CN107064357A - 一种HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，包括以下步骤：将硅酮前聚物和固化剂充分混合，加入适量目标化合物，充分搅拌后用涂膜器均匀涂布在不锈钢板上，涂布厚度为0.1～0.5mm，固化得到PDMS膜，揭下并裁剪成合适大小，得到载样PDMS膜；将载样PDMS膜置于介质中，摇晃促使PDMS膜中HOCs扩散进入分配介质，根据分配介质特性调整水平摇动速率，直至平衡，测定平衡分配系数；本发明的HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，基于平衡分配原理，使预先载入PDMS聚合物的HOCs持续释放进入测试介质，直至平衡，从而测定其平衡分配系数。

Description

一种HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用
技术领域
本发明涉及一种HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，属于有机污染物性质测定技术领域。
背景技术
疏水性有机污染物(hydrophobic organic contaminants,HOCs)在水生生物体内的累积过程直接关系水生生态系统平衡和人类健康，是当前水生毒理学的研究热点；基于平衡分配理论的被动采样技术通过测定HOCs的生物可利用浓度，预测污染物的生物累积过程，其中，污染物在被动采样器与水或生物体间的平衡分配系数是准确预测生物累积的关键；对于中等疏水性的HOCs，常规的吸收实验即可准确测定分配系数，但是，对于近年来被广泛关注的超高疏水性的HOCs(logKow>9)，如十溴联苯醚(BDE-209)、十溴联苯乙烷(DBDPE)和得克隆(DP)等，当前方法难以准确测定其各类分配系数，从而拦阻了被动采样技术对该类污染物生物累积的评价；因此，有必要发展准确测定超高疏水性HOCs平衡分配系数的方法。本发明以聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)为聚合物，HOCs为目标污染物，水、脂肪或蛋白质为测试介质，螺盖玻璃瓶为测试体系；并基于平衡分配的理论，使提前载入聚合物的HOCs不断释放进入测试介质，直至平衡，从而测定其平衡分配系数。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，为评估该类污染物的生物累积和生态风险提供了可靠方法。
本发明的HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，包括以下步骤：将硅酮前聚物和固化剂充分混合，加入目标化合物，充分搅拌后均匀涂布在不锈钢板上，涂布厚度为0.1～0.5mm，固化得到PDMS膜，揭下并裁剪成合适大小，得到载样PDMS膜；将载样PDMS膜置于介质中，摇晃促使PDMS膜中HOCs扩散进入分配介质，根据分配介质特性调整水平摇动速率，直至平衡，测定平衡分配系数。
本发明的HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，具体方法包括以下步骤：
步骤一，载样PDMS膜的制备，
第一步，将硅酮前聚物和固化剂充分混合；
第二步，向充分混合的硅酮前聚物和固化剂中加入目标化合物，使用玻璃棒手动搅拌5min以上，充分搅拌后用涂膜器均匀涂布在不锈钢板上，涂布厚度为0.1～0.5mm；
第三步，控制固化温度23～25℃，固化时间72～96h，得到PDMS膜，揭下膜并裁剪成合适大小，得到载样PDMS膜，所得PDMS膜其密度为1.15～1.20g/ml；
步骤二，被动加标，控制温度为23～25℃，
第一步，取一片步骤一制备的载样PDMS膜，浸泡于装有介质的螺盖玻璃瓶，使用水平摇床摇晃至预定时间点，根据分配介质特性调整水平摇动速率；
第二步，取出PDMS膜和介质，分别萃取及净化后进行仪器分析；
步骤三，平衡分配系数的计算，
第一步，根据步骤二测定的各个采样点介质中目标HOCs的浓度，利用公式Cm(t)＝Cm(eq)(1–e-kt)中一室一级动力学模型计算目标HOCs的释放速率常数及其在介质中的平衡浓度，Cm(t)和Cm(eq)分别为t时刻和达到平衡时目标HOCs在介质中的浓度，k为释放速率常数；
第二步，利用公式t95＝3/k计算目标HOCs达到95％平衡的时间，t95为达到95％平衡所需的时间；
第三步，利用公式Kpm＝CPDMS(eq)/Cm(eq)计算PDMS膜与介质之间的平衡分配系数，Kpm为目标HOCs在PDMS和介质之间的平衡分配系数，CPDMS(eq)和Cm(eq)为目标HOCs在达到平衡时在PDMS膜和介质中的浓度。
进一步地，所述硅酮前聚物由硅氧烷聚合物、硅胶和铂催化剂组成，硅酮为生物医用级。
进一步地，加入的所述目标化合物为中等到超高疏水性有机污染物，log Kow值范围为5.0～11.6，其溶解于有机溶剂，溶剂加入量控制在每10g硅酮混合物加入低于1ml溶有目标化合物的溶剂。
进一步地，所述预定时间点为多个时间点，其时间点设置方法为根据HOCs的物理化学性质决定采样时间，且开始时采样时间点间隔短，临近结束时采样时间点间隔长。
进一步地，所述介质为0.5～1ml的水、脂肪或蛋白质样品。
进一步地，所述PDMS膜的萃取采用3次丙酮超声萃取，每次超声时间为10～15min，每次加入丙酮的量为5～10ml，最后合并3次超声的丙酮，氮吹浓缩，置换溶剂为1～2ml正己烷。
进一步地，所述仪器分析为采用气相色谱-电子捕获检测器等适合的分析仪器测定目标HOCs的浓度。
本发明与现有技术相比较，本发明的HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，PDMS膜的制备方法简单、快速，可根据实际需要调整膜厚度，且比商品化PDMS膜价格低廉，成本较低；将目标化合物直接加入制膜原材料，搅拌均匀后涂膜，载样效率接近100％，实现精确控制PDMS膜中目标化合物的浓度；载样PDMS膜的制备解决了高疏水性HOCs无法通过后期溶液载样方式载入PDMS膜的难点，能较准确地测定该类化合物的平衡分配系数。
附图说明
图1是本发明的固化后的载样PDMS膜示意图。
图2是本发明的实施例1的利用被动加标法测定的疏水性有机污染物(log Kow：5.0～11.6)的脂肪与PDMS膜之间的平衡分配系数(logKlipid-PDMS)与其疏水性参数(logKow)之间的相关性。
具体实施方式
实施例1：
本发明的HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，采用本发明的被动加标法测定疏水性有机污染物在PDMS和脂肪之间的平衡分配系数；目标化合物包括：21种多氯联苯(PCBs：CB-8,-18,-28,-44,-52,-66,-77,-101,-105,-118,-126,-128,-138,-153,-170,-180,-187,-195,-201,-206和-209)、14个多溴联苯醚(PBDEs：BDE-47,-85,-99,-100,-153,-154,-183,-196,-197,-203,-206,-207-208和-209)、得克隆(DP：anti-DP和syn-DP)和十溴联苯乙烷(DBDPE)；目标化合物的log Kow范围是5.0～11.6；具体步骤如下：
步骤一，载样PDMS膜的制备，
本实施例使用的PDMS膜1由美国道康宁公司生产的MDX4-4210生物医用级硅酮制备，使用前将硅酮前聚物和固化剂充分混合(质量比10:1)，加入一定量的目标化合物(溶于异辛烷、丙酮和甲苯)，充分搅拌后以0.4mm的厚度均匀涂布在干净的不锈钢板2上，23℃固化72h后揭下，裁剪成直径为22mm的圆片，备用；
步骤二，被动加标，
本实施例中选择玉米油作为脂肪的代表，被动加标过程设定8个时间点，即0.08、0.17、0.5、1、3、6、12和24h，每个时间点3个平行样；每个20ml的螺盖玻璃瓶中加入0.5ml玉米油和一片载样PDMS膜；由于目标HOCs在PDMS和脂肪间分配较快，本实施例在测定分配常数时采用室温23℃避光静置的解吸方式，在预定采样时间点取出PDMS膜和玉米油；PDMS膜中目标化合物利用丙酮超声萃取，超声功率为100W，每次丙酮加入量为5ml，超声时间为10min，连续超声3次，合并萃取液，氮吹浓缩、置换溶剂为约1ml正己烷，加入2ml浓硫酸，涡旋震荡3min，离心5min(2000rpm)，取出浓硫酸，重新加入2ml浓硫酸，重复上述净化方法3次；玉米油中目标化合物溶入10ml正己烷，涡旋震荡萃取3min，加入2ml浓硫酸，按照上述方法净化萃取液；萃取液氮吹浓缩、过无水硫酸钠、浓缩定容后利用GC-ECD测定目标化合物的浓度；
步骤三，平衡分配系数的计算，
根据步骤二测定的各个采样点PDMS和玉米油中目标化合物的浓度，利用公式Cm(t)＝Cm(eq)(1–e-kt)中一室一级动力学模型计算释放速率和玉米油中的平衡浓度，并利用公式t95＝3/k计算达到95％平衡的时间，最后利用公式Kpm＝CPDMS(eq)/Cm(eq)计算PDMS膜和玉米油之间的平衡分配系数；结果显示，目标化合物在PDMS膜和玉米油间快速达到平衡，所需时间小于0.5h(除DBDPE的平衡时间为7.6h)，平衡分配系数(Klipid-PDMS)的范围为5.36±0.44～52.5±7.1；如图2所示，目标化合物的Klipid-PDMS随logKow的增加变化不大，在平均值23.9附近波动，说明不同HOCs的Klipid-PDMS是一个常数；这一结论与理论推导结果一致，且与前期对中等疏水性有机污染物的测定结果接近，说明本发明的载样PDMS膜制备和以其为聚合物的被动加标法成功地测定了超高疏水性有机污染物的平衡分配系数，为进一步研究该类污染物的生物累积和生态效应提供可靠保障。
本发明的HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，将生物医用级硅酮前聚物和固化剂充分混合的同时，加入目标化合物，搅拌均匀后以一定厚度均匀涂布在不锈钢板上，23℃固化72h后，将膜揭下，裁剪成合适大小；将载样PDMS膜放入水、脂肪和蛋白等介质中，摇晃促使PDMS膜上的HOCs扩散进入介质直至达到平衡，测定HOCs在PDMS和介质之间的平衡分配系数；以多氯联苯、多溴联苯醚、得克隆和十溴联苯乙烷为例，验证了以PDMS膜为聚合物的被动加标法在测定宽疏水性范围的HOCs(log Kow：5.0～11.6)，特别是高疏水性HOCs平衡分配系数中的应用，为评估该类污染物的生物累积和生态风险提供了可靠方法。
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (8)

1.一种HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，其特征在于：包括以下步骤：将硅酮前聚物和固化剂充分混合，同时加入目标化合物，充分搅拌后均匀涂布在不锈钢板上，涂布厚度为0.1～0.5mm，固化得到PDMS膜，揭下并裁剪成合适大小，得到载样PDMS膜；将载样PDMS膜置于介质中，摇晃促使PDMS膜中HOCs扩散进入分配介质，根据分配介质特性调整水平摇动速率，直至平衡，测定平衡分配系数。
2.根据权利要求1所述的HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，其特征在于：具体方法包括以下步骤：
步骤一，载样PDMS膜的制备，
第一步，将硅酮前聚物和固化剂充分混合；
第二步，向充分混合的硅酮前聚物和固化剂中加入含有目标化合物的有机溶剂，使用玻璃棒手动搅拌5min以上，充分搅拌后用涂膜器均匀涂布在不锈钢板上，涂布厚度为0.1～0.5mm；
第三步，控制固化温度23～25℃，固化时间72～96h，得到PDMS膜，揭下膜并裁剪成合适大小，得到载样PDMS膜，所得PDMS膜其密度为1.15～1.20g/ml；
步骤二，被动加标，控制温度为23～25℃，
第一步，取一片步骤一制备的载样PDMS膜，浸泡于装有介质的螺盖玻璃瓶，使用水平摇床摇晃至预定时间点，根据分配介质特性调整水平摇动速率；
第二步，取出PDMS膜和介质，分别萃取及净化后进行仪器分析；
步骤三，平衡分配系数的计算，
第一步，根据步骤二测定的各个采样点介质中目标HOCs的浓度，利用公式Cm(t)＝Cm(eq)(1–e-kt)中一室一级动力学模型计算目标HOCs的释放速率常数及其在介质中的平衡浓度，Cm(t)和Cm(eq)分别为t时刻和达到平衡时目标HOCs在介质中的浓度，k为释放速率常数；
第二步，利用公式t95＝3/k计算目标HOCs达到95％平衡的时间，t95为达到95％平衡所需的时间；
第三步，利用公式Kpm＝CPDMS(eq)/Cm(eq)计算PDMS膜与介质之间的平衡分配系数，Kpm为目标HOCs在PDMS和介质之间的平衡分配系数，CPDMS(eq)和Cm(eq)为达到平衡时PDMS膜和介质中的浓度。
3.根据权利要求1或2所述的HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，其特征在于：所述硅酮前聚物由硅氧烷聚合物、硅胶和铂催化剂组成。
4.根据权利要求1或2所述的HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，其特征在于：加入的所述目标化合物为中等到超高疏水性有机污染物，log Kow值范围为5.0～11.6，其溶解于有机溶剂，溶剂加入量控制在每10g硅酮混合物加入低于1ml溶有目标化合物的溶剂。
5.根据权利要求2所述的HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，其特征在于：所述预定时间点为多个时间点，其时间点设置方法为根据HOCs的物理化学性质决定采样时间，且控制开始时采样时间点间隔短，临近结束时采样时间点间隔长。
6.根据权利要求1或2所述的HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，其特征在于：所述介质为0.5～1ml的水、脂肪或蛋白质样品。
7.根据权利要求2所述的HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，其特征在于：所述PDMS膜的萃取采用多次丙酮超声萃取，每次超声时间为10～15min，每次加入丙酮的量为5～10ml，最后合并多次超声的丙酮，用缓和氮气浓缩，置换溶剂为1～2ml正己烷。
8.根据权利要求2所述的HOCs的被动加标方法及其在测定平衡分配系数中的应用，其特征在于：所述仪器分析为采用气相色谱-电子捕获检测器测定目标HOCs的浓度。
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