一种高选择性富集全氟、多氟烷基磺酸及其替代品的固相微萃取探针及其制备方法与应用

本发明属于分析测试，具体涉及一种高选择性富集全氟、多氟烷基磺酸及其替代品的固相微萃取探针及其制备方法与应用。

背景技术：

1、全氟烷基和多氟烷基物质(pfas)是一类含有全氟烷基链的有机化合物，广泛应用于工业和日常生活中，如防水剂、防污剂、消防泡沫等。全氟辛基磺酸(pfos)是《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》管控物质，全氟及多氟化合物已被列入《重点管控新污染物清单》(2023年版)，针对这些含氟化合物，采取的措施是禁止生产和禁止加工使用。针对这些化合物的监管行动包括禁止其生产和使用。这些严格的规定促使人们探索替代品，新出现的短链全氟烷烃可能具有更大的毒性和分散性，成为环境问题。由于全氟及多氟化合物具有高热稳定性、高化学惰性和生物惰性等特点，在环境和生物体中难以降解，导致全球范围内的环境污染和生物累积。全氟及多氟化合物已被证实对人类和动物的健康产生不良影响，如内分泌干扰、肝脏损伤、免疫系统抑制等。因此，快速、准确和灵敏地检测环境和生物样品中的全氟、多氟烷基磺酸及其替代品具有重要意义。

2、目前，全氟及多氟化合物的检测方法主要包括液相色谱-串联质谱(lc-ms/ms)、气相色谱-串联质谱(gc-ms/ms)和直接质谱分析(di-ms)。其中，直接质谱分析具有操作简单、分析速度快、灵敏度高等优点，但也存在样品复杂性高、干扰成分多、检测效率低等缺点。近年来，环境电离质谱(ai-ms)已成为质谱分析的重要技术，已被广泛应用于食品药品检测、环境监测和分子成像等领域。电喷雾电离质谱法是环境质谱法(ams)的一个分支，采用电喷雾电离机制，通过直接电离分析策略，并利用钨针、玻璃棒、纸、木尖等固体底物。出现了各种大气压电离技术，包括解吸电喷雾电离(desi)、实时直接分析(dart)和纸喷雾电离(psi)。电离过程在开放的大气环境中实现，样品处理步骤很少或不需要，具有实时、方便、快速和高通量等优点。为了提高直接质谱分析的检测效果，需要对样品进行预处理，以去除不必要的成分并富集目标分析物。常用的预处理方法包括液-液萃取(lle)、固相萃取(spe)和固相微萃取(spme)。其中，固相微萃取具有操作简单、溶剂消耗少、样品损失小等优点，是一种理想的预处理方法。固相微萃取的关键是选择合适的固相微萃取探针，以实现对目标分析物的高效富集。目前，已有一些固相微萃取探针用于全氟及多氟化合物的富集，如聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚乙烯醇(pva)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)等。然而，这些固相微萃取探针对全氟及多氟化合物的选择性不高，容易受到其他成分的干扰，导致富集效率低下。持久性有机污染物，特别是pfas及其替代品导致的环境问题不容忽视。基于以上技术缺陷，开发一种对全氟、多氟烷基磺酸及其替代品具有高选择性吸附能力的新型固相微萃取(spme)探针，并发展一种可以实现常压敞开电喷雾直接质谱分析的方法具有重大意义。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术存在的不足，实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

2、一种高选择性富集全氟、多氟烷基磺酸及其替代品的固相微萃取探针的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将含有活性羟基或氨基的固体基质浸泡在含有偶联剂的有机溶剂中，在惰性气氛下加热，使偶联剂与固体基质表面发生反应，洗涤真空干燥，形成含有活性双键的自由基的固体基质；

4、(2)将步骤(1)得到的含有活性双键的自由基的固体基质转移至含有单体a和单体b的溶剂中，在惰性气氛下加热，使单体a和单体b与自由基发生原位聚合反应，形成原位修饰涂层，洗涤干燥得到一种高选择性富集全氟、多氟烷基磺酸及其替代品的固相微萃取探针。

5、进一步地，步骤(1)中所述含有活性羟基或氨基的固体基质为表面经过化学刻蚀粗糙化处理的具有尖端的硬质金属材料或木质材料。

6、更进一步地，所述尖端的直径为0.5-10μm。

7、进一步地，步骤(1)中所述含有活性羟基或氨基的固体基质为表面经过化学刻蚀粗糙化处理的钨针。

8、进一步地，步骤(1)中，所述偶联剂为3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯；所述有机溶剂为无水甲苯、n,n-二甲基甲酰胺、乙腈、甲醇或二氯甲烷中的一种以上。

9、进一步地，步骤(1)中，所述惰性气氛为氩气、氮气中的一种以上；所述加热的温度为80-120℃；所述反应的时间为10-24h；所述洗涤的试剂为无水乙醇、甲醇和超纯水中的一种以上。

10、进一步地，步骤(2)中，所述单体a为3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十七癸(氟)丙烯酸酯；所述单体b为丙烯酸二甲氨基乙酯季铵盐；所述溶剂为氯仿、乙腈中的一种以上；所述单体a与单体b的摩尔比为1:1-1:2。

11、进一步地，步骤(2)中，所述惰性气氛为氩气、氮气中的一种以上；所述加热的温度为50-80℃；所述反应的时间为12-24h；所述洗涤的试剂为无水乙醇或甲醇。

12、本发明提供上述任一项制备方法制备得到的一种高选择性富集全氟、多氟烷基磺酸及其替代品的固相微萃取探针。

13、本发明提供上述一种高选择性富集全氟、多氟烷基磺酸及其替代品的固相微萃取探针在全氟、多氟烷基磺酸及其替代品的定性和/或定量检测中的应用。

14、本发明还提供了一种利用上述制备方法得到的高选择富集全氟、多氟烷基磺酸及其替代品的固相微萃取探针对复杂生物样品中的全氟、多氟烷基磺酸及其替代品进行直接质谱分析的一种全氟、多氟烷基磺酸及其替代品的检测方法，包括以下步骤：

15、(1)将上述制备方法得到的固相微萃取探针插入到复杂生物样品中(如血清、尿液、组织等)，使之与样品充分接触，并进行搅拌或振荡；

16、(2)将步骤(1)得到的固相微萃取探针从样品中取出，清洗；

17、(3)将步骤(2)得到的固相微萃取探针与质谱仪连接，通过电喷雾离子源(electrospray ionization，esi)或其他离子源将富集在固相微萃取探针上的全氟、多氟烷基磺酸及其替代品进行质谱分析；

18、(4)根据质谱信号的强度和质荷比，确定全氟、多氟烷基磺酸及其替代品的种类和含量。

19、进一步地，步骤(2)所述清洗使用的试剂为无水乙醇。

20、进一步地，步骤(3)所述质谱分析为常压敞开质谱分析，所述常压质谱分析的具体操作包括以下步骤：

21、将萃取完成后的清洗的固相微萃取探针使用三维移动平台固定，固相微萃取探针尖端对准质谱入口，将纳升电喷雾针与探针一起安装到三维移动台上，施加高压电场后，诱导解吸溶剂产生纳升电喷雾离子化进入质谱进行分析。

22、更进一步地，所述固相微萃取探针尖端与质谱入口距离为5～15mm，所述的解吸溶剂为含有内标的甲醇/乙腈溶液，所述的解吸溶剂体积为5-10μl，所述高压电场的电压为2.5-4kv。

23、本发明的有益效果是：

24、(1)本发明对固体基质进行表面改性，原位聚合制备了对全氟、多氟烷基磺酸及其替代品、具有高选择性吸附能力的原位修饰涂层，该涂层具有制备简单、价格低廉、稳定性好、避免交叉污染等特点。

25、(2)本发明利用原位修饰涂层中的烷基链与全氟、多氟烷基磺酸及其替代品之间的氟-氟相互作用，以及烷基链与之间的疏水相互作用和静电作用，实现了对复杂生物样品中的全氟、多氟烷基磺酸及其替代品的高效萃取富集，防止其他干扰离子吸附，提高了全氟、多氟烷基磺酸及其替代品的同时富集能力。

26、(3)本发明首先，将含有目标分析物的样品溶液与表面修饰涂层的固相微萃取探针接触，使目标分析物从样品溶液中富集到固相微萃取探针上；然后，将固相微萃取探针放入质谱仪的离子源中，利用电喷雾电离或大气压化学电离等电离方式，将富集在固相微萃取探针上的目标分析物解吸电离并进行质谱分析，得到目标分析物的质谱信号。本发明的优点是：通过将表面修饰涂层的固相微萃取探针进行原位直接质谱分析，避免了传统方法中的色谱分离步骤，操作流程简单，分析时间短，提高了分析灵敏度和准确度。

27、(4)与现有的发明专利对比，本发明的修饰方法制备工艺简单，反应时长缩短，无需使用模板分子，在金属钨针基质下修饰的固相微萃取探针具有较好的吸附效果。