分子印迹固相微萃取涂层的制备、评价及在农残检测中的应用

论文摘要

固相微萃取（Solid Phase Microextraction,SPME）因其众多优点在食品领域已经得到广泛应用。然而,针对食品样品成分复杂而且待测物含量低的情况,现有的商品化SPME涂层远远不能满足检测需要,除了涂层种类较少以外,主要原因就是涂层缺乏高选择性,影响方法的灵敏度和准确度。因而,研制具有高选择性乃至特异性的SPME涂层成为众多科学工作者的努力目标。分子印迹聚合物（Molecularly Imprinted Polymer,MIP）凭借其独特的识别能力已成为一种新型的萃取吸附材料。将MIP的高选择性与SPME技术操作简便、易自动化的特点相结合,可使SPME更高效地从复杂样品中分离富集目标分子,消除基体干扰,提高分析方法的灵敏度和准确度。本课题对目前制备分子印迹SPME涂层的主要方法进行了比较,确定了溶胶-凝胶制备法的可行性和必要性;采用溶胶-凝胶法,分别以高效氯氰菊酯和二嗪农为模板分子,制备了两种分子印迹SPME萃取头,对涂层性能进行了评价,建立了实际样品中农药残留检测的新方法。主要内容和结果如下:1分子印迹SPME涂层制备方法的比较以甲基丙烯酸（MAA）为功能单体、二嗪农为模板分子,分别采用溶胶-凝胶法、共聚法、管内聚合法制备了 3种分子印迹SPME萃取头（MIP-12、MIP-13、MIP-14）,对萃取头进行了全面的评价。3种MIP萃取头都有较好的化学稳定性。共聚法和管内聚合法制备的MIP萃取头的热稳定性分别为320 ℃C、300 ℃C,而溶胶-凝胶法制备的MIP萃取头的热稳定性高达360℃。3种MIP萃取头（20 μm）的萃取能力都高于85μm PA与100μm PDMS商用涂层。分别顶空萃取和直接萃取对不同极性溶剂中的二嗪农进行萃取,3种MIP萃取头都在顶空萃取时萃取量较大,并且在水中的萃取量大于在其它溶剂中的萃取量;溶胶-凝胶法制备的MIP萃取头萃取能力最好,其次是管内聚合法制备的MIP萃取头,再次是共聚法制备的MIP萃取头。分别在顶空萃取和直接萃取条件下,以3种MIP萃取头对水中模板分子及其结构类似物萃取来评价萃取头的选择性共聚法制备的MIP萃取头的选择性较好,但是受萃取方式影响较大,直接萃取时印迹倍数在1.19-3.24之间,顶空萃取时印迹倍数在1.13-2.03之间,并且对模板分子及其结构类似物的选择性差异较大。MIP-14对模板分子及其结构类似物的选择性都相当,在1.48-1.85之间。在HS-SPME条件下,MIP-12对模板分子及其结构类似物的选择性在1.40-1.77之间;MIP-13除对模板分子二嗪农及甲基甲基嘧啶磷的选择性较好（分别为2.03、1.74）外,对甲基对硫磷、水胺硫磷、喹硫磷选择性较差,分别为1.19、1.13、1.23;MIP-14对二嗪农及甲基对硫磷的选择性分别为1.70、1.81,对其他结构类似物的选择性只在1.14-1.40之间。2高效氯氰菊酯印迹的溶胶-凝胶SPME涂层的制备、评价与应用采用溶胶-凝胶法,以高效氯氰菊酯为模板分子,甲基丙烯酸丁酯（BMA）、二乙烯基苯（DVB）为功能单体制备了高效氯氰菊酯印迹的SPME萃取头,与气相色谱/电子补获检测器（GC-ECD）联用检测复杂样品茶叶中的高沸点菊酯类农药。该萃取头具有高的热稳定性（340℃）、好的化学稳定性及制备重现性。确定了 SPME的最优条件,并在最优条件下建立了茶叶中菊酯类农药残留的SPME气相色谱检测方法。方法的线性相关系数大于0.998,连续5次检测的RSD值在5.92%-12.9%之间,检测限低至1.65μg/kg。对于不同添加水平的所有分析物,本方法测定的回收率在 78.89%-121.67%之间。3二嗪农印迹的BMA/DVB固相微萃取涂层的制备、评价与应用以BMA、DVB为复合功能单体、二嗪农为模板分子、采用溶胶-凝胶法制备了二嗪农印迹的BMA/DVB固相微萃取萃取头,与气相色谱/氮磷检测器（GC-NPD）联用检测水果中的有机磷农药。该萃取头具有好的选择性及萃取能力、极高的热稳定性（360℃）、好的溶剂稳定、且能克服不同水果之间的基质差异。确定的最优SPME条件为:萃取温度80℃,萃取时间50min,不加盐,解吸温度260℃,解吸时间lOmin,样品稀释4倍。建立了水果中有机磷农药残留的检测方法并对方法进行了评价,4种有机磷的线性范围都在3个数量级以上,线性相关性优于0.9986。在3倍的信噪比条件下计算方法的检测限为0.004-0.070μg/kg。连续5次检测的RSD值小于7.32%。对4种农药在3个不同加标浓度下的回收率在90.01%至117.77%之间。真实样品检测时,在苹果中检测到二嗪农的含量为0.5 μg/kg,草莓中甲基对硫磷的含量为 4.5μg/kg。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语表
• 第一章 前言
• 1 固相微萃取技术
• 1.1 固相微萃取装置与原理
• 1.2 固相微萃取的形式
• 1.2.1 纤维式固相微萃取
• 1.2.2 管内固相微萃取
• 1.2.3 固相微萃取搅拌棒
• 1.2.4 固相微萃取膜
• 1.3 固相微萃取萃取方式
• 2 分子印迹固相微萃取
• 2.1 分子印迹技术及原理
• 2.2 分子印迹固相微萃取萃取头的制备方法
• 2.2.1 涂渍装填法
• 2.2.2 共聚法
• 2.2.3 溶胶-凝胶法
• 2.2.4 电化学法
• 2.2.5 其他方法
• 2.3 分子印迹固相微萃取萃取头的评价
• 2.3.1 红外光谱法
• 2.3.2 扫描电镜法
• 2.3.3 热稳定性
• 2.3.4 化学稳定性
• 2.3.5 萃取能力
• 2.3.6 选择性
• 3 分子印迹固相微萃取的应用
• 4 本论文研究目的及内容
• 4.1 研究目的和意义
• 4.2 研究内容
• 第二章 分子印迹固相微萃取涂层制备方法的比较
• 1 引言
• 2 实验方法
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.2 石英纤维与不锈钢丝的处理
• 2.2.1 石英纤维的处理
• 2.2.2 不锈钢丝的处理
• 2.3 分子印迹固相微萃取萃取头的制备
• 2.3.1 溶胶-凝胶法
• 2.3.2 共聚法
• 2.3.3 管内聚合法
• 2.3.4 混合法
• 2.4 气相色谱条件
• 2.5 固相微萃取操作
• 3 结果与讨论
• 3.1 溶胶-凝胶法制备涂层可能的反应机理
• 3.2 共聚法与管内聚合法制备涂层可能的反应机理
• 3.3 混合法制备涂层可能的反应机理
• 3.4 制备条件的优化
• 3.5 萃取头的性能比较
• 3.5.1 溶剂稳定性
• 3.5.2 热稳定性
• 3.5.3 萃取能力
• 3.5.4 萃取溶剂
• 3.5.5 选择性
• 4 小结
• 第三章 高效氯氰菊酯印迹的溶胶-凝胶固相微萃取涂层的制备、评价与应用
• 1 引言
• 2 实验方法
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.2 分子印迹固相微萃取萃取头的制备
• 2.2.1 石英纤维的处理
• 2.2.2 分子印迹固相微萃取萃取头的制备
• 2.2.3 非印迹固相微萃取萃取头的制备
• 2.2.4 模板分子的去除
• 2.3 标准溶液配置
• 2.4 气相色谱条件
• 2.5 固相微萃取操作
• 2.6 分子印迹固相微萃取萃取头的评价
• 2.5.1 萃取能力
• 2.5.2 选择性
• 2.5.3 热稳定性
• 2.5.4 化学稳定性
• 2.5.5 重现性
• 2.7 萃取条件的优化
• 2.8 方法评价
• 3 结果与讨论
• 3.1 分子印迹固相微萃取萃取头的制备
• 3.1.1 制备过程
• 3.2 分子印迹固相微萃取萃取头的评价
• 3.2.1 萃取能力
• 3.2.2 选择性
• 3.2.3 热稳定性
• 3.2.4 化学稳定性
• 3.2.5 重现性
• 3.3 萃取条件的优化
• 3.3.1 萃取温度
• 3.3.2 萃取时间
• 3.3.3 盐的浓度
• 3.3.4 超声时间
• 3.3.5 丙酮的量
• 3.4 方法评价
• 3.5 真实样品的应用
• 4 小结
• 第四章 二嗪农印迹的BMA/DVB固相微萃取涂层的制备、评价与应用
• 1 引言
• 2 实验方法
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.2 样品的制备
• 2.3 分子印迹固相微萃取萃取头的制备
• 2.3.1 石英纤维的处理
• 2.3.2 分子印迹固相微萃取萃取头的制备
• 2.3.3 非印迹固相微萃取萃取头的制备
• 2.4 标准溶液的配置
• 2.5 气相色谱条件
• 2.6 固相微萃取操作
• 2.7 萃取条件的优化
• 2.8 萃取头的评价
• 2.8.1 萃取能力
• 2.8.2 选择性
• 2.8.3 重现性
• 2.8.4 热稳定性
• 2.8.5 化学稳定性
• 2.9 基质差异比较
• 2.10 方法评价
• 3 结果与讨论
• 3.1 涂层可能的反应机理
• 3.2 萃取条件的优化
• 3.2.1 萃取温度
• 3.2.2 萃取时间
• 3.2.3 盐的浓度
• 3.2.4 样品稀释倍数
• 3.2.5 解吸温度和时间
• 3.3 分子印迹固相微萃取萃取头的评价
• 3.3.1 萃取能力
• 3.3.1.1 不同浓度下萃取能力的比较
• 3.3.1.2 不同厚度萃取头萃取能力的比较
• 3.3.1.3 与商用萃取头萃取能力的比较
• 3.3.2 选择性
• 3.3.3 功能单体的作用
• 3.3.4 重现性
• 3.3.5 热稳定性
• 3.3.6 化学稳定性
• 3.4 基质差异评价
• 3.5 方法建立与评价
• 3.6 真实样品检测
• 4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢