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        自動凈化及新型酶聯(lián)免疫法測定廢氣中的二噁英

        2013-11-28 01:00:08周志廣許鵬軍劉愛民黃業(yè)茹高木陽子
        分析測試學(xué)報 2013年1期
        關(guān)鍵詞:實驗

        周志廣,許鵬軍,任 玥,李 楠,齊 麗,鄭 森,趙 虎,范 爽,張 烴,劉愛民,黃業(yè)茹,高木陽子

        (1.國家環(huán)境分析測試中心 國家環(huán)境保護二英污染控制重點實驗室,北京 100029;2.京都電子工業(yè)株式會社,日本 京都 601-8317)

        1 實驗部分

        1.1 試劑與儀器

        正己烷(美國J.T-Baker),DMSO(日本W(wǎng)ako Pure Chemical),13C取代的凈化內(nèi)標和13C取代的進樣內(nèi)標(加拿大Wellington Laboratory),多層硅膠柱和氧化鋁柱(日本三浦環(huán)境科學(xué)研究所),Milli-Q plus純水器(美國Millipore公司);分析儀器采用Waters公司生產(chǎn)的AutoSpec ULtima NT型高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用儀(HRGC-HRMS)以及與京都電子公司共同開發(fā)研制的SPD-600、DXS-600。

        實驗所用的樣品為廢棄物焚燒后產(chǎn)生的廢氣樣品。

        1.2 自動前處理儀器實驗條件的優(yōu)化

        SPD-600儀器基本結(jié)構(gòu)如圖1,其中2和3是簡化的多層硅膠柱和氧化鋁柱。簡化多層硅膠柱的基本構(gòu)成為:硫酸鈉(2 g)+2%氫氧化鉀硅膠(0.8 g)+硅膠(0.05 g)+44% 硫酸硅膠(7.3 g)+硅膠(0.05 g)+10% 硝酸銀硅膠(3.5 g)+硫酸鈉(2 g)。

        采用廢氣樣品,首先研究了加熱對多層硅膠柱凈化效率的影響,將采集到的廢氣樣品均分為兩份,分別加到多層硅膠柱上,按照下述條件進行凈化處理:①130 mL正己烷、室溫下淋洗;②90 mL正己烷、60℃下淋洗。

        其次進行了溶劑置換效率的研究:凈化完畢的樣品經(jīng)氧化鋁柱分離后,置換成DMSO,溶劑置換效率將直接影響后續(xù)測定結(jié)果,為此通過對比凈化內(nèi)標回收率來驗證溶劑的置換效率。將兩份分別添加了凈化內(nèi)標的廢氣樣品,1份按照HJ77.2-2008方法凈化,另1份按照SPD-600設(shè)定的條件凈化,將此凈化完畢溶解在DMSO中的樣品,采用液-液萃取置換成正己烷,然后進行高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜(HRGC-HRMS)分析,每個樣品分別做3次平行實驗。

        1.3 自動測定儀器的原理及其與普通酶聯(lián)免疫方法的比較

        DXS-600是一種自動測定儀器,其原理為基于酶聯(lián)免疫的結(jié)合平衡除外法??贵w的制備過程如下:將牛血清蛋白(BSA)與二英類物質(zhì)結(jié)合得到的復(fù)合物(DXN-BSA)作為抗原,注射到小鼠的體內(nèi),使其在體內(nèi)產(chǎn)生二英抗體,取出脾臟細胞與骨髓瘤細胞,然后結(jié)合制備雜交瘤細胞。以該雜交瘤細胞與廢氣中TEQ高相關(guān)性的異構(gòu)體的結(jié)合性為指標進行篩選,再通過克隆培養(yǎng),取得能與二英類產(chǎn)生特異性結(jié)合的抗二英類單克隆抗體細胞;測定單元中的固相抗原為2,4,5-TCP-BSA。采用標準溶液濃度系列分別進行普通酶聯(lián)免疫方法和DXS-600測試,每種方法進行3次平行測試,將測得的結(jié)果進行四參數(shù)回歸得出標準曲線,并對標準曲線進行比較。

        圖1 樣品凈化和溶劑置換裝置示意圖Fig.1 Diagram of experimental purification and solvent substitution system

        2 結(jié)果與討論

        2.1 自動前處理儀器實驗條件的優(yōu)化

        2.1.1 加熱對多層硅膠柱凈化效率的影響 將在不同條件下凈化完畢的樣品分別進行紫外光譜分析(圖2),從圖2可以看出,室溫下、130 mL正己烷淋洗,凈化后的樣品在260 nm下具有很強的吸收。這表明凈化的樣品中存在不飽和芳香族化合物,此類化合物中,其中一些物質(zhì)具有與二英類物質(zhì)相似的結(jié)構(gòu)并呈現(xiàn)出相似的毒性,因此極易與抗體結(jié)合,影響檢測結(jié)果,必須去除[17]。而60℃加熱、90 mL正己烷淋洗,凈化完畢的樣品,在260 nm下的吸收較弱。為了得到詳細的信息,將此兩份樣品進行氣相色譜-質(zhì)譜(GC-LRMS)分析(如圖3)。從色譜圖的對比可以看出,在加熱條件下凈化的樣品,多環(huán)芳烴(PAH)、烷基苯(ABz)、烷基聯(lián)苯類等化合物峰明顯減少。而且研究表明加熱后二英類化合物的出峰時間會提前,從而縮短凈化時間[17]。從以上對比研究可以看出,60℃加熱條件下進行凈化可以提高凈化效率、縮短凈化時間。

        圖2 在室溫和60℃條件下凈化后廢氣樣品的紫外光譜圖Fig.2 UV spectra of flue gas samples purified by multilayer silica gel column at room temperature and 60℃

        圖3 在室溫和60℃條件下凈化后的廢氣樣品的GC-LR/MS圖Fig.3 GC-LRMS chromatograms of flue gas samples purified by multi-layer silica at room temperature and 60℃

        2.1.2 凈化內(nèi)標回收率的對比研究 按“1.2”的有關(guān)步驟進行了加標回收對比(見表1)。從對比結(jié)果可以看出,按照HJ77.2-2008標準分析方法人工填制的凈化柱的回收率為78%~122%,相對標準偏差為1%~19%,而SPD-600的回收率為87%~107%,相對標準偏差為2%~8%。SPD-600凈化分離后的樣品內(nèi)標回收率高于按照標準分析方法人工填制的凈化柱,相對標準偏差范圍也較小,很大程度上消除了人為因素的影響。同時本方法只采用90 mL正己烷淋洗,而HJ77.2-2008標準分析方法中則需用200 mL正己烷淋洗凈化柱,200 mL二氯甲烷-正己烷(1∶3)以及200 mL甲苯淋洗活性炭柱。因此,SPD-600儀器使用較少的溶劑,就可使回收率滿足分析要求。因此該系統(tǒng)完全可以滿足各種生物檢測方法中樣品前處理的需要。

        綜合上述研究,確定最佳的樣品處理流程如下:樣品采用簡化的多層硅膠柱和氧化鋁柱凈化,對此組合柱進行60℃加熱,采用90 mL正己烷以2.5 mL/min的速率進行淋洗。最后采用0.7 mL DMSO將二英類化合物溶出,DMSO的淋洗速率為2.5 mL/min,樣品制備完畢后,避光、0℃以上保存。

        表1 人工凈化柱和SPD-600凈化柱回收率之間的比較Table 1 Comparison of recoveries between manually packed column and alumina column used by SPD-600

        2.2 自動測定儀器

        圖4 測量的基本原理Fig.4 The principle of measurement

        在酶聯(lián)免疫方法中,標準曲線中只有直線部分是可取的。從圖5兩條標準曲線的對比可以看出,DXS-600曲線的直線范圍比普通的酶聯(lián)免疫方法大,檢出下限由1.1 μg/L降低至0.025 μg/L,靈敏度提高了近40倍,同時由于DXS-600是自動測定儀器,消除了實驗過程中不確定因素的影響。對比分析發(fā)現(xiàn),實驗結(jié)果的重現(xiàn)性(相對標準偏差)由8.0%~18%變?yōu)?.2%~4.8%,另外此儀器一次可測定3個樣品,縮短了分析時間,可用于大批量樣品的測試。

        圖5 DXS-600和ELISA標準曲線的比較Fig.5 Comparison of calibration curves between DXS-600 and ELISA

        表2 WHO-TEF(2005)與交叉反應(yīng)值的比較Table 2 Comparison of WHO-TEF(2005)and cross reactivity

        2.3 SPD-600凈化+DXS-600測定與HRGC-HRMS測定結(jié)果之間的比較

        實驗采用SPD-600和DXS-600聯(lián)用分析了21個廢棄物焚燒產(chǎn)生的廢氣樣品,并將測定的結(jié)果與HRGC-HRMS進行了比較。結(jié)果表明,在一定濃度范圍內(nèi)此儀器組合測定的結(jié)果與HRGC-HRMS測定的結(jié)果表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系,兩者的換算方程為y=1.541x-1.906,r2=0.985 8。由于此儀器組合操作簡單、自動化程度較高、凈化時間和測定時間較短,因此在一定的使用范圍內(nèi)可用于二英的快速篩查。

        3 結(jié)論

        致謝:本研究承蒙日本京都電子株式會社立石典生、竹內(nèi)義清等人員的幫助,在此表示感謝。

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