一种在线快速检测环境中活性溴代苯氧自由基的方法
【专利摘要】本发明公开了一种在线快速检测环境中活性溴代苯氧自由基的方法，属于面向环境分析领域。溴代苯氧自由基被认为是环境中溴代芳环类化合物氧化形成的重要中间产物，其对于探讨环境中一些持久性有机污染物如羟基多溴联苯醚、溴代二恶英等的来源及环境形成机理具有一定的科学意义。本发明采用了紫外在线诱导光化学反应，建立了一种快速捕捉瞬态溴代苯氧自由基的分析方法，并能同时确定溴代苯氧自由基的生成量。所构建的检测方法具有很好的重复性和可靠性，经过不同化合物的验证证实了该方法的准确性及使用性。
【专利说明】一种在线快速检测环境中活性溴代苯氧自由基的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在线快速检测溴代苯氧自由基的方法，属于面向环境分析【技术领域】，具体涉及一种在线快速检测环境中活性溴代苯氧自由基的方法。
【背景技术】
[0002]随着工业社会的发展，越来越多含卤(主要是氯和溴)有机化合物大量进入到各种环境介质(如大气、水、土壤)中。由于这些卤代化合物可能会对人体健康和生态环境构成严重威胁而越来越受到人们的关注。作为典型的新兴溴代环境污染物，羟基多溴代联苯醚(HO-PBDEs)和多溴代二苯并二噁英/呋喃(PBDD/Fs)由于具有三致效应(致癌、致畸、致突变)、甲状腺激素干扰效应、神经及生殖毒性等毒理学危害，已是当前环境工作者的研究热点。和多氯联苯(PCBs)等不同，这些化合物从来没有工业化生产过，但它们却在各种环境介质中广泛检出，从而推断其自然形成可能是该类污染物的主要来源途径。其中在生物介质中的来源主要是通过生物体中多溴代联苯醚(PBDEs)的代谢转化合成，而在非生物介质中的来源却鲜有报道，反应机理也不完全清楚，因此亟待解决该方面的科学问题。苯氧自由基通常被认为是环境中联苯醚类化合物形成的重要中间产物，已报导了多氯代苯氧自由基可以通过聚合反应形成多氯代二苯并二噁英和呋喃(PCDD/Fs)。因此推测环境中HO-PBDEs和PBDD/Fs等污染物也很可能是通过环境中存在的溴代苯氧自由基聚合而形成的。
[0003]目前，Xu 等人[F.Xu, W.N.Yu, Q.Zhou, R.Gao, X.Y.Sun, Q.Z.Zhang, W.X.Wang,Mechanism and Direct Kinetic Study of the PolychlorinatedDibenzo-p-d1xin and Dibenzofuran Format1ns from the Radical/RadicalCross-Condensat1n of 2，4-Dichlorophenoxy with 2~Chlorophenoxy and2，4，6-Trichlorophenoxy, Environ.Sc1.Technol.2011，45:643-650]根据密度泛函理论(DFT)计算模拟出了环境中三种氯酚通过生成氯代苯氧自由基后，交叉自聚可生成P⑶Ds，从而提出P⑶Ds环境形成的机理。而在最近的研究中，Gao等人[R.Gaoj F.Xuj S.Q.Li，J.T.HujQ.Z.Zhang, W.X.Wang, Format1n of bromophenoxy radicals from completeseries react1ns of bromophenols with H and OH radicals, Chemosphere.2013, 92:38
2-390]通过密度泛函理论(DFT)计算证明了 19种溴酚在自然条件下能够生成溴代苯氧自由基，这为PBDD/Fs环境形成提供了理论依据。这些研究结果从理论上证明了环境中溴代苯氧自由基的形成，然而，目前通过实验对其直接捕获及表征的方法学研究还未见报道。因此，构建一种实用性的快速在线检测环境中溴代苯氧自由基的方法，对探讨环境中溴代芳烃类新兴污染物的来源和环境形成机理的研究将具有重要的科学意义。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种在线快速检测环境中活性溴代苯氧自由基的简便，快速，准确，应用范围广的方法。
[0005]为了解决以上技术问题本发明采用的技术方案如下:
[0006]—种在线快速检测环境中活性溴代苯氧自由基的方法，通过联用UV_online(紫外-在线)激发诱导反应体系，对溴代苯氧自由基进行捕捉，并在线检测定性以及定量分析。其具体方法如下:
[0007](I)首先，设定紫外在线(UV-online)激发诱导反应体系；
[0008](2)溴代苯氧自由基的表征，具体步骤如下:
[0009]第一步，对诱导激发的溴代苯氧自由基进行捕捉，检测。通过调整调制幅度、时间常数、增益值、场扫描宽度及微波能量等参数，对比分析得到最优峰型后，根据最优峰型确定谱图朗德因子(g)值、调制幅度、时间常数、增益值、场扫描宽度及微波能量等各项参数值；
[0010]第二步，对溴代苯氧自由基进行定性分析。
[0011]①对溴代苯氧自由基的标准谱图进行拟合，将拟合得到的谱图与实际测得的谱图进行对比；一般，当拟合相似度达到0.98以上，确定拟合谱图并得到超精细耦合常数；当拟合相似度未达到0.98以上，需要重复拟合，得到最佳的匹配度。
[0012]②根据实际测得的谱图的g因子的值，确定被检测样品自由基的类型；
[0013]③根据实际测得的谱图的超精细耦合裂分的情况，确定氢的个数及位置；
[0014]④根据实际测得的响应信号与微波强度的关系，确定其是否为氧中心的自由基。
[0015]第三步，定量分析:选择稳定的自由基化合物为内标物，通过用步骤(2)第一步的操作得到内标物的DI/N值(单位浓度化合物的响应值)以及待测溴代苯氧自由基的DI/N值，根据以下的换算公式，得到诱导体系产生溴代苯氧自由基的量。选择稳定自由基化合物的目的是容易被捕捉到，有利于检测。
[0016]换算公式:C样品=C内标/(DI/N)内标*(DI/N)样品
[0017](3)溴代苯氧自由基共振式-碳中心自由基的表征，具体步骤如下:
[0018]在UV-online激发诱导反应体系前，加入电子自旋捕获剂5，5_ 二甲基_1_吡啶-N-氧化物(DMPO)，通过DMPO捕获反应过程中产生的碳中心自由基，形成DMPO-自由基加合物，进一步根据溴代苯氧自由基表征步骤(第一步，第二步和第三步)对产生的碳中心自由基进行定性/定量分析。
[0019]本发明的有益效果是，采用本发明方法可以实现一种在线快速检测溴代苯氧自由基的方法，该方法简便而快捷，准确而可靠，能够为探究环境中齒代苯酚类物质发生光化学反应的机理提供有力的支持。使用该发明专利的溴代苯氧自由基测定结果，可以为机理研究工作提供重要的基础数据，并对环境生态风险分析和评价具有重要科学意义。
[0020]本发明提供的检测溴代苯氧自由基的方法有如下几个优点:(I)通过紫外诱导光化学反应的发生，能够在线检测溴代苯氧自由基。(2)在检测到溴代苯氧自由基的同时还可以对其进行准确定量分析。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为2，6- 二溴酚实验测定的EPR谱图。
[0022]图2为2，6- 二溴酚与DMPO加合后测得的EPR谱图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合技术方案进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0024]实施例1
[0025]配制2.6- 二溴苯酚的磷酸缓冲溶液，浓度为10mM/L，向样品池中加入Iml配置好的溶液，采用Buker公司的电子顺磁共振仪(EPR)及高分辨的微波谐振腔，通过联用UV-online激发诱导反应体系在线检测溴代苯氧自由基，通过多次进样，对调制幅度，调制频率，扫频宽度，时间常数，场扫描速率，微波功率等参数，将数据进行比较、优化得到最优峰型后，确定最终的参数，其中微波能为15.lmW，增益值(G)为5.02*104，调制频率100kHz，调制幅度1.0OGHz,时间常数是163.84msec，扫频宽度26GHz。
[0026]对得到的溴代苯氧自由基EPR谱图进行定性分析。
[0027](I)采用Winsim软件对溴代苯氧自由基的EPR谱图进行拟合，根据经验值设定参数得到拟合谱图，并调节g因子漂移，峰宽度使拟合谱图与实验测得的谱图相似度达到0.98以上，而最终确定拟合谱图的超精细耦合常数。
[0028](2)实验测得EPR谱图的g因子为2.0046，可以确定其是以氧为中心的溴代苯氧自由基。
[0029](3)苯氧自由基中氧上未成对电子与两个等价的氢核相互作用会产生超精细三重裂分，此外氧上未成对电子和对位的氢核相互作用产生二重裂分，由于这两组质子并不等性，因此它们共同作用的结果形成2*3 = 6的六重分裂EPR波谱，实验测得的EPR谱图与理论一致。
[0030](4)在一定功率范围内EPR响应信号与辐射到样品上的微波强度成正比，但是实验测得的EPR谱图在较低的微波能量(20mW)信号下已达到饱和，而这正是苯氧自由基的特征。
[0031]由此，可以确定测得的EPR谱图为溴代苯氧自由基的谱图。
[0032]实施例2
[0033]配制2.6- 二溴苯酚的水溶液，浓度为1mM I71，向样品池内加入ImL配置好的溶液，并加入IM I/1的DMPO捕捉剂50 μ L，采用Buker公司的电子顺磁共振仪(EPR)及高分辨的微波谐振腔，通过联用UV-online激发诱导反应体系在线检测溴代苯氧自由基，通过多次进样，调谐振幅，调谐频率，时间常数，扫描速率，微波功率等参数，将数据进行比较、优化得到最优峰型后，确定相应的参数，其中微波能为10.13mW，增益值为5.02*104，调制频率100kHz，调制幅度0.8G，时间常数是163.84msec，扫频宽度120GHz
[0034]对得到的以碳为中心的自由基EPR谱图进行定性分析。
[0035](I)采用Winsim软件对以碳为中心自由基的EPR谱图进行拟合，根据经验值设定参数得到拟合谱图，并调节g因子漂移，峰宽度使拟合谱图与实验测得的谱图相似度达到
0.98以上，而最终确定拟合谱图的超精细耦合常数。
[0036](2)对实验测得EPR谱图和获得的超精细耦合常数进行系统分析，并与文献报道数据和美国卫生学院(NIH)数据库提供数据进行比较，最终确定了碳中心自由基的类型。
【权利要求】
1.一种在线快速检测环境中活性溴代苯氧自由基的方法，其特征在于，步骤如下: (1)设定紫外在线激发诱导反应体系； (2)溴代苯氧自由基的表征: 第一步，对诱导激发的溴代苯氧自由基进行捕捉，检测；通过调整调制幅度、时间常数、增益值、场扫描宽度及微波能量，对比分析得到最优峰型，根据最优峰型确定谱图朗德因子值、调制幅度、时间常数、增益值、场扫描宽度及微波能量的相应数值； 第二步，对溴代苯氧自由基进行定性分析: ①对溴代苯氧自由基的标准谱图进行拟合，将拟合得到的谱图与实际测得的谱图进行对比；当拟合相似度达到0.98以上，确定拟合谱图并得到超精细耦合常数；当拟合相似度未达到0.98以上，需要重复拟合，得到最佳的匹配度； ②根据实际测得的谱图的g因子的值，确定被检测样品自由基的类型； ③根据实际测得的谱图的超精细耦合裂分的情况，确定氢的个数及位置； ④根据实际测得的响应信号与微波强度的关系，确定其是否为氧中心的自由基； 第三步，定量分析:选择稳定自由基化合物为内标物，进行步骤(2)第一步的操作得到内标物的DI/N值以及待测溴代苯氧自由基的DI/N值，根据以下的换算公式，得到诱导体系产生溴代苯氧自由基的量； 换算公式:C样品=C内标/(DI/N)内标*(DI/N)样品 (3)溴代苯氧自由基共振式-碳中心自由基的表征: 在设定紫外在线激发诱导反应体系前，通过向体系中加入电子自旋捕获剂5，5-二甲基-1-吡啶-N-氧化物，通过DMPO捕获反应过程中产生的碳中心自由基，形成DMPO-自由基加合物，进一步根据溴代苯氧自由基表征步骤(2)对产生的碳中心自由基进行定性/定量分析。
【文档编号】G01N21/63GK104316513SQ201410483812
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】赵洪霞, 姜菁秋, 王燕丽, 谭峰, 陈景文, 全燮 申请人:大连理工大学