环境雌激素检测方法学研究

论文摘要

环境雌激素是一类具有干扰人类和其他动物内分泌、影响生育能力的有毒有机污染物,一般以微量或痕量浓度存在于环境中。目前对环境中雌激素类污染物的检测一般需要繁琐、耗时的样品预处理过程,如液-液萃取等。为提高样品预处理的效率,在环境雌激素类污染物的检测中已经逐渐采用固相萃取富集样品,固相萃取减少了高纯溶剂的使用,处理效率高、操作简单,还可用于在线分析,适于大批量样品的分析;但固相萃取（SPE）方法缺乏选择性,因此在吸附浓缩环境中痕量污染物的同时,其他高浓度污染物也会被萃取下来,影响了样品预处理效率,降低了其在环境痕量污染物预处理中的应用价值。采用固相微萃取（SPME）处理污染物也取得了很好的富集效果,但固相萃取纤维的使用寿命短暂且易碎,不便于携带,不但提高了它的使用成本而且限制了其应用范围。分子印迹技术（molecular imprinting technique）是人工制备对某一特定分子（模板分子）具有选择性识别能力的聚合物技术。它是模仿抗原-抗体间特异性分子识别能力的一种技术。所得到的聚合物称为分子印迹聚合物（molecular imprinting polymers,简称MIPs）。MIPs可高特异性结合模板分子,也被称为人工抗体。由于分子印迹聚合物物理性质稳定,耐有机溶剂和酸碱,在较广的温度范围内性能仍可保持稳定,因此在复杂环境中有机污染物的分离检测等方面具有广阔的应用。本文以环境雌激素中的邻苯二甲酸二丁酯（DBP）为代表分子,通过优化DBP的印迹聚合条件,首次构建DBP分子印迹-石英晶体微天平传感器,无须样品前处理,直接对水样中的邻苯二甲酸二丁酯进行检测。本文还建立一种DBP微滴溶剂萃取-气相色谱检测方法,采用极少量溶剂萃取,对水样中的DBP进行检测。1.采用溶胶-凝胶法合成了MIP1-MIP9共9种邻苯二甲酸酯分子印迹聚合物及其相应的空白聚合物,并对其进行测试,实验结果表明:（1）不同功能单体对合成的聚合物性质差别很大,MIP 4和MIP 5在水解后几分钟到十几分钟内很快就凝胶化,固化速度太快,不利于传感器敏感膜的制备。MIP 3和MIP 6采用多种洗脱剂都很难洗脱。MIP 1,MIP 2,MIP 4,MIP 5的洗脱率相对较高。但只有以苯基三甲氧基硅烷（PTMOS）为功能单体的MIP 1与其空白聚合物的吸附量相差较大,印迹效果显著。（2）乙醇不仅作为溶剂,还作为缩合反应的产物,影响缩合反应平衡,最终影响印迹聚合物的产量。而且从吸附曲线看多加乙醇的印迹聚合物吸附能力降低。因此溶剂的量不宜过大。乙醇与烷氧基硅烷的摩尔比为3:1是合适的。（3）对于MIP 1,二氯甲烷和甲醇洗脱率最好,且相差不大。由于氯仿和二氯甲烷挥发性强,毒性强,会产生环境污染而且费用高。故对于MIP 1选用甲醇作为洗脱剂。（4）MIP 1对模板分子有较大的吸附量和良好地选择性,而在对两种分子结构相似的同系物分子的吸附试验中,随着浓度的增长,吸附量几乎没有变化,表明印迹材料对模板分子有良好的选择吸附性。2.采用溶胶凝胶法制备DBP分子印迹聚合物,涂于石英晶体金电极表面作为敏感膜,首次构建了检测DBP的MIP-QCM石英晶体微天平传感器,并对水样进行检测。实验结果表明: MIP-QCM具有较好的稳定性和检测重现性。采用1ppm的DBP水溶液重复测定10次的频率移动值△f标准偏差为3.86%。比较印迹聚合物与非印迹聚合物传感器对DBP的响应值可知,MIP-QCM响应均高于nMIP-QCM,而MIP1的频率变化显著高于其他MIP,也显著高于nMIP,所以本实验采用具有最佳选择性的MIP1。MIP-QCM对浓度小于20ppm的DBP标准曲线为直线。线性相关系数R2=0.9917,灵敏度112.02Hz/ppm。考察了MIP-QCM对邻苯二甲酸二丁酯（DBP）,邻苯二甲酸二辛基酯（DOP）和邻苯二甲酸丁基苄基酯（BBP）的选择性。结果表明,MIP-QCM对DBP选择性最好。与实验预期结果相符。3.采用液滴大小为2μl的甲苯为萃取溶剂,搅拌速度为300 r / min,萃取时间20分钟,液滴距液面1cm可获得对水样中DBP微滴萃取的最佳萃取条件。采用优化后的条件进行气相色谱测定,0.5-50μg/L范围内的DBP可以得到良好的线性关系,富集效率达191倍。回收率在89.3%-104.5%之间,RSD低于11.75%。检测加标的湖水,回收率为94.5%-107.8%。本研究以上结论,为DBP的检测提供了两种新方法。微滴萃取方法结合了液液萃取（LLE）和SPME的优点,集采样、萃取和浓缩于一体,灵敏度高,操作简单,而且快捷,廉价,所需要的有机溶剂少,是一项环境友好的样品前处理新技术,特别适合于环境样品中痕量、超痕量DBP的测定。本实验首次构建的MIP-QCM传感器可以对水样中微量DBP进行直接测量,无须样品前处理。且由于传感器体积小,稳定性高,装置简便,有望完善成为检测环境污水中DBP含量的便携式现场检测仪。具有很好的实际应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 邻苯二甲酸酯溶胶凝胶分子印迹聚合物的合成与表征
• 1. 前言
• 2. 实验部分
• 3. 结果与讨论
• 4. 小结
• REFERNCES
• 第二章 分子印迹-石英晶体微天平传感器的构建及其在水样中检测邻苯二甲酸二丁酯的应用
• 1. 前言
• 2. 实验部分
• 3. 结果与讨论
• 4. 小结
• REFERNCES
• 第三章 微滴溶剂萃取技术检测水体中邻苯二甲酸二丁酯
• 1. 前言
• 2. 实验部分
• 3. 结果与讨论
• 4. 小结
• REFERNCES
• 全文总结
• 综述：分子印迹-石英晶体微天平传感器及其在环境检测中的应用
• 综述：液相微萃取技术及其在环境分析中的应用
• 攻读博士学位期间发表和待发表的论文
• 致谢