包埋凹凸棒土毛细管整体柱的制备及其用于固相微萃取的方法

摘要

包埋凹凸棒土的毛细管整体柱的制备方法，包括以下步骤：将酸化凹凸棒土与有机聚合物溶液以1：100～5：100的质量比例混合，常温磁力搅拌1～5 h，使酸化凹凸棒土完全分散后注入γ-2-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷处理的石英毛细管内，密封后置于恒温水浴锅内60～85°C反应16～24 h，待反应完成后再用乙腈和水冲洗，待用。首次将天然凹凸棒土纳米材料包埋在有机聚合物整体材料中，制备包埋凹凸棒土的毛细管整体柱，该制备方法简单，成本低廉，反应条件容易控制，制得的包埋凹凸棒土的毛细管整体柱具有较强的机械强度和较高的渗透性，作为吸附剂应用于固相微萃取，具有吸附容量大、回收率高、重现性好、检出限低等优点，适用于极性小分子化合物的样品预处理。

权利要求

1.包埋凹凸棒土的毛细管整体柱的制备方法，其特征包括以下步骤：1）酸化凹凸棒土的制备方法为：将凹凸棒土碾磨粉碎、筛分至200目以下，然后加入盐酸浓度0.5～12 mol/L，凹凸棒土和盐酸的比例为1：2～1：30 g/mL，处理温度20～85 °C，处理时间0.5～7 h，用蒸馏水洗涤、过滤后、烘箱60～120 °C烘干5～10 h，碾磨后得到酸化的凹凸棒土；

2）有机聚合物溶液的制作方法为：采用1-磺酸丁基-3-乙烯基咪唑内盐和丙烯酰胺作为功能单体，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，甲酰胺、二甲基亚砜，PEG-8,000和PEG-10,

000为致孔剂，偶氮二异丁腈为引发剂，充分混合后待用；

3）将所述酸化凹凸棒土与所述有机聚合物溶液以1：100～5：100的质量比例混合，常温搅拌1～5 h，使酸化凹凸棒土完全分散后注入经γ-2-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷处理的石英毛细管内，密封后置于恒温水浴锅内60～85 °C反应16～24 h，待反应完成后再用乙腈和水冲洗，待用。

2.根据权利要求1所述方法制成的包埋凹凸棒土的毛细管整体柱用于固相微萃取环丙胺嗪的方法，其特征在于：将包埋凹凸棒土的毛细管整体柱先用95%～100%乙腈冲洗，将环丙胺嗪以2～10 μL/min的流速上样0.5～2.5 min后，采用0%～50%乙腈以1～2 μL/min的流速洗脱20～40 min，将洗脱液收集后用高效液相色谱检测。

3.根据权利要求1所述方法制成的包埋凹凸棒土的毛细管整体柱用于固相微萃取三聚氰胺的方法，其特征在于：将包埋凹凸棒土的毛细管整体柱先用95%～100%乙腈冲洗，将三聚氰胺以2～10 μL/min的流速上样10～50 min后，采用0%～50%乙腈以1～2 μL/min的流速洗脱20～40 min，将洗脱液收集后用高效液相色谱检测。

说明书

包埋凹凸棒土毛细管整体柱的制备及其用于固相微萃取的

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及色谱分析样品预处理技术，特别是一种包埋凹凸棒土的毛细管整体柱的制备及固相微萃取方法。

背景技术

[0002] 近年来，由于有机聚合物整体柱具有制备简单、通透性好、pH使用范围宽、改性方便和传质速度快等诸多优点，使其在样品预处理领域得到了广泛的关注。但是，该种材料微孔结构的缺乏，使其比表面积只有几十平方米每克，与样品之间的作用位点较少，柱容量不足，导致其对小分子的吸附容量低于颗粒填料甚至于硅胶整体材料。

[0003] 纳米材料晶粒小，比表面积大，使其产生了块状材料所不具有的量子尺寸效应和表面效应等。因此，将纳米材料包埋或者修饰在有机聚合物整体材料上可以提高比表面积，是一种有效提高小分子吸附容量和富集能力的方法。Li等将γ-氧化铝包埋在聚（N-异丙基丙烯酰胺- N,N’-亚甲基双丙烯酰胺）整体柱中，在固相微萃取的应用中有效的提高了对合成食品染料的吸附量（Li, W.; Zhou, X.; Tong, S.; Jia, Q. Talanta2013,105, 386-392）。Wang等制备了聚（甲基丙烯酸-二甲基丙烯酸乙酯-碳纳米管）整体柱，对三嗪类除草剂进行了选择性富集，最低检测限达到0.06～0.46 ng/mL（Wang, X.; Li, X.; Li, Z.; Zhang, Y.; Bai, Y.; Liu, H. Anal. Chem.2014, 86, 4739-4747）。Tong等将石墨烯包埋在聚（甲基丙烯酸丁酯-二甲基丙烯酸乙酯）整体柱内，提高了对糖皮质激素的富集能力（Tong, S.; Liu, Q.; Li, Y.; Zhou, W.; Jia, Q.; Duan, T. J. Chromatogr. A2012, 
1253, 22-31）。

[0004] 凹凸棒土是一种具有纳米通道结构、较大比表面积、价格低廉的天然纳米结构矿物材料，理想的分子式为：[(OH2)4 (Mg, Al, Fe)5 (OH).2Si8O20]·4H2O。凹凸棒土晶体表面和内部含有大量的硅羟基、镁羟基、铝羟基等羟基结构和吸附水、结合水、结构水三种水份，使其表面呈现较强的亲水性。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种包埋凹凸棒土的毛细管整体柱，用于对环丙胺嗪和三聚氰胺的固相微萃取。

[0006] 本发明采用以下技术方案实现上述目的：

[0007] 包埋凹凸棒土的毛细管整体柱的制备方法，包括以下步骤：1）酸化凹凸棒土的制备方法，将凹凸棒土碾磨粉碎、筛分至200目以下，然后加入盐酸浓度0.5～12 mol/L，凹凸棒土和盐酸的比例为1：2～1：30 g/mL，处理温度20～85 °C，处理时间0.5～7 h，用蒸馏水洗涤、过滤后、烘箱60～120 °C烘干5～10 h，碾磨后得到酸化的凹凸棒土；

[0008] 2）有机聚合物溶液的制备方法为：采用1-磺酸丁基-3-乙烯基咪唑内盐和丙烯酰胺作为功能单体，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，甲酰胺、二甲基亚砜，PEG-8,000和PEG-10,000为致孔剂，偶氮二异丁腈为引发剂，充分混合后待用；

[0009] 3）将所述酸化凹凸棒土与所述有机聚合物溶液以1：100～5：100的质量比例混合，常温磁力搅拌1～5 h，使酸化凹凸棒土完全分散后注入γ-2-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷处理的石英毛细管内，密封后置于恒温水浴锅内60～85 °C反应16～24 h，待反应完成后再用乙腈和水冲洗，待用。

[0010] 包埋凹凸棒土的毛细管整体柱用于固相微萃取环丙胺嗪的方法：将包埋凹凸棒土的毛细管整体柱先用95%～100%乙腈冲洗，将环丙胺嗪以2～10 μL/min的流速上样0.5～2.5 min后，采用0%～50%乙腈以1～2 μL/min的流速洗脱20～40 min，将洗脱液收集后用高效液相色谱检测。

[0011] 包埋凹凸棒土的毛细管整体柱用于固相微萃取三聚氰胺的方法：将包埋凹凸棒土的毛细管整体柱先用95%～100%乙腈冲洗，将三聚氰胺以2～10 μL/min的流速上样10～50 min后，采用0%～50%乙腈以1～2 μL/min的流速洗脱20～40 min，将洗脱液收集后用高效液相色谱检测。

[0012] 本发明的优点和积极效果是：首次将天然凹凸棒土纳米材料包埋在有机聚合物整体材料中，制备包埋凹凸棒土的毛细管整体柱，该制备方法简单，成本低廉，反应条件容易控制，制得的包埋凹凸棒土的毛细管整体柱具有较强的机械强度和较高的渗透性，作为吸附剂应用于固相微萃取，具有吸附容量大、回收率高、重现性好、检出限低等优点，适用于极性小分子化合物的样品预处理。本发明根据凹凸棒土晶格结构中阳离子的亲水性和可置换性，晶体呈针形纤维结构，利用凹凸棒土制作包埋凹凸棒土毛细管整体柱，作为固相微萃取吸附剂，实现了奶粉中环丙胺嗪和三聚氰胺的选择性富集，与未包埋凹凸棒土的毛细管整体柱相比，该材料对三聚氰胺的吸附量提高了6.4倍。

附图说明

[0013] 图1为毛细管整体柱的突破曲线图。（A）为实施例1制备的包埋质量比为5%凹凸棒土的毛细管整体柱的突破曲线图；（B）为实施例2制备的包埋质量比为3%凹凸棒土的毛细管整体柱的突破曲线图；（C）为实施例3制备的包埋质量比为1.6%凹凸棒土的毛细管整体柱的突破曲线图（；D）为实施例4制备的未包埋凹凸棒土的毛细管整体柱的突破曲线图；（E）死时间的测定：0.1 mg/mL甲苯通过实施例4制备的未包埋凹凸棒土的毛细管整体柱；

[0014] 图2为步骤（2）处理的凹凸棒土的扫描电镜图（图2a）以及能谱图（图2b）；

[0015] 图3实施例4制备的未包埋凹凸棒土的毛细管整体柱的扫描电镜图（图3a）以及能谱图（图3b）；

[0016] 图4实施例1制备的包埋质量比为5%凹凸棒土的毛细管整体柱的扫描电镜图（图4a）以及能谱图（图4b）；

[0017] 图5为红外光谱图。（A）步骤（2）处理的凹凸棒土；（B）实施例4制备的未包埋凹凸棒土的毛细管整体柱；（C）实施例1制备的包埋质量比为5%凹凸棒土的毛细管整体柱。

具体实施方式

[0018] 凹凸棒土为市售晶质水合镁铝硅酸盐粘土矿物，实施例所用原材料为市售化学纯或分析纯化学试剂；流动相均为乙腈和蒸馏水（v/v）配制；石英毛细管整体柱内径200 μm，用于突破曲线测定的毛细管长25 cm，用于环丙胺嗪和三聚氰胺固相微萃取的毛细管长10 cm。

[0019] 按照以下步骤制备包埋凹凸棒土的毛细管整体柱。

[0020] （1）石英毛细管内的预处理

[0021] 先将石英毛细管依次用0.5 mol/L 盐酸、蒸馏水、0.5 mol/L 氢氧化钠、蒸馏水和甲醇冲洗毛细管，用氮气将其吹干；将体积比1：1的γ-2-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的甲醇溶液注入到上述毛细管内；在室温下静置反应12 h；随后，用甲醇冲洗，在70 °C的氮气流下干燥1 h备用。

[0022] （2）凹凸棒土的酸化处理

[0023] 将凹凸棒土碾磨粉碎、筛分至200目以下，然后加入盐酸浓度4 mol/L，凹凸棒土和盐酸的比例为1：10 g/mL，处理温度75 °C，处理时间4 h，用蒸馏水洗涤、过滤后、烘箱110 °C烘干8 h，碾磨后得到酸化的凹凸棒土。

[0024] （3）有机聚合物溶液配制

[0025] 将167 mg的1-磺酸丁基-3-乙烯基咪唑内盐与1934 mg甲酰胺振荡混匀，随后加入50 mg丙烯酰胺振荡混匀，再加入100 mg N, N’-亚甲基双丙烯酰胺、967 mg二甲基亚砜、
106 mg PEG-8,000、192 mg PEG-10,000和3.2 mg 偶氮二异丁腈，混合均匀。

[0026] （4）石英毛细管柱内的合成物

[0027] 实施例1：称取步骤（3）配制的有机聚合物溶液2 g，加入0.1 g步骤（2）处理过的凹凸棒土，在室温下，磁力搅拌3 h，使凹凸棒土均匀分散在有机聚合物溶液中，随后，用氮气脱气5 min，注入步骤（1）处理过的毛细管中，用硅橡胶塞紧毛细管两端，在75 °C水浴恒温中加热20 h后冷却至室温，得到凹凸棒土与有机聚合物溶液质量比为5%的包埋凹凸棒土的毛细管整体柱。

[0028] 实施例2：称取步骤（3）配制的有机聚合物溶液2 g，加入0.06 g步骤（2）处理过的凹凸棒土，在室温下，磁力搅拌3 h，使凹凸棒土均匀分散在有机聚合物溶液中，随后，用氮气脱气5 min，注入步骤（1）处理过的毛细管中，用硅橡胶塞紧毛细管两端，在75 °C水浴恒温中加热20 h后冷却至室温，得到凹凸棒土与有机聚合物溶液质量比为3%的包埋凹凸棒土的毛细管整体柱。

[0029] 实施例3：称取步骤（3）配制的有机聚合物溶液2 g，加入0.032 g步骤（2）处理过的凹凸棒土，在室温下，磁力搅拌3 h，使凹凸棒土均匀分散在有机聚合物溶液中，随后，用氮气脱气5 min，注入步骤（1）处理过的毛细管中，用硅橡胶塞紧毛细管两端，在75 °C水浴恒温中加热20 h后冷却至室温，得到凹凸棒土与有机聚合物溶液质量比为1.6%的包埋凹凸棒土的毛细管整体柱。

[0030] 实施例4：作为对比，步骤（3）配制的有机聚合物溶液，用氮气脱气5 min，注入步骤（1）处理过的毛细管中，用硅橡胶塞紧毛细管两端，在75 °C水浴恒温中加热20 h后冷却至室温，得到未包埋凹凸棒土的毛细管整体柱。

[0031] 实施例1、2、3、4所制备的毛细管整体柱的突破曲线图分别如图1（A）、（B）、（C）、（D）所示，均以0.1 mg/mL三聚氰胺（溶于95%乙腈）为样品，以2.4 μL/min的流速通过毛细管整体柱。（E）以0.1 mg/mL甲苯（溶于95%乙腈）为样品通过实施例4所制备的未包埋凹凸棒土的毛细管整体柱，测定死时间。检测波长均为214 nm。从图1可以看出，随着凹凸棒土质量分数的增加，三聚氰胺通过毛细管整体柱的时间增加，即吸附量随着凹凸棒土质量分数的增加而增加。通过计算，可以得出凹凸棒土与有机聚合物溶液质量比为0%、1.6%、3%和5%的吸附量分别为48、190、238和308 μg/mL。包埋凹凸棒土的毛细管整体柱最大吸附量是未包埋凹凸棒土的毛细管整体柱的6.4倍。

[0032] 图2为步骤（2）处理的凹凸棒土的扫描电镜图，可以看出，酸化凹凸棒土呈现纤维状，长度小于1 μm，从相应的能谱中可以看出，凹凸棒土含有Fe、Al、Mg、Si和O元素。图3为实施例4制备的未包埋凹凸棒土的毛细管整体柱的扫描电镜图，从图中可以看出，未包埋凹凸棒土的毛细管整体柱含有多孔结构，孔径大约0.5～2.0 μm，从相应的能谱中可以看出，整体材料含有N、S和O元素。图4为实施例1制备的包埋质量比为5%凹凸棒土的毛细管整体柱的扫描电镜图，从图中可以看出，凹凸棒土被较好的包埋在整体材料中，从相应的能谱中可以看出，包埋凹凸棒土的毛细管整体柱含有Fe、Al、Mg、Si、O、N和S元素，进一步说明凹凸棒土被较好的包埋在整体材料中。

[0033] 图5为几种不同材料的红外光谱图。1680 cm-1为C=O的伸缩振动，1455 cm-1为咪唑环的伸缩振动，以上均能在实施例1（C）和实施例4（B）制备的毛细管整体柱中找到。此外，474 cm−1 和 800 cm−1 分别为 Si–O–Si 和Al–O–Si的伸缩振动，以上均能在实施例1制备的毛细管整体柱（C）和步骤（2）处理的凹凸棒土（A）中找到。因此，包埋凹凸棒土的毛细管整体柱包含整体材料和凹凸棒土的特征峰，进一步说明了凹凸棒土被较好的包埋在整体材料中。

[0034] 具体应用实施例：

[0035] 实施例5：为验证实施例1所制备的包埋凹凸棒土的毛细管整体柱对环丙胺嗪的固相微萃取性能，以所制备的包埋凹凸棒土的毛细管整体柱为吸附剂，采用高效液相色谱对奶粉进行分析。

[0036] 奶粉的配制：10 g奶粉加入30 mL乙腈，用于沉淀蛋白质，振荡35 min，随后15,000 g离心10 min，取上清液用水稀释至含有95%乙腈，通过0.45 μm的滤膜后，加入相应体积的0.1 mg/mL环丙胺嗪的标准溶液，使浓度分别为80、400和1600 ng/mL。

[0037] 萃取条件：采用实施例1所制备的毛细管整体柱，先用95%乙腈冲洗，以4 μL/min的流速上样1.25 min后，采用20%乙腈以2 μL/min的流速洗脱20 min，将洗脱液收集后用高效液相色谱检测。

[0038] 色谱分析条件：分析柱为依利特Hypersil NH2 (4.6×150 mm, 5 μm)，流动相为90%乙腈，流速0.8 mL/min，进样20 μL，柱温30 °C，检测波长214 nm。

[0039] 结果显示，当奶粉提取液中，环丙胺嗪的加标浓度为80、400和1600 ng/mL时，回收率分别为94.51%、95.85%和96.56%，RSDs分别为7.6%、4.2%和4.5%，最低检测限达到21.1 ng/mL，说明该方法适合于奶粉中环丙胺嗪的分析。

[0040] 实施例6：为验证实施例1所制备的包埋凹凸棒土的毛细管整体柱对三聚氰胺的固相微萃取性能，以所制备的包埋凹凸棒土的毛细管整体柱为吸附剂，采用高效液相色谱对奶粉进行分析。

[0041] 奶粉的配制：10 g奶粉加入30 mL乙腈，用于沉淀蛋白质，振荡35 min，随后15,000 g离心10 min，取上清液用水稀释至含有95%乙腈，通过0.45 μm的滤膜后，加入相应体积的0.1 mg/mL三聚氰胺的标准溶液，使浓度分别为10、50和200 ng/mL。

[0042] 萃取条件：采用实施例1所制备的毛细管整体柱，先用95%乙腈冲洗，以4 μL/min的流速上样25 min后，采用20%乙腈以2 μL/min的流速洗脱20 min，将洗脱液收集后用高效液相色谱检测。

[0043] 色谱分析条件同实施例5。

[0044] 结果显示，当奶粉提取液中，三聚氰胺的加标浓度为10、50和200 ng/mL时，回收率分别为109.92%、100.46%和97.92%，RSDs分别为1.4%、1.6%和2.6%，最低检测限达到0.3 ng/mL，说明该方法适合于奶粉中三聚氰胺的分析。