磁性分子印迹复合材料的制备及其在尿中磷酸二苯酯快速检测中的应用研究

发布时间：2020-05-13 10:03

【摘要】：有机磷阻燃剂(Organophosphate flame retardants,OPFRs)是一种赋予产品难燃性和自熄性的添加型助剂,广泛应用于电子产品、建筑材料、家装饰品、塑料制品与纺织品的生产与制造。研究表明,OPFRs是一类新型的环境内分泌干扰物(Endoctrine-disrupting chemicals,EDCs),同时还具有明显的神经毒性、基因毒性与致癌性,人类长期接触含有OPFRs的塑料制品、家具、电子产品甚至食物均会对健康构成潜在的危害。经证实,在尿液、血液、母乳、毛发等各种生物样本中均存在不同浓度的OPFRs及其代谢产物,尿中OPFRs代谢产物往往被作为评估人体OPFRs内暴露水平的标志物,其中磷酸二苯酯(Diphenyl phosphate,DPHP)是检出率最高的OPFRs代谢产物之一。由于尿样基质复杂,尿中DPHP浓度较低(一般在ng/mL水平),为了提高检测方法的灵敏度和准确度,需要利用有效的样品预处理技术进行分离富集,因此建立一种尿中痕量DPHP高效富集分离的前处理方法能够为开展OPFRs人群暴露评估提供关键技术支持。本研究制备了一种对DPHP具有特异性识别能力和高吸附容量的磁性分子印迹复合材料(Magnetic molecularly imprinted polymers,MMIPs),进一步通过优化相关实验条件建立了高效快速的磁性固相萃取(Magnetic solid-phase extraction,MSPE)前处理技术,并与超高效液相色谱-串联质谱(Ultra high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,UPLC-MS/MS)技术联用,实现对人群尿样中痕量DPHP的富集分离与快速检测。研究共分为三个部分:第一章磷酸二苯酯磁性分子印迹复合材料的制备及吸附性能研究目的:制备一种对DPHP具有特异性识别能力与高吸附容量的MMIPs,系统评价MMIPs对DPHP的各类吸附性能。方法:选择DPHP的结构类似物磷酸二苄酯(Dibenzyl phosphate,DBHP)作为模板分子、3-氨丙基三乙氧基硅烷(3-Aminopropyltriethoxysilane,APTES)为功能单体、原硅酸四乙酯(Tetramethoxysilane,TEOS)为交联剂,在分散性良好且具有超顺磁性的四氧化三铁纳米颗粒(Fe_3O_4 nanoparticles,Fe_3O_4 NPs)表面,通过溶胶-凝胶法一步合成分子印迹层,得到对DPHP具有特异性识别能力和高吸附容量的MMIPs复合材料。分别采用扫描电镜、透射电镜、红外光谱、磁滞曲线以及X-射线衍射对印迹材料进行表征,同时研究其各项吸附性能。结果:各类表征结果证明MMIPs已成功制备且具有较好的超顺磁性。Scatchard方程拟合显示MMIPs与磁性非印迹材料(Magnetic non-imprinted polymers,MNIPs)的表观最大吸附容量分别为311.09 mg/g和17.13 mg/g,MMIPs对DPHP具有较好的吸附选择性,印迹因子(Imprinting factor,IF)为5.47,其吸附过程可在30min内达到平衡。结论:MMIPs对DPHP具有特异性识别能力以及较高的吸附容量,可望用于尿样中痕量DPHP的高效净化富集。第二章磁性固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱联用技术用于尿中磷酸二苯酯的快速检测研究目的:以第一章制备的对DPHP具有特异性识别能力与高吸附容量的MMIPs作为吸附剂,建立了快速、简便且高效的MSPE前处理技术,并与UPLC-MS/MS技术联用,实现对尿样中痕量DPHP的分离富集与快速检测。方法:以MMIPs作为吸附剂,分别对吸附剂用量、溶液pH、洗脱液的组成、超声萃取时间以及洗脱时间等影响萃取效率的主要因素进行系统优化,建立尿样中痕量DPHP的MSPE预处理方法,并与UPLC-MS/MS技术联用,实现对尿样中痕量DPHP的分离富集与快速检测。结果:在最优MSPE条件下,尿中DPHP浓度在0.1-50 ng/mL范围内呈良好线性,该方法的检测限(Limit of detection,LOD)为0.035 ng/mL,尿样的加标回收率在85.8%-108.9%之间,相对标准偏差(Relative standard deviation,RSD)为5.1%-13.3%。结论:本研究建立的MSPE-UPLC-MS/MS联用技术具有操作简便、快速且灵敏度高、选择性好的优点,可用于尿样中痕量DPHP的高效萃取与快速检测。第三章高校大学生磷酸二苯酯的负荷水平分析目的:测定高校大学生尿中DPHP水平,分析其在采样周期内的变异情况并初步探讨影响尿中DPHP水平的相关因素,为进一步开展OPFRs暴露的人群健康风险评价提供基础数据与科学依据。方法:本研究于2018年11月收集了30名大学生(15名男性、15名女性)连续五日的尿样,采用第二章建立的MSPE-UPLC-MS/MS检测技术测定调查对象尿样中DPHP水平。采用组内相关系数(Intraclass correlation coefficient,ICC)评估晨尿、点尿中DPHP水平在采样周期内的变异情况。同时对研究对象进行问卷调查,调查内容包括研究对象的人口学指标(性别、身高、体重等)、生活方式行为(工作模式、个人卫生情况)以及饮食习惯等信息,利用单因素分析和线性回归模型进一步探究尿中DPHP水平的主要预测因子。结果:检测结果显示,经尿肌酐校正后女性尿中DPHP水平相对较高,中位值为0.61μg/g Cr,几何均值为0.69μg/g Cr,浓度范围在0.43-3.33μg/g Cr之间;而男性尿中DPHP水平的中位值以及几何均值分别为0.54μg/g Cr和0.56μg/g Cr,浓度范围为0.38-1.36μg/g Cr。研究对象晨尿中DPHP水平在整个采样周期内稳定性较好(ICC0.40),而点尿中DPHP水平的稳定性较差(ICC0.40)。单因素分析和线性回归模型的结果表明,调查对象尿中DPHP水平与性别(β=0.72;95%CI:0.48~0.96)、采样时间点(β=0.36;95%CI:0.08~0.65)以及点外卖频率(β=0.45;95%CI:0.07~0.74)等变量有显著相关性(p0.05)。结论:高校大学生人群在日常生活中普遍存在OPFRs暴露,研究对象尿中DPHP水平较高,可能与其不良的生活方式及饮食习惯有关。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R446.12;O631.3;O647.3

【参考文献】