一种DGT装置及其应用的制作方法

本发明涉及dgt
技术领域：
，具体涉及一种dgt装置及其在检测环境中四环素类抗生素自由溶解态浓度中的应用。
背景技术：
：梯度扩散薄膜技术(diffusivegradientsinthin-films，dgt)是一种原位定量测定离子扩散通量或介质中离子浓度的技术。目前，该技术的应用领域已从水体、沉积物间隙水，扩展到土壤溶液，且所获结果不仅能够反应静态过程，还能够更加真实有效地模拟动态反应过程，从而估算出动态过程的动力学参数，这对于评估土壤动态过程具有十分重要的作用。dgt装置主要由过滤膜、扩散膜和吸附膜以及用于固定这3层膜的塑料外套组成。其中，过滤膜的作用是过滤掉待测环境中的颗粒物，避免环境中的灰尘、泥土等物质进入到dgt装置内部，影响dgt装置的测定效果。扩散膜即扩散相凝胶，是dgt装置的一个关键组成部分，其作用是能选择性的允许小分子络合物和游离态的离子透过，用于隔离水体和吸附膜并控制着整个扩散过程。吸附膜的作用就是将透过扩散相的小分子络合物和游离态的离子迅速结合，使扩散膜与吸附膜之间的小分子络合物和游离态的离子浓度迅速降低直至接近于零。待内外浓度相接近后达到平衡，即采样结束，选择合适的洗脱液将吸附膜上的小分子络合物和游离态的离子洗脱下来进行测定，从而能够定量地测定环境中元素的浓度，这也是dgt技术的一个关键点。目前，dgt技术已经被广泛应用于水、沉积物和土壤中的原位测定，由于其在测定元素的生物可利用性方面有着区别于其他化学分析方法的特有优势，因此，现有技术中常将该技术用于研究植物对重金属元素的生物有效性研究。虽然dgt技术在模拟植物吸收重金属元素方面取得了不错的效果，但是，在用于环境中四环素类抗生素的自由溶解态浓度分析上还未有研究报道。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种dgt装置及其在检测环境中四环素类抗生素自由溶解态浓度中的应用，解决了环境中污染物的总量不能真实有效的反映污染物生物有效性的问题。为实现上述目的，本发明的技术方案如下。一种dgt装置，包括滤膜、扩散相、结合相以及用于固定所述滤膜、所述扩散相和所述结合相的外壳，所述滤膜为0.45μm聚偏氟乙烯(pvdf)有机系滤膜，所述扩散相是由琼脂糖交联的丙烯酰胺凝胶制成的膜，所述结合相是由二乙烯苯和n-乙烯基吡咯烷酮两种单体以质量比1:1.2聚合成的大孔共聚物加入到琼脂糖交联的丙烯酰胺溶液中制成的膜。一种采用dgt装置在检测环境中四环素类抗生素浓度中的应用。进一步，所述四环素类抗生素为四环素、土霉素、金霉素中的任意一种。检测水体中四环素类抗生素自由溶解态浓度的方法，步骤如下：s1、水溶液的平衡：将待测水样加入到烧杯中，放入恒温培养箱内25℃培养5h；s2、将dgt装置采样口向上放入烧杯中，继续在25℃的恒温培养箱内放置24h，之后将dgt装置从烧杯中取出，用去离子水冲洗dgt装置3-5次，将表面的溶液冲洗干净，然后取出结合相(固定膜)放入试管中，加入2ml的1％的乙酸甲醇用封口膜密封，涡旋震荡2min，过滤后装入进样瓶，4℃条件下保存，待分析。检测土壤中四环素类抗生素自由溶解态浓度的方法，步骤如下：供试土壤经风干或冷冻干燥，过2mm尼龙筛，测定土壤的最大田间持水量。s1、土壤样品平衡：称取10g待测土壤样品，放入玻璃容器中，加入最大田间持水量70％～80％的去离子水，充分搅拌均匀后(可使用磁力搅拌器)(表层看见光滑平整的水膜)，覆盖保鲜膜防止水分蒸发，于25℃恒温条件下，放置平衡48h。s2、dgt放置：待土壤平衡后，用干净小铁勺先取约3g平衡好的土壤放入dgt装置的圆孔内腔中，在桌面上轻轻抖动，使得土壤与滤膜表面充分接触，继续添加土壤直至填满圆孔内腔；其中，待测土壤样品在检测前需经风干或冷冻干燥，并过2mm尼龙筛处理；s3、将装好的dgt装置转移到事先放有3ml去离子水的自封袋中，袋口处于半封闭状态；在25℃恒温条件下放置24h后，将土壤移除，利用去离子水冲洗dgt装置3-5次，将dgt装置表面的土壤颗粒冲洗干净，取出结合相(固定膜)放入试管中，加入2ml的1％的乙酸甲醇用封口膜密封，涡旋震荡2min，过滤后装入进样瓶，4℃条件下保存，待分析。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供的dgt装置能够用于检测分析环境中四环素类抗生素的自由溶解态浓度，说明采用本发明的dgt装置在检测环境中四环素类抗生素的自由溶解态浓度中具有很大的应用前景，且检测方法简单，使用较为方便。附图说明图1是本发明实施例1中dgt装置的结构示意图。图2是本发明实施例1中待测水体样品中不同浓度下dgt装置对四环素的吸附量的柱形图。图3是本发明实施例1中待测水体样品中不同浓度下四环素自由溶解态浓度占总浓度的比值的散点图。图4是本发明实施例2中待测水体样品中不同浓度下dgt装置对土霉素的吸附量的柱形图。图5是本发明实施例2中待测水体样品中不同浓度下土霉素自由溶解态浓度占总浓度的比值的散点图。图6是本发明实施例3中待测水体样品中不同浓度下dgt装置对金霉素的吸附量的柱形图。图7是本发明实施例3中待测水体样品中不同浓度下金霉素自由溶解态浓度占总浓度的比值的散点图。图8是本发明实施例1中待测土壤样品中不同浓度下dgt装置对四环素的吸附量的柱形图。图9是本发明实施例1中待测土壤样品中不同浓度下四环素自由溶解态浓度占总浓度的比值的散点图。图10是本发明实施例2中待测土壤样品中不同浓度下dgt装置对土霉素的吸附量的柱形图。图11是本发明实施例2中待测土壤样品中不同浓度下土霉素自由溶解态浓度占总浓度的比值的散点图。图12是本发明实施例3中待测土壤样品中不同浓度下dgt装置对金霉素的吸附量的柱形图。图13是本发明实施例3中待测土壤样品中不同浓度下金霉素自由溶解态浓度占总浓度的比值的散点图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1参见图1所示，一种dgt装置，包括滤膜1、扩散相2、结合相3以及用于固定所述滤膜1、所述扩散相2和所述结合相3的外壳4，所述滤膜1为0.45μm聚偏氟乙烯(pvdf)有机系滤膜，所述扩散相2是由琼脂糖交联的丙烯酰胺凝胶制成的膜，所述结合相3是由二乙烯苯和n-乙烯基吡咯烷酮两种单体以质量比1:1.2聚合成的大孔共聚物加入到琼脂糖交联的丙烯酰胺溶液中制成的膜。所述扩散相的制备方法如下：s101、制备质量浓度为30％的丙烯酰胺：准确称取18.00g的丙烯酰胺溶解于60ml的超纯水中；s102、制备质量浓度为2％的琼脂糖交联剂：取2ml的50×tae加超纯水定容至100ml，然后加入2g的琼脂糖，微波加热至完全溶解(溶液呈澄清透明状)；s103、扩散相的制备，将制胶模板组装好待用，取15ml的质量浓度为30％的丙烯酰胺和30ml的质量浓度为2％的琼脂糖加入20ul的过硫酸铵和20ul的n,n,n',n'-四甲基乙二胺(temed)，迅速混匀，用玻璃注射器加入到制胶模板中，冷却30分钟后用环形工具切割，即得扩散相。所述结合相的制备方法如下：s201、制备质量浓度为30％的丙烯酰胺：准确称取18.00g的丙烯酰胺溶解于60ml的超纯水中；s202、制备质量浓度为2％的琼脂糖交联剂：取2ml的50×tae加超纯水定容至100ml，然后称取2g的琼脂糖，微波加热至完全溶解(溶液呈澄清透明状)。s203、结合相的制备，将制胶模板组装好待用，取15ml的质量浓度为30％的丙烯酰胺和30ml的质量浓度为2％的琼脂糖然后加入1.5g亲脂性二乙烯苯和亲脂性n-乙烯基吡咯烷酮两种单体以质量比1:1.2聚合成(高温、高压)的大孔共聚物，最后加入20ul的过硫酸铵和20ul的n,n,n',n'-四甲基乙二胺(temed)，迅速混匀，用玻璃注射器加入到制胶模板中，冷却30分钟后用环形工具切割待用。其中，s203中的聚合反应的条件为：反应温度90℃，反应压力0.3mpa，反应时间6h。利用上述dgt装置检测水体中四环素的自由溶解态浓度的方法，包括如下步骤：步骤1，配制含有四环素的抗生素溶液，设定以下几个浓度梯度：0、0.2、0.5、1.0、2.5、5.0和10.0mg/l，每个浓度梯度配制100ml,放入恒温培养箱内25℃培养5h，并取样测定其四环素浓度；步骤2，将步骤1中配制而成的溶液，分3份加入到50ml的烧杯中，每个烧杯30ml。将事先安装的dgt装置放入到烧杯中，用保鲜膜将烧杯口密封后，放入到25℃的恒温培养箱内，放置24h；步骤3，将步骤2中的dgt装置从烧杯中取出，用去离子水冲洗3次，去除表面残留的抗生素溶液，然后将结合相(固定膜)取出放入玻璃试管中，加入2ml的质量浓度为1％的乙酸甲醇用封口膜密封，涡旋震荡2min，0.22μm有机滤头过滤后装入进样瓶，使用uplc-ms进行分析。步骤4，对步骤3中的数据用microsoftexcel进行整理，结果参见图2-3所示。实施例2与上述实施例的不同之处在于，利用实施例1的dgt装置检测水体中土霉素的自由溶解态浓度的方法，包括如下步骤：步骤1，配制含有土霉素的抗生素溶液，设定以下几个浓度梯度：0、0.2、0.5、1.0、2.5、5.0和10.0mg/l，每个浓度梯度配制100ml，放入恒温培养箱内25℃培养5h，并取样测定其土霉素浓度；步骤2，将步骤1中配制而成的溶液，分3份加入到50ml的烧杯中，每个烧杯30ml。将事先安装的dgt装置放入到烧杯中，用保鲜膜将烧杯口密封后，放入到25℃的恒温培养箱内，放置24h；步骤3，将步骤2中的dgt装置从烧杯中取出，用去离子水冲洗4次，去除表面残留的抗生素溶液，然后将结合相取出放入玻璃试管中，加入2ml的质量浓度为1％的乙酸甲醇用封口膜密封，涡旋震荡2min，用0.22μm的有机滤头过滤后装入进样瓶，使用uplc-ms进行分析。步骤4，对步骤3中的数据用microsoftexcel进行整理。结果参见图4-5所示。实施例3与上述实施例的不同之处在于，利用实施例1的dgt装置检测水体中金霉素的自由溶解态浓度的方法，包括如下步骤：步骤1，配制含有金霉素的抗生素溶液，设定以下几个浓度梯度：0、0.2、0.5、1.0、2.5、5.0和10.0mg/l，每个浓度梯度配制100ml，放入恒温培养箱内25℃培养5h，并取样测定其金霉素浓度；步骤2，将步骤1中配制而成的溶液，分3份加入到50ml的烧杯中，每个烧杯30ml。将事先安装的dgt装置放入到烧杯中，用保鲜膜将烧杯口密封后，放入到25℃的恒温培养箱内，放置24h；步骤3，将步骤2中的dgt装置从烧杯中取出，用去离子水冲洗5次，去除表面残留的抗生素溶液，然后将结合相放入玻璃试管中，加入2ml的质量浓度为1％的乙酸甲醇用封口膜密封，涡旋震荡2min，过滤后装入进样瓶，使用uplc-ms进行分析。步骤4，对步骤3中的数据用microsoftexcel进行整理。结果如图6-7所示。实施例4与上述实施例的不同之处在于，利用实施例1的dgt装置检测土壤中四环素的自由溶解态浓度的方法，包括如下步骤：步骤1，拌制含有四环素的土壤，设定以下几个浓度梯度：0、0.2、0.5、1.0、2.5、5.0和10.0mg/kg，每个浓度梯度配制200g,并取样；步骤2，将步骤1中的拌制而成的土壤，每个浓度梯度称取3份，每份10g，分别加入到50ml的烧杯中，加入3ml最大田间持水量70wt％的去离子水，充分搅拌均匀后，覆盖保鲜膜以免水分蒸发，放入恒温培养箱中，25℃条件下，放置平衡48h。待土壤平衡后，用干净小铁勺先取约3g平衡好的土壤放入dgt装置的圆孔内腔中，在桌面上轻轻抖动，使得土壤与滤膜表面充分接触，继续添加土壤直至填满圆孔内腔。步骤3，将上述装好的dgt装置转移到事先放有3ml去离子水的自封袋中，袋口处于半封闭状态；在恒温条件下(25℃)放置24h后，将dgt装置内的土壤移除，利用去离子水冲洗dgt装置3次，将dgt装置表面的土壤颗粒冲洗干净，取出结合相(固定膜)放入试管中，加入2ml的质量浓度为1％的乙酸甲醇用封口膜密封，涡旋震荡2min，用0.22μm的有机滤头过滤后装入进样瓶，然后使用uplc-ms进行分析。(待测进样瓶可在4℃条件下保存，待分析。)步骤4，对步骤3中的数据用microsoftexcel进行整理，结果参见图8-9所示。实施例5与上述实施例的不同之处在于，利用实施例1的dgt装置检测土壤中土霉素的自由溶解态浓度的方法，包括如下步骤：步骤1，拌制含有土霉素的土壤，设定以下几个浓度梯度：0、0.2、0.5、1.0、2.5、5.0和10.0mg/kg，每个浓度梯度配制200g,并取样；步骤2，将步骤1中拌制而成的土壤，每个浓度梯度称取3份，每份10g，分别加入到50ml的烧杯中，加入3ml最大田间持水量75wt％的去离子水，充分搅拌均匀后，覆盖保鲜膜以免水分蒸发，放入恒温培养箱中，25℃条件下，放置平衡48h。待土壤平衡后，用干净小铁勺先取约3g平衡好的土壤放入dgt装置的圆孔内腔中，在桌面上轻轻抖动，使得土壤与滤膜表面充分接触，继续添加土壤直至填满圆孔内腔。步骤3，将上述装好的dgt装置转移到事先放有3ml去离子水的自封袋中，袋口处于半封闭状态；在恒温条件下(25℃)放置24h后，将dgt装置内的土壤移除，利用去离子水冲洗dgt装置4次，将dgt装置表面的土壤颗粒冲洗干净，取出结合相(固定膜)放入试管中，加入2ml的质量浓度为1％的乙酸甲醇用封口膜密封，涡旋震荡2min，用0.22μm的有机滤头过滤后装入进样瓶，然后使用uplc-ms进行分析。(待测进样瓶可在4℃条件下保存，待分析。)步骤4，对步骤3中的数据用microsoftexcel进行整理，结果参见图10-11所示。实施例6与上述实施例的不同之处在于，利用实施例1的dgt装置检测土壤中金霉素的自由溶解态浓度的方法，包括如下步骤：步骤1，拌制含有金霉素的土壤，设定以下几个浓度梯度：0、0.2、0.5、1.0、2.5、5.0和10.0mg/kg，每个浓度梯度配制200g,并取样；步骤2，将步骤1中拌制而成的土壤，每个浓度梯度称取3份，每份10g，分别加入到50ml的烧杯中，加入3ml最大田间持水量80wt％的去离子水，充分搅拌均匀后，覆盖保鲜膜以免水分蒸发，放入恒温培养箱中，25℃条件下，放置平衡48h。待土壤平衡后，用干净小铁勺先取约3g平衡好的土壤放入dgt装置的圆孔内腔中，在桌面上轻轻抖动，使得土壤与滤膜表面充分接触，继续添加土壤直至填满圆孔内腔。步骤3，将上述装好的dgt装置转移到事先放有3ml去离子水的自封袋中，袋口处于半封闭状态；在恒温条件下(25℃)放置24h后，将土壤移除，利用去离子水冲洗dgt装置5次，将dgt装置表面的土壤颗粒冲洗干净，取出结合相(固定膜)放入试管中，加入2ml的质量浓度为1％的乙酸甲醇用封口膜密封，涡旋震荡2min，用0.22μm的有机滤头过滤后装入进样瓶，然后使用uplc-ms进行分析。(待测进样瓶可在4℃条件下保存，待分析。)步骤4，对步骤3中的数据用microsoftexcel进行整理，结果参见图12-13所示。本发明实施例1提供的dgt装置可以用于检测水体环境或者土壤环境中四环素类抗生素自由溶解态浓度。实施例1-3提供了采用dgt装置检测水体中四环素类抗生素自由溶解态浓度的方法，结果如图2-7所示。从图2、图4和图6中可以看出，结合相的吸附量随着水溶液的中污染物(四环素类抗生素)浓度的增大而增大，说明该结合相的吸附容量在该实验梯度下均未达到吸附饱和，并且其平行性较好。从图3、图5和图7中可以看出，四环素类抗生素自由溶解态浓度占总浓度的比例随着环境中总浓度的增大而逐渐增大，当浓度达到5mg/l时，其cdgt占总浓度的比例逐渐趋近稳定。原因是由于在低浓度下，四环素类抗生素的自由溶解态浓度随着总浓度的增加而逐渐增加，但是在低浓度条件下，其自由溶解态的四环素类抗生素分子一部分与水溶液中的离子相结合生成螯合物，另一部分物吸附到烧杯壁或者dgt装置的外壳上，从而导致其装置提取出的自由溶解态四环素类抗生素较少，占总浓度比例较小。当溶液中的四环素类抗生素浓度逐渐增加的时候，其自由溶解态浓度逐渐增加，在水溶液中达到吸附饱和，因此自由溶解态浓度占总浓度的比例趋于稳定。从图3、图5和图7中可以看出，当浓度达到5mg/l时，其cdgt占总浓度的比例趋近稳定，其比值结果如表1所示。表1检测水体中四环素类抗生素自由溶解态浓度占总浓度的比值实施例1实施例2实施例3cdgt/c总(％)35％37.5％37.5％实施例4-6提供了采用dgt装置检测土壤中四环素类抗生素自由溶解态浓度的方法，结果如图8-13所示。从图8、图10和图12中可以看出，结合相的吸附量随着土壤溶液的中污染物(四环素类抗生素)浓度的增大而增大，说明在本实验梯度下结合相的吸附容量未达到吸附饱和，并且其平行性较好。从图9和图13中可以看出，四环素和金霉素自由溶解态浓度占总浓度的比例随着土壤环境中四环素类抗生素浓度的增大而逐渐增大，并且随着土壤四环素类抗生素浓度的增大而呈现出逐渐增大的趋势。并且在本发明实施例条件下并未达吸附解析平衡，因此随着土壤四环素类抗生素浓度的增大其自由溶解态浓度也在逐渐增大，而与水体中呈现出明显的差异。这是因为土壤性质相对于水体较为复杂，土壤中大量的存在的阴阳离子、官能团以及土壤黏粒等物质对四环素和金霉素具有极强的吸附作用，大部分自由溶解态的四环素和金霉素分子吸附到土壤当中仅有一小部分提取出来。从图11中可以看出，土霉素自由溶解态浓度占总浓度的比例随着土壤环境中土霉素浓度的增大而逐渐增大。但是，当浓度达到5mg/l时，其cdgt占总浓度的比值逐渐稳定在0.00001％左右。在低浓度下，土霉素的自由溶解态浓度随着总浓度的增加而逐渐增加，是由于在低浓度条件下其自由溶解态的土霉素分子一部分与土壤溶液中的离子相结合形成螯合，另一部分被土壤颗粒吸附(或者与离子发生鳌和反应)而被固定，从而导致其提取出的自由溶解态土霉素含量较少，占总浓度比例较小。当土壤中的土霉素浓度逐渐增加的时候，其自由溶解态浓度逐渐增加，在土壤溶液中达到吸附解吸平衡，因此自由溶解态浓度占总浓度的比例也逐渐趋于稳定，这与土霉素的性质以及结构也有很大的关系。由实施例1-6可以看出，采用本发明实施例1的dgt装置在检测环境中四环素类抗生素的自由溶解态浓度中具有很大的应用前景。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3