原位还原法制备的银纳米粒功能化固相微萃取整体柱

摘要

本发明公开了一种原位还原法制备的银纳米粒功能化固相微萃取整体柱，该整体柱由尿素溶液、甲醛溶液在催化剂溶液作用下原位脱水缩聚制得；所用催化剂溶液是由硝酸银和柠檬酸、酒石酸等有机酸混合组成。在整体柱的制备过程中，甲醛同时起到了缩聚单体和银离子还原剂的双重作用，而催化剂中的有机酸除能够催化缩聚反应，还可以稳定原位生成的银纳米粒。在固相微萃取时，利用银纳米粒与带有不饱和π键化合物之间的特殊作用力，使该整体柱可实现带有不饱和π键化合物的富集及其顺反异构体的顺序洗脱。本发明方法巧妙、工艺简单、易于操作、不需要昂贵的仪器、易于推广，且其适用的分析对象范围广，可实现不同不饱和π键化合物的高效富集与高灵敏检测。

权利要求

1.一种原位还原法制备银纳米粒功能化固相微萃取整体柱的方法，其特征在于：所述整体柱是由尿素溶液、甲醛溶液在催化剂溶液作用下原位脱水缩聚制得；

所述催化剂溶液由硝酸银和有机酸溶液混合组成，其中硝酸银的浓度为0.2 0.8 ~mmol/L，有机酸的浓度为0.5 1.0 mol/L，所述有机酸包括柠檬酸或酒石酸中的任意一种；

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甲醛在整体柱制备过程中既是缩聚单体又是银离子的还原剂。

2.根据权利要求1所述的原位还原法制备银纳米粒功能化固相微萃取整体柱的方法，其特征在于：按质量百分数之和为100%计，各原料所占质量百分数为：尿素溶液40 55%、甲~醛溶液36 50%、催化剂溶液8 10%；

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其中，所述尿素溶液的浓度为1 g/mL，所述甲醛溶液的质量浓度为33% 37%。

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3.根据权利要求1所述的原位还原法制备银纳米粒功能化固相微萃取整体柱的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）空管的清洗：用色谱纯甲醇冲洗空管，然后通氮气，并置于60℃烘箱中烘干，待用；

2）管内快速缩聚：将尿素溶液、甲醛溶液、催化剂溶液按比例混合均匀，快速振荡1 2分~钟，再将混合物快速注满洗净干燥的空管中，两端封闭并浸于70℃水浴中恒温加热10分钟；

3）整体柱的冲洗：待反应完成后，以乙腈为流动相冲洗制备的整体柱，去除柱床内残留的溶剂及未反应的原料与催化剂，即得到所述银纳米粒功能化固相微萃取整体柱。

4.根据权利要求3所述的原位还原法制备银纳米粒功能化固相微萃取整体柱的方法，其特征在于：所用空管为特氟龙管或聚醚醚酮管。

说明书

原位还原法制备的银纳米粒功能化固相微萃取整体柱

技术领域

[0001] 本发明属于整体柱制备领域，具体涉及一种原位还原法制备的银纳米粒功能化固相微萃取整体柱。

背景技术

[0002] 固相微萃取（Solid phase microextraction，SPME）作为一种新兴的样品前处理方法，具有无溶剂、小装置、高效、易与其他仪器联用等特点，已成为当前样品前处理领域的研究热点。SPME的萃取原理是基于样品基质中的待测组分与SPME固定相之间的分配平衡。作为固相微萃取的核心，新型萃取材料的研发方兴未艾。整体柱作为一类新型固相微萃取材料，具有制备简单、单体可选择范围广泛、固定相表面易于改性、pH适用范围宽等特点。基于整体柱的SPME技术，已成为目前样品前处理技术的重要形式之一。开发新型固相微萃取整体柱，并将其与不同分析检测技术联用，实现对复杂样品中微量待测成分的高效、快速、高选择性的富集与分析检测，对丰富、完善固相微萃取技术具有重要的科学意义和应用价值。

[0003] 纳米材料通常被定义为在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。由于纳米材料具有的独特性质，其在分离科学领域的应用已得到不断的拓展。银纳米颗粒作为贵金属纳米粒子中一个重要的类型，已被广泛应用于整体固定相的制备，并引起了人们的广泛关注。Navarro-Pascual-Ahuir等人（M. Navarro-Pascual-Ahuir, et al. Electrophoresis, 2013, 34, 925-934）采用原位和非原位还原法制备了银纳米粒固定化聚甲基丙烯酸月桂酯整体柱，并用于中性化合物的毛细管电色谱分离。Sedlacek等人（O. Sedlacek, et al. J. Sep. Sci., 2014, 37, 798-802）制备了银纳米粒涂层整体柱，并将其用于消除放射性标记药物中的过量放射性碘。Zhu等人（Y. Zhu, et al. J. Sep. Sci., 2015, 38, 2841-2847）报道了将银纳米粒嵌入在周期性介孔硅胶整体柱和大孔/介孔硅胶整体柱中，并应用于多环芳烃和二苯乙烯的高效液相色谱分离。由于银纳米粒和不饱和π键之间的特殊作用力，上述银纳米粒功能化整体柱已被用于不同条件下实现不同不饱和π键有机化合物的色谱分离。本课题组先前通过整体柱表面涂覆法制备了一种银纳米粒固定化整体柱（申请号：201710558876.1），并将其应用于不饱和化合物的固相微萃取。但与该发明不同，本发明是采用原位还原法制备银纳米粒功能化固相微萃取整体柱，其提供一种简便易行的银纳米粒功能化固相微萃取整体柱制备新技术，对银纳米粒功能化整体柱的推广和应用将带来很大的帮助。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种原位还原法制备的银纳米粒功能化固相微萃取整体柱及其新制备技术。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 一种原位还原法制备的银纳米粒功能化固相微萃取整体柱，其是由尿素溶液、甲醛溶液在催化剂溶液作用下原位脱水缩聚制得；按质量百分数之和为100%计，各原料所占质量百分数为：尿素溶液40 55%、甲醛溶液36 50%、催化剂溶液8 10%；~ ~ ~

[0007] 其中，所述尿素溶液的浓度为1 g/mL；所述甲醛溶液的质量浓度为33% 37%；所述~催化剂溶液由硝酸银和柠檬酸、酒石酸等有机酸溶液混合组成，其中硝酸银的浓度为0.2~
0.8 mmol/L，有机酸的浓度为0.5 1.0 mol/L。
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[0008] 在整体柱的制备过程中，甲醛既作为缩聚单体参与脲醛树脂的一步原位脱水缩聚反应，又作为还原剂用于将溶液中的银离子原位还原为银纳米颗粒并使其分布在整体柱内。具有路易斯酸性质的硝酸银溶液不仅能够催化脲醛树脂的一步原位脱水缩聚反应，起到催化剂的作用，同时溶液中的银离子由于甲醛的原位还原而生成银纳米颗粒并分布在整体柱内。柠檬酸、酒石酸等有机酸不但能够酸催化脲醛树脂的一步原位脱水缩聚反应，起到催化剂的作用，还可以用于稳定原位还原生成的银纳米粒，防止银纳米粒聚集，起到稳定剂的作用。

[0009] 所述银纳米粒功能化固相微萃取整体柱的制备方法，包括以下步骤：

[0010] 1）空管的清洗：将空管接上液相泵，用色谱纯甲醇在0.5 mL/min流速下冲洗10分钟，然后通氮气，并置于60℃烘箱中烘干10分钟，待用；

[0011] 2）管内快速缩聚：将尿素溶液、甲醛溶液、催化剂溶液按比例混合均匀，快速振荡12分钟，再将混合物快速注满洗净干燥的空管中，两端封闭并浸于70℃水浴中恒温加热10~
分钟；

[0012] 3）整体柱的冲洗：待反应完成后，以乙腈为流动相，用液相色谱泵冲洗制备的整体柱，去除柱床内残留的溶剂及未反应的原料与催化剂，即得到所述银纳米粒功能化固相微萃取整体柱。

[0013] 所用空管为特氟龙（PTFE）管或聚醚醚酮（PEEK）管。

[0014] 得益于银纳米粒与带有不饱和π键化合物的特殊作用力，所得银纳米粒功能化固相微萃取整体柱可实现对带有不饱和π键化合物的富集，并可利用银纳米粒与该类不饱和π键化合物顺反异构体作用力强度的不同，实现该类化合物顺反异构体的顺序洗脱。

[0015] 本发明的显著优点在于：

[0016] 1）本发明提供的原位还原制备银纳米粒功能化固相微萃取整体柱的方法只需一步快速缩聚反应，其方法简便，反应速度快，省去了繁琐的整体材料表面二次衍生的步骤，大大提高了银纳米粒功能化整体柱的制备效率，为银纳米粒功能化整体柱的制备提供了一种新技术，将对银纳米粒功能化整体柱的推广和应用带来很大的帮助。

[0017] 2）本发明配方组成巧妙。其在整体柱的制备过程中，利用甲醛作为缩聚单体的同时，将其作为还原剂，使溶液中的银离子原位还原为银纳米颗粒并分布在整体柱内；利用具有路易斯酸性质的硝酸银催化脲醛树脂的一步原位脱水缩聚反应的同时，将溶液中的银离子原位还原生成银纳米颗粒并分布在整体柱内；利用柠檬酸、酒石酸等有机酸催化脲醛树脂的一步原位脱水缩聚反应外，还将其用于稳定原位还原生成的银纳米粒，防止银纳米粒聚集，起到稳定剂的作用。

[0018] 3）本发明提供的银纳米粒功能化固相微萃取整体柱应用于固相微萃取时，在载样过程中利用银纳米粒与带有不饱和π键化合物的特殊作用力实现不饱和π键化合物的富集，而在洗脱过程中，利用银纳米粒与带有不饱和π键化合物顺反异构体的碳碳双键之间作用力强度的不同，实现不饱和π键化合物顺反异构体的顺序洗脱。

附图说明

[0019] 图1是实施例所制备银纳米粒功能化固相微萃取整体柱的X射线光电子能谱图，其中（A）为XPS全波段能谱，（B）为Ag 3d结合能区域。

[0020] 图2是脲醛树脂整体材料（A）和原位还原法制备的银纳米粒功能化固相微萃取整体材料（B）的紫外-可见吸收光谱图。

[0021] 图3是分别以脲醛树脂整体柱（A）和以银纳米粒功能化整体柱（B）作为固相微萃取整体柱建立管内固相微萃取-高效液相色谱 (In-tube SPME-HPLC) 联用系统，对油酸甲酯顺反异构体（顺-6-十八碳烯酸甲酯、反-6-十八碳烯酸甲酯）的色谱分离图。

具体实施方式

[0022] 为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

[0023] 表1 原位还原法制备银纳米粒功能化整体柱的配方组成

[0024]实施例

[0025] （1）空管的清洗：将内径为750 µm的PTFE管接上液相泵，用色谱纯甲醇在0.5 mL/min的流速下冲洗10 min，去除PTFE管内壁残留的有机物杂质等，然后通氮气，并置于60℃烘箱中烘干10 min，待用；

[0026] （2）管内快速缩聚：分别按表1配比称取催化剂溶液、浓度为1 g/mL的尿素溶液、质量浓度为33% 37%的甲醛溶液，将其均匀混合，快速振荡1 2 min，再将混合物快速注满洗净~ ~干燥的空管中，两端封闭并浸于70℃水浴中恒温加热10 min；

[0027] （3）整体柱的冲洗：待反应完成后，以乙腈为流动相，在液相色谱泵上冲洗PTFE管整体柱约1小时，以去除柱床内残留的溶剂，即得到相应的银纳米粒功能化固相微萃取整体柱a-l。

[0028] 应用实施例1

[0029] 使用X射线光电子能谱对按照表1-b所述比例制备的银纳米粒功能化固相微萃取整体材料进行测试。结果如图1所示，其中（A）为XPS全波段能谱，（B）为Ag 3d结合能区域。图1（A）的光电子峰表明制备的整体材料主要由碳（C）、氮（N）、氧（O）元素组成；从图1（B）可见，原位还原法制备的银纳米粒功能化整体材料在Ag 3d结合能区域，分别在368.8 eV和374.9 eV处有Ag 3d5/2和Ag 3d3/2吸收峰，结合能差为6.1 eV，这是金属银的典型特征。这一结果证实了银纳米粒的成功功能化。

[0030] 应用实施例2

[0031] 以500 mg浓度为1 g/mL的尿素溶液、400 mg质量浓度为33% 37%的甲醛溶液和100 ~mg 0.2 mol/L盐酸溶液混合制备脲醛树脂整体材料（A），然后与按表1-j所述比例制备的银纳米粒功能化固相微萃取整体材料（B）分别进行紫外-可见吸收光谱测试，结果如图2所示。
由图2可见，曲线A在紫外-可见吸收光谱350 450 nm区段没有吸收峰，曲线B在440 nm左右~
有明显吸收峰，这一吸收峰是由于银纳米粒的横断面等离子体共振产生的，说明本发明方法可成功实现银纳米粒对脲醛树脂整体材料的功能化。

[0032] 应用实施例3

[0033] 以500 mg浓度为1 g/mL的尿素溶液、400 mg质量浓度为33% 37%的甲醛溶液和100 ~mg 0.2 mol/L盐酸溶液混合制备脲醛树脂整体材料（A），并与按表1-b所述比例制备的银纳米粒功能化固相微萃取整体材料（B）分别作为固相微萃取整体柱，结合管内固相微萃取-高效液相色谱 (In-tube SPME-HPLC) 联用系统，考察两者对油酸甲酯顺反异构体（顺-6-十八碳烯酸甲酯、反-6-十八碳烯酸甲酯）的固相微萃取行为，结果如图3所示。

[0034] 具体运行条件：装载液组成：正己烷/异丙醇=95%/5% (v/v)；样品溶剂：100%正己烷；进样流速：0.1 mL/min；进样体积：500 μL；洗脱液组成：100%正己烷；洗脱流速：0.1 mL/min；洗脱体积：150 μL；分离流动相：100%正己烷；分离流速：1.0 mL/min；柱温箱温度：30℃；检测波长：203 nm。图3中B曲线，检测峰1是反-6-十八碳烯酸甲酯，检测峰2是顺-6-十八碳烯酸甲酯。

[0035] 由图3可见，使用脲醛树脂整体柱作为固相微萃取整体柱（曲线A）时，检测峰强度较低，且两种油酸甲酯顺反异构体无法得到分离；而使用银纳米粒功能化整体柱作为固相微萃取整体柱（曲线B）时，检测峰强度得到增强，且两种油酸甲酯顺反异构体得到分离。由此证明，基于脲醛树脂整体柱的固相微萃取方法无法实现两种油酸甲酯顺反异构体的富集和顺序洗脱；而在相同实验条件下，基于银纳米粒功能化整体柱的固相微萃取方法不仅实现了两种油酸甲酯顺反异构体的富集，并且由于顺-6-十八碳烯酸甲酯与银纳米粒的作用力强于反-6-十八碳烯酸甲酯，可使油酸甲酯顺反异构体按照作用力强度实现顺序洗脱，并得以有效分离分析。

[0036] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。