（分析化学专业论文）液质联用技术测定芳香胺及其与牛血清白蛋白相互作用的研究.pdf

摘要 摘要 近年来，随着工业的迅猛发展，随之带来的环境污染问题越显突出，各种 污染物在环境体中的迁移造成空气、水体及土壤等污染，污染无所不在，其防 治已成为一个全球性的问题。芳香胺是一类重要的环境污染物，已被列为优先 监控的环境污染物之一。医学研究表明，许多芳香胺具有致突变性和致癌性， 能引起身体多个部位的病变，对人们的健康构成极大的威胁。芳香胺在工业上 用途非常广泛，应用于橡胶、医药、印染和油漆等多个化工行业，尤其是印染 工业，废水常含高浓度的芳香胺中间体，而且部分染料经过复杂的化学反应和 微生物作用也最终释放出芳香胺，从而造成大范围的水体等环境体系的污染。 除工业污染外，随着人们生活水平的提高，对纺织品的色彩花样产生了更丰富 的需求，例如：偶氮染料是一类最重要的合成染料，当偶氮染料随着皮肤接触 等各种途径进入人体后，易被还原成芳香胺；人们每天与化妆品打交道，五颜 六色的彩妆背后隐藏险机；另外，某些不合格的包装材料释放芳香胺也时常引 发食品安全问题。这些都与人们的日常生活密切相关，人们在享受生活的同时， 很少认识到芳香胺就在身边。建立、完善和发展芳香胺污染物的分析方法是环 境综合治理的关键环节之一，也是分析化学和环境化学的热点研究课题，具有 重要的研究意义和较好的应用价值。 本学位论文采用高效液相色谱一质谱联用分析技术，发展了分析测定芳香胺 的新方法。样品分别针对流动性强的水体和使用量大的纺织品，利用色谱的高 分离效能和质谱的高灵敏度检测特点，提高分析方法的灵敏度、选择性和方法 可靠性，高效液相色谱一质谱联用分析技术集在线分离、定性和定量为一体，有 利于实现快速分析，降低分析费用，增加方法的实用性，使其更适用于痕量的 芳香胺类污染物样品的分析；将该方法用于染色纺织品在模拟汗液、碱性洗涤 剂浸泡溶液中的芳香胺定量分析，并得到芳香胺在模拟条件下的迁移初步研究 结果；通过采用灵敏的荧光分析技术研究了芳香胺与蛋白质之间的相互作用， 从芳香胺与蛋白质结合的分子结构角度来探讨芳香胺对生物体的危害性。力求 从芳香胺的分析检测、迁移模拟和毒理探讨等方面进行探索性的研究工作，主 要研究内容如下： 摘要 1 首先概述了芳香胺类化合物的性质及其对人体健康的危害性，重点综述和比 较了近年来有关芳香胺的分析方法和发展新方法的必要性。简要介绍了蛋白 质的结构、功能和性质，然后对常见药物小分子与蛋白质生物大分子相互作 用的研究方法、研究内容等方面展开了评述。以此作为本论文的立题依据及 工作基础。 2 水乃生命之源，对人类的重要性不言而喻。我国对污水中芳香胺类化合物的 排放已有严格的标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 控制，但不适于浓度较低样品的检测，而 有机化合物污染往往具有浓度低、危害大、周期长的特点。本实验建立了一 种高效液相色谱质谱联用法，用于快速检测水中痕量芳香胺。色谱分离采用 反相c i 8 色谱柱( 2 5 0 m m x 4 6 m mi d ，5 t t m ) ，以甲醇甲酸铵缓冲液为流动相， 流速为1 0 m l m i n ，采用梯度洗脱，分流进样。质谱采用电喷雾电离源正离子 模式，以各种化合物的选择离子【m + h 】+ 监测模式，通过分段采集提高方法的 灵敏度和选择性。实验发现，联苯胺苯胺、对甲苯胺、对硝基苯胺、甲萘 胺有良好的线性关系，它们的线性范围分别为：7 0 3 - 2 8 1 3 0 9 9 l ，1 0 6 5 2 1 3 1 0 9 9 l ，1 1 9 1 - 2 3 8 2 0 9 9 l ，1 2 3 9 2 4 7 9 0 1 a g l 和1 4 5 5 - 2 9 1 1 0 i _ t g l 。通 过标准添加回收法，回收率为9 2 7 - - - 1 0 1 4 。方法检出限为：1 7 3 2 9 9 l 。 该分析方法灵敏度高、前处理简便、所测浓度范围宽，适用于废水中芳香胺 环境污染物的快速测定。 3 偶氮染料是染料中最重要的一类，人们在日常生活中通过服装与之频繁接触， 进入人体后易被转化成芳香胺，危害人的健康。本实验建立了一种高效液相 色谱质谱联用方法，用于测定纺织品中联苯胺、4 ，4 - 二氨基二苯甲烷、3 ，3 ，- 二甲氧基联苯胺、3 ，3 ，- 二甲基联苯胺及4 ，4 ，_ 二氨基二苯硫醚芳香胺类化合物 的含量。仍然采用反相c l s 色谱柱，以甲醇5 m m o l l 甲酸铵缓冲溶液( p h = 6 为流动相，流速为1 0m l m i n ，采用梯度洗脱，分流进样。质谱采用电喷雾 电离源正离子模式，以各种化合物的选择离子【m + h 】+ 作为监测离子进行定量 分析。实验发现，联苯胺、4 ，4 - 二氨基二苯甲烷、3 ，3 ，_ 二甲氧基联苯胺、3 ，3 ，_ 二甲基联苯胺的线性范围为5 - 2 0 0 p g l ，而4 ，4 ，- 二氨基二苯硫醚为 o 2 0 0 p g l 。采用梯度洗脱和分段采集的办法提高分离选择性和灵敏度， l c m s 可直接进样测定染织物中上述5 种芳香胺。 1 1 1 摘要 4 为进一步研究染色纺织品中的偶氮染料与人实际接触过程中芳香胺的迁移行 为，以警示和预防芳香胺的危害，本文建立了人工染色纺织品在模拟汗液、 碱性洗涤剂浸泡溶液中芳香胺的液相色谱电喷雾质谱联用定量分析方法。本 实验采用分段采集质谱选择离子定量方法测定了不同条件下的模拟汗液、碱 性洗涤剂浸泡溶液中的偶氮染料还原物芳香胺含量。对氯苯胺、4 ，4 二氨基 二苯甲烷、邻甲苯胺、4 ，4 二氨基二苯醚、联苯胺的浓度分别1 2 7 5 2 5 5 2 0 0 p g l ，1 3 7 1 2 7 4 1 0 0p g l ，2 2 1 8 - 2 2 1 8 0 0 “g l ，2 7 3 4 v 2 7 3 4 0 0l a g l 。1 和 2 4 7 2 - 2 4 7 2 0 0 g l “范围线性关系良好，线性范围较宽，相对标准偏差小于 4 0 6 ，这有利于检测较大模拟范围的样品。初步研究表明，对染色纺织来说， 偶氮染料中的芳香胺较易迁移进入模拟汗液及碱性洗涤剂中。 5 利用荧光法、质谱法和紫外可见光谱法研究了芳香胺与牛血清白蛋白( b s a ) 的相互作用，结果表明，对硝基苯胺能与b s a 相结合，结合后对硝基苯胺的 e s i m s 选择正离子峰明显减弱，并有规律地猝灭b s a 的内源荧光，其机理 属静态猝灭过程。实验获得了不同温度下，对硝基苯胺与b s a 结合的距离( r ) 、 作用的结合常数和热力学参数、能量转移效率( e ) 和基本的热力学参数( a h 。、 s 。和a g 。) 。通过热力学数据判断，疏水作用是两者之间的主要驱动力；由 f 6 r s t e r 非辐射能量转移理论计算得出了对硝基苯胺与b s a 结合位置的距离； 采用同步荧光研究发现，对硝基苯胺能进入b s a 的疏水区，从而对b s a 的 构象产生一定的影响，这与芳香胺化合物的生物毒性有关。此外，还发现4 ，4 ，- 二氨基二苯醚和联苯胺与b s a 也存在类似的作用。 关键词：液相色谱电喷雾离子化质谱联用法；芳香胺类化合物；环境污染物； 废水；染色纺织品；定性定量分析；荧光光谱法；牛血清白蛋白：相 互作用；浸泡液 i v a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fm o d e mi n d u s t r y , v a r i o u sp r o b l e m sc a u s e db y e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nh a v eb e e nb r o u g h ta b o u ti no u rw o r l dp a s tt w od e c a d e s t r a n s p o r t a t i o no fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t sl e dt ot h es e r i o u sp o l l u t i o nt ot h ea i r , w a t e r , s o i la n de v e r y w h e r e c o n s e q u e n t l y , e n v i r o n m e n tp r e v e n t i o nh a sb e c o m ea g l o b a li s s u e a r o m a t i ca m i n e sa r ei m p o r t a n te n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t sw h i c hw e r e c l a s s i f i e d 鹊p r e f e r e n t i a ls u p e r v i s e de n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t s m u t a g e n c i t y a n d c a r c i n o g e n i c i t yo fa r o m a t i ca m i n e st oh u m a nb o d yh a sp u tas e r i o u st h r e a t e nt oo u r h e a l t h a r o m a t i ca m i n e sa r ew i d e l yu s e di ni n d u s t r yt op r o d u c em e d i c i n e ，a g r i c u l t u r a l c h e m i c a l s ，f m ec h e m i c a l s ，t y p i c a l l yv a r i o u ss y n t h e t i cd y e s t u f f se t c s u c hp o l l u t a n t s w e r ed i s c h a r g e di n t ot h ee n v i r o n m e n t a la t m o s p h e r ev i am a n yw a y sw h i c hr e s u l t e di n ag l o b a ld e c l i n ei nt h eq u a l i t yo ft h ee n v i r o n m e n t a r o m a t i ca m i n e sa r em a i n l y r e l e a s e do u t 、历t l lw a s t ew a t e ra n dr u b b i s h p a r t i c u l a r l y , p r i n t i n ga n dd y e i n gi n d u s t r i a l w a s t ew a t e rc o n t a i n i n gh i g hc o n c e n t r a t i o n so fa r o m a t i ca m i n e si n t e r m e d i a t e s ，a n d s o m ed y e sw e r ea l s od e g r a d e da n df i n a l l yr e l e a s e da r o m a t i ca m i n e st h r o u g hc h e m i c a l r e a c t i o n sa n dt h ee f f e c to fm i c r o - o r g a n i s m s ，w h i c hr e s u l t e di na 丽d er a n g eo f e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n i na d d i t i o nt oi n d u s t r i a lp o l l u t i o n ，p e o p l eo f t e nc o n t a c t 丽t h t h et e x t i l ed y e sa n dc o s m e t i c si nd a i l yl i f e 谢t l ld a n g e r o u sc r i s i sb e h i n dt h ec o l o r f u l m a k e - u p m o r e o v e r , s o m ea r o m a t i ca m i n e sc o u l da l s ol e a dt of o o ds a f e t yi s s u e sf r o m c e r t a i nc o n t a m i n a t e dp a c k a g i n gm a t e r i a l s p e o p l eh a v ed i f f i c u l t yi nf i n d i n ga r o m a t i c a n l i n e sh a l t l l f 血e s 5w h e nt l l e ya 1 1 ee n j o y i n gc o l o r f u ll i f e t h e r e f o r e ，t oe s t a b l i s h ， d e v e l o pa n dp e r f e c tt h ee f f e c t i v ea n a l y t i c a lm e t h o d so ft h ea b o v ep o l l u t a n t sb e c o m e a l li m p e r a t i v et a s ka n dh o to v e r l a p p i n gr e s e a r c ha r e ai na n a l y t i c a lc h e m i s t r ya n d e n v i r o n m e n t a lc h e m i s t r y t h er e s e a r c hr e s u l t sa r ee x p e c t e dt op r o v i d eau s e f u lt o o l f o rt h ee n v i r o n m e n t a ls c i e n c e i nt h i st h e s i s ，t h en e wm e t h o d so fd e t e r m i n a t i n ga r o m a t i ca m i n e sp o l l u t a n tw e r e d e v e l o p e db yh i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y - m a s ss p e c t r o m e t r i cm e t h o d ( h p l c e s i - m s ) t h ee s t a b l i s h e dm e t h o d sh a v eh i g hs e n s i t i v i t y , h i g hs e l e c t i v i t ya n d r a p i dq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s i t c a ni m p r o v et h er e l i a b i l i t yo ft h e a n a l y s i sm e t h o d a n df a c i l i t a t et ot h ed e t e r m i n a t i o no ft r a c ea r o m a t i ca m i n e s v a b s t r a c t p o l l u t a n t si nw a s t ew a t e ra n dd y e i n gt e x t i l ep r o d u c t s t h em e t h o d sw e r ea l s oa p p l i e d t om o n i t o ra r o m a t i ca m i n e si ns i m u l a t e ds w e a t ，a l k a l i n ed e t e r g e n ts o a ks o l u t i o no f d y 、e i n gt e x t i l ep r o d u c t si no r d e rt os t u d yt h em i g r a t i o nb e h a v i o ro fa r o m a t i ca m i n e s u n d e rac o m m o nc o n d i t i o n m e a n w h i l e ，t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nb s aa n da r o m a t i c a m i n e sw e r es t u d i e db yf l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p i cm e t h o ds o 硒t ou n d e r s t a n dt h e t o x i c o l o g i c a la s p e c t so fa r o m a t i ca m i n e st ol i f eb o d y t h em a i nc o g e n ti sa sf o l l o w s ： lf i r s to fa l l ，p h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dh a r m f u l n e s st oh u m a nb e i n go f a r o m a t i ca m i n e sw e r ei n t r o d u c e d ，a n dt h e nf o c u s e do nt h er e c e n tp r o g r e s sr e v i e w o ft h e i ra n a l y t i c a lm e t h o d s ，a n dt h en e c e s s i t yo fd e v e l o p i n gn e wm e t h o d sw a s e l a b o r a t e d t h es t r u c t u r e s ，f u n c t i o n sa n dp r o p e r t yo fp r o t e i n sw e r ei n t r o d u c e d b r i e f l y m e a n w h i l e ，t h er e s e a r c hm e t h o d sa n dc o n t e n t so fi n t e r a c t i o nb e t w e e n r u ma l b u m i n sa n dc o m m o nc h e m i c a l so rd r u g sw e r es u m m a r i z e d a l lw o r k s c o n t r i b u t ea sc u r r e n tr e s e a r c hb a s e 2w i t h o u tw a t e r , w i t h o u tl i r e w a t e ri sp r e c i o u sn a k i r a lr e s o u r c ef o ro u rs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n ta n do f f s p r i n g c u r r e n ts t r i c td i s c h a r g es t a n d a r d s ( g b 8 9 7 8 - 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2 0 0 1 a g l ，w h i l elo - 2 0 0 p g lf o r4 ，4 t h i o d i a n i l i n e t h e i ra v e r a g e r e c o v e r i e sf r o mt h ee x t r a c t i o no fa z o d y e dt e x t i l e sw e r e9 2 7 , , - 101 4 b y s t a n d a r ds p i k i n g t h ed e t e c t i o nl i m i t a t i o n sw e r ef r o m1 7 i t g t o 3 2 i t g t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep r o p o s e dm e t h o di ss e n s i t i v e ，s i m p l ef o rp r e t r e a t m e n ta n d w i d ef o rl i n e a rr a n g e i ts h o u l db es u i t a b l ea saf a s ta n ds e n s i t i v ea n a l y s i sf o rt h e a b o v ea r o m a t i ca m 【i l si nd y e dt e x t i l es a m p l e s 4s o m es i m u l a t i o ne x p e r i m e n to i lt h em i g r a t i o nb e h a v i o ro ff i v ea r o m a t i ca m i n e si n a z o - d y e dt e x t i l e sw a sa l s oc a r r i e do u tb yd e t e r m i n a t i o nt h e i rc o n c e n t r a t i o n si nt h e i m m e r s e ds i m u l a t i n gs w e a ts o l u t i o na n dl a u n d r ys o a pp o w d e rf r o mt i m et ot i m e b a s e do nl c - m sm e t h o ds ot h a tw a r na n dp r e v e n tt h ep o l l u t a n t s n e wq u a n t i t i v e m e t h o dd e a l t 谢t 1 1s i rm o d ea n ds e c t i o n a l i z e da c q u i s i t i o nw i t hh i g hs e l e c t i v i t y a n ds e n s i t i v i t y t h ec a l i b r a t i o nc u r v e sf o rp - c h l o r o a n i l i n e ，4 , 4 - d i a m i n o b i p h e n y m e t h a n e ，o - t o l u i d i n e ，4 , 4 - o x y d i a n i l i n e ，a n db e n z i d i n ew e r el i n e a rw i t h i nt h e r a n g eo f1 2 7 5 2 5 5 2 0 0p g l 一，1 3 7 1 - 2 7 4 1 0 0p g l ，2 2 1 8 - 2 2 1 8 0 0p g l 一， v i i a b s t r a c t 2 7 3 4 2 7 3 4 0 0p g l a n d2 4 7 2 2 4 7 2 0 0p g l 一，r e s p e c t i v e l y t h ea v e r a g e r e c o v e r i e sw e r e7 1 3 - - - 9 2 2 b ys t a n d a r ds p i k i n g t h er e s u l t ss h o w e dt h a t a r o m a t i ca m i n e si nd y e dt e x t i l es a m p l e sc a ne a s i l ym i g r a t ei n t os i m u l a t i o ns w e a t a n dl a u n d r ys o a pp o w d e r 5t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nb o v i n es e r u ma l b u m i n ( b s a ) a n da r o m a t i ca m i n e sw a s s t u d i e db yf l u o r e s c e n c es p e c t r o m e t r i ca n dm a s ss p e c t r o m e t r i cm e t h o d s t h e r e s u l t si n d i c a t e dt h a tb s ac a l lc o m b i n e 、i t l la r o m a t i ca m i n e s ，s u c ha s p - n i t r o a n i l i n e ，b e n z i d i n ea n d4 ，4 - d i a m i n o b i p h e n y m e t h a n e t h es i r 【m + h 】十 p e a l 【o f p n i t r o a n i l i n eb e c a m ew e a k e ra n dw e a k e r w h i l ec o m b i n i n gw i t hb s aw a s a l s oo b s e r v e d m e a n w h i l e ，aq u e n c h i n gf l u o r e s c e n i t cs p e c t r u mo fb s aw a s a c c o m p a n i e df o l l o w i n gc o m m o ns t a t i cq u e n c h i n gm e c h a n i s m s o m eb i n d i n g c o n s t a n t sa n dt h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r so fb s a 、析n lp - n i t r o a n i l i n ew e r e o b t a i n e da td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s t h ed i s t a n c eo ft h e i rb i n d i n gs i t e sw e r e d e t e r m i n e db yt h ec a l c u l a t i o na c c o r d i n gt ot h et h e o r yo ff 6 r s t e r sn o n - r a d i a t i v e e n e r g yt r a n s f e r b a s e do nt h er e s u l t sa n a l y s i s ，i tc o u l db ec o n c l u d e dt h a tt h e h y d r o p h o b i c i n t e r a c t i o nb e t w e e nb s aa n dp - n i t r o a n i l i n ew a st h em a i n c o m b i n a t i o nf o r c e s a d d i t i o n a l l y ，t h ee f f e c to f p - n i t r o a n i l i n eo nt h ec o n f o r m a t i o n o fb s aw a sa l s oi n v e s t i g a t e db ys y n c h r o n o u sf l u o r e s c e n c es p e c t r o m e t r y i tc a nb e d e d u c e dt h a tt h ep - n i t r o a n i l i n em i g h tp e n e t r a t ei n t ot h eh y a r o p h o b i cz o n eo fb s a a n dl e a dt os l i ：g h tc o n f o r m a t i o nc h a n g e ，w h i c hs h o u l db er e s p o n s i b l ef o rt h e b i o c h e m i c a lt o x i c i t yo fa r o m a t i ca m i n e s k e yw o r d s ：h p l c e s i m s ；a r o m a t i ca m i n e s ；e n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t s ；w a s t e w a t e r ；d y e i n gt e x t i l es a m p l e s ；q u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ；f l u o r e s c e n c e s p e c t r o s c o p y ；p - n i t r o a n i l i n e ；b o v i n e s e r u m a l b u m i n ；i n t e r a c t i o n ；i m m e r s e d s o l u t i o i l s v i i i 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 教育机构的学位或证书而使用过的材料。 也不包含为获得南昌大学或其他 与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) 趋番稍 签字日期： 秒谚年z 月计日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到 伯 叔 氨 苯胺。其中当取代芳香胺的环上连有供电子基时，将使 碱性增强，连有吸电子基时，将使碱性减弱( 间位取代影响较小) 。芳香胺中氮 原子上的孤电子对与芳环中的7 【电子组成共轭体系，氨基是给予电子的取代基， 其偶极矩比相应的醇小。 1 1 2 芳香胺的化学性质 胺作为一种亲核试剂【5 l ，可以发生烃化、酰化等多类反应。 1 亚硝化 n , n - - - 烷基苯胺与亚硝酸反应，由于苯环碳原子的活性很高，亲电性较弱 的亚硝筠离子进攻对位碳原子，生成对位亚硝基取代产物： n ( c 2 氧化 芳香族伯胺的氧化经过下列阶段： a 栅2 蛆a 栅o h 旦a r n o 旦a r n 0 2 伯胺 芳基羟胺 亚硝基化合物 硝基化合物 芳香胺的盐较难氧化，有时将芳香胺以盐的形式储存。 3 卤化 芳香族伯胺分子中的氨基使芳环高度活化，在氯化和溴化反应中，迅速生 成多氯和多溴化物，难以使反应停留在一氯化或一溴化阶段。氨基用酰基保护 后，反应可以停留在生成一溴或一氯化物阶段。 4 硝化 芳香族伯胺容易氧化，不能直接用硝酸硝化。氨基用酰基保护后，硝化可 以顺利进行。叔胺可以用混酸硝化，不同酸度得到不同产物。 第1 章环境污染物芳香胺的分析方法及化合物与蛋白质作刚研究进展 5 磺化 芳香族伯胺在高温下磺化，磺酸基导入氨基的对位。中间产物为- 磺基化 合物，它在加热重排为氨基磺酸： 如氨基的对位被占据，则生成邻位化合物。 6 弗瑞德克莱福特反应 芳香族伯胺中的氨基用酰基保护后，可以顺利地进行酰化或烃化反应。 1 1 3 芳香胺的制法 芳香胺是有机合成的重要中间体，用于多个行业的生产【6 i 。 苯胺以前由硝基苯在少量盐酸存在下用铁屑和水还原生产，这个方法产生 大量含苯胺的铁泥，造成环境污染。目前只有同时生产涂