液质联用技术测定芳香胺及其与牛血清白蛋白相互作用的研究

论文摘要

近年来,随着工业的迅猛发展,随之带来的环境污染问题越显突出,各种污染物在环境体中的迁移造成空气、水体及土壤等污染,污染无所不在,其防治已成为一个全球性的问题。芳香胺是一类重要的环境污染物,已被列为优先监控的环境污染物之一。医学研究表明,许多芳香胺具有致突变性和致癌性,能引起身体多个部位的病变,对人们的健康构成极大的威胁。芳香胺在工业上用途非常广泛,应用于橡胶、医药、印染和油漆等多个化工行业,尤其是印染工业,废水常含高浓度的芳香胺中间体,而且部分染料经过复杂的化学反应和微生物作用也最终释放出芳香胺,从而造成大范围的水体等环境体系的污染。除工业污染外,随着人们生活水平的提高,对纺织品的色彩花样产生了更丰富的需求,例如:偶氮染料是一类最重要的合成染料,当偶氮染料随着皮肤接触等各种途径进入人体后,易被还原成芳香胺;人们每天与化妆品打交道,五颜六色的彩妆背后隐藏险机;另外,某些不合格的包装材料释放芳香胺也时常引发食品安全问题。这些都与人们的日常生活密切相关,人们在享受生活的同时,很少认识到芳香胺就在身边。建立、完善和发展芳香胺污染物的分析方法是环境综合治理的关键环节之一,也是分析化学和环境化学的热点研究课题,具有重要的研究意义和较好的应用价值。本学位论文采用高效液相色谱-质谱联用分析技术,发展了分析测定芳香胺的新方法。样品分别针对流动性强的水体和使用量大的纺织品,利用色谱的高分离效能和质谱的高灵敏度检测特点,提高分析方法的灵敏度、选择性和方法可靠性,高效液相色谱-质谱联用分析技术集在线分离、定性和定量为一体,有利于实现快速分析,降低分析费用,增加方法的实用性,使其更适用于痕量的芳香胺类污染物样品的分析;将该方法用于染色纺织品在模拟汗液、碱性洗涤剂浸泡溶液中的芳香胺定量分析,并得到芳香胺在模拟条件下的迁移初步研究结果;通过采用灵敏的荧光分析技术研究了芳香胺与蛋白质之间的相互作用,从芳香胺与蛋白质结合的分子结构角度来探讨芳香胺对生物体的危害性。力求从芳香胺的分析检测、迁移模拟和毒理探讨等方面进行探索性的研究工作,主要研究内容如下:1.首先概述了芳香胺类化合物的性质及其对人体健康的危害性,重点综述和比较了近年来有关芳香胺的分析方法和发展新方法的必要性。简要介绍了蛋白质的结构、功能和性质,然后对常见药物小分子与蛋白质生物大分子相互作用的研究方法、研究内容等方面展开了评述。以此作为本论文的立题依据及工作基础。2.水乃生命之源,对人类的重要性不言而喻。我国对污水中芳香胺类化合物的排放已有严格的标准（GB8978-1996）控制,但不适于浓度较低样品的检测,而有机化合物污染往往具有浓度低、危害大、周期长的特点。本实验建立了一种高效液相色谱-质谱联用法,用于快速检测水中痕量芳香胺。色谱分离采用反相C18色谱柱（250mm×4.6mm ID,5μm）,以甲醇-甲酸铵缓冲液为流动相,流速为1.0mL/min,采用梯度洗脱,分流进样。质谱采用电喷雾电离源正离子模式,以各种化合物的选择离子[M+H]+监测模式,通过分段采集提高方法的灵敏度和选择性。实验发现,联苯胺、苯胺、对甲苯胺、对硝基苯胺、甲萘胺有良好的线性关系,它们的线性范围分别为:7.03～281.30μg/L,10.65～213.10μg/L,11.91～238.20μg/L,12.39～247.90μg/L和14.55～291.10μg/L。通过标准添加回收法,回收率为92.7%～101.4%。方法检出限为:1.7～3.2μg/L。该分析方法灵敏度高、前处理简便、所测浓度范围宽,适用于废水中芳香胺环境污染物的快速测定。3.偶氮染料是染料中最重要的一类,人们在日常生活中通过服装与之频繁接触,进入人体后易被转化成芳香胺,危害人的健康。本实验建立了一种高效液相色谱-质谱联用方法,用于测定纺织品中联苯胺、4,4-二氨基二苯甲烷、3,3′-二甲氧基联苯胺、3,3′-二甲基联苯胺及4,4′-二氨基二苯硫醚芳香胺类化合物的含量。仍然采用反相C18色谱柱,以甲醇-5mmol/L甲酸铵缓冲溶液（pH=6.0）为流动相,流速为1.0mL/min,采用梯度洗脱,分流进样。质谱采用电喷雾电离源正离子模式,以各种化合物的选择离子[M+H]+作为监测离子进行定量分析。实验发现,联苯胺、4,4-二氨基二苯甲烷、3,3′-二甲氧基联苯胺、3,3′-二甲基联苯胺的线性范围为5～200μg/L,而4,4′-二氨基二苯硫醚为0～200μg/L。采用梯度洗脱和分段采集的办法提高分离选择性和灵敏度,LC-MS可直接进样测定染织物中上述5种芳香胺。4.为进一步研究染色纺织品中的偶氮染料与人实际接触过程中芳香胺的迁移行为,以警示和预防芳香胺的危害,本文建立了人工染色纺织品在模拟汗液、碱性洗涤剂浸泡溶液中芳香胺的液相色谱-电喷雾质谱联用定量分析方法。本实验采用分段采集质谱选择离子定量方法测定了不同条件下的模拟汗液、碱性洗涤剂浸泡溶液中的偶氮染料还原物芳香胺含量。对氯苯胺、4,4′-二氨基二苯甲烷、邻甲苯胺、4,4′-二氨基二苯醚、联苯胺的浓度分别12.75～2552.00μgL-1,13.71～2741.00μgL-1,22.18～2218.00μgL-1,27.34～2734.00μgL-1和24.72～2472.00μgL-1范围线性关系良好,线性范围较宽,相对标准偏差小于4.06%,这有利于检测较大模拟范围的样品。初步研究表明,对染色纺织来说,偶氮染料中的芳香胺较易迁移进入模拟汗液及碱性洗涤剂中。5.利用荧光法、质谱法和紫外可见光谱法研究了芳香胺与牛血清白蛋白（BSA）的相互作用,结果表明,对硝基苯胺能与BSA相结合,结合后对硝基苯胺的ESI-MS选择正离子峰明显减弱,并有规律地猝灭BSA的内源荧光,其机理属静态猝灭过程。实验获得了不同温度下,对硝基苯胺与BSA结合的距离（r）、作用的结合常数和热力学参数、能量转移效率（E）和基本的热力学参数（ΔHθ、ΔSθ和ΔGθ）。通过热力学数据判断,疏水作用是两者之间的主要驱动力;由F（o|¨）rster非辐射能量转移理论计算得出了对硝基苯胺与BSA结合位置的距离;采用同步荧光研究发现,对硝基苯胺能进入BSA的疏水区,从而对BSA的构象产生一定的影响,这与芳香胺化合物的生物毒性有关。此外,还发现4,4′-二氨基二苯醚和联苯胺与BSA也存在类似的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 环境污染物芳香胺的分析方法及化合物与蛋白质作用研究进展
• 1.1 芳香胺的物理化学性质及用途
• 1.1.1 芳香胺的物理性质
• 1.1.2 芳香胺的化学性质
• 1.1.3 芳香胺的制法
• 1.1.4 芳香族硝基化合物
• 1.1.5 芳香族偶氮化合物
• 1.2 芳香胺的毒性、用途及控制标准
• 1.2.1 芳香族的毒性
• 1.2.2 芳香族的用途及控制标准
• 1.3 芳香胺的污染途径
• 1.3.1 水体
• 1.3.2 食品
• 1.3.3 纺织品
• 1.4 芳香胺的预处理方法与测定方法
• 1.4.1 芳香胺的前处理方法
• 1.4.2 芳香胺的测定方法
• 1.5 芳香胺与血清白蛋白的相互作用
• 1.5.1 蛋白质的定义及概述
• 1.5.2 血清白蛋白的光谱性质
• 1.5.3 血清白蛋白的研究方法
• 1.5.4 研究内容
• 1.6 存在的问题及研究前景
• 1.7 本论文工作的选题意义及主要内容
• 第2章 液相色谱-质谱法测定废水中芳香胺类化合物
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器和试剂
• 2.2.2 色谱及质谱条件
• 2.2.3 标准溶液的配制
• 2.2.4 样品的处理
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 色谱条件的选择
• 2.3.2 质谱分析
• 2.3.3 标准曲线及最低检测限
• 2.3.4 回收率测定与精密度
• 2.3.5 样品的测定
• 2.4 结论
• 第3章 液相色谱-质谱法测定染色纺织品中芳香胺类化合物
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器和试剂
• 3.2.2 色谱及质谱条件
• 3.2.3 标准溶液的配制
• 3.2.4 样品的处理
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 色谱条件的选择
• 3.3.2 质谱分析
• 3.3.3 标准曲线及最低检测限
• 3.3.4 回收率测定与精密度
• 3.3.5 样品的测定
• 3.4 结论
• 第4章 液相色谱-质谱联用法测定染色纺织品浸泡液中芳香胺
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器和试剂
• 4.2.2 模拟浸泡液的配制
• 4.2.3 标准溶液的配制
• 4.2.4 色谱和质谱条件
• 4.2.5 样品的处理
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 色谱条件的选择
• 4.3.2 质谱分析
• 4.3.3 标准曲线及最低检测限
• 4.3.4 回收率测定与精密度
• 4.4 样品浸泡液的分析
• 4.4.1 浸泡温度和时间的选择
• 4.4.2 浸泡液对染色纺织品的浸泡
• 4.5 结论
• 第5章 对硝基苯胺与牛血清白蛋白的相互作用研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 仪器和试剂
• 5.2.2 溶液的配制
• 5.2.3 荧光光谱实验方法
• 5.2.4 质谱实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 对硝基苯胺对BSA的荧光猝灭光谱
• 5.3.2 对硝基苯胺（PNA）与BSA相互作用的质谱表征
• 5.3.3 对硝基苯胺与BSA荧光猝灭机理
• 5.3.4 对硝基苯胺与BSA结合常数与热力学性质的变化的确定
• 5.3.5 对硝基苯胺与BSA之间作用力类型的确定
• 5.3.6 对硝基苯胺与BSA之间的结合距离
• 5.3.7 对硝基苯胺对BSA构象的影响
• 5.3.8 4,4′-二氨基二苯醚与BSA的相互作用荧光光谱图
• 5.3.9 联苯胺与BSA的相互作用荧光光谱图
• 5.4 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者攻读硕士学位期间发表、待发表论文和专利目录