毛细管电泳及电化学方法在环境分析中的研究与应用

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毛细管电泳(Capillary Electrophoresis, CE)以高压电场为驱动力,以毛细管为分离通道,依据样品中各组分之间淌度及分配系数的差异来实现高效、快速分离的新型液相分离技术。由于其具有分离效率高、分析速度快、检测灵敏度高、样品用量少等优点,近年来在生命科学、环境科学、临床医学、化学等各得到广泛应用。环境问题对人类日常生活的影响日益明显,需要有效的分析测试方法对各种环境污染物进行准确分析,为确定相应的解决方案提供科学的依据。毛细管电泳电化学方法(CE-ED)具有灵敏度高、选择性好等特点,能满足各种环境污染物的痕量的检测,在环境分析中具有很好的应用前景。随着化学修饰电极和毛细管在线预富集技术的发展,进一步提高了毛细管电泳-电化学检测方法的选择性、灵敏度和分离效率。一直以来,电化学检测法(ED)由于其快速、便捷、灵敏度高等优势备受分析家的青睐。近年来,由于化学修饰电极的广泛使用,电化学检测法的应用范围也得到了进一步的拓展。本论文以毛细管电泳分离技术和电化学检测技术为基础,结合毛细管在线富集技术和化学修饰电极技术,以雌激素、酚类农药和三聚氰胺为研究对象,建立了用于快速、灵敏、准确检测的毛细管电泳检测及电化学检测的方法。全文共分一下四个部分:1.绪论(第一章)该部分首先介绍了环境污染的分类和危害;其次介绍了目前主要的检测方法;最后重点介绍了毛细管电泳检测技术及电化学检测技术在环境分析中的应用。2.毛细管电泳在线富集方法用于水环境中的雌激素的测定研究(第二章)雌激素由于其具有内分泌干扰效应,即使在环境中含量很低也会通过协同或拮抗作用模仿内源雌激素、改变内源雌激素的合成或代谢途径、改变内源雌激素受体的浓度水平等途径来产生内分泌干扰效应,影响生物的生长繁殖。因此,必须建立一种可靠、灵敏、快速的方法对不同环境样品中的雌激素进行测定。本章中,首次将毛细管电泳乙腈-盐在线堆积技术与铜电极电化学检测法相结合,同时分离检测雌酮、17β-雌二醇和雌三醇等三种雌激素。实验表明乙腈-盐在线堆积能有效的提高毛细管电泳电化学检测的灵敏度。在最佳实验条件下,三种雌激素在0.06mol/L的NaOH运行液中14分钟内得到分离,在0.2到10μmol/L范围内电流响应与浓度呈良好的线性关系,相关系数大于0.9993。通过5%的乙腈和0.5%的NaCl进行乙腈-盐堆积,雌三醇、雌二醇和雌酮的最低检出限分别为8.9×10-8、6.7×10-8和1.1×10-7mol/L(S/N=3)。该方法成功用于对多种环境水样中雌激素的测定,发现自来水厂的源头水、养鱼场的废水和河水中均含有一定量的雌激素,样品的回收率在90.8%到108.9%之间,RSD小于4.69%,方法具有良好的应用前景。3.基于MWCNTs-COOH@Pdop纳米修饰电极的毛细管电泳电化学方法对酚类农药的测定研究(第三章)由于农药的大量使用,酚类农药以农药残留的形式存在于环境中,并可以通过呼吸、皮肤接触及饮食等各种形式进入生物体内,对人和其他生物的健康造成严重的危害。因此有必要建立一种快速、准确、灵敏的方法用于检测环境中的酚类农药残留。本章中,首次合成了可在水溶液中稳定分散的聚多巴胺包裹的羧基化多壁碳纳米管,将其修饰的碳圆盘电极作为工作电极,采用毛细管区带电泳-电化学检测法(CZE-AD)对四种酚类农药2,3,5-三甲基苯酚、2-氯-4,5-二甲基苯酚、双氯酚和六氯酚等进行分析测定。实验表明,聚多巴胺包裹的羧基化碳纳米管对四种酚类农药具有有效的电催化作用。在最佳的实验条件下,四种酚类农药在0.01mol/L Na2CO3-NaHCO3缓冲溶液(pH9.7)中可在480s内得到分离,碳圆盘电极在0.75mg/mL聚多巴胺包裹羧基化碳纳米管的水溶液中浸泡10分钟得到的修饰电极检测四种酚类农药时电流响应是最大的。检出限分别为4.6μg/L、2.7μg/L、9.2μg/L和69.2μg/L(S/N=3)。该方法成功用于青菜和苹果表面的酚类农药残留测定,发现青菜和苹果表面均有一定量的酚类农药残留。4.基于FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极的快速检测牛奶中三聚氰胺的电化学方法研究(第四章)用于工业生产的三聚氰胺由于其价格便宜且含氮量高,一些不法商家将其添加在人和宠物的食品中造成蛋白质含量高的假象。三聚氰胺在肾脏内形成结石,危害人类和其他动物的生命安全。因此,食品中三聚氰胺的快速、准确检测成为当前高度重视和亟待解决的问题。在本章节中,采用层层组装的方法制备了FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极,建立了对三聚氰胺灵敏、快速的电化学检测方法。利用循环伏安、示差脉冲伏安、交流阻抗和透射电镜对修饰电极的电化学行为及物理形态等进行了表征。研究表明,通过恒电位富集后,在含有1mmol/L K3[Fe(CN)6]及0.5mmol/L KCl的磷酸盐(pH6.5)缓冲溶液中,电化学探针[Fe(CN)6]3-/4-还原峰电流的减小量与三聚氰胺的浓度在一定范围内呈良好的线性关系。在最优条件下,采用示差脉冲伏安法对三聚氰胺进行了检测,线性范围为5.0×10-9~1.4×10-7mol/L相关性系数达到0.991,最低检出限达到1.7×10-9mol/L。该方法可用于对乳制品或其他食品中三聚氰胺的测定,具有很好的应用前景。
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