实用新型内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种酚类内分泌干扰物质的检测方法,具有迅速检测样品中酚类物质存在的优点。
为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
一种酚类内分泌干扰物质的检测方法,包括如下步骤:
(1)样品的采集和保存;
水样、沉积物的采集与保存;
(2)样品前处理;
水样、颗粒物和沉积物中酚类的提取和净化;
所述颗粒物从水样中进行提取;
(3)样品衍生化;
(4)标准曲线衍生化;
(5)GC-NCI-MS分析。
采用上述技术方案,通过将珠江口处的水样以及沉积物进行采集以方便对其进行检测分析,在检测前对水样以及采集回来的沉积物进行前处理,可减少样品中的其它物质对检测造成的影响,之后将样品进行衍生化,可将样品中难以分析检测的目标化合物定量的转化成为另一易于分析检测化合物,通过后者的分析检测可以对目标化合物进行定性和(或)定量分析,从而方便对样品的分析检测,同时再通过标准曲线内标法,可通过对比减少检测的误差,最后通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对样品进行分析测定,此外通过负化学电离(NCI)进行检测,使得在电离过程中,通过引入大量的反应气,使样品分子与电子不直接作用,而是反应气分子与电子发生碰撞后,产生热电子,样品分子捕获热电子而产生负离子,从而实现样品分子的分离,则对样品中的目标化合物具有较高的选择性和灵敏度,提高了检测的准确度。
优选的,所述步骤(1)中的水样混入色谱纯甲醇以及硫酸并置于低温运输保存;所述步骤(1)中的沉积物混入防腐剂并置于低温中运输保存。
采用上述技术方案,通过在水样以及沉积物中加入其它物质以对水样以及沉积物进行保存,并且将水样以及沉积物置于低温中保存,低温环境下可降低样品中分子间的运动,从而提高对水样以及沉积物的保存能力。
优选的,所述步骤(2)中的水样中酚类的提取和净化包括如下步骤:
1)过滤水样并调节pH值呈酸性;
2)水样中的酚类物质通过固相萃取柱以提取、净化,并收集洗脱液。
采用上述技术方案,通过将水样中的酚类物质提取及净化,从而有利于后续的检测分析,以避免水样中的其它物质对酚类物质的检测造成影响,从而提高检测的精度。
优选的,所述固相萃取柱采用酚类物质分子印迹固相萃取柱,所述固相萃取柱的柱体中开设有若干通道,所述通道中填充有若干限流珠,所述通道的顶部直径大于通道的底部直径,所述限流珠的直径介于通道顶部的孔径与通道底部的孔径的范围之间,所述通道内壁上附着有分子印迹表面层。
采用上述技术方案,通过使用经过分子印迹技术处理过的固相萃取柱对水样进行萃取,分子印迹固相萃取柱对所需检测的物质具有强的结合能力和高的选择性,此外,通过限流珠填入通道中,限流珠将通道划分为若干细径,通过细径以提高样品在通道中的流动路径,从而减缓了样品在通道中的流动速度,增加了样品与附着在通道内壁上的分子印迹表面层的反应时间,从而提高所需要吸附的物质在分子印迹表面层的吸附率。
优选的,所述步骤(2)中的颗粒物和沉积物中酚类物质的提取及净化包括以下步骤:
1)样品中加入乙酸乙酯,依次通过涡旋、超声、离心等步骤,取上清液重复上述步骤,最后将样品旋转蒸发吹干;
2)将吹干的样品溶解于正己烷中,并通过净化柱净化,重复多次后弃去正己烷相,将样品溶解于乙酸乙酯中,通过净化柱后并收集洗脱液,洗脱液于氮气下吹干并用甲醇定容,之后通过有机相尼龙滤网并置于低温中保存。
采用上述技术方案,通过对颗粒物以及沉积物中酚类物质的提取以及净化,从而有利于颗粒物以及沉积物中的酚类物质的检测分析,以避免颗粒物以及沉积物中的其它物质对酚类物质的检测造成影响,从而提高检测的精度。
优选的,所述净化柱的制备包括如下步骤:取玻璃棉装入玻璃柱中,称取硅胶倒入玻璃柱中,再加入一定厚度的无水硫酸钠。
采用上述技术方案,通过硅胶加入到装有玻璃棉的玻璃柱中形成硅胶层析柱,硅胶层柱具有柱效高、选择性好及分析速度快等特点,在硅胶柱中加入无水硫酸钠,可以吸收溶剂里的水分,同时还可防止倒溶剂进去的时候把硅胶冲起来。
优选的,所述步骤(3)中采用五氟苯酰氯作为衍生化试剂。
采用上述技术方案,五氟苯酰氯是酚类物质EDC测定中较为灵敏的衍生剂,酚类化合物中的酚羟基(包括分子结构中的其它羟基)与五氟苯酰氯通过酰化反应形成酚类化合物,从而将难以分析的酚类物质转化为与其化学结构相似但易于分析的物质,便于量化和分离。
优选的,所述步骤(4)中的标曲点浓度范围在1~1000ppb。
采用上述技术方案,1~1000ppb可覆盖正常操作的被测物质的范围,以避免待测样品的浓度超出标准曲线的浓度范围,确保正常检测。
优选的,所述步骤(5)中的NCI所用反应气体为甲烷。
采用上述技术方案,甲烷作反应气的负离子解吸化学电离质谱,甲烷作为反应气的作用为降低电子的能量,产生热电子,因此又称缓冲气。
优选的,所述步骤(5)的样品分析过程中,同时分析QA/QC样品,包括方法空白和空白加标。
采用上述技术方案,方法空白用来控制整个实验过程中是否有人为或环境因素所带来的污染;空白加标用于控制整个实验过程的准确性。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1.通过负化学电离(NCI)进行检测,使得在电离过程中,通过引入大量的反应气,使样品分子与电子不直接作用,而是反应气分子与电子发生碰撞后,产生热电子,样品分子捕获热电子而产生负离子,从而实现样品分子的分离,则对样品中的目标化合物具有较高的选择性和灵敏度,提高了检测的准确度;
2.通过标准曲线内标法,可对比减少检测的误差;
3.通过使用经过分子印迹技术处理过的固相萃取柱对水样进行萃取,分子印迹固相萃取柱对所需检测的物质具有强的结合能力和高的选择性,此外,通过将限流珠填入通道中,限流珠将通道划分为若干细径,通过细径以提高样品在通道中的流动路径,从而减缓样品在通道中的流动速度,增加样品与附着在通道内壁上的分子印迹表面层的反应时间,从而提高所需要吸附的物质在分子印迹表面层的吸附率。
具体实施方式
下面结合附图及实施例,对本发明进行详细描述。
实施例一:
一种酚类内分泌干扰物质的检测方法,参见图1,包括如下步骤:
S001、样品的采集和保存
采样时,需进行详细的采用记录,包括样品的名称及样品编号,采样地点及经纬度、采样时间、采样时的天气情况、采样地点情况的简单描述,采集样品时的气温、水温、电导率以及pH值等。
1)水样的采集
在同一采样点处采集四个平行的1L水样,并分别置于棕色玻璃瓶中,水样采集时取同一截面水平面0.5cm以下左、中、右三个点的混合样。
采集后的水样立即加入50ml的色谱纯甲醇以及400μL 4mol/L的硫酸溶液,置于4℃冰盒中运回实验室,保存于4℃的冰箱中,并在48小时内进行前处理工作。
2)沉积物的采集
以抓斗采样器采集表面沉积物,分别采用所在截面的左、中、右等份样,混合后取1L沉积物置于玻璃瓶中,并立即加入1g叠氮化钠,混合均匀后置于4℃的冰盒中运回实验室,保存在-18℃的冰箱中。
S002、样品前处理
1.水样中酚类物质的提取与净化
1)将水样从冰箱中取出并解冻。
将水样解冻以恢复水样的活性。
另外选取壬基酚(4-n-NP)、双酚A(BPA-d16)以及三氯生(13C12-TCS)的纯物质作为内标物。
2)取200mL水样过GF/F滤膜,过滤后的水样中检查是否加甲醇和4mol/L硫酸,确保水样pH值为3左右,并在200mL水样中加入10mL的甲醇。
3)将水样选取等量的两组,分别为原始水样以及平行水样,设置一组与原始水样等量的空白样本,是指进行空白试验的样本,另外再设置一组与原始水样等量的空白加标,即除去所要检测的壬基酚、双酚A以及三氯生三种物质且其它实验条件完全一致的样品,同时在原始水样、平行水样、空白样品以及空白加标中均加入100μL浓度为1mg/L的4-n-NP、BPA-d16以及13C12-TCS三种混合物质的内标物,混匀。加标量一般加入100μL浓度为1mg/L的目标物标液。(注:空白样品与空白加标中也要加甲醇和调节pH值为3。)
4)用10ml的甲醇和10ml的调节pH值在3的屈臣氏蒸馏水来活化固相萃取柱,待溶液滴完后,即完成对固相萃取柱的活化,之后加入3cm高的水以保持固定萃取柱的湿润。
固相萃取柱采用的经过分子印迹技术得到的具有对壬基酚、双酚A、三氯生三者物质特异性吸附的分子印迹固相萃取柱。
分子印迹技术是将各种生物大分子从凝胶转移到一种固定基质上的过程,当模板分子(印迹分子)与聚合物单体接触时会形成多重作用点,通过聚合过程这种作用就会被记忆下来,当模板分子除去后,聚合物中就形成了与模板分子空间构型相匹配的具有多重作用点的空穴,这样的空穴将对模板分子及其类似物具有选择识别特性。
5)样品以约5mL/min的流速通过分子印迹固相萃取柱,再用50mL含5%甲醇的去离子水溶液洗涤样品瓶2次,洗液也倒入分子印迹聚合物固相萃取柱中,待柱体中的洗涤液完成流干之后继续在真空条件下干燥2h。
样品在通过固相萃取柱的过程中需一直保持湿润状态,在真空条件下干燥时,需要用锡纸将固定萃取柱的顶端密封。
6)干燥后分别用4mL甲醇、3mL甲醇、3mL二氯甲烷、2mL二氯甲烷依次洗脱固定萃取柱,洗脱液收集于25mL的玻璃管中,并用氮吹浓缩近干,之后用甲醇定容至1mL,然后过0.22μm有机相尼龙滤膜,将滤液转移至2mL棕色进样小瓶中,在–18℃的冰箱中保存,此时各内标的浓度为100ng/mL。
在洗脱的氮吹过程中,若发现液体的存在,可以50℃加热氮吹,以提高氮吹的速度。
2.颗粒物中酚类物质的提取以及净化
①颗粒物的提取的操作步骤如下:
1)取2个平行水样过滤后的滤纸分别用锡纸包好,冷冻干燥后称重,用剪刀将其剪碎装入离心管中,并加入甲醇,分别加入100μL浓度均为1mg/L的4-n-NP、BPA-d16以及13C12-TCS的内标混匀,待甲醇挥发完全后,置于–4℃的冷库中过夜,隔天进行提取。
提取时首先加入10mL乙酸乙酯,涡旋1-2min,超声15min,然后在1370xg下离心10min,吸取上清液于100mL梨形烧瓶中,重复提取的步骤1次,再加入5mL乙酸乙酯重复提取的步骤1次。
最后将梨形瓶中的溶液旋转蒸发近干。
2)颗粒物的净化的操作步骤如下:首先将玻璃棉装入玻璃柱(直径:1cm)中,再准确称取1g硅胶倾入玻璃柱中,加入0.5cm厚的无水硫酸钠。依次用5mL甲醇、5mL乙酸乙酯和5mL正己烷活化已装好的净化柱。
随后将吹干的样品以2mL正己烷溶解,随后倒入净化柱中,重复此的步骤2次,弃去正己烷相。
再以2mL乙酸乙酯溶解样品3次,并加入净化柱中,用10mL玻璃管收集洗脱液。将洗脱液在氮气下吹干,重新用1mL甲醇定容,然后过0.22μm有机相尼龙滤膜,将滤液转移至2mL棕色进样小瓶中,在-18℃的冰箱中保存。
②沉积物中酚类物质的提取和净化
趁机物在进行分品类物质的提取和净化前,先将沉积物置于-50℃中冻干,再将冻干后的沉积物研磨并通过60目筛,之后将过筛后的沉积物保存于4℃的冷库中待处理,最后称取5g的沉积物进行提取和净化。
沉积物中酚类物质的提取和净化的操作步骤与颗粒物中酚类物质的提取与净化的操作步骤相同。
S003、壬基酚、双酚A和三氯生样品的衍生化
采用五氟苯酰氯(PFBOCl)作为衍生化试剂。
取500μL水样、颗粒物样品以及沉积物样品分别置于10mL带盖玻璃试管中,于氮气下吹干,分别加入2mL 1mol/L NaHCO3水溶液和1mL 1mol/L NaOH溶液、2mL正己烷、50μL10%吡啶的甲苯溶液和50μL 2%PFBOCl的甲苯溶液,盖紧玻璃试管盖,手动剧烈振荡1min,于室温下静置30min,使完全分层,用玻璃吸管将上清液正己烷转移至5mL的玻璃离心管中,加入2ml的正己烷重复萃取1次,合并正己烷相,于氮气下吹干,以500μL正己烷重新溶解,转移至2mL进样小瓶中,待GC-NCI-MS分析。
在洗脱和衍生后的氮吹过程中,若发现液体的存在,可以50℃加热氮吹,以提高氮吹的速度。
S004、壬基酚、双酚A和三氯生样品的标曲衍生化
标曲点浓度为范围为1~1000ppb,本发明中选取的标曲点浓度为1ppb,5ppb,10ppb,20ppb,50ppb,100ppb,200ppb,500ppb,1000ppb,内标的量是加100μL浓度为1mg/L的4-n-NP、BPA-d16以及13C12-TCS三种混合的内标。
根据需要选择合适的标曲点,加相应的标液量和内标于棕色进样小瓶中,于氮气下吹干。
衍生完成后用正己烷定容到1mL,转移至2mL进样小瓶中,待GC-NCI-MS分析。
S005、GC-NCI-MS分析
气相色谱质谱仪为安捷伦6890N/5975C GC-MS,采用负化学电离模式(NCl);离子源温度和四级杆温度均为150℃;色谱柱型号为DB-5MS(60m×0.25mm,0.25μm膜厚);载气:氦气,纯度>99.999%,恒定流速1.0mL/min;NCl所用反应气体为甲烷,纯度>99.999%,恒定流速2.0mL/min;不分流进样;进样量:2μL;进样口温度:300℃;程序升温:80℃保持1min,10℃/min到220℃,然后4℃/min到260℃,接着5℃/min到300℃,保持8min,最后20℃/min到310℃,保持15min。
质谱连接线温度为310℃。定量分析用SIM(选择离子监测)模式,特征离子和保留时间见表1。
表1
参见表1,通过将样品与内标物测得的数值进行比对,样品中存在有与壬基酚、双酚A以及三氯生三种物质内标物的保留时间近似相等的物质,可初步确定样品中存在有壬基酚、双酚A以及三氯生,此外通过SIM(选择离子监测)模式进行定量分析,对比样品中与壬基酚、双酚A、三氯生三种内标物的保留时间近似相等的物质的特征离子与内标物特征离子的波长值,进一步确定样品中壬基酚、双酚A以及三氯生三者的存在,从而提高检测精度。
S006、质量控制和质量保证
分析样品过程中,同时分析QA/QC样品,包括方法空白、空白加标和空白加标平行样。方法空白用来控制整个实验过程中是否有人为或环境因素所带来的污染;空白加标用于控制整个实验过程的准确性。每次测定样品前均重新配制工作液的标准曲线,前后两次相差不超过10%。
实施例二
一种酚类物质分子印迹固相萃取柱,参见图2,包括柱体2以及套设在柱体2外的柱壳1,柱壳1为中空玻璃柱,柱体2填充在柱壳1中,同时柱壳1位于柱体2的底部朝向柱壳1的中心线收缩,并且柱体2通过筛板5夹紧固定在柱壳1中。
柱体2中设置有若干供样品通过的通道3,通道3呈螺旋状从柱体2的顶部朝柱体2的底部延伸,同时通道3的入口处的口径大于通道3的出口处的口径。
每条通道3中均填充有若干限流珠4,限流珠4的成分为聚四氟乙烯,限流珠4的直径介于通道3入口处的口径与通道3出口处的口径的范围之间,并且限流珠4的外壁与通道3的内壁相贴。
通道3的内壁上通过分子印迹技术形成分子印迹表面层(图中未示意),从而提高通道3内壁对所需要吸附的物质的选择性。
具体工作过程:操作人员在使用固相萃取柱进行萃取净化时,先将限流珠4填充到柱体2的通道3中,利用限流珠4将通道3划分为若干细径,通过细径以提高样品在通道3中的流动路径,从而减缓了样品在通道3中的流动速度,增加了样品与附着在通道3内壁上的分子印迹表面层的反应时间,从而提高所需要吸附的物质在分子印迹表面层上的吸附率。
由于限流珠4的直径介于通道3入口处的口径与通道3出口处的口径的范围之间,限流珠4受到通道3出口处的限制无法脱离通道3,同时样品流过通道3可从底部限流珠4与出口处的间隙流出通道3,之后进入到柱壳1中以排出。
当样品完全排出柱体2后,可将柱体2倒出柱壳1,将柱体2完全浸入到洗脱液中,同时将柱体2通道3中的限流珠4从通道3的开口处倒出通道3,以方便洗脱液进入到柱体2的通道3中,从而提高洗脱液对分子印迹表面层的洗脱效率,操作方便,减少了洗脱固相萃取柱的时间,提高了工作效率。
实施例三
一种酚类物质分子印迹固相萃取柱的制备方法,参见图2和图3,包括如下步骤:
选用粒径为400~600目的硅胶作为柱体2,并在硅胶上开设若干通道3,通道3顶部的孔径大于通道3底部的孔径。
S021、硅胶表面的预处理
首先通过HNO3/H2O(50ml/50ml)浸泡硅胶,用于活化硅胶表面的羟基,再用去离子水吸取硝酸,然后用丙酮对硅胶进行洗涤,以除去硅胶中的有机杂质。之后放入110℃真空烘箱中烘干12h,除去硅胶表面的物理水,活化表面的羟基。最后取出硅胶并将其置于充满氮气的干燥器中待用。
S022、硅胶表面硅烷化
取10g在氮吹环境中干燥的硅胶置于反应瓶中,加入5%氨丙基三乙氧基硅烷(APS)的甲苯溶液100ml,在氮气环境下,搅拌回流8h。反应完毕后,进行抽滤,并用甲苯搅拌洗涤4~5次,把物理吸附在硅胶表面的APS洗掉,最终置于室温的真空环境下干燥。
S023、硅胶表面引入偶氮引发剂
将APS改性过的硅胶中加入4,4’-偶氮二(4-氰基戊酸)以及二氯甲烷,混合倒入圆底烧瓶中,并在常温下用磁力搅拌器搅拌反应6h。
随后将反应物取出进行抽滤,先用水-乙醇(1:1,V/V)的混合溶液洗涤2次,再用乙醇洗涤2次,之后用乙醚洗涤2次,最后置于室温真空中干燥。
形成的偶氮硅胶干燥物置于-10℃的阴暗条件下储存。
S024、柱体2的分子印迹表面层的制备
称取等量的壬基酚、双酚A以及三氯生溶于氯仿中,加入甲基丙烯酸(MAA)以及乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA),于振荡器中振荡3h,使得上述物质充分作用反应,最后再加入偶氮二异丁腈(AIBN),于80℃的水浴中机械搅拌,通氮气反应6h。
随后将上述混合得到的溶液注入到偶氮引发剂硅胶的通道3中,通入氮气5min,再将柱体2真空下密封进行安培,并置于水浴中于60℃加热24h。
随后将通道3中的物质排离通道3,依次用乙醇、水对通道3进行多次洗涤,再用甲醇-乙醇(9:1,V/V)溶液反复洗涤至检测不到壬基酚、双酚A以及三氯生等物质,最后用蒸馏水将硅胶水洗至中性,并于60℃的真空下干燥,最后得到分子印迹固相萃取柱的柱体2。
将柱体2塞入到柱壳1中压紧,柱体2的两端用筛板5进行固定,本实施例中的柱壳1为玻璃材质。
壬基酚、双酚A以及三氯生三者作为模板分子,MAA作为功能单体,EGDMA作为交联剂,AIBN为偶氮引发剂。
对制得的酚类物质分子印迹固相萃取柱与HLB柱的吸附后洗脱液进行静态吸附测试,壬基酚、双酚A以及三氯生的吸附量如表2所示,
表2
参见表2,用静态吸附仪对分子印迹固相萃取柱的吸附量以及HLB柱的吸附量进行检测,Qe表示吸附量,α=Qe(分子印迹固相萃取柱)/Qe(HLB柱),当α>1时,分子印迹固相萃取柱对壬基酚、双酚A以及三氯生的吸附量高于HLB柱对壬基酚、双酚A以及三氯生的吸附量,从而表明分子印迹固相萃取柱对壬基酚、双酚A以及三氯生具有强的结合能力和高的选择性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。