DOI: https://doi.org/10.1007/s00604-026-07948-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41951983
تاريخ النشر: 2026-04-09
المؤلف: Qiong Jiang وآخرون
الموضوع الرئيسي: تطوير طرق الكيمياء التحليلية
نظرة عامة
تركز الأبحاث على تطوير طريقة جديدة لتحديد مشتقات تترا برومو بيسفينول أ (TBBPA) بشكل حساس، والتي تعتبر ملوثات ناشئة. نظرًا لمستوياتها الضئيلة وتعقيد مصفوفات العينات، أثبتت طرق المعالجة المسبقة التقليدية مثل الاستخراج الصلب والاستخراج السائل أنها معقدة وغير فعالة. لمعالجة هذه التحديات، قام المؤلفون بتخليق إطار عضوي تساهمي (COF) على ألياف الكربون (CFs) من خلال تفاعل قائم على شيف في درجة حرارة الغرفة. تم استخدام هذا الإطار المغلف بألياف الكربون (COF-CF) في إعداد الاستخراج المجهري الصلب داخل الأنبوب (IT-SPME) لتكثيف مشتقات TBBPA من عينات الماء.
أظهر نظام IT-SPME المحسن المتصل بالكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء وكشف مصفوفة الصمامات (HPLC-DAD) نطاقًا خطيًا واسعًا من 0.167-10.0 ميكروغرام/لتر وحد كشف منخفض يبلغ 0.05 ميكروغرام/لتر، وذلك بفضل عوامل التكثيف العالية التي تتراوح من 936 إلى 2187 خلال وقت استخراج يبلغ 20 دقيقة. تم تأكيد القابلية العملية للطريقة من خلال تطبيقها الناجح في الكشف عن مشتقات TBBPA في عينات الماء. مقارنةً بالتقنيات التحليلية الحالية، تتميز هذه الطريقة ببساطتها وكفاءتها وقدرتها على التشغيل عبر الإنترنت، مع إمكانية التقاط ملوثات أخرى عبر مجالات متعددة، بما في ذلك التطبيقات البيئية والغذائية والبيولوجية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث تترا برومو بيسفينول أ (TBBPA)، وهو مثبط لهب بروميني مستخدم على نطاق واسع، ومشتقاته، التي يتم دمجها في المواد البوليمرية. نظرًا لطبيعتها المضافة، فإن هذه المركبات عرضة للتسرب إلى المياه البيئية، مما يثير القلق بشأن إمكانياتها كمؤثرات على الغدد الصماء، واستمراريتها البيئية، وتراكمها الحيوي. وبالتالي، هناك حاجة ملحة لطرق تحليلية قوية للكشف عن مشتقات TBBPA بمستويات ضئيلة في مصفوفات المياه المعقدة. تواجه طرق الاستخراج التقليدية، مثل الاستخراج الصلب والاستخراج السائل، تحديات في الحساسية والكفاءة، مما يدفع لاستكشاف الاستخراج المجهري الصلب داخل الأنبوب (IT-SPME) كبديل متفوق.
تسلط الورقة الضوء على مزايا استخدام ألياف الكربون (CFs) كمواد ماصة في IT-SPME، على الرغم من قيودها في مساحة السطح والتوظيف الوظيفي. لتعزيز قدرات الاستخراج، تم استخدام مواد متنوعة، بما في ذلك الجرافين وكريات الفحم الحيوي، لتوظيف CFs. من بين هذه المواد، تُعتبر الأطر العضوية التساهمية (COFs) معروفة بارتفاع مساميتها، وسلامتها الهيكلية، وخصائصها القابلة للتعديل، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لتحضير العينات. توضح الدراسة النمو في الموقع لإطار COF على CFs لإنشاء CFs المغلفة بـ COF (COF-CFs) لاستخراج وكشف مشتقات TBBPA عبر IT-SPME المتصل بالكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC). تم تحسين الطريقة والتحقق من صحتها باستخدام عينات ماء حقيقية، مما يوضح قابليتها العملية لمراقبة البيئة لمشتقات TBBPA.
طرق
في هذا القسم، يقوم المؤلفون بتقييم أداء طريقة IT-SPME-HPLC-DAD للكشف عن مشتقات TBBPA الضئيلة في الماء من خلال مقارنتها بتقنيات تحليلية أخرى. تظهر الطريقة حد كشف أقل (LOD) يبلغ 0.05 ميكروغرام/لتر، وهو أفضل من HPLC-ICP-MS وSPE-HPLC-MS/MS، ونطاق خطي أوسع من 0.167-10 ميكروغرام/لتر مقارنةً بـ SPE-HPLC. من الجدير بالذكر أن طريقة IT-SPME-HPLC-DAD تتميز ببساطتها، وتقليل الاعتماد على المعدات المكلفة، وكفاءتها التحليلية العالية، خاصة في قدرتها على التحليل عبر الإنترنت.
ينسب المؤلفون الأداء المحسن للاستخراج لمشتقات TBBPA إلى توظيف ألياف الكربون (CFs) مع الأطر العضوية التساهمية (COFs)، التي تسهل تفاعلات تكديس π. لا تحسن هذه الطريقة المبتكرة الحساسية فحسب، بل تجعل الطريقة أداة واعدة لمراقبة البيئة. يقترح المؤلفون أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تستكشف دمج COFs إضافية لتعزيز امتصاص وتكثيف ملوثات متنوعة عبر مجالات متعددة، بما في ذلك علوم البيئة، وسلامة الغذاء، وعلم الأحياء.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد الدراسة، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. من الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل المطبق يؤدي إلى تحسين قابل للقياس في النتائج المستهدفة، كما يتضح من المقاييس المستخدمة.
بالإضافة إلى النتائج الرئيسية، تتناول المناقشة تداعيات هذه النتائج ضمن السياق الأوسع للمجال. يقترح المؤلفون أن التأثيرات الملحوظة قد تسهم في فهم أعمق للآليات الأساسية المعنية، مما قد يوجه اتجاهات البحث المستقبلية. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية الدراسة في تعزيز المعرفة وإبلاغ التطبيقات العملية.
مناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون تحضير وتوصيف مادة مركبة جديدة، COF-CFs، مصممة لاستخراج مشتقات TBBPA. شمل التخليق تغليف ألياف الكربون (CFs) بـ 1,3,5-تريس(4-أمينوفينيل)بنزين (TAPB) ومن ثم تشكيل الأطر العضوية التساهمية (COFs) من خلال تفاعل مع 1,4-فثالدهيد. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك حيود الأشعة السينية (XRD) وتحليل بروناوير-إيميت-تيلر (BET)، التكوين الناجح لـ COF-CFs، كاشفة عن مساحة سطح تبلغ 35.33 م²/غ وقطر مسام متوسط مناسب لامتصاص المحللات.
تم تحسين كفاءة الاستخراج للألياف المغلفة بـ COF بشكل كبير مقارنةً بـ CFs غير المغلفة، كما يتضح من تحسين عوامل التكثيف (EFs) لثلاثة مشتقات من TBBPA. تم تحديد الظروف المثلى للاستخراج والإزالة، مع محتوى ميثانول يبلغ 2.0% (حجم/حجم) ووقت إزالة يبلغ 2.0 دقيقة لتحقيق أفضل النتائج. أظهرت الطريقة المطورة IT-SPME-HPLC-DAD عبر الإنترنت حساسية عالية، مع حدود كشف (LODs) تصل إلى 0.05 ميكروغرام/لتر لبعض المشتقات وعوامل تكثيف تتراوح من 936 إلى 2187. تم التحقق من صحة الطريقة باستخدام عينات ماء حقيقية، على الرغم من أن استرداد العينات المضافة كان أقل من المتوقع، على الأرجح بسبب التداخل من الشوائب. بشكل عام، تقدم الدراسة نهجًا واعدًا للكشف الحساس عن مشتقات TBBPA في العينات البيئية.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00604-026-07948-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41951983
Publication Date: 2026-04-09
Author(s): Qiong Jiang et al.
Primary Topic: Analytical chemistry methods development
Overview
The research focuses on the development of a novel method for the sensitive determination of tetrabromobisphenol A (TBBPA) derivatives, which are emerging pollutants. Due to their trace levels and the complexity of sample matrices, traditional sample pretreatment methods such as solid-phase extraction and liquid extraction have proven to be complicated and inefficient. To address these challenges, the authors synthesized a covalent organic framework (COF) on carbon fibers (CFs) through a Schiff-based reaction at room temperature. This COF-coated CF (COF-CF) was utilized in an in-tube solid-phase microextraction (IT-SPME) setup for enriching TBBPA derivatives from water samples.
The optimized online IT-SPME coupled with high-performance liquid chromatography and diode-array detection (HPLC-DAD) demonstrated a wide linear range of 0.167-10.0 µg L⁻¹ and a low detection limit of 0.05 µg L⁻¹, attributed to high enrichment factors ranging from 936 to 2187 within a 20-minute extraction time. The method’s practical applicability was confirmed through its successful application in detecting TBBPA derivatives in water samples. Compared to existing analytical techniques, this method is characterized by its simplicity, efficiency, and capability for online operation, with potential for capturing other pollutants across various fields, including environmental, food, and biological applications.
Introduction
The introduction of the research paper discusses Tetrabromobisphenol A (TBBPA), a widely used brominated flame retardant, and its derivatives, which are incorporated into polymeric materials. Due to their additive nature, these compounds are prone to leaching into environmental water, raising concerns about their potential as endocrine disruptors, environmental persistence, and bioaccumulation. Consequently, there is a pressing need for robust analytical methods to detect TBBPA derivatives at trace levels in complex water matrices. Traditional extraction methods, such as solid-phase extraction and liquid-liquid extraction, face challenges in sensitivity and efficiency, prompting the exploration of in-tube solid-phase microextraction (IT-SPME) as a superior alternative.
The paper highlights the advantages of using carbon fibers (CFs) as sorbents in IT-SPME, despite their limitations in surface area and functionalization. To enhance the extraction capabilities, various materials, including graphene and biochar nanospheres, have been employed to functionalize CFs. Among these, covalent organic frameworks (COFs) are noted for their high porosity, structural integrity, and tunable properties, making them particularly suitable for sample preparation. The study details the in-situ growth of a COF on CFs to create COF-coated CFs (COF-CFs) for the extraction and detection of TBBPA derivatives via IT-SPME coupled with high-performance liquid chromatography (HPLC). The method was optimized and validated using real water samples, demonstrating its practical applicability for environmental monitoring of TBBPA derivatives.
Methods
In this section, the authors evaluate the performance of the IT-SPME-HPLC-DAD method for detecting trace TBBPA derivatives in water by comparing it with other analytical techniques. The method demonstrates a lower limit of detection (LOD) of 0.05 µg L\(^{-1}\), which is superior to that of HPLC-ICP-MS and SPE-HPLC-MS/MS, and a broader linear range of 0.167-10 µg L\(^{-1}\) compared to SPE-HPLC. Notably, the IT-SPME-HPLC-DAD method is characterized by its simplicity, reduced reliance on expensive equipment, and high analytical efficiency, particularly in its online analysis capability.
The authors attribute the enhanced extraction performance of TBBPA derivatives to the functionalization of carbon fibers (CFs) with covalent organic frameworks (COFs), which facilitate π-stacking interactions. This innovative approach not only improves sensitivity but also positions the method as a promising tool for environmental monitoring. The authors suggest that future research should explore the incorporation of additional COFs to further enhance the adsorption and enrichment of various pollutants across multiple fields, including environmental science, food safety, and biology.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Notably, the results demonstrate that the intervention applied leads to a measurable improvement in the targeted outcomes, as evidenced by the metrics used.
In addition to the primary findings, the discussion elaborates on the implications of these results within the broader context of the field. The authors suggest that the observed effects may contribute to a deeper understanding of the underlying mechanisms at play, potentially guiding future research directions. Overall, the results underscore the importance of the study in advancing knowledge and informing practical applications.
Discussion
In this section, the authors discuss the preparation and characterization of a novel composite material, COF-CFs, designed for the extraction of TBBPA derivatives. The synthesis involved coating carbon fibers (CFs) with 1,3,5-tris(4-aminophenyl)benzene (TAPB) and subsequently forming covalent organic frameworks (COFs) through a reaction with 1,4-phthalaldehyde. Characterization techniques, including X-ray diffraction (XRD) and Brunauer-Emmett-Teller (BET) analysis, confirmed the successful formation of COF-CFs, revealing a surface area of 35.33 m²/g and an average pore diameter conducive to analyte adsorption.
The extraction efficiency of the COF-coated fibers was significantly enhanced compared to uncoated CFs, as evidenced by improved enrichment factors (EFs) for three TBBPA derivatives. The optimal conditions for extraction and desorption were established, with a methanol content of 2.0% (v/v) and a desorption time of 2.0 minutes yielding the best results. The developed online IT-SPME-HPLC-DAD method demonstrated high sensitivity, with limits of detection (LODs) as low as 0.05 µg/L for certain derivatives and EFs ranging from 936 to 2187. The method was validated using real water samples, although spiked recoveries were lower than expected, likely due to interference from impurities. Overall, the study presents a promising approach for the sensitive detection of TBBPA derivatives in environmental samples.