固相微萃取探针的制备及其在持久性有机污染物分析检测中的应用

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持久性有机污染物具有半挥发性、生物蓄积性和高毒性,能长期存在于环境介质中,可通过迁移转化、在生物体内累积对人类健康和生态环境造成危害,但其在环境中分布广泛而浓度较低,因此对环境中持久性有机污染物的准确定量分析检测具有重要的意义。固相微萃取技术是一种可应用于复杂样品分析并集分离、浓缩、进样于一体的绿色样品前处理技术。该技术利用平衡萃取和选择性吸附将分析物从样品中转移到萃取涂层上并可直接在分析仪器中解析检测,在整个过程中需要的样品体积较小且无需大量溶剂。目前固相微萃取技术(solid phase microextraction, SPME)已广泛应用于食品检测、活体检测、环境检测和药物分析等领域,但该技术随着应用范围的扩大,对萃取涂层的性能要求也越来越高,包括涂层的吸附性能、选择性能、重现性和使用寿命等。随着该技术的发展,商品化的萃取纤维涂层种类也逐渐增多,但其价格昂贵、检测种类和萃取能力有限,已不能满足检测浓度更低和使用范围更广的需求。因此,制备和使用性能更加优异的新型材料做涂层探针已成为目前该技术的研究热点。本文采用胶粘法和提拉法制备了三种稳定性和吸附能力较高、使用寿命长的新型固相微萃取探针,并与气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)和高效液相色谱-串联质谱联用(high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry, HPLC-MS/MS)建立了对环境中多种持久性有机污染物的分析检测方法。
  (1)基于ZIF-8的空心碳材料的SPME探针的制备及其在多氯联苯检测中的应用基于纳米级ZIF-8框架的空心碳材料(hollow carbon nanobubbles, HCNBs)具有超薄的多孔碳框架,可利用其较大的内部空间结构为目标分子提供较大的储存空间,以提高分子的富集能力,并且这种纳米级大小的空心碳结构有利于减小分子的传质距离而加速传质过程。本文采用胶粘法将HCNBs材料固定到钢丝上制备了SPME涂层探针,并且与商用针100μmPDMS,65μmPDMS/DVB和85μmPA相比,该探针对多种有机物的吸附能力可提高2-180倍。另外由于碳框架上分布的微孔结构,该材料对不同尺寸的分子表现出了尺寸选择性—更容易吸附尺寸较小的分子,并且该自制探针使用100多次后吸附能力仍保持不变,表现出了较高的使用寿命。在最优的实验条件下,以5种氯化程度不同的多氯联苯做分析物,自制的涂层探针与GC-MS表现出了较宽的线性范围(0.05-1000 ng?L-1)和较低的检出限(0.0017-0.0042 ng?L-1),并成功应用于三种水环境样品中多氯联苯的检测。此外本文还探究了基质效应的影响,结果表明该探针可用于其他复杂基质中多氯联苯的检测。
  (2)基于NU-1000涂层的SPME探针制备及其在有机氯农药检测中的应用
  NU-1000作为一种具有较高的比表面积和较大的介孔结构的金属有机框架材料,具有较高和较快的吸附能力,并且由于其晶体结构中具有较多的?键,可与分析物之间形成较强的?-?作用,从而进一步提高富集能力。本文利用胶粘法将该材料制备成SPME探针,并探究了该探针对有机氯农药的吸附能力,与商用针PA(85μm)和DVB/PDMS(65μm)作比较,该探针的吸附能力可提高2-20倍。在最优的实验条件下,NU-1000涂层探针与GC-MS建立了检测6种有机氯农药的方法,并且表现出了较宽的线性范围(0.1 ng·L-1-2000 ng·L-1)、较低的检出限((0.007-0.031 ng·L-1))和较好的重现性,最后成功应用于水环境样品中痕量的有机氯农药的检测。
  (3)基于NH2-ZIF-8的SPME探针的制备及其在全氟烷基酸类化合物检测中的应用
  在ZIF-8的合成过程中掺杂2-氨基苯并咪唑合成了NH2-ZIF-8,并用提拉法制备成SPME探针。引入的碱性基团-NH2不仅提高了材料的耐酸性,还可与全氟烷基酸分子中的酸性基团发生酸碱相互作用,进一步提高了材料的吸附能力,与商用针PA(85μm)相比,其吸附性能提高了10倍左右。NH2-ZIF-8以及探针的制备过程较简单,且制备的探针具有良好的重现性,与HPLC-MS/MS联用建立了检测水样中全氟烷基酸类的方法,表现出了较宽的线性范围(1ng·L-1-5000 ng·L-1)和较低的检出限(0.15 ng·L-1-0.75 ng·L-1),并成功应用于水环境样品中痕量的全氟烷基酸类的检测。
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