一种水体中环境持久性自由基的检测方法

本发明涉及一种水体中环境持久性自由基的检测方法，属于复杂环境样品中新污染物检测分析领域。

背景技术：

1、环境持久性自由基是一类半衰期长，稳定存在的新污染物，可在环境诱导产生活性氧，促进机体的氧化应激而造成氧化损伤，对生物体健康和环境安全存在较大威胁。目前在塑料、大气颗粒物、木材、燃烧颗粒物以及生物炭等固体颗粒中均检测到了环境持久性自由基的存在。轮胎磨损颗粒是指机动车或非机动车轮胎与路面进行摩擦后产生的颗粒，具有粒径小、产量大和分布广等特点，它所产生的环境污染和危害已不容忽视，有学者已在轮胎磨损颗粒上检测出环境持久性自由基，但大部分轮胎磨损颗粒通过路面径流等方式最终会进入水环境，活性氧也更易在水中检测其生成和转化，而对这些颗粒污染物赋存的水环境却未探究是否存在环境持久性自由基的威胁。传统环境持久性自由基检测方法仅针对固体颗粒上的，且其前处理方法都是直接干燥，这会造成颗粒团聚现象而影响粒径大小，降低了检测环境持久性自由基的准确性。另外，目前几乎没有关于检测轮胎磨损颗粒水溶液中环境持久性自由基含量的方法，关于水体中环境持久性自由基的提取和检测也未有明确方法，直接检测水溶液中的环境持久性自由基，检测信号会受到强极性的水以及水中氧气的干扰，水中的环境持久性自由基相对颗粒上存在提取困难和检测干扰因素多等问题。因此，针对目前缺乏对轮胎磨损颗粒在水体中产生的环境持久性自由基含量的测试方法，亟需对其开展一种提取效果好、操作简便的环境持久性自由基的分离和检测方法。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种水体中环境持久性自由基的分离和检测方法，在对水体进行离心分离后，通过向固体中加入有机分散剂进行干燥前处理，可有效防止颗粒在后续干燥过程中出现凝聚，尽可能保证样品的真实粒径。对分离后的溶液首先使用异丙醇和正己烷的混合溶液进行萃取，萃取液再经过浓缩和真空除氧处理。采用电子自旋共振波谱法分别检测颗粒和溶液，均可达到检出率高和样品回收率好的效果。该方法操作简便，高效合理，广泛适用于水体中环境持久性自由基的分离和检测。

2、针对上述目的，本发明提供了一种水体中环境持久性自由基的检测方法，该方法包括以下步骤：

3、(1)离心处理：对水体进行离心处理，固液分离后得到固体和液体；

4、(2)固体颗粒的制取：将步骤(1)中的固体分散在有机分散剂中，对分散后的溶液进行真空干燥处理，获得固体颗粒；

5、(3)待测溶液处理：将步骤(1)得到的液体先通过有机溶剂进行萃取，萃取液通过高通量平行真空浓缩仪进行浓缩后，对浓缩液进行真空除氧，得到待测溶液；

6、(4)环境持久性自由基含量测试：使用电子自旋共振波谱仪分别对步骤(2)中获得的固体颗粒和步骤(3)中获取的待测溶液中环境持久性自由基的含量进行测定。

7、在本发明方法中，首先先对水体进行离心处理，将水体中的液体和固体进行分离，将分离后得到的固体颗粒分散在有机分散剂中，使固体颗粒均匀分散，分散后再对其进行真空干燥处理，可防止直接干燥时导致固体颗粒之间发生凝集，从而增加检测的准确性。对于分离后得到的液体，先使用有机溶剂对其进行萃取，主要是萃取液体中的环境持久性自由基，然后对其进行真空浓缩，得到环境持久性自由基浓度较高的待测溶液，真空除氧的目的是除去水体中的氧气，减少氧气对测试信号的干扰。

8、在本发明的一种实施方式中，所述水体选自地表水、土壤水和地下水等水体水样中的一种。

9、在本发明的一种实施方式中，离心处理时的转速为3000～5000r/min，优选为4000r/min，时间为10～20min，优选为15min。

10、在本发明的一种实施方式中，在步骤(1)中，离心处理后的固体先用孔径大小为3μm的滤纸静置过滤至水分含量<40％。

11、在本发明的一种实施方式中，在步骤(2)中，所述固体颗粒为轮胎磨损颗粒，所述轮胎磨损颗粒的粒径小于150μm。

12、在本发明的一种实施方式中，在步骤(2)中，所述有机分散剂为硬脂酸锌和微晶石蜡的混合物。

13、在本发明的一种实施方式中，在步骤(2)中，所述有机分散剂中，所述硬脂酸锌与微晶石蜡的质量比为1:2～2:1，优选为1:1。

14、在本发明的一种实施方式中，在步骤(2)中，所述有机分散剂的加入量为0.01～0.03ml/mg，优选0.01ml/mg。

15、在本发明的一种实施方式中，所述有机分散剂的制备步骤包括：使用预冷的二甲苯溶剂将硬脂酸锌和微晶石蜡充分溶解后制备成有机分散剂。

16、在本发明的一种实施方式中，在步骤(2)中，真空干燥时的真空度为-0.07～-0.09mpa，优选为-0.085mpa；干燥时间为3h～5h，优选为4h。

17、在本发明的一种实施方式中，在步骤(3)中，所述有机溶剂为异丙醇与正己烷的混合物。

18、在本发明的一种实施方式中，在步骤(3)中，所述异丙醇与正己烷的质量比3:1～2:2，优选为2:1。

19、在本发明的一种实施方式中，在步骤(3)中，浓缩后溶液的体积为浓缩前溶液体积的3％～8％，优选为5％。

20、在本发明的一种实施方式中，在步骤(3)中，真空除氧的过程为当密闭的反应瓶内液体完全冷却后，使用隔膜真空泵抽取反应瓶内气体2-3min。需先将浓缩液放入液氮罐中，使溶液浸入液氮彻底冷却后抽真空，再拿出解冻，重复该步骤2-3次。

21、在本发明的一种实施方式中，所述环境持久性自由基包括以碳原子为中心的芳烃类自由基、以氧原子为中心的半醌类自由基以及孤电子附近有含氧官能团的碳中心自由基中的至少一种。

22、环境持久性自由基基于电子顺磁共振波谱参数因子g进行分类，可以分为3类，g<2.0030的自由基是以碳原子为中心的自由基，包括环戊二烯基自由基、芳烃类自由基、蒽酮自由基等，g>2.0040的自由基为以氧原子为中心的自由基，包括半醌类自由基和醌类自由基等，2.0030<g<2.0040的自由基有两种，一种是以碳原子为中心的自由基和以氧原子为中心的自由基的混合物，另一种是孤电子附近有含氧官能团的碳中心自由基。

23、在本发明的一种实施方式中，在步骤(4)中，对步骤(3)中获取的待测溶液中环境持久性自由基的含量进行测定时，用毛细管吸取20μl的待测溶液，并用润滑脂密封住另一端，下端缓慢放置于核磁管中且不可漏液，核磁管立即插入仪器空腔中进行测定。

24、在本发明的一种实施方式中，在步骤(4)中，电子自旋共振波谱仪的工作条件为：调制频率为1.0g，扫描宽度为100g，时间常数为0.01ms，扫描时间为30.0s，扫描次数3次。

25、在本发明的一种实施方式中，所述方法包括如下步骤：

26、(1)水样预处理：将取出的水体放置于离心装置中，以4000r/min转速离心15min，静置分离上清液待处理，下层固体先用3μm定量滤纸静置过滤至水分含量<40％；

27、(2)固体颗粒的制取：使用预冷的二甲苯溶剂将硬脂酸锌和微晶石蜡充分溶解，制备成有机分散剂，向湿润的固体颗粒中滴入有机分散剂并使其混合均匀，静置1h后，放入35℃真空干燥箱中彻底干燥4h，得到固体颗粒，其中，有机分散剂加入量为0.01～0.03ml/mg，优选为0.01ml/mg；

28、(3)待测溶液处理：将步骤(1)静置分离后的上清液使用有机溶剂(异丙醇：正己烷＝2:1)进行固相萃取，萃取小柱先使用5ml异丙醇和5ml去离子水以2ml/min流速进行活化，溶液以5ml/min流速进样，进样完成后再使用4ml异丙醇和6ml有机溶剂(异丙醇：正己烷＝2:1)以2ml/min流速依次进行洗脱，将洗脱完成的萃取液放入高通量平行真空浓缩仪中浓缩，浓缩后溶液的体积为浓缩前体积的5％，使用正己烷将浓缩后的溶液定容，并将其放入液氮罐中待溶液彻底冷却后抽真空，再拿出解冻，重复该步骤2-3次；

29、(4)环境持久性自由基含量测试：将步骤(2)干燥后的固体颗粒缓慢放入核磁管中，最后插入esr仪器空腔中测定；用毛细管吸取20μl步骤(3)中真空除氧后的溶液，并用润滑脂密封住另一端，下端缓慢放置于核磁管中且不可漏液，核磁管立即插入仪器空腔中进行测定，电子自旋共振波谱仪的工作条件为：调制频率为1.0g，扫描宽度为100g，时间常数为0.01ms，扫描时间为30.0s，扫描次数3次。

30、本发明的有益效果：

31、1、采用本发明方法能实现水体中环境持久性自由基的测定，检测结果准确性好，从水体中分离出的固体和液体样品的加标回收率高。

32、2、本发明利用硬脂酸锌和微晶石蜡制备有机分散剂，加入到固体颗粒进行干燥前处理，有效避免了后续干燥过程中颗粒出现的凝聚现象，保证了颗粒真实粒径，提高了固体颗粒中环境持久性自由基含量的检测精确度。

33、3、本发明利用异丙醇和正己烷的混合液作为有机溶剂对溶液进行固相萃取，萃取液再通过真空浓缩和真空除氧，使用电子自旋共振波谱仪进行测定，该方法检出率高，样品加标回收率好。