CN115068977B - 一种高选择性富集全氟化合物的固相微萃取探针的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高选择性富集全氟化合物(PFCs)的固相微萃取探针的制备方法及其应用，先对探针固体基质进行表面改性，然后以C10‑C18脂肪酸甘油三酯为虚拟模板分子，利用虚拟模板分子印迹技术原位聚合制备了对PFCs具有高选择性吸附能力的分子印迹涂层，制备方法方法简单，降低前处理成本，显著提高复杂基体样品中痕量PFCs分析的灵敏度，减少基体效应，实现复杂体系中PFCs的直接、快速分析。

Description

一种高选择性富集全氟化合物的固相微萃取探针的制备方法 及其应用

技术领域：

本发明涉及一种高选择性富集全氟化合物的固相微萃取探针的制备方法及其应用。

背景技术：

全氟化合物(PFCs)是指化合物分子中与碳原子连接的氢原子全部被氟原子所取代的一类有机化合物，广泛应用于纺织、化工、食品等领域。但由于PFCs具有环境持久性、生物毒性、生物累积性和远距离传输等持久性有机污染物(POPs)的特征，其在人类生存环境中的检测不容忽视。自2009年全氟辛烷磺酸(PFOS)被收入《斯德哥尔摩公约》附录后，PFCs检测技术的开发受到越来越多的重视。

目前，针对检测PFCs的前处理方法主要有碱消解、液液萃取、加速溶剂萃取、超声波萃取、固液萃取等。碱消解法需使用带有腐蚀性的强碱消解破坏样品中有机物，耗时较长。液液萃取法有机试剂耗量大，耗时长，在一些样品中还可能产生乳化现象，降低萃取率。加速溶剂萃取需使用有机溶剂和外加温度压力，对实验条件要求较为苛刻。超声波提取法虽操作简单，但提取率较低，需多次重复提取。固相萃取操作方法简单、消耗溶剂较少，可大批量处理，但成本较高。近年来研究人员聚焦固液萃取技术，从而发展出集选择、富集和进样于一体的固相微萃取技术。该技术可实现微量、快速取样，但萃取头的涂层材料成本较高且寿命较低的问题仍未解决，大大限制了其应用。所以，急需开发一种可以成本低廉、提高PFCs灵敏度的新型前处理方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高选择性富集全氟化合物(PFCs)的固相微萃取探针的制备方法及其应用，先对探针固体基质进行表面改性，然后以C10-C18脂肪酸甘油三酯为虚拟模板分子，利用虚拟模板分子印迹技术原位聚合制备了对PFCs具有高选择性吸附能力的分子印迹涂层，制备方法方法简单，降低前处理成本，显著提高复杂基体样品中痕量PFCs分析的灵敏度，减少基体效应，实现复杂体系中PFCs的直接、快速分析。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种高选择性富集全氟化合物的固相微萃取探针的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)探针基质预处理：选用尖端外径为0.05-0.20mm的圆锥体的木质材料或表面经过粗糙化处理的硬质金属材料为探针基质，依次用甲醇、去离子水洗净后加入含2-5vt％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的溶剂中，在氮气保护下110-120℃、12-24h进行硅烷化反应，制得富含甲基丙烯酰氧基的基质；

2)虚拟模板分子印迹聚合反应：以摩尔比为1：1的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和全氟辛基乙基丙烯酸酯为功能单体，C10-C18脂酸甘油三酯为模板分子，偶氮二异丁腈为引发剂，二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂，室温下放置2-6h预聚合，然后放入预处理后的探针基质，在氮气保护下，50-80℃分子印迹聚合反应12-24h进行分子印迹聚合反应；

3)洗脱模板：将含10-20vt％乙酸的甲醇溶液对探针进行索氏提取48-72h，然后使用甲醇洗除残留的乙酸直至中性，即得高选择性富集全氟化合物的固相微萃取探针。

优选地，步骤1)硬质金属材料为钨，溶剂为无水甲苯或N，N-二甲基甲酰胺或二氯甲烷中一种。

优选地，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和C10-C18脂酸甘油三酯的摩尔比为2:1。

所述的全氟化合物包括全氟己酸、全氟庚酸、全氟辛酸、全氟壬酸、全氟癸酸、全氟十一酸、全氟十二酸、全氟十三酸、全氟十四酸、全氟十五酸、全氟十六酸、全氟十七酸、全氟十八酸、全氟庚烷磺酸、全氟辛烷磺酸、全氟癸烷磺酸中的一种或多种。

本发明还保护高选择性富集全氟化合物的固相微萃取探针的应用，用于复杂食品和生物样品中的全氟化合物的固相微萃取，然后作为固体基质电喷雾离子源来进行直接电喷雾离子化-质谱分析。

本发明的有益效果如下：

1)本发明先对探针固体基质进行表面改性，然后以C10-C18脂肪酸甘油三酯为虚拟模板分子，利用虚拟模板分子印迹技术结构预定性、识别特异性、制备简便、成本低、耐受性强等优点，通过对单体比例，洗脱时间等因素的调控，原位聚合制备了对全氟化合物(PFCs)具有高选择性吸附能力的分子印迹涂层，该涂层制备简单、价格低廉、稳定性好、避免交叉污染。

2)本发明得到的分子印迹涂层涂层具有较大的印迹孔穴、丰富的结合位点，可通过氟-氟相互作用、疏水相互作用和静电作用对复杂食品和生物样品中的全氟化合物进行高效萃取富集，有效检测全氟化合物，并将其作为固相微萃取探针进行直接质谱分析，降低前处理成本，显著提高复杂基体样品中痕量全氟化合物分析的灵敏度，减少基体效应，实现复杂体系中全氟化合物的直接、快速分析。

3)本发明实现了固相微萃取和分子印迹法的结合，使用有机溶剂少、印迹涂层特异性吸附能力强、可操作性强、常压敞开质谱检测快速，可对复杂食品中的全氟化合物进行高效萃取富集，检出限可达ng/L水平，分析时长可缩短至5-10s。为复杂食品介质、环境及生物样品中痕量全氟化合物的快速、直接、灵敏分析夯实基础。

附图说明：

图1是本发明制备探针制备及应用示意图；

图2是实施例1制备的探针和对照例未经处理的桦木牙签空白样品的XRD对照图，其中a、b为桦木牙签空白样品，c、d为实施例1制备的探针；

图3是实施例1萃取后的质谱图；

图4是对照例萃取后的质谱图。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

首先选取总长度约20mm的桦木牙签进行预处理，将桦木牙签削至外径为0.08mm的圆锥体尖端，依次用无水甲醇、去离子水，浸泡清洗10min，自然晾干；然后，将清洗好的木签加入100mL无水甲苯，5mLγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，在氮气保护下，加热至110℃搅拌回流反应24h。反应结束后用无水乙醇洗涤数次，经自然晾干制得表面富含甲基丙烯酰氧基的木签。然后，将10mL氯仿和20mL乙腈混合后，再与含有1mmoL甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、1mmoL全氟辛基乙基丙烯酸酯、0.5mmoL C10-C18脂肪酸甘油三酯的混合物超声溶解，室温下放置8h进行预聚合。然后依次加入预处理后的木签，200μL二甲基丙烯酸乙二醇酯和20mg偶氮二异丁腈，在氮气保护下，60℃反应24h；最后，用体积比1：9的乙酸和甲醇溶液索氏提取法洗脱48h，然后用甲醇洗涤木签数次，晾干，即得高选择性富集全氟化合物的固相微萃取探针。

将该探针放入到100mL含全氟化合物浓度为10-5000ng/L的加标水样中，200rpm恒温震荡萃取30min，纯水清洗10s；该探针萃取后在常压敞开的条件下，尖端对准质谱入口10mm，加载4.5kV的高压电场，将10μL甲醇喷雾溶剂滴加在探针的尖端上然后进行质谱分析，结果如表1所示。其中，图3为10μg/L全氟化合物的质谱谱图。

表1实施例1制备的探针在加标水样中的应用

对照例：

选取总长度约20mm的桦木牙签，将桦木牙签削至外径为0.08mm的圆锥体尖端放入到100mL含全氟化合物浓度为10-5000ng/L的加标水样中，200rpm恒温震荡萃取30min，纯水清洗10s；该探针萃取后在常压敞开的条件下，尖端对准质谱入口10mm，加载4.5kV的高压电场，将10μL甲醇喷雾溶剂滴加在探针的尖端上然后进行质谱分析，图4为10μg/L全氟化合物的质谱谱图。

实施例2：

首先选取总长度:20mm的钨针进行预处理，将外径为0.2mm的圆锥体钨针尖端，依次用无水甲醇、去离子水，浸泡清洗10min，自然晾干；然后，将清洗好的钨针加入98mL无水N，N-二甲基甲酰胺，2mLγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，在氮气保护下，加热至120℃搅拌回流反应12h。反应结束后用无水乙醇洗涤数次，经自然晾干制得表面富含甲基丙烯酰氧基的钨针。然后，将10mL氯仿和20mL乙腈混合后，再与含有1mmoL甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、1mmoL全氟辛基乙基丙烯酸酯、0.5mmoL C10脂肪酸甘油三酯的混合物超声溶解，室温下放置8h进行预聚合。然后依次加入预处理后的钨针，200μL二甲基丙烯酸乙二醇酯和20mg偶氮二异丁腈，在氮气保护下，80℃反应12h；最后，用体积比1：9的乙酸和甲醇溶液索氏提取法洗脱48h，然后用甲醇洗涤钨针数次，晾干，即得高选择性富集全氟化合物的固相微萃取探针。

Claims (5)

1.一种高选择性富集全氟化合物的固相微萃取探针的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）探针基质预处理：选用尖端外径为0.05-0.20 mm的圆锥体的木质材料或表面经过粗糙化处理的硬质金属材料为探针基质，依次用甲醇、去离子水洗净后加入含2-5 vt% γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的溶剂中，在氮气保护下110-120 ℃、12-24 h进行硅烷化反应，制得富含甲基丙烯酰氧基的基质；

2）虚拟模板分子印迹聚合反应：以摩尔比为1：1的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和全氟辛基乙基丙烯酸酯为功能单体，C10-C18脂酸甘油三酯为模板分子，偶氮二异丁腈为引发剂，二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂，室温下放置2-6 h预聚合，然后放入预处理后的探针基质，在氮气保护下，50-80 ℃分子印迹聚合反应12-24 h进行分子印迹聚合反应；

3）洗脱模板：将含10-20 vt%乙酸的甲醇溶液对探针进行索氏提取48-72 h，然后使用甲醇洗除残留的乙酸直至中性，即得高选择性富集全氟化合物的固相微萃取探针。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）硬质金属材料为钨，溶剂为无水甲苯或N，N-二甲基甲酰胺或二氯甲烷中一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和C10-C18脂酸甘油三酯的摩尔比为2:1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的全氟化合物包括全氟己酸、全氟庚酸、全氟辛酸、全氟壬酸、全氟癸酸、全氟十一酸、全氟十二酸、全氟十三酸、全氟十四酸、全氟十五酸、全氟十六酸、全氟十七酸、全氟十八酸、全氟庚烷磺酸、全氟辛烷磺酸、全氟癸烷磺酸中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的制备方法制得的高选择性富集全氟化合物的固相微萃取探针的应用，其特征在于，用于复杂食品和生物样品中的全氟化合物的固相微萃取，然后作为固体基质电喷雾离子源来进行直接电喷雾离子化-质谱分析。