Determination of Phthalates in Water by Covalent Organic Framework Derived Porous Carbon Solid Phase Microextraction Fiber Combined with Gas Chromatography

doi:10.7503/cjcu20240137

Abstract

Abstract:

The covalent organic framework（COF） FPBA-TAPT was synthesized with 4-formylphenylboronic acid （FPBA） and 2，4，6-tris（4-aminophenyl）-1，3，5-triazine（TAPT） as monomer by the solvothermal reaction. Then the porous carbon material（FTPC） was prepared by direct pyrolysis of FPBA-TAPT precursor. The FTPC was then characterized using Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR）， X-ray diffractometer（XRD）， Raman spectrum and scanning electron microscopy（SEM）. The results showed that the material was spherical and its surface was wrinkled. Its specific surface area is 499 m²/g. It served as a coating modified on the surface of stainless steel wire by sol-gel technique to obtain a solid phase microextraction（SPME） fiber to determine phthalates（PAEs） in water samples coupled with gas chromatography. Under the optimized conditions， the method has a wide linear range（0.5—100 μg/L）， low limits of detection（0.018—0.106 μg/L）， and good stability（RSD≤7.8%）. The method was applied to detecting PAEs in three water samples. The spiked recoveries of low（5 μg/L）， medium（10 μg/L） and high（50 μg/L） were 79.5%—123.9% and relative standard deviation（RSD） was 1.1%—12.2%， indicating that the method has a good accuracy and can achieve an effective quantitative analysis of PAEs in water.

Key words: Solid phase microextraction, Porous carbon, Covalent organic framework, Phthalate

CLC Number:

O657.7

TrendMD:

ZHANG Ying, ZHAO Jinfeng, FEI Zheqi, LIAN Lili, LOU Dawei, WANG Xiyue. Determination of Phthalates in Water by Covalent Organic Framework Derived Porous Carbon Solid Phase Microextraction Fiber Combined with Gas Chromatography[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(8): 20240137.

Figures/Tables 7

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Components of PAEs	Linear range/（μg·L^-1）	Linear equation	Correlation coefficien	LOD/（μg·L^-1）	LOQ/（μg·L^-1）	RSD			Enrichment factor^*
						Single⁃fiber（n=3， %）		Fiber⁃to⁃fiber （n=3， %）
						intra⁃day	inter⁃day	Fiber⁃to⁃fiber （n=3， %）
DIBP	0.5—100	y=11.34x-5.50	0.9984	0.077	0.256	3.05	2.48	5.89	1848
DBP	0.5—100	y=12.22x+22.96	0.9977	0.018	0.061	3.13	3.90	4.53	2620
DPeP	0.5—100	y=33.40x+19.66	0.9998	0.031	0.105	2.15	7.02	5.26	3116
BBP	0.5—100	y=10.92x+10.24	0.9992	0.106	0.354	2.79	4.85	7.80	1444
DEHP	0.5—100	y=14.27x-4.23	0.9980	0.068	0.226	7.80	9.25	13.35	1451

Components of PAEs	Linear range/（μg·L^-1）	Linear equation	Correlation coefficien	LOD/（μg·L^-1）	LOQ/（μg·L^-1）	RSD			Enrichment factor^*
						Single⁃fiber（n=3， %）		Fiber⁃to⁃fiber （n=3， %）
						intra⁃day	inter⁃day	Fiber⁃to⁃fiber （n=3， %）
DIBP	0.5—100	y=11.34x-5.50	0.9984	0.077	0.256	3.05	2.48	5.89	1848
DBP	0.5—100	y=12.22x+22.96	0.9977	0.018	0.061	3.13	3.90	4.53	2620
DPeP	0.5—100	y=33.40x+19.66	0.9998	0.031	0.105	2.15	7.02	5.26	3116
BBP	0.5—100	y=10.92x+10.24	0.9992	0.106	0.354	2.79	4.85	7.80	1444
DEHP	0.5—100	y=14.27x-4.23	0.9980	0.068	0.226	7.80	9.25	13.35	1451

Components of PAEs	Spiked/ （μg·L^-1）	Tap water		Mineral water⁃1		Mineral water⁃2
Components of PAEs	Spiked/ （μg·L^-1）	Found/（μg·L^-1）±SD（%）	Recovery（%）（RSD， %）	Found/（μg·L^-1）±SD（%）	Recovery（%）（RSD， %）	Found/（μg·L^-1）±SD（%）	Recovery（%）（RSD， %）
DIBP	0.0	N.D.*	—	N.D.	—	N.D.	—
	5.0	6.0±0.1	119.4（2.4）	5.5±0.1	109.5（1.1）	6.2±0.1	123.5（2.1）
	10.0	10.8±0.9	108.1（8.0）	10.2±0.4	102.3（3.4）	9.3±0.5	93.4（4.9）
	50.0	50.1±3.1	100.1（6.1）	52.8±3.0	105.6（5.7）	46.4±1.3	92.8（2.7）
DBP	0.0	N.D.	—	N.D.	—	N.D.	—
	5.0	5.4±0.3	108.9（5.0）	5.7±0.6	114.2（9.8）	4.2±0.1	83.8（1.7）
	10.0	8.4±0.4	84.4（4.6）	10.3±0.7	102.6（7.1）	11.4±0.9	114.1（7.9）
	50.0	47.7±2.8	95.4（5.8）	49.9±1.6	99.8（3.3）	45.4±4.0	90.9（8.9）
Components of PAEs	Spiked/ （μg·L^-1）	Tap water		Mineral water⁃1		Mineral water⁃2
Components of PAEs	Spiked/ （μg·L^-1）	Found/（μg·L^-1）±SD（%）	Recovery（%）（RSD， %）	Found/（μg·L^-1）±SD（%）	Recovery（%）（RSD， %）	Found/（μg·L^-1）±SD（%）	Recovery（%）（RSD， %）
DPeP	0.0	N.D.	—	N.D.	—	N.D.	—
	5.0	5.0±0.5	99.8（10.9）	4.0±0.1	79.5（2.6）	5.1±0.4	101.8（8.3）
	10.0	11.6±0.5	116.0（4.3）	9.0±0.5	90.3（5.6）	8.9±0.6	89.2（7.1）
	50.0	53.5±3.8	106.9（7.2）	60.2±2.1	120.5（3.4）	47.8±2.9	95.6（6.0）
BBP	0.0	N.D.	—	N.D.	—	N.D.	—
	5.0	5.9±0.1	118.8（1.2）	4.3±0.2	85.7（4.7）	4.9±0.3	99.0（6.9）
	10.0	10.0±0.7	99.9（6.9）	9.9±1.2	99.1（12.2）	9.3±0.9	93.0（9.5）
	50.0	54.6±2.6	109.2（4.7）	61.9±4.0	123.9（6.4）	50.8±3.2	101.6（6.3）
DEHP	0.0	N.D.	—	N.D.	—	N.D.	—
	5.0	4.5±0.5	89.9（11.0）	4.2±0.3	84.9（7.3）	4.5±0.4	90.6（7.9）
	10.0	11.4±0.6	114.3（5.7）	9.6±0.3	96.5（3.0）	11.7±0.5	117.0（4.3）
	50.0	43.3±3.9	86.6（8.9）	57.8±5.9	115.6（10.2）	46.2±1.8	92.5（4.0）

Components of PAEs	Spiked/ （μg·L^-1）	Tap water		Mineral water⁃1		Mineral water⁃2
Components of PAEs	Spiked/ （μg·L^-1）	Found/（μg·L^-1）±SD（%）	Recovery（%）（RSD， %）	Found/（μg·L^-1）±SD（%）	Recovery（%）（RSD， %）	Found/（μg·L^-1）±SD（%）	Recovery（%）（RSD， %）
DIBP	0.0	N.D.*	—	N.D.	—	N.D.	—
	5.0	6.0±0.1	119.4（2.4）	5.5±0.1	109.5（1.1）	6.2±0.1	123.5（2.1）
	10.0	10.8±0.9	108.1（8.0）	10.2±0.4	102.3（3.4）	9.3±0.5	93.4（4.9）
	50.0	50.1±3.1	100.1（6.1）	52.8±3.0	105.6（5.7）	46.4±1.3	92.8（2.7）
DBP	0.0	N.D.	—	N.D.	—	N.D.	—
	5.0	5.4±0.3	108.9（5.0）	5.7±0.6	114.2（9.8）	4.2±0.1	83.8（1.7）
	10.0	8.4±0.4	84.4（4.6）	10.3±0.7	102.6（7.1）	11.4±0.9	114.1（7.9）
	50.0	47.7±2.8	95.4（5.8）	49.9±1.6	99.8（3.3）	45.4±4.0	90.9（8.9）
Components of PAEs	Spiked/ （μg·L^-1）	Tap water		Mineral water⁃1		Mineral water⁃2
Components of PAEs	Spiked/ （μg·L^-1）	Found/（μg·L^-1）±SD（%）	Recovery（%）（RSD， %）	Found/（μg·L^-1）±SD（%）	Recovery（%）（RSD， %）	Found/（μg·L^-1）±SD（%）	Recovery（%）（RSD， %）
DPeP	0.0	N.D.	—	N.D.	—	N.D.	—
	5.0	5.0±0.5	99.8（10.9）	4.0±0.1	79.5（2.6）	5.1±0.4	101.8（8.3）
	10.0	11.6±0.5	116.0（4.3）	9.0±0.5	90.3（5.6）	8.9±0.6	89.2（7.1）
	50.0	53.5±3.8	106.9（7.2）	60.2±2.1	120.5（3.4）	47.8±2.9	95.6（6.0）
BBP	0.0	N.D.	—	N.D.	—	N.D.	—
	5.0	5.9±0.1	118.8（1.2）	4.3±0.2	85.7（4.7）	4.9±0.3	99.0（6.9）
	10.0	10.0±0.7	99.9（6.9）	9.9±1.2	99.1（12.2）	9.3±0.9	93.0（9.5）
	50.0	54.6±2.6	109.2（4.7）	61.9±4.0	123.9（6.4）	50.8±3.2	101.6（6.3）
DEHP	0.0	N.D.	—	N.D.	—	N.D.	—
	5.0	4.5±0.5	89.9（11.0）	4.2±0.3	84.9（7.3）	4.5±0.4	90.6（7.9）
	10.0	11.4±0.6	114.3（5.7）	9.6±0.3	96.5（3.0）	11.7±0.5	117.0（4.3）
	50.0	43.3±3.9	86.6（8.9）	57.8±5.9	115.6（10.2）	46.2±1.8	92.5（4.0）

Detection method	Coating material	Analyte	Extraction time/min	Cycle	RSD（%）	Recovery（%）	LOD^*/（μg·L^-1）		Ref.
HS⁃SPME⁃GC⁃FID	CDs	Water	60	>50	3.70—8.60	82.0—119.0	DIBP DBP DPeP BBP DEHP	— 0.40 — 2.75 —	［30］
DI⁃SPME⁃GC⁃FID	Mg/Al⁃LDH⁃H₂O₂	Water	40	—	8.30—20.00	79.4—107.2	DIBP DBP DPeP BBP DEHP	— 0.42 — 0.78 1.29	［31］
DI⁃SPME⁃GC⁃FID	CuFe₂O₄NPs	Water	40	≥80	3.90—12.40	81.1—103.7	DIBP DBP DPeP BBP DEHP	— 0.12 — 0.23 0.40	［11］
DI⁃SPME⁃GC⁃MS	MWCNTs⁃PPy	Water	60	≥60	4.10—8.10	90.0—113.0	DIBP DBP DPeP BBP DEHP	0.10 0.07 0.09 0.05 —	［15］
HS⁃SPME⁃GC⁃MS	rGo/SNW⁃1@PEs	Water	30	—	5.90—8.30	80.5—111.0	DIBP DBP DPeP BBP DEHP	0.01 0.01 — 0.20 —	［32］
Detection method	Coating material	Analyte	Extraction time/min	Cycle	RSD（%）	Recovery（%）	LOD^*/（μg·L^-1）		Ref.
HS⁃SPME⁃GC⁃FID	TPT⁃COF	Juice	40	>55	0.83—4.67	79.4—110.3	DIBP DBP DPeP BBP DEHP	— 0.01 — — 0.01	［33］
HS⁃SPME⁃GC⁃FID	OH_50%⁃TPB⁃COF	Water	50	≥60	0.83—4.67	78.6—101.9	DIBP DBP DPeP BBP DEHP	— 0.032 — 0.034 0.093	［34］
DI⁃SPME⁃GC⁃FID	FTPC	Water	25	≥200	2.15—7.80	79.5—123.9	DIBP DBP DPeP BBP DEHP	0.077 0.018 0.031 0.106 0.068	This work