固相微萃取对环境中有机磷阻燃剂的研究开题报告

 2022-12-11 10:44:12

1. 研究目的与意义

阻燃剂(flame retardants,FRs)作为一类防火助剂广泛应用于各种工业产品和人们日常消费品中.近年来,随着溴代阻燃剂(BFRs)因其具有的持久性和生物积累性而在全球范围内限制使用,有机磷系阻燃剂(Organophosphate flame retardants,OPFRs)作为主要替代产品之一 ,生产和使用量均显著增长.由于 OPFRs 属于添加型阻燃剂,在产品使用过程中容易通过挥发、磨损、浸出等方式释放到环境中.近期研究表明,在全球许多国家的大气、灰尘、水体、土壤以及沉积物等多种环境介质中均检出较高浓度的 OPFRs, 其中一些研究报道的OPFRs浓度水平接 近 甚 至 高 于 多 溴 联 苯 醚(PBDs)引起了研究学者的广泛关注.大量的细胞及动物学实验证明,长期接触 OPFRs 可能对人体及动物免疫系统、生殖系统、内分泌系统和神经系统造成不良影响,另外部分 OPFRs还具有潜在的致癌效应.环境中的 OPFRs 可通过饮食、呼吸、皮肤接触及灰尘摄入等方式进入人体内,对人体健康造成潜在威胁。

阻燃剂(flame retardants,FRs)又被称作为耐火剂、防火剂或难燃剂,它通常以物理或化学的方式,以抑制链反应、吸热及覆盖作用在固相、液相和气相中发挥作用。阻燃剂的阻燃原理为,可以在燃烧过程的某个阶段,如引燃、加热、分解或火焰的扩张阶段抑制甚至中断燃烧过程,以此赋予易燃物以难燃性。目前,市场上大约有175种不同类型的阻燃剂,在这里将阻燃剂分为四类:无机阻燃剂、溴代阻燃剂(BFRs)、磷代阻燃剂(PFRs)和氮代阻燃剂,其中,溴代阻燃剂在高温中分解可以产生强还原剂一含溴自由基,可以捕获羟基自由基和氧自由基等燃烧反应的核心游离基,达到阻燃和防火的目的,因为它的有效性,BFRs在世界范围内普遍的生产与使用。但也有许多的研究报道了BFRs,如多溴联苯醚polybrominateddiphenylethers,PBDEs)等具有环境持久性、生物蓄积性和生物毒性等的特性。在2009年,四、五、六及七溴联苯醚等物质均被列入到《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》名单中,以此来警示生产者和使用者,保护人类和环境健康,但十溴联苯醚的生产和使用一直居高不下。之后,由于对多溴联苯酿的限制以及有机磷酸酯的优异阻燃性能和可塑性,导致替代型溴代阻燃剂((alternativebrominated flame retardants,ALT-BFRs)及有机磷阻燃剂(Organophosphate flame retardants,OPFRs)越来越多地被生产使用,其对人、生物体及环境造成的健康以及严重污染危害使其受到世界范围内的科学界的广泛关注。

目前,世界范围内对OPFRs的需求量与日俱增。2011年,世界范围内共消耗OPFRs。约500000吨,一些研究预计,到2015年,这一数字将增加到约680000吨。中国也在大量地生产和使用OPFRs,2007年中国共生产OPFRs约70000吨,其中400000吨用于出口。OPFRs的阻燃原理与PBDEs等阻燃剂类似,同样是以物理添加而非化学键合的方式被添加在材料中以发挥作用,因此它很容易以材料磨损、自身挥发、液体浸泡等的方式逃离材料而由此进入到环境中,因而造成污染。有许多研究己经证实OPFRs具有强生物毒性,因此,一些OPFRs被认为不适合用作BFRs的替代产品。目前,己有部分地区针对OPFRs在商品中使用做出了规定。如依照欧盟委员会的规定:儿童玩具中TCEP、TCIPP、TDCIPP的添加量不得超过5mg/kg,但国际上尚未存在限制OPFRs生产或规范其在商品中使用的条例或规定。另外,在中国也尚未有任何规定对于OPFRs的生产和使用进行约束和限制。

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2. 研究内容与预期目标

有机磷阻燃剂被广泛应用于化工、电子、纺织以及家具建材等行业中。由于OPFRs优秀的阻燃效果以及其他优点,近年来世界范围内有机磷阻燃剂的需求与生产都大幅增长。目前,有机磷阻燃剂造成的污染形势严峻,主要体现在污染范围广,在水、大气、土壤等主要环境介质中,以及人体血液、尿液中,已检测出有机磷阻燃剂,污染危害大。因此建立一种有机磷阻燃剂的检测十分有必要。

目前对于中有机磷阻燃剂的预处理,大多采用索氏提取法、分散固相萃取、磁性固相萃取、微波辅助萃取等方法。与这些方法相比,顶空固相微萃取}具有集前处理与富集一体、操作简单方便的优点,同时由于不直接接触样品基质,萃取纤维涂层的寿命大幅增加。

常见的有机磷阻燃剂检测方法是气相色谱质谱联用法(GC-MS),在选择离子扫描模式(SIM)下,其方法精密度、检测限都有很好的保证。本研究将以一种具有良好的热稳定性、较大比表面积的介孔材料作为载体合成介孔材料,并将其作为固相微萃取的纤维涂层,使用顶空固相微萃取-气相色谱质谱的方法检测实际样品中的有机磷阻燃剂。

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3. 研究方法与步骤

研究方法:通过查阅文献,总结了几种有机磷阻燃剂前处理技术,以下进行综述。

索氏提取法:利用溶剂回流和虹吸原理,使固体物质每一次都能为纯的溶剂所萃取,所以萃取效率较高。萃取前应先将固体物质研磨细,以增加液体浸溶的面积。然后将固体物质放在滤纸套内,放置于萃取室中。当溶剂加热沸腾后,蒸汽通过导气管上升,被冷凝为液体滴入提取器中。当液面超过虹吸管最高处时,即发生虹吸现象,溶液回流入烧瓶,因此可萃取出溶于溶剂的部分物质。就这样利用溶剂回流和虹吸作用,使固体中的可溶物富集到烧瓶内。

分散固相萃取法:分散固相萃取是美国Barker教授在1989年提出并给予理论解释的一种快速样品处理技术。其原理是将涂渍有C18等多种聚合物的材料与样品一起研磨,得到半干状态的混合物,并将其作为填料装柱,然后用不同的溶剂淋洗柱子,将各种待测物洗脱下来。其优点是浓缩了传统的样品前处理中的样品匀化组织细胞裂解、提取、净化等过程,不需要进行组织一匀浆、沉淀、离心、PH调节和样品转移等操作步骤,避免了样品的损失 。

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4. 参考文献

5. 工作计划

序号

起迄日期

工作内容

1

2022.1.10-3.8(第二周末)

学生:查阅和研究文献资料, 完成英文翻译;

2

3.9-3.27

学生:撰写开题报告、构思论文框架

指导老师:最迟3.9下达任务书

3

3.28-5.10

学生:撰写论文

其中中期检查暂定4月15日(周三)下午

4

5.11-6.10

学生:撰写和修改论文,制作答辩PPT,查重;完善修改论文

(论文初稿提交查重时间由学校确定)

7

6.13(暂定,根据学校安排调整)

毕业论文答辩

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