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四溴双酚A(TBBPA)和多溴联苯醚(PBDEs)是目前全球范围内使用广泛的溴代阻燃剂,这些化合物本身及其在生物体代谢后产物的危害性使之成为环境科学界关注的焦点之一。本论文围绕着TBBPA和PBDEs的羟基化和甲氧基化代谢物(HO-PBDEs和MeO-PBDEs),开展了这些化合物的萃取方法(包括浊点萃取和改进型的固相微萃取)以及PBDEs代谢物的色谱性质研究,并初步探讨了色谱性质与化合物结构之间的关系。主要内容和结果如下:
1.以四溴双酚A(TBBPA)和双酚A(BPA)为模型化合物,评价阳离子表面活性剂Aliquate-336浊点萃取方法(cloud point extraction,CPE)对这些极性化合物的萃取效果。通过分析各种因素对萃取回收率的影响,初步探讨了阳离子型表面活性剂胶束萃取酚类物质的作用机制。研究发现,阳离子表面活性剂浊点萃取能定量萃取水体中的微量TBBPA和BPA,除了基质中可溶性有机物对回收率有较大影响外,pH、盐含量、助溶剂(甲醇)含量等对回收率都没有显著影响,说明这种方法比较稳定。同时结合粒径分布、zeta电位分析等,认为静电作用是阳离子胶束萃取酚类化合物不可或缺的作用机制。该方法与液相色谱-紫外检测器联用后在纯水中对TBBPA和BPA的加标回收率在89%以上,检测限在0.35ng/mL左右,说明这种技术对萃取PBDEs代谢物具有可行性。
为实现浊点萃取与气相色谱以及液相色谱-质谱联用以降低检测限,本论文尝试采用柱层析方法去除萃取液中高含量表面活性剂,结果表明对于极性较强的TBBPA、BPA以及HO-PBDEs,复合硅胶柱层析净化效果不稳定,但是对于MeO-PBDEs可以采用复合硅胶柱、正已烷淋洗的方式去除表面活性剂相。
2.采用溶胶-凝胶技术改良固相微萃取纤维涂层,以提高热稳定性和化学稳定性,然后以改进的简易固相微萃取装置、以TBBPA为模型化合物,研究了自制涂层的衍生化性能,并与商品化PDMS涂层光纤进行比较。结果显示,溶胶-凝胶方法制备的纤维涂层在热稳定性和化学稳定性方面优于商品化PDMS涂层光纤纤维,并且对PBDEs化合物具有更好的富集能力。从衍生化效率和涂层耐受性来看,两种常用衍生化试剂(BSTFA和重氮甲烷)对TBBPA的衍生化效果存在显著差异,重氮甲烷可以在TBBPA等化合物的固相微萃取顶空衍生化过程中应用,而BSTFA则会因为破坏光纤的PDMS涂层、反应不完全等原因不适宜TBBPA的固相微萃取-顶空衍生化过程。
3.采用气相液相色谱-质谱联用定性考察了PBDEs代谢物的质谱特征,并探讨其与结构的关系。电子电离源质谱检测器(EI-MS)结果显示MeO-PBDEs质谱碎片离子组成具有明显的甲氧基取代位效应,邻位取代的MeO-PBDEs有丰度比较高的特征碎片M·+-BrCH3,未发现M·+-·CH3;对位取代的有特征碎片M·+-·CH3,有少量或者没有M·+-BrCH3;间位取代的MeO-PBDEs没有上述两种特征碎片。HO-PBDEs在大气压化学电离源质谱检测器(APCI-MS)上有较好响应,并且也有类似的羟基取代位效应,邻位取代的各个化合物基峰均为[M-H]-HBr,而对位取代的基峰则为[M-H] ̄,不过这些特征没有MeO-PBDEs典型。当然由于间位、对位取代的化合物个数比较少,需要进一步的确认。
对化合物定性后,研究了这些化合物在反相液相色谱中的保留特征及保留机制,并采用反相色谱疏水因子(lgKw)测定其正辛醇-水分配系数(lgKow)。结果显示恒定比例流动相方式下标准校正化合物lgKow与其lgKw关系更显著,因此认为恒定比例流动相方式结果可信度更高,并根据定量关系测算了选定化合物的lgKow,这是此类化合物lgKow实验值的首次报道。常用lgKow估算软件被应用于这些化合物,将这些结果与实验测定值比较后发现,基于分子碎片法的Kowwin,ClogP和MlogP的lgKow预测值与实验值相关性最高,但存在较大偏差。本文基于拓扑指数和lgKow实验值数据集,建立具有良好稳健性和预测能力的QSPR模型,并应用于商品化以及已有研究的其他HO-PBDEs和MeO-PBDEs等化合物的lgKow预测。最后采用改进型理论线性溶剂能模型(MTLSER)分析此类化合物在反相液相色谱的保留机制以及影响lgKow的主要结构因素,结果表明氢键是反相色谱保留的重要作用机制,分子大小及其分子最大负电荷(q)是影响疏水分配的最重要因素.