CN110646526A - 一种基于磁性微孔有机网络复合材料的食品中全氟类化合物的富集分析方法 - Google Patents
一种基于磁性微孔有机网络复合材料的食品中全氟类化合物的富集分析方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于磁性微孔有机网络复合材料的食品中全氟类化合物的富集分析方法,包括:待测样品的预处理,收集上清液;向所述上清液中加入磁性纳米颗粒Fe3O4@MON,震荡萃取;然后在外加磁场存在的条件下,将所述磁性纳米颗粒Fe3O4@MON与溶液进行分离,并加入乙腈/水振荡洗脱;并在外加磁场作用下,分离洗脱液;最后,将洗脱液吹干并用甲醇/水复溶;采用HPLC‑MS/MS检测,即得。将MSPE方法应用于检测牛奶样品中的PFAS类物质,并且合成了基于微孔有机网状(MON)的磁性纳米颗粒(Fe3O4@MON)用作MSPE吸附剂。通过分析不同食品基质中12种PFAS目标物,验证Fe3O4@MON的萃取性能。
Description
技术领域
本发明属于PFAS检测领域,具体涉及一种磁性微孔有机纳米材料及其在食品中污染物富集分析方面的应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
全氟和多氟烷基物质(PFAS)及其衍生物是高度氟化的脂肪族化合物,已经广泛应用于工业制造及化学等多种领域,如纸张、纺织品、包装材料、皮革、织物的制造以及室内装潢等。其中,部分PFAS因其具有高表面活性,高热稳定性和化学稳定性等特性,而被应用于生产灭火泡沫和表面活性剂。近年来,PFAS已经吸引了越来越多的科学家和公众的关注。科学家从多种类别的食品(包括谷物、蔬菜、淀粉、根和块茎、水果、肉类、鱼类、牛奶等)和生物样本(例如动物肝脏、血液、母乳、血清等)中发现了高浓度的PFAS残留。流行病学研究表明,PFAS化合物是对生物体的健康存在影响的一类毒性物质,如免疫毒性、肝毒性、神经行为毒性和生殖毒性等,动物毒理学研究了也验证了该类物质的基因毒性和致癌性。此外,PFAS也被认为是环境持久性有机污染物,可以通过食物链在人体内积聚。因此,开发灵敏、准确、快速的PFAS分析技术迫在眉睫。
PFAS的直接分析具有一定挑战性,若要准确测定食品基质中痕量PFAS的浓度,就必须克服食品复杂基质的干扰。因此,在进行仪器分析之前,一种高灵敏度和操作友好型的前处理技术是必须的。众所周知,最常见的PFAS预处理方法是固相萃取(SPE)。然而,传统的SPE方法存在一些缺点,例如,需要大量吸附剂,不同种类的有机溶剂,以及复杂的洗脱步骤等。此外,SPE柱子常常表现出较差的可重复使用性。磁性固相萃取(MSPE)是由和于1999年开发的一种前处理技术。与传统的固相萃取相比,MSPE具有操作简便、节省时间、选择性好和萃取效率高等优点。磁性材料通常被用于从复杂食品、环境和生物基质的样品中分离和富集分析物。迄今为止,已经报道了大量的磁性纳米粒子用于分析复杂基质中的有机和无机污染物,例如磁化石墨烯和碳纳米管等磁性纳米粒子。例如,Liu开发了Fe3O4@mSiO2-F17微球作为吸附剂来分析人血清中的PFAS化合物,并获得了优异的提取性能。
磁性微孔有机纳米材料(MON)由于其可控性孔隙度,稳定的网状结构,相对较大的比表面积和可官能团化的性质,MON引起了相当多的关注。由于这些优势,MON已应用于吸附、催化和电池等多个领域。
但发明人发现:由于食品样品基质普遍较为复杂,传统的样品前处理材料面临选择性低,多种物质共吸附等问题,因此,有必要开发新型的萃取吸附材料,并建立基于该类材料的分析方法。本发明开发了基于磁性微孔有机纳米材料(MON)的富集技术,并建立了分析方法,为PFAS分析提供了新的方法,对传统的策略进行了有效的补充。
发明内容
为了克服上述问题,本发明提供了一种基于磁性微孔有机网络复合材料的食品中全氟类化合物的富集分析方法。将MSPE方法应用于检测牛奶样品中的PFAS类物质,并且合成了基于微孔有机网状(MON)的磁性纳米颗粒(Fe3O4@MON)用作MSPE吸附剂。通过分析不同食品基质中12种PFAS目标物,验证Fe3O4@MON的萃取性能。
为实现上述技术目的,本发明采用的技术方案如下:
一种基于微孔有机网状结构的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON的制备方法,包括:
将双-(三苯基膦)-氯化钯(II)、碘化亚铜(Ⅱ)和Fe3O4磁性纳米微球分散到三乙胺和甲苯的混合溶液中,混合均匀;
在惰性气体保护下,加入四(4-乙炔基苯基)甲烷配体和1,4-二碘苯催化剂,在高温下反应,冷却,固液分离,洗涤、干燥,即得Fe3O4@MON纳米微球。
本发明制备的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON比表面积较高,对目标分析物的富集能力强。引入磁性Fe3O4后,相比于传统的分散萃取和固相萃取,更加节省时间,同时减少了有机溶剂的使用,提高了经济效率。
本申请中对Fe3O4磁性纳米微球的制备方法并不作特殊的限定,在一些实施例中,所述Fe3O4磁性纳米微球采用如下方法制备:将六水合三氯化铁FeCl3·6H2O和乙酸钠分散于二甘醇和乙二醇的混合物中,混合均匀,溶剂热反应,固液分离,收集黑色固体粉末,制备的Fe3O4磁性纳米微球尺寸均匀,形貌良好。
随着Fe3O4磁性纳米微球用量的增加,Fe3O4@MON纳米微球的得率提高,但当Fe3O4磁性纳米微球用量达到一定值时,继续增加Fe3O4磁性纳米微球的用量,对产物得率提升不大。因此,在一些实施例中,所述双-(三苯基膦)-氯化钯(II)、碘化亚铜(Ⅱ)和Fe3O4磁性纳米微球的质量比为8.4~9:2.2~2.5:0.5×103~0.8×103。在一些实施例中,所述四(4-乙炔基苯基)甲烷、1,4-二碘苯和Fe3O4磁性纳米微球的质量比为5~8:8~10:50~60,提高Fe3O4@MON纳米微球的得率和纯度。
随着温度的升高,反应速率加快,但若温度过高,产物纯度下降。在一些实施例中,所述高温反应的条件为90~95℃的条件下搅拌42~48小时,有效地提高了反应的速率和产物纯度。
本申请中对固液分离的方法并不作特殊的限定,在一些实施例中,所述固液分离的方法为离心,转速为10000~12000rpm/min,以提高分离效率。
在一些实施例中,所述洗涤采用甲醇,丙酮,二氯甲烷依次洗涤,有效地脱除了残留在Fe3O4@MON纳米微球上的杂质,提高了产物的纯度和富集能力。
本发明还提供了任一上述的方法制备的基于微孔有机网状结构的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON。
本发明还提供了上述的基于微孔有机网状结构的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON在全氟和多氟烷基物质PFAS提取、分离与HPLC-MS/MS检测中的应用。
本发明还提供了一种基于磁性微孔有机网络复合材料的食品中全氟类化合物的富集分析方法,包括:
待测样品的预处理,收集上清液;
向所述上清液中加入上述的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON,震荡萃取;
然后在外加磁场存在的条件下,将所述磁性纳米颗粒Fe3O4@MON与溶液进行分离,并加入乙腈/水振荡洗脱;并在外加磁场作用下,分离洗脱液;
最后,将洗脱液吹干并用甲醇/水复溶;
采用HPLC-MS/MS检测,即得。
本申请将对目标分析物的富集能力强的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON与串联四极杆质谱法结合,大大提高了方法的灵敏度和重现性。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明制备的复合材料比表面积较高,对目标分析物的富集能力强。引入磁性Fe3O4后,相比于传统的分散萃取和固相萃取,更加节省时间,同时减少了有机溶剂的使用,提高了经济效率。结合串联四极杆质谱法,可以大大提高方法的灵敏度和重现性。
(2)本申请的制备方法简单、成本低、具有普适性,易于规模化生产。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明实施例1制备的复合材料的扫描电子显微镜图片;
图2为本发明实施例1制备的复合材料的高分辨透射电子显微镜图片;
图3为本发明实施例1制备的复合材料的粉末X射线衍射图;
图4为本发明实施例1制备的复合材料的氮气吸附-解吸等温曲线图。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的,针对目前磁性微孔有机纳米材料(MON)对食品基质中PFAS的富集效果仍有待提高的问题。因此,本发明提出基于微孔有机网状结构的磁性纳米颗粒(Fe3O4@MON)的制备方法如下:
(1)Fe3O4纳米微球的制备:首先,将六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O)和乙酸钠分散于二甘醇和乙二醇的混合物中。搅拌1小时后,将混合物转移至反应釜中。在200℃条件下反应12小时后,将反应溶液从反应釜中取出,通过离心收集黑色固体粉末。最后,用去离子水和乙醇洗涤沉淀物用于下一步合成过程。
(2)Fe3O4@MON纳米微球的制备:首先,将双-(三苯基膦)-氯化钯(II),碘化亚铜(Ⅱ)和gFe3O4磁性微球分散到三乙胺和甲苯的混合溶液中。将混合物在氮气保护下搅拌1小时,温度为室温。随后,在氮气保护下加入四(4-乙炔基苯基)甲烷配体和1,4-二碘苯催化剂。上述反应溶液在90℃的条件下搅拌48小时。反应溶液自然冷却至室温后,以12000rpm/min的离心速度回收固体沉淀物,并用甲醇,丙酮,二氯甲烷洗涤,并在真空条件下干燥。
以下通过具体的实施例对本申请的技术方案进行说明。
实施例1:
(1)Fe3O4纳米微球的制备:首先,将1.0g六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O)和3.0g乙酸钠分散于15mL二甘醇和5mL乙二醇的混合物中。搅拌1小时后,将混合物转移至反应釜中。在200℃条件下反应12小时后,将反应溶液从反应釜中取出,通过离心收集黑色固体粉末。最后,用去离子水和乙醇洗涤沉淀物用于下一步合成过程。
(2)Fe3O4@MON纳米微球的制备:首先,将8.4mg双-(三苯基膦)-氯化钯(II),2.2mg碘化亚铜(Ⅱ)和0.5gFe3O4磁性微球分散到三乙胺(15mL)和甲苯(20mL)的混合溶液中。将混合物在氮气保护下搅拌1小时,温度为室温。随后,在氮气保护下加入50mg四(4-乙炔基苯基)甲烷和80mg1,4-二碘苯。上述反应溶液在90℃的条件下搅拌48小时。反应溶液自然冷却至室温后,以12000rpm/min的离心速度回收固体沉淀物,并用甲醇,丙酮,二氯甲烷洗涤,并在真空条件下干燥。由图1可以看出,Fe3O4@MON颗粒显示出近似球体的形状,其平均直径约为120nm。图2的透射电子显微镜照片中可以更加清晰地看出在Fe3O4磁性微球表面成功形成了一层MON聚合物,其厚度约为15nm。图3可以看出本发明的复合材料符合典型的Fe3O4和MON的X射线特征衍射峰。图4的比表面积分析证实了在裸露Fe3O4微球表面成功形成一层MON时,该复合材料的比表面积显著增加。
将上述复合材料应用于多种食品基质中12种全氟化合物的提取、分离与HPLC-MS/MS检测。
(1)牛奶和奶粉样品制备:在磁性固相萃取之前,进行脂肪和蛋白质的预处理以减少基质干扰。首先,将0.2g六氰基亚铁酸钾(II)和0.2g硫酸锌加入到30mL牛奶样品中和1.0g溶解在30mL去离子水中的奶粉样品中。将混合物溶液剧烈涡旋2分钟,然后以10000rpm/min的速度离心10分钟。收集上清液待用。
(2)肌肉组织样品制备:将2.0g肌肉组织和20mL乙腈混合,并用均质机均质,然后以12000rpm离心10分钟。取上清液,加入酸性硅胶(30%硫酸,w/w)除去上清液中的脂类物质。将上清液浓缩至干,并用去离子水复溶,待用。
(3)试样的富集:首先,将20mg复合材料加入上述上清液中,震荡萃取30分钟。在外加磁场作用下,将复合材料吸附剂与溶液进行分离,并加入2mL乙腈/水(70%,v/v)振荡洗脱8分钟,并在外加磁场作用下,分离洗脱液。最后,将洗脱液吹干并用0.1mL的甲醇/水(10%,v/v)复溶。
(4)HPLC-MS/MS检测:色谱柱型号为Unitary C18(5μm,150mm×2.1mm),梯度洗脱流速为0.4mL/min,进样量为10μL,流动相为甲醇和5mmol/L甲酸铵水溶液。洗脱程序为:10%甲醇,持续1分钟;1.5分钟时,甲醇增加至40%;13分钟时,甲醇增加至95%;0.1分钟后,甲醇下降至10%,并持续到17分钟。质谱条件:离子源为点喷雾电离源,温度为550℃,负离子模式,电压为-3000v,碰撞气体为氮气,扫描模式为多反应监测模式(MRM)。各化合物离子对信息见表1,该方法的实际参数见表2。
实际样品分析:牛奶、奶粉、牛肉和鱼肉样品在处理之前,均存放在冰箱中。各类别实际样品均进行了加标提取实验,加标回收率实验和实际检测数据见表3和表4。
表112种全氟类化合物的仪器分析参数
表2方法检出限、线性以及精密度实验
表3方法加标回收率以及基质效应
表4各实际样品检测结果
最后应该说明的是,以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然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)
1.一种基于微孔有机网状结构的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON的制备方法,其特征在于,包括:
将双-(三苯基膦)-氯化钯(II)、碘化亚铜(Ⅱ)和Fe3O4磁性纳米微球分散到三乙胺和甲苯的混合溶液中,混合均匀;
在惰性气体保护下,加入四(4-乙炔基苯基)甲烷配体和1,4-二碘苯催化剂,在高温下反应,冷却,固液分离,洗涤、干燥,即得Fe3O4@MON纳米微球。
2.如权利要求1所述的基于微孔有机网状结构的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON的制备方法,其特征在于,所述Fe3O4磁性纳米微球采用如下方法制备:
将六水合三氯化铁FeCl3·6H2O和乙酸钠分散于二甘醇和乙二醇的混合物中,混合均匀,溶剂热反应,固液分离,收集黑色固体粉末。
3.如权利要求1所述的基于微孔有机网状结构的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON的制备方法,其特征在于,所述双-(三苯基膦)-氯化钯(II)、碘化亚铜(Ⅱ)和Fe3O4磁性纳米微球的质量比为8.4~9:2.2~2.5:0.5×103~0.8×103。
4.如权利要求1所述的基于微孔有机网状结构的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON的制备方法,其特征在于,所述四(4-乙炔基苯基)甲烷、1,4-二碘苯和Fe3O4磁性纳米微球的质量比为5~8:8~10:50~60。
5.如权利要求1所述的基于微孔有机网状结构的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON的制备方法,其特征在于,所述高温反应的条件为90~95℃的条件下搅拌42~48小时。
6.如权利要求1所述的基于微孔有机网状结构的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON的制备方法,其特征在于,所述固液分离的方法为离心,转速为10000~12000rpm/min。
7.如权利要求1所述的基于微孔有机网状结构的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON的制备方法,其特征在于,所述洗涤采用甲醇,丙酮,二氯甲烷洗涤。
8.权利要求1-7任一项所述的方法制备的基于微孔有机网状结构的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON。
9.权利要求8所述的基于微孔有机网状结构的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON在全氟和多氟烷基物质PFAS提取、分离与HPLC-MS/MS检测中的应用。
10.一种基于磁性微孔有机网络复合材料的食品中全氟类化合物的富集分析方法,其特征在于,包括:
待测样品的预处理,收集上清液;
向所述上清液中加入权利要求8所述的磁性纳米颗粒Fe3O4@MON,震荡萃取;
然后在外加磁场存在的条件下,将所述磁性纳米颗粒Fe3O4@MON与溶液进行分离,并加入乙腈/水振荡洗脱;并在外加磁场作用下,分离洗脱液;
最后,将洗脱液吹干并用甲醇/水复溶;
采用HPLC-MS/MS检测,即得。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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