综述:多孔有机聚合物的制备用于富集和检测鱼类中的酚类内分泌干扰物

《Journal of Chromatography A》:Preparation of porous organic polymers for enrichment and detection of phenolic endocrine disrupters in fish

【字体: 时间:2026年03月23日 来源:Journal of Chromatography A 4

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  高效液相色谱-质谱联用技术结合新型多孔有机聚合物DT-POP3用于鱼类中酚类内分泌干扰物的吸附富集与检测,该材料通过氢键和π-π堆积作用实现高吸附容量(线性范围4.00–1000 ng·g?1,检测限1.20–6.50 ng·g?1),方法回收率82.9–118.8%,RSD 1.8–9.6%,并建立绿色合成工艺。

  
宋文秋|刘志梅|王倩倩|刘伟华|林浩|吴秋华|王春
河北农业大学理学院,中国保定071001

摘要

酚类内分泌干扰化合物(EDCs)的污染对公共健康和环境构成了严重威胁,因此开发出灵敏且选择性的检测方法来检测酚类EDCs显得非常必要。通过2,4,6-三(2,4,6-三羟基芳基)-1,3,5-三嗪和4,4′-二氨基-对三苯的偶联反应,合成了一种多孔有机聚合物(DT-POP3)。DT-POP3通过氢键作用和π-π堆叠相互作用表现出对酚类EDCs的高吸附能力和快速吸附动力学。利用DT-POP3作为固相萃取吸附剂,建立了一种LC-MS方法来检测鱼类中的酚类EDCs。该方法具有宽线性范围(4.00–1000 ng·g?1)、低检测限(S/N = 3)(1.20–6.50 ng·g?1)、高加标回收率(82.9–118.8%)和低相对标准偏差(1.8–9.6%)。本研究的贡献不仅在于提出了一种可行的微量酚类EDCs吸附/检测方法,还为开发用于去除有机污染物的功能材料提供了一种新的范例。

引言

内分泌干扰化学物质(EDCs)是一类能够模仿、抑制或干扰人体激素信号的物质[1]。典型的EDCs包括酚类EDCs,如双酚S(BPS)、双酚F(BPF)、双酚B(BPB)、双酚A(BPA)和4-叔丁基酚(PTBP)。由于它们具有极强的稳定性、亲脂性和长期持久性,EDCs在水生生态系统中普遍存在,并可能进入食物链,在多种生物体内积累,即使是在微量水平下也会对生物体造成有害影响[2]。根据欧盟的规定,食品中内分泌干扰化学物质的特定迁移限(SML)为0.05 mg kg-1[3]。因此,迫切需要可靠的方法来富集和检测食品样本中的微量EDCs。然而,由于EDCs的浓度通常很低且食品基质复杂,这一任务具有挑战性。蛋白质、脂质和色素等大量干扰成分的存在会严重降低分析准确性,掩盖目标信号或产生基质效应。因此,开发高效的样品制备方法对于可靠地定量复杂食品基质中的微量EDCs至关重要,这对食品安全监测和人类健康风险评估具有重要意义。
固相萃取(SPE)相比其微型化版本具有明显的优势。首先,与分散型微萃取(D-μSPE)相比,SPE能够利用自动化平台处理大量样品,从而实现更高的富集因子和更好的重复性,适用于微量分析[4]。其次,与固相微萃取(SPME)不同,SPE cartridges是一次性的,消除了交叉污染,并通过选择性洗涤步骤实现有效的基质净化[5]。第三,与薄膜SPME(TF-SPME)相比,SPE可以容纳更大的吸附剂质量,并兼容更广泛的新材料,从而对超痕量污染物具有更好的吸附能力[6]。这些特性共同使得SPE成为可靠定量复杂基质样品中微量污染物的不可或缺的工具。
迄今为止,高效液相色谱(HPLC)结合质谱(MS)主要用于分析复杂基质中的酚类EDCs[7]。这种偏好主要归因于MS检测器的高选择性和特异性。MS检测器在选离子监测(SIM)模式下的高选择性源于其能够连续监测仅对应于目标分析物的特定m/z值。这种靶向方法有效排除了共洗脱的基质成分的干扰,显著提高了信噪比,确保了在复杂食品基质中的可靠定量。考虑到实际样品中酚类EDCs的超痕量水平及复杂的基质,之前已经报道了多种样品预处理技术,如分散型液-液微萃取(DLLME)[8]、固相微萃取(SPME)[9]、磁性固相萃取(MSPE)[10]和固相萃取(SPE)[11]等。其中,SPE因其操作简便、快速、灵活和试剂消耗低而被广泛认为是有效的样品预处理方法[12]。在SPE中,吸附剂的富集效率对目标分析物的灵敏检测起着关键作用。因此,探索高性能的SPE吸附剂具有很高的价值。
多孔有机聚合物(POPs)具有吸引人的特性,包括较大的表面积、丰富的孔隙结构、高稳定性和可调的功能性,使其成为吸附应用的理想材料[13]。例如,郭等人制备了一种带有磺酸基团的超交联聚合物,用作吸附剂以促进EDCs的提取和预浓缩[14]。还开发了一种含有羟基和羧基的共轭微孔纳米材料,专门用于吸附淡水鱼样本中的酚类EDCs[7]。羧基功能化的多孔聚合物也对酚类EDCs表现出良好的富集效果[15]。范等人制备了阳离子多孔聚合物,以实现水和鱼样本中EDCs的有效富集[16]。尽管这些POPs表现出良好的吸附性能,但其合成过程往往涉及对环境有害的操作,如依赖不可再生单体、大量消耗有机溶剂和高温反应[17]。因此,在绿色反应条件下探索新型POPs的合成具有很大的前景。
在这项工作中,首次通过在水溶液中使用2,4,6-三(2,4,6-三羟基苯基)-1,3,5-三嗪(TRT)(或2,4,6-三(2,4-二羟基苯基)-1,3,5-三嗪(TDT)、2,4,6-三(2-二羟基苯基)-1,3,5-三嗪(TMT)和4,4′-二氨基-对三苯(DPT)作为单体,通过偶联反应合成了三种新的POPs(DT-POP3、DT-POP2和DT-POP1)。DT-POP3对酚类EDCs(BPS、BPF、BPA、BPB和PTBP)表现出良好的吸附性能。利用DT-POP3作为吸附剂,成功开发了一种HPLC/MS方法,用于富集和测定鲈鱼、鳕鱼和鲤鱼中的微量酚类EDCs(图1)。通过密度泛函理论(DFT)计算探讨了DT-POP3对酚类EDCs的吸附机制,证明主要吸附机制是π-π堆叠相互作用和氢键作用。这项工作为监测鱼类样本中的微量酚类EDCs提供了一种新方法,并为设计用于污染物富集的功能材料提出了新的思路。

实验部分

所用试剂、材料和仪器信息见补充信息(SI)。

表征

通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)(图2a)对POPs的结构进行了表征。与2,4,6-三(羟基芳基)-1,3,5-三嗪相比,DT-POPs在1060 cm-1、1395 cm-1、1529 cm-1处仍观察到特征峰,这些峰与三嗪环的C=N键伸缩振动相关[20]。DT-POPs在3420 cm-1处的峰来源于2,4,6-三(2,4-三羟基芳基)-1,3,5-三嗪中的-OH基团[21]。与DPT相比,DT-POPs在1400 cm-1处出现了新的吸收带

结论

在这项研究中,成功合成了DT-POP3并将其作为固相萃取吸附剂。结合HPLC-MS,该方法能够灵敏地检测鱼类样本中的酚类EDCs,表现为低检测限(1.20–6.50 ng·g?1)和满意的加标回收率(82.9–118.8%)。DT-POP3对酚类EDCs的高吸附能力主要归因于氢键作用和π-π相互作用。尽管本研究为设计POPs提供了一种新策略

作者贡献声明

宋文秋:撰写 – 原始草稿,研究,概念构思。刘志梅:研究。王倩倩:方法学,研究。刘伟华:撰写 – 审稿与编辑,验证,监督,概念构思。林浩:方法学,研究。吴秋华:撰写 – 审稿与编辑,监督,概念构思。王春:撰写 – 审稿与编辑,监督。
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