基于织物相吸附萃取结合高效液相色谱-二极管阵列检测法测定牙科废水中牙科树脂复合材料释放单体的研究

《Molecules》：Fabric Phase Sorptive Extraction Prior to HPLC–DAD Determination of Monomers Released from Dental Resin Composites in Dental Wastewater

　　

本研究开发了一种新型织物相吸附萃取方法（FPSE），用于检测牙科修复过程中释放的单体，这些单体随后通过牙科单元排水系统排放到环境中。采用高效液相色谱-二极管阵列检测法（HPLC-DAD）监测牙科废水中从牙科树脂复合材料释放的双酚A（BPA）、三乙二醇二甲基丙烯酸酯（TEGDMA）、氨基甲酸酯二甲基丙烯酸酯（UDMA）和双酚A-甲基丙烯酸缩水甘油酯（Bis-GMA）。研究人员对FPSE进行了优化，涉及以下重要参数：（a）膜类型、（b）膜尺寸、（c）萃取时间、（d）萃取过程中的搅拌、（e）样品体积、（f）离子强度、（g）洗脱溶剂、（h）洗脱时间和（i）洗脱过程中的搅动。对于HPLC-DAD分析，流动相由乙腈-水组成，并采用梯度洗脱程序。检测波长为220 nm。该方法在线性、灵敏度、选择性、准确度和精密度方面进行了验证，结果令人满意。BPA、TEGDMA和Bis-GMA的检出限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.015 ng/μL和0.05 ng/μL，UDMA的LOD和LOQ分别为0.04 ng/μL和0.13 ng/μL。该方法表现出良好的精密度，日内相对标准偏差（RSD）值低于7.7%，日间RSD值低于9.5%。所有目标分析物的日内相对回收率范围为93.9%至100.8%，日间相对回收率范围为92.0%至101.7%。所开发的FPSE-HPLC-DAD方法已应用于真实牙科废水样品经离心和过滤后的滤液/溶解组分的分析。

研究背景与意义

牙科树脂复合材料（DRCs）因其优异的美观性和机械性能，在现代修复牙科学中已广泛取代银汞合金。然而，其成分释放对人体健康和环境构成的潜在风险日益受到关注。DRCs的基本结构包括有机树脂基质、无机填料和偶联剂。有机树脂基质主要由单体构成，其中双酚A-甲基丙烯酸缩水甘油酯（Bis-GMA）和氨基甲酸酯二甲基丙烯酸酯（UDMA）是主要单体，而三乙二醇二甲基丙烯酸酯（TEGDMA）作为稀释单体调节材料流动性。此外，双酚A（BPA）并非DRCs的直接组分，而是Bis-GMA合成过程中的杂质。这些单体可能因不完全聚合或长期降解而从材料中释放。在临床操作如复合树脂修复体的安装或拆除过程中，材料的研磨会降解有机基质并产生树脂微粒，促进单体释放。这些物质随患者唾液经抽吸装置排入废水，最终进入环境。

目前多数研究聚焦于模拟口腔环境的体外释放实验，而对更复杂的基质如生物体液或牙科废水的研究有限。由于绿色分析化学（GAC）理念的推广以及对分析方法效率和实用性的更高要求，新兴的微萃取技术正逐步替代传统液液萃取（LLE）和固相萃取（SPE）。织物相吸附萃取（FPSE）作为一种简便、通用且绿色的样品前处理技术，于2014年提出，它利用涂覆有多孔海绵状溶胶-凝胶杂化无机-有机吸附剂的柔性织物基底实现快速传质，具有高化学和机械稳定性、可重复使用、所需有机溶剂少等优点。鉴于针对牙科废水中树脂衍生单体分析的简便、灵敏且环保的方法需求迫切，本研究的创新点在于开发并验证一种基于FPSE结合高效液相色谱-二极管阵列检测（HPLC-DAD）的方法，用于同时测定牙科废水中的BPA、TEGDMA、UDMA和Bis-GMA。

关键技术方法

研究人员采用单因素实验法（OFAT）对FPSE流程的关键参数进行优化。评估了五种不同溶胶-凝胶吸附剂涂层（包括硅基聚四氢呋喃Si-PTHF和多种钛基涂层）的纤维素膜。确定了最优膜类型（溶胶-凝胶Si-PTHF）、膜尺寸（1.5 cm × 1.5 cm，即2.25 cm²）、萃取时间（20分钟）、萃取搅拌速度（中等速率）、样品体积（1 mL）、离子强度（不添加NaCl）、洗脱溶剂（乙腈，ACN）以及洗脱条件（涡旋振荡1分钟）。分析检测采用配备二极管阵列检测器（DAD）的高效液相色谱（HPLC）系统，色谱分离在LiChrospher^? 100 ? RP-18e柱上进行，流动相为乙腈和水，采用梯度洗脱，流速1 mL/min，柱温40°C，检测波长220 nm。真实牙科废水样本来自希腊亚里士多德大学牙科学院，为使用树脂基复合材料进行修复治疗后的混合废水。

研究结果

2.1 FPSE流程优化

通过对膜类型、尺寸、萃取时间、搅拌、样品体积、离子强度、洗脱溶剂及洗脱时间和搅动方式的系统优化，研究人员确定了最佳FPSE方案。结果表明，溶胶-凝胶Si-PTHF膜对所有四种化合物均展现出最高的回收率。中等搅拌速率优于无搅拌或高速搅拌，后者还会导致膜损伤。增加样品体积和离子强度均不利于萃取效率。涡旋振荡1分钟被选为最优洗脱方式，因其显著缩短了操作时间。

2.2 方法验证结果

该方法在加标水样中进行了验证。线性范围：BPA、TEGDMA和Bis-GMA为0.05至5 ng/μL，UDMA为0.13至5 ng/μL，决定系数（R²）介于0.9967至0.9995。检出限（LOD）和定量限（LOQ）：BPA、TEGDMA和Bis-GMA分别为0.015 ng/μL和0.05 ng/μL；UDMA分别为0.04 ng/μL和0.13 ng/μL。选择性良好，空白水样无显著干扰。精密度优良，日内相对标准偏差（RSD）<7.7%，日间RSD<9.5%。准确度高，日内相对回收率93.9%-100.8%，日间92.0%-101.7%。

2.3 可重复使用性

溶胶-凝胶Si-PTHF膜可重复使用多达十二次，而萃取效率无明显下降（损失不超过10%），且未观察到残留效应。

2.4 实际样品应用

将所开发方法应用于真实牙科废水样品的滤液/溶解组分分析。在该样品色谱图中，目标化合物的保留时间处未观察到峰，表明BPA、TEGDMA、UDMA和Bis-GMA浓度均低于方法的检出限。这一结果并不意味着这些分析物在牙科废水中不存在，因为实际浓度受手术类型、材料用量、废水稀释度以及单体水溶性等因素影响。此外，样品预处理（离心和过滤）可能导致颗粒结合型分析物的损失。为进一步验证方法准确性，对加标的真实牙科废水样品进行分析，结果显示RSD值低于7.6%，相对回收率范围为91.6%至104.4%，证实了该方法适用于真实基质分析。

2.5 方法绿色性、适用性及分析性能评价

通过ComplexMoGAPI、蓝色适用性等级指数（BAGI）和红色分析性能指数（RAPI）三种工具对方法进行综合评价。ComplexMoGAPI得分为78，表明绿色性良好；BAGI得分为65，表明实用性和适用性良好，主要缺点是需手动操作；RAPI得分为65，表明分析性能良好，在检出限、工作范围和线性方面表现优异。

2.6 与其他报道方法的比较

现有关于牙科废水基质的研究非常有限，仅有少数研究，例如一项将原本用于唾液的方案未经验证地应用于牙科废水，另一项则仅针对BPA。本研究首次提供了经过验证的、可同时测定牙科废水中四种目标分析物的方法，具有样品量小、设备普及、无需溶剂蒸发和复溶等优势。

讨论与结论

研究人员指出，尽管在所分析的真实样品中未检出目标化合物，但这并不能证明它们在环境中不存在，未来需收集不同诊所、不同时期、不同类型手术产生的更多废水样本进行研究，并应同时考察溶解态和颗粒态组分。研究得出结论：成功开发并验证了一种环保、实用且经济的分析方法，用于同时测定牙科废水中由牙科树脂复合材料释放的BPA、TEGDMA、UDMA和Bis-GMA。这是首次针对牙科单元废水中这四种目标分析物进行同时测定的经过验证的分析方法。溶胶-凝胶Si-PTHF膜可重复使用多达十二次，增强了方法的可持续性和成本效益。该方法已成功应用于真实牙科废水样品滤液/溶解组分的分析，证明了其在样品前处理后分析溶解态目标化合物的适用性。