一种同时检测双酚A和双酚S的方法

摘要

本发明公开了一种同时检测双酚A和双酚S的方法，属于检测技术领域。本发明的检测方法廉价、方便、绿色环保；可同时检测双酚A和双酚S，对双酚A的检测限为20nM，对双酚S的检测限为94nM。本发明的检测方法，对实际检测中存在的干扰因素苯酚、抗坏血酸、邻苯二酚、硝基酚和对苯二酚的抗干扰能力强，可以用于实际物品中双酚A和双酚S含量的检测。

说明书

技术领域

本发明涉及一种同时检测双酚A和双酚S的方法，属于检测技术领域。

背景技术

双酚A是一种重要的化工原料，是生产聚碳酸酯塑料和环氧树脂的中间产物，被广泛应用于工业生产和日常生活中。作为一种典型的环境激素类物质，双酚A对于环境和生物体存在着不可逆的危害，只需低剂量就会导致人体内分泌失调。双酚A具有雌激素的作用，可以诱导产生DNA加合物、异倍体性和致突变性，进而导致雌性早熟、不孕、子宫内膜增生、复发性流产和出生缺陷等。更严重的是，双酚A会影响激素分泌水平，改变循环激素代谢途径，导致更严重的危害。因此自1988年开始，美国、日本、欧盟、新西兰和我国对于双酚A的每日允许摄入量和迁移限量制定了标准，在2011年，美国、欧盟和我国都开始禁止生产含有双酚A的婴儿奶瓶。鉴于双酚A这种持久性有机污染物对人体健康存在严重威胁，生产商和制造商开始寻求双酚A的替代物，其中双酚S是其中一种备受关注的双酚类替代物，被广泛运用于聚醚砜、聚合反应试剂、环氧树脂胶中。与双酚A相比，双酚S具有更高的热稳定性，但与此同时，双酚S也具有更低的生物降解性和比双酚A更低的急性毒性等特点。此外，据研究发现，双酚S也存在类激素作用，对于人体的内分泌系统有一定的危害。尽管如此，双酚A和双酚S仍普遍存在于日常生活中，为了避免双酚A和双酚S进一步对人体的危害，了解各种环境中双酚A和双酚S的含量有重要的意义。

目前双酚A和双酚S同时检测方法主要是基于高效液相色谱和气相色谱的色谱分离监测分析法。然而，这些检测方法均需要依靠大型检测仪器，具有仪器价格昂贵、操作不方便以及前处理复杂等缺点。而电化学方法检测廉价、方便、绿色环保，已经成为各种样品分析检测的主要手段之一。

电化学方法检测双酚A已被大量报道，但是电化学应用于同时检测双酚A和双酚S报道鲜有所闻，柳娟娟等人在2016年利用水热还原法制备了铂纳米粒子/邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯-金刚石粉末修饰材料，用于自组装修饰玻碳电极，并将其运用于双酚A和双酚S的同时检测，此方法的双酚A和双酚S的检测限分别为0.6μM和2.0μM，其灵敏度有待于进一步的提高。

为了解决上述问题，本发明设计制备了基于COFs-CTpPa-2材料的修饰电极，并实现了双酚A和双酚S的同时测定。COF-CTpPa-2作为一种COFs材料，具有大的比表面积、多孔性、大的π-π共轭体系和热稳定性，能够通过分子间π-π集聚作用富集双酚A和双酚S，此外COF-CTpPa-2的孔径大于双酚和双酚的分子直径，能够通过孔径匹配效应进一步增强双酚A和双酚S的富集效果，因此该方法可以提高双酚A和双酚S的检测灵敏度，更好地用于双酚A和双酚S的实际检测。

发明内容

为了解决以上问题，本发明构建了一种新型的电化学传感器用于快速、简便的同时检测双酚A和双酚S。本发明的检测方法，可用于双酚A和双酚S的同时检测，对双酚A的检测限为20nM，对双酚S的检测限为94nM，对实际检测中存在的干扰因素苯酚、抗坏血酸、邻苯二酚、硝基酚和对苯二酚的抗干扰能力强，可以用于实际物品中双酚A和双酚S含量的检测。

本发明的同时检测双酚A和双酚S的方法，是利用共价有机骨架化合物修饰的电化学传感器进行检测；其中，所述共价有机骨架化合物修饰的电化学传感器，是将COF-CTpPa-2溶液滴涂于裸电极上得到的。通过COF-CTpPa-2与双酚A和双酚S之间的共轭作用和孔径匹配效应，对双酚A和双酚S进行富集，通过富集上的双酚A和双酚S的电化学响应，以双酚A和双酚S的不同电位对双酚A和双酚S进行同时测定。

在一些实施方式中，所述COF-CTpPa-2，是指1,3,5-三醛基间苯三酚(Tp)首先被具有手性的二乙酰酒石酸酐功能化后形成(CTp)，然后再与2,5-二甲基苯二胺(Pa-2)形成共价有机化合物(COF-CTpPa-2)。

在一些实施方式中，所述COF-CTpPa-2修饰的电化学传感器的制备，是先将COF-CTpPa-2溶于乙醇-Nafion溶液中，然后将COF-CTpPa-2溶液滴涂于裸电极，再置于室温下干燥，得到COF-CTpPa-2电化学传感器。

在一些实施方式中，所述COF-CTpPa-2修饰的电化学传感器的制备，具体是：

(4)将COF-CTpPa-2溶于乙醇-Nafion溶液，并持续超声至COF-CTpPa-2均匀分布于乙醇-Nafion溶液中，并冷藏储存；

(5)利用氧化铁粉末对裸电极进行研磨抛光，然后依次将裸电极在硝酸、乙醇、水中超声，用氮气吹干；

(6)将COF-CTpPa-2溶液滴涂于裸电极，再置于室温下干燥。

在一些实施方式中，所述方法，是采用COF-CTpPa-2修饰的电化学传感器对待测溶液中的双酚A和双酚S进行富集，然后进行电化学检测；其中，富集电位范围-0.3V～0.4V，富集时间范围20s～90s。

在一些实施方式中，所述待测溶液的pH值范围4.0～9.0。

在一些实施方式中，所述富集电位为0.3V，待测溶液的pH为7.0。

在一些实施方式中，所述富集时间为70s。

在一些实施方式中，所述方法还包括建立双酚A和双酚S浓度与电流的标准曲线，当检测待测溶液时，将检测到的电流值代入标准曲线即可或者待测溶液中双酚A和双酚S的浓度。

在一些实施方式中，所述待测溶液，是将待测样品用溶剂提取得到的提取液，或者提取液进一步浓缩得到的。

在一些实施方式中，所述待测样品可以是矿泉水瓶、塑料杯和婴儿奶瓶等，所述溶剂可以是乙腈。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本发明的检测方法廉价、方便、绿色环保；

(2)本发明的检测方法，可同时检测双酚A和双酚S，对双酚A的检测限为20nM，对双酚S的检测限为94nM；

(3)本发明的检测方法，对实际检测中存在的干扰因素苯酚、抗坏血酸、邻苯二酚、硝基酚和对苯二酚的抗干扰能力强，可以用于实际物品中双酚A和双酚S含量的检测。

附图说明

图1为本发明的电化学传感器的原理示意图；

图2为本发明方法原理验证；

图3为本发明的吸附机理的研究；

图4为本发明的实验过程优化；

图5为双酚A和双酚S的标准曲线建立；

图6为实验干扰因素的研究。

具体实施方案

结合实例对本发明作进一步的描述：

实施例1：电化学传感器表征

如图1所示，为本发明的电化学传感器的原理示意图。其中图1A是COF-CTpPa-2的合成示意图，从结构是中可以看出COF-CTpPa-2具有较大的比表面积和通过π-π结合在一起的有序结构，能够很好地用于能量储存、电子转移和共轭富集等。图1B是双酚A和双酚S的分子孔径图，通过计算得到双酚A和双酚S的分子孔径分别为和都小于孔径为的COF-CTpPa-2，能够被COF-CTpPa-2很好的富集用于电化学响应。图1C是实验过程的示意图，由于COF-CTpPa-2与双酚A和双酚S之间的孔径匹配效应和π-π共轭作用，使得双酚A和双酚S能够大量地富集COF-CTpPa-2修饰的电化学传感器上，在差分脉冲伏安法作用下，能够将双酚A和双酚S很好地进行区分，双酚A和双酚S的电位分别为0.5V和0.8V。

本发明方法：将2.5mg COF-CTpPa-2溶于5mL乙醇-Nafion溶液，超声3小时至COF-CTpPa-2均匀分布；利用3μm和0.05μm氧化铁粉末对裸电极进行研磨抛光，然后依次将裸电极在硝酸(浓硝酸:水，1:3，V:V)超声30s，乙醇中超声1min，水中超声1min，用氮气吹干；将5μL COF-CTpPa-2溶液滴涂于裸电极，再置于室温下干燥，制成COF-CTpPa-2电化学传感器。双酚A与双酚S与COF-CTpPa-2电化学传感器之间存在π-π共轭作用和孔径效应，可富集催化双酚A和双酚S在传感器上进行氧化反应。

如图2所示，为本发明方法原理验证。图2A和图2B显示了当0.1M PBS(pH为7.0)中含有或不含有40μM双酚A和双酚S时，不同电极的电化学响应图。图2A中a和b分别代表溶液中不含有双酚A和双酚S时裸玻碳电极(a)和修饰电极(b)的CV响应图，在不含待测物时修饰电极没有氧化还原峰干扰，c和d分别是在含有待测物时的裸玻碳电极和修饰电极的响应图，可以看出双酚A和双酚S具有两个氧化峰，没有还原峰，属于不可逆反应。此外，修饰电极的响应高于裸玻碳电极，表明修饰电极能够更好地对双酚A和双酚S进行富集响应。图2B中的a，b，c分别修饰电极在分别含有40μM双酚S、40μM双酚A以及40μM双酚A和双酚S情况下的差分脉冲伏安图，图中可以看出双酚A和双酚S的电位分别为0.512V和0.812V，电位相差0.3V，可以很好地进行双酚A和双酚S的同时检测。图2C是裸玻碳电极和修饰电极在1.0mM铁氰化钾溶液中的电化学响应图，从图中可以看出修饰电极与裸玻碳电极的导电性相当，并未对电极的导电性造成不良影响，COF-CTpPa-2可以用于电化学传感器的修饰。

COF-CTpPa-2电化学传感器的导电性仍旧保持良好效果。在双酚A和双酚S同时存在情况下，COF-CTpPa-2电化学传感器能够很好的区分双酚A和双酚S，两种物质在COF-CTpPa-2传感器上的电位差值为0.3V，且COF-CTpPa-2传感器对于双酚A和双酚S的响应值高于裸电极，足以说明，本发明的电化学传感器能够应用于双酚A和双酚S的同时检测。

如图3所示，为本发明的吸附机理的研究。

分别将双酚A和双酚S在电化学传感器上进行扫速实验，扫速从10mV/s～100mV/s，分别得到I_pa和υ的关系式，双酚A为Ipa(μA)＝-15.48v(V/s)-0.533，双酚S为I_pa(μA)＝-15.41v(V/s)-0.563。结合Laviron理论公式，

可以得出双酚A和双酚S在电化学传感器上的富集行为为吸附控制，且其电子传递形式为2电子传递模式。

实施例2：电化学传感器优化及应用

如图4所示，为本发明的实验过程优化。图4A表示修饰电极在不同pH值的含有40μM双酚A和双酚S的PBS溶液中电化学响应图，图4B、图4C、图4D分别表示在pH、富集电位和富集时间的影响下双酚A和双酚S的氧化峰电流的变化情况。

对于实验过程中溶液的pH值进行优化，探究了pH为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0时的实验现象，最终得出结论，pH为7.0为实验过程中的最佳pH值。实验过程中的富集电位，分别对电位-0.3、-0.2、-0.1、0.0、0.1、0.2、0.3、0.4V进行研究，0.3V电位为最优富集电位。此外，也对富集过程中的时间进行研究，分别采集了20、30、40、50、60、70、80、90s的实验接果，发现70s的富集时间为最优的。最终确定实验的最优条件为pH为7.0，富集电位为0.3，富集时间为70s。

实验过程中的样品为双酚A和双酚S，双酚A和双酚S分别购买自百灵威试剂公司，率先制备双酚A和双酚S的储备液，分别用无水乙醇制备10.0mM的双酚A和双酚S，并将其保存于4℃的冰箱，待需要时用0.1M的PBS将其稀释至需要的浓度。

实验过程中测定双酚A和双酚S的电位范围在0.0～1.4V范围内进行调节。

如图5所示，为本发明的标准曲线。

双酚A和双酚S同时检测的标准曲线建立。固定双酚S的浓度为3μM，检测不同浓度双酚A(0.1,0.3,0.5,0.8,1.0,1.5,2.0,2.5,5.0,10.0,15.0,25.0,50.0μM)，检测得到双酚A的曲线I_pa(μA)＝-0.1263c(μM)-0.0135，R²＝0.994，检测限为20nM。固定双酚A的浓度为3μM，检测不同浓度的双酚S(0.5,0.8,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,8.0,10.0,15.0,25.0,50.0μM)，检测得到双酚S的曲线I_pa(μA)＝-0.0923c(μM)+0.013，R²＝0.994，检测限为94nM。

如图6所示，为实验干扰因素的研究。

对实际检测中存在的干扰因素苯酚、邻苯二酚、硝基酚和对苯二酚进行研究，在待测液中加入浓度为双酚A和双酚S 10倍的干扰物进行测定，实验结果显示对于检测结果的影响小于10％。

如表1，2所示，为实际样品中双酚A和双酚S的检测。

将塑料瓶、饮用水瓶和婴儿奶瓶样品装满乙腈，放置于60℃水浴中，水浴加热24小时；将提取液放置于室温下冷却，浓缩，自然挥发，置于4℃冰箱冷藏。采用本方法进行检测，从标准曲线求得对应的样品中双酚A和双酚S的含量，同时与高效液相色谱法进行比较，结果基本一致，表明构建的同时检测双酚A和双酚S的方法可以用于实际样品检测。

表1实际样品中双酚A的检测

表2实际样品中双酚S的检测