPLC/UV)构成；
本发明实施例的循环洗脱装置，所述滤过型净化柱其中的填料为10mg多碳纳米管和150mg无水硫酸镁。
本发明实施例的循环洗脱装置，所述滤过型净化柱与注射器与连接，向上抽，使所有液体经过净化柱，再推出至离心管中，样品提取液第二次经过吸附剂部分。
本发明实施例的循环洗脱装置，所述滤过型净化柱里安装有吸附剂；所述吸附剂的材质为Fe3O4@TiO2-MIPs磁性微球。
本发明实施例的循环洗脱装置，所述所述Fe3O4@TiO2-MIPs磁性微球是通过以下工艺步骤制备得到：
1)将双酚A模版分子与功能单体和烷基化环糊精溶解在10mlDMSO中，充分混合，在黑暗中储存12小时；在该混合物中，分别加入四氧化三铁微球，交联剂，引发剂，分散介质水中均匀搅拌；
2)将所得混合溶液转移到烧瓶中，反应过程中持续通入氮气，70℃下反应24h；反应完成后，磁分离产物；
3)用20％乙酸甲醇溶液索氏提取，得到除去BPA的灰色粉末，将所得产物真空干燥，即得磁性双酚A印迹聚合物Fe3O4@TiO2-MIPs。
步骤1)中，所述双酚A模版分子与4-乙烯基吡啶功能单体、烷基化环糊精的重量百分比为1：2：2；交联剂采用TRIM，聚三甲基丙烯酸丙三醇酯20.0mmol；所述引发剂采用AIBN，60mg。
步骤1)中，将1.0mmol双酚A(模版分子)、2.0mmol 4-乙烯基吡啶(功能单体)和2.0mmol烷基化环糊精溶解在10mlDMSO中，充分混合。
所述烷基化环糊精为β-环糊精，其采用如下工艺制备得到：
11)将0.8gβ-环糊精溶解于30ml无水二甲基甲酰胺(DMF)中，加入0.8gNaH，800rpm磁力搅拌1小时，过滤去除过量的NaH；
12)将2mlγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)在磁力搅拌下逐滴加入，在80℃反应12小时；
13)反应结束后，溶液变得黏稠，用无水DMF、甲醇和丙酮依次洗涤沉淀物，110℃真空干燥12小时，在使用前保存在干燥器中。
上述环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置的应用，包括以下步骤：
1)将Fe3O4@TiO2-MIPs磁性微球置于循环洗脱系统中，作为分子印迹固相萃取剂对实际样品中的BPA进行分离富集，再将注射器与滤过型净化柱连接，使液体经过净化柱，再推出至离心管中，使样品提取液第二次经过吸附剂部分，最后通过高效液相色谱/紫外检测器(HPLC/UV)对双酚A的分离回收情况进行检测，根据试剂检测后所做的工作曲线得出该BPA的检测限；
2)在10-100.00μg/L浓度范围下，双酚A液相色谱峰面积和其浓度有着良好的线性关系，线性相关系数为0.9934，而且BPA的检测限为3.7μg/L。
借由上述技术方案，本发明具有的优点和有益效果：
1)本发明利用滤过型净化柱和高效液相色谱联用的方法，Fe3O4@TiO2-MIPs磁性微球对双酚A的吸附量可以通过测定溶液中剩余量测得。
2)将Fe3O4@TiO2@MIPs作为分子印迹固相萃取吸附剂，富集BPA溶液，经甲苯洗脱后用用高效液相色谱法检测，计算加标回收率；结果表明，在0.1-10mg/L浓度范围下，双酚A有着良好的线性关系，线性相关系数为0.9968；Fe3O4@TiO2@MIPs对BPA的平均回收率为78.3％(n＝3)。
附图说明
图1是本发明循环洗脱装置的结构示意图。
图2是滤过型净化柱的结构示意图。
图3是m-PFC净化操作步骤(洗脱1次)示意图。
图4是采用KBr压片法对Fe3O4@TiO2，Fe3O4@TiO2@MIPs进行红外光谱分析图。
图5是Fe3O4@TiO2@MIPs对BPA的选择性吸附图。
图6是Fe3O4@TiO2@MIPs作为分子印迹固相萃取吸附剂的加标回收变化图。
1：铁架台 2：储液瓶 3：样品液
4：滤过型净化柱 5：洗脱瓶 6：高效液相色谱/紫外检测器(HPLC/UV)
7：蠕动泵 41：铝膜 42：PE衬垫 43：连接头
具体实施方式
下面通过具体较佳实施例结合附图对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
实施例1
如图1-3所示，本发明一种环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置，包括：铁架台1、储液瓶2、滤过型净化柱4、洗脱瓶5、高效液相色谱/紫外检测器(HPLC/UV)6等。
在铁架台1上安装有储液瓶2，该储液瓶2内盛装有样品液3。该滤过型净化柱4的一端通过管路深入到储液瓶2内，滤过型净化柱4的另一端通过管路连接到高效液相色谱/紫外检测器(HPLC/UV)6。该高效液相色谱/紫外检测器(HPLC/UV)6的侧边连接有蠕动泵7。该洗脱瓶5的一端通过管路深入到储液瓶2内，洗脱瓶5的另一端通过管路连接到高效液相色谱/紫外检测器(HPLC/UV)6。
应用：将Fe3O4@TiO2-MIPs磁性微球置于循环洗脱系统中，作为分子印迹固相萃取剂对实际样品中的BPA进行分离富集，再将注射器与滤过型净化柱4连接，使液体经过净化柱4，再推出至离心管中，使样品提取液第二次经过吸附剂部分，最后通过高效液相色谱/紫外检测器(HPLC/UV)6对双酚A的分离回收情况进行检测，根据试剂检测后所做的工作曲线得出该BPA的检测限。在10-100.00μg/L浓度范围下，双酚A液相色谱峰面积和其浓度有着良好的线性关系，线性相关系数为0.9934，而且BPA的检测限为3.7μg/L。该检测限远小于已报道的较先进的检测BPA的方法。
本发明用于环境水体中雌激素的检测，具有高吸附量、专一性识别能力、快速吸附能力以及快速分离的能力。
为探究Fe3O4@TiO2-MIPs磁性微球的吸附效果，将上述制得的Fe3O4@TiO2-MIPs磁性微球，置于循环洗脱系统(见图1所示)中检测。循环洗脱系统是利用滤过型净化柱和高效液相色谱联用的方法，Fe3O4@TiO2-MIPs磁性微球对双酚A的吸附量可以通过测定溶液中剩余量测得。
其中，滤过型净化柱(m-PFC)4其原理是提取溶剂中的样品基质与吸附剂发生作用。在滤过型净化柱中，其吸附剂主要用于吸附基质中的干扰物质而不是目标产物，所以起吸附剂的含量会影响回收率和净化效果。
滤过型净化柱4的示意图(见图2所示)，其中的填料为10mg多碳纳米管和150mg无水硫酸镁。该滤过型净化柱4的内部自上而下依次设置有铝膜41、PE衬垫42、连接头43。
如图3所示，m-PFC的净化柱操作步骤是：将注射器与滤过型净化柱4连接，向上抽，使所有液体经过净化柱，再推出至离心管中，样品提取液第二次经过吸附剂部分。
实施例2
β-环糊精功能化
0.8gβ-环糊精溶解于30ml无水二甲基甲酰胺(DMF)中，加入0.8gNaH，800rpm磁力搅拌1小时。过滤去除过量的NaH。将2mlγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)在磁力搅拌下逐滴加入。在80℃反应12小时。反应结束后，溶液变得黏稠。用无水DMF、甲醇和丙酮依次洗涤沉淀物。110℃真空干燥12小时。在使用前保存在干燥器中。
实施例3
表面引发RAFT合成Fe3O4@TiO2-MIPs磁性微球
1)将1.0mmol双酚A(模版分子)、2.0mmol 4-乙烯基吡啶(功能单体)和2.0mmol烷基化环糊精溶解在10mlDMSO中，充分混合，在黑暗中储存12小时。在该混合物中，加入四氧化三铁微球(200mg)，交联剂(TRIM，聚三甲基丙烯酸丙三醇酯20.0mmol)，引发剂(AIBN，60mg)，分散介质(水，80ml)，均匀搅拌30分钟。
2)将所得混合溶液转移到300ml烧瓶中，反应过程中持续通入氮气，70℃下反应24h。反应完成后，磁分离产物。
3)用20％乙酸甲醇溶液索氏提取，得到除去BPA的灰色粉末，将所得产物真空干燥，即得磁性双酚A印迹聚合物Fe3O4@TiO2-MIPs。
磁性非印迹聚合物(Fe3O4@TiO2-NIPs)的制备与Fe3O4@TiO2-NIPs相同，但是没有加模板BPA。
应用试验例1
实施例1的环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置的应用，可表述如下：
准确称取20.0mg的Fe3O4@TiO2@MIPs分别加入到10mL5mg/L双酚A的甲苯溶液中。混合物密封后将其放置于恒温摇床中，25℃150r/min条件下振荡0到120min不等，间隔时间取样用高效液相色谱检测溶液中剩余BPA的浓度。计算吸附容量。
式子中c0(mmol·L-1)和ce(mmol·L-1)分别是标准溶液的初始浓度和平衡吸附浓度。V(mL)和W(g)分别是吸附溶液的体积和MIPs的质量。
按相同方法研究MIPs微球的最大结合量、选择性能和重复利用性能。
2、MIP磁性微球的红外光谱性能表征
采用KBr压片法对Fe3O4@TiO2，Fe3O4@TiO2@MIPs进行红外光谱分析。
图3为Fe3O4@TiO2(B)，Fe3O4@TiO2@MIPs(C)的红外光谱图，由曲线B可知，3697cm-1的吸收峰为TiO2表面O-H伸缩振动的特征峰；1150cm-1处的吸收峰为Ti-O特征峰；在β-CD@ATP@MIPs(C)的红外光谱图中,TiO2表面O-H伸缩振动的特征峰已消失，1733cm-1处出现交联剂EDGMA的C＝O特征峰，表明了该分子印迹聚合物合成成功。
3、磁性分子印迹微球的选择性研究
为了评价Fe3O4@TiO2@MIPs对BPA的选择性，本论文己烯雌酚作为选择干扰物进行相关研究，由于己烯雌酚化学分子结构与BPA相似。从图5中可以看出，Fe3O4@TiO2@MIPs对BPA和己烯雌酚的吸附量分别为2.22mg/g和0.35mg/g。显示出Fe3O4@TiO2@MIPs对BPA的分子识别选择性比己烯雌酚高，该结果表明，Fe3O4@TiO2@MIPs有较好的选择性。
4、加标回收实验
将Fe3O4@TiO2@MIPs作为分子印迹固相萃取吸附剂，富集BPA溶液，经甲苯洗脱后用用高效液相色谱法检测，计算加标回收率。结果表明在0.1-10mg/L浓度范围下，双酚A有着良好的线性关系，线性相关系数为0.9968。Fe3O4@TiO2@MIPs对BPA的平均回收率为78.3％(n＝3)。
由图6可知，经过Fe3O4@TiO2@MIPs处理以后的吸附液发现杂质峰没有明显变化，BPA的吸附明显。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置，其特征在于其包括：铁架台、储液瓶、滤过型净化柱、洗脱瓶及高效液相色谱/紫外检测器(HPLC/UV)；
所述铁架台上安装有储液瓶，该储液瓶内盛装有样品液；所述滤过型净化柱的一端通过管路深入到储液瓶内，滤过型净化柱的另一端通过管路连接到高效液相色谱/紫外检测器；所述高效液相色谱/紫外检测器的侧边连接有蠕动泵；该洗脱瓶的一端通过管路深入到储液瓶内，洗脱瓶的另一端通过管路连接到高效液相色谱/紫外检测器。
2.根据权利要求1所述的环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置，其特征在于：所述滤过型净化柱其中的填料为10mg多碳纳米管和150mg无水硫酸镁。
3.根据权利要求1所述的环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置，其特征在于：所述滤过型净化柱与注射器与连接，向上抽，使所有液体经过净化柱，再推出至离心管中，样品提取液第二次经过吸附剂部分。
4.根据权利要求3所述的环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置，其特征在于：所述滤过型净化柱里安装有吸附剂；所述吸附剂的材质为Fe3O4@TiO2-MIPs磁性微球。
5.根据权利要求4所述的环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置，其特征在于：所述Fe3O4@TiO2-MIPs磁性微球是通过以下工艺步骤制备得到：
1)将双酚A模版分子与功能单体和烷基化环糊精溶解在10mlDMSO中，充分混合，在黑暗中储存12小时；在该混合物中，分别加入四氧化三铁微球，交联剂，引发剂，分散介质水中均匀搅拌；
2)将所得混合溶液转移到烧瓶中，反应过程中持续通入氮气，70℃下反应24h；反应完成后，磁分离产物；
3)用20％乙酸甲醇溶液索氏提取，得到除去BPA的灰色粉末，将所得产物真空干燥，即得磁性双酚A印迹聚合物Fe3O4@TiO2-MIPs。
6.根据权利要求5所述的环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置，其特征在于：步骤1)中，所述双酚A模版分子与4-乙烯基吡啶功能单体、烷基化环糊精的重量百分比为1：2：2；交联剂采用TRIM，聚三甲基丙烯酸丙三醇酯20.0mmol；所述引发剂采用AIBN，60mg。
7.根据权利要求5所述的环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置，其特征在于：步骤1)中，将1.0mmol双酚A(模版分子)、2.0mmol 4-乙烯基吡啶(功能单体)和2.0mmol烷基化环糊精溶解在10mlDMSO中，充分混合。
8.根据权利要求7所述的环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置，其特征在于：所述烷基化环糊精为β-环糊精，其采用如下工艺制备得到：
11)将0.8gβ-环糊精溶解于30ml无水二甲基甲酰胺(DMF)中，加入0.8gNaH，800rpm磁力搅拌1小时，过滤去除过量的NaH；
12)将2mlγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)在磁力搅拌下逐滴加入，在80℃反应12小时；
13)反应结束后，溶液变得黏稠，用无水DMF、甲醇和丙酮依次洗涤沉淀物，110℃真空干燥12小时，在使用前保存在干燥器中。
9.权利要求1-8中任一项所述的环境水体中雌激素检测的循环洗脱装置的应用，其特征在于，包括以下步骤：
1)将Fe3O4@TiO2-MIPs磁性微球置于循环洗脱系统中，作为分子印迹固相萃取剂对实际样品中的BPA进行分离富集，再将注射器与滤过型净化柱连接，使液体经过净化柱，再推出至离心管中，使样品提取液第二次经过吸附剂部分，最后通过高效液相色谱/紫外检测器(HPLC/UV)对双酚A的分离回收情况进行检测，根据试剂检测后所做的工作曲线得出该BPA的检测限；
2)在10-100.00μg/L浓度范围下，双酚A液相色谱峰面积和其浓度有着良好的线性关系，线性相关系数为0.9934，而且BPA的检测限为3.7μg/L。
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