一种DGT结合相及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于水检测技术领域，尤其涉及一种DGT结合相及其制备方法和应用。

背景技术

氟喹诺酮类抗生素是一种人畜通用的抗生素，其被广泛应用于水产养殖业、畜牧业等。氟喹诺酮类抗生素不能完全被机体吸收，排出体外的抗生素会通过养殖废水、医院污水、企业废水等形式进入水环境，造成抗生素污染。低浓度抗生素长期暴露会诱发细菌耐药性，且随着抗生素在食物链的富集会对人类健康造成威胁甚至危害整个生态系统。因此，对水环境中氟喹诺酮类抗生素污染水平的监测对抗生素生态风险评估和完善环境立法要求具有重要意义。而污染物的自由溶解态是表征其环境毒性的重要终点。水环境中抗生素的检测多采用现场采样后带回实验室富集分析的方式。这种方式在样品运输过程中，污染物成分可能会发生改变，且前处理过程繁琐，需花费大量时间、人力和资源。被动采样技术作为一种新兴的采样技术，可以集采样和富集于一体，省时省力并提供样品在采样过程的时间加权平均浓度。扩散梯度薄膜技术(Diffusive Gradients in Thin-films,DGT)是一种代表性被动采样技术(Zhang H.,et.al.Anal.Chem.,1995,67:3391-3400)，它具有动力学采样、操作简单、不需要野外校正等特点。其核心部分为固定目标物的结合相。目前用于有机化合物的结合相主要有广谱吸附剂如XAD18，HLB，XDA-1等，目前DGT装置的吸附膜常以广谱性的吸附剂制备而来，这种吸附膜不具备选择性吸附目标物的能力。在基质复杂的环境中采样时，DGT会吸附大量非目标污染物，占据DGT吸附膜的有效结合位点，导致吸附容量的下降，采样过程受到干扰。也已有研究自己合成了分子印迹聚合物(Molecular ImprintingPolymers,MIPs)用于DGT结合相的制备，但是制备的结合相不能表征自由溶解态污染物如氟喹诺酮(Cui,Y.et.al.,Frontiers of Environmental Science&Engineering 2020,14:111.)

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的技术问题之一。为此，本发明的第一个方面提供一种DGT结合膜，其能选择性结合溶液中自由溶解态氟喹诺酮类抗生素，准确表征溶液中自由溶解态氟喹诺酮污染物。

本发明的第二个方面提出一种上述DGT结合膜的制备方法。

本发明的第三个方面提出一种包含上述DGT结合膜的DGT装置。

本发明的第四个方面提出一种上述DGT结合膜或者上述DGT装置的应用。

根据本发明的第一个方面，提出了一种DGT结合相，包括由氟喹诺酮类MIPs吸附剂和丙烯酰胺溶胶混合形成的吸附膜。

在本发明的一些实施方式中，所述氟喹诺酮类MIPs吸附剂和所述丙烯酰胺溶胶的质量比为1:(5～10)。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述吸附膜的厚度为0.5mm～1mm。

在本发明的一些更优选的实施方式中，所述氟喹诺酮类MIPs吸附剂的粒径为≤150μm。

在本发明的一些更优选的实施方式中，所述氟喹诺酮类MIPs吸附剂选自氧氟沙星MIPs吸附剂、环丙沙星MIPs吸附剂、左氧氟沙星MIPs吸附剂、莫西沙星MIPs吸附剂中的任意一种。

根据本发明的第二个方面，提出了一种上述DGT结合相的制备方法，包括以下步骤：

S1：氟喹诺酮类MIPs吸附剂用甲醇活化后，用超纯水淋洗；

S2：将淋洗后的氟喹诺酮类MIPs吸附剂和丙烯酰胺溶胶混合后，依次加入过硫酸铵溶液和N,N,N’N’-四甲基乙二胺溶液继续混匀，得混合溶液；

S3：将S3所得混合溶液注入制胶模板中反应形成凝胶。

在本发明的一些实施方式中，所述DGT结合相的制备方法还包括对S3制得的凝胶进行纯化，所述纯化采用超纯水对所述凝胶进行浸泡，直至浸泡水的pH约为7。

在本发明的一些优选的实施方式中，S1中，所述氟喹诺酮类MIPs吸附剂、所述甲醇所述超纯水的体积比为1:(5～10)：(10～100)。

在本发明的一些更优选的实施方式中，S3中，所述反应的温度为40℃～45℃，时间为60min～120min。

根据本发明的第三个方面，提出了一种DGT装置，包括上述DGT结合相。

在本发明的一些实施方式中，所述DGT装置包括上述DGT结合相、扩散层、滤膜以及用于固定所述DGT结合相、所述扩散层、所述滤膜的外壳。

根据本发明的第四个方面，提出了一种上述DGT结合膜或者上述DGT装置在测定溶液中自由溶解态氟喹诺酮类抗生素浓度的应用。

本发明的有益效果为：

1.本发明的DGT结合相能选择性结合溶液中自由溶解态氟喹诺酮类抗生素，准确有效表征溶液中自由溶解态氟喹诺酮污染物浓度。

2.本发明的DGT结合相制备方法简单，重复性好，成胶强壮。

附图说明

图1为实施例2中DGT装置结构示意图。

图2为实施例1制得的DGT结合相对水体中氧氟沙星和磺胺甲噁唑吸附效果图。

图3为实施例2制得的DGT装置、对比例1制得的非选择性DGT装置和常规主动采用-固相萃取法对污水中氧氟沙星含量的测定结果。

图4为实施例2制得的DGT装置、对比例1制得的非选择性DGT装置和常规主动采用-固相萃取法对实验室控制条件下存在于透析袋内(DOM in)和透析袋外(DOM out)的溶解性有机质中氧氟沙星含量的测定结果。

附图标记：外壳1，DGT结合相2，扩散层3，滤膜4。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例制备一种DGT结合相(MIP结合相)，具体过程为：

S1：将氟喹诺酮MIPs吸附剂用甲醇活化，后用超纯水淋洗，所用氟喹诺酮类MIPs吸附剂、甲醇、超纯水的体积比为1:10:10；

S2：将淋洗后的氟喹诺酮类MIPs吸附剂和丙烯酰胺溶胶按质量比为1:5的比例混合均匀，后依次加入质量浓度为10％的过硫酸铵溶液和催化剂N,N,N',N'-四甲基乙二胺溶液，继续混匀，得混合溶液；

S3：将S2所得混合溶液注入制模板(其为被0.5mm厚度隔板隔开的两块玻璃板)内部，于43℃下反应90min，直至形成凝胶；

S4：将凝胶置于超纯水中浸泡24小时，使其充分膨胀，并多次换水直至浸泡水pH约为7；再将充分膨胀的凝胶切割成直径为25mm的圆片，即得DGT结合相(MIP结合相)。

实施例2

本实施例制备一种DGT装置(MIP-DGT)，其如图1所示，包括DGT结合相2、扩散层3、滤膜4以及用于固定DGT结合相、扩散层、滤膜的外壳1。DGT结合相为实施例1制得的MIP结合相，扩散层为聚丙烯酰胺水凝胶(0.8mm厚，直径25mm的圆片)，滤膜为尼龙膜，外壳为ABS外壳。

对比例1

本对比例制备了一种非选择性的DGT装置(XDA1-DGT)，其与实施例2的DGT装置区别在于DGT结合相为XDA1树脂。

试验例1

将实施例1制备所得的DGT结合相置于10mL含有浓度为100μg/L的氧氟沙星(OFX，氟喹诺酮类抗生素)和磺胺甲噁唑(SMX，磺胺类抗生素)的水溶液中，于摇床振荡吸附24小时。

用超高效液相色谱质谱联用仪测定吸附前后溶液中抗生素的浓度，以计算DGT结合相对抗生素的吸附效率，结果如图2所示。

从图2可看出，本发明的DGT结合相氧氟沙星的吸附率大于92％，而对磺胺类抗生素的吸附效率仅为64％。表明本发明制备的DGT结合相对氟喹诺酮类抗生素具有较高的选择性。

试验例2

本试验例对实施例2制得的DGT装置(MIP-DGT)与对比例1制得的非选择性的DGT装置(XDA1-DGT)对污水处理厂进水中氟喹诺酮类抗生素吸附性能进行检测，具体过程为：

S1：将实施例2制得的DGT装置(MIP-DGT)与对比例1制得的非选择性的DGT装置(XDA1-DGT)分别置于污水处理厂进水水面30cm以下吸附，放置DGT装置和取出DGT装置的同时取水样1L采用常规主动采样-固相萃取法(Grab-SPE)测定。

S2：分别将取初的DGT结合相用2.5mL体积分数为2％的氨水甲醇溶液连续洗脱DGT结合相两次，合并两次洗脱液，将洗脱液用液氮吹至近干，以1mL甲酸水-甲醇混合溶液(由体积分数为80％的质量浓度为0.1％的甲酸水和体积分数为20％的甲醇混合而成)复溶并涡旋混匀。

S3：分别将两个复溶混合液采用超高效液相色谱质谱联用仪测定氟喹诺酮类抗生素的含量，结果如图3所示。

从图3可看出，实施例2制得的DGT装置(MIP-DGT)测得的浓度比对比例1制得的非选择性的DGT装置(XDA1-DGT)测得的浓度小，且两者的测定结果均小于采用常规主动采样-固相萃取法的测定结果。

为进一步验证实施例2制得的DGT装置(MIP-DGT)说吸附的氟喹诺酮类抗生素为自由溶解态部分，对实验室控制条件下存在于透析袋内(DOM in)和透析袋外(DOM out，模拟野外环境情况)的溶解性有机质(DOM，整体浓度为5mg/L)和氧氟沙星(整体浓度为20ng/mL)混合溶液(总体积各1L)，采用实施例2制得的DGT装置(MIP-DGT)与对比例1制得的非选择性的DGT装置(XDA1-DGT)同时对比采样12h，之后取出DGT结合相，按前述方法测定氟喹诺酮类抗生素的含量；同时从1L的DOM-氧氟沙星水溶液中取0.4mL直接用超高效液相色谱质谱联用仪测定氟喹诺酮类抗生素的含量(Direct Injection)。结果如图4所示。

从图3和图4可看出，DOM在透析袋外面时(跟实际水环境一致)，三种测定方法所得结果的趋势与野外测试结果一致，即主动方式>XDA1-DGT>MIP-DGT；而当DOM置于透析袋内时，由于此时透析袋外面的水溶液中基本都是自由溶解态的氧氟沙星，因此三种方法测定结果没有显著性差异。从而证明MIP-DGT测定的是水溶液中自由溶解态的氧氟沙星。

上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。