CN100355477C

CN100355477C - 分子印迹的溶胶－凝胶聚合物涂层固相微萃取头制备方法

Info

Publication number: CN100355477C
Application number: CNB2005100295032A
Authority: CN
Inventors: 刘萍; 王淼; 陈哲明
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2025-09-08
Also published as: CN1762526A

Abstract

本发明公开了一种分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头制备方法，以硅氧烷为溶胶-凝胶溶液预聚物，以被检测物或与被检测物结构相似的化合物为目标分子，盐酸为催化剂，充分混合加热至形成溶胶。用浸入涂敷法在活化的石英纤维表面均匀涂敷，加热至缩聚反应完全，之后高温加热除去目标分子，即得到分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层的固相微萃取头。本发明的萃取头涂层综合了溶胶-凝胶聚合物和分子印迹聚合物的优点，不仅热稳定性好，吸附量大，而且对与目标分子立体结构相近的化合物有选择性吸附的能力。本发明制备的固相微萃取头在分析检测领域将会有广泛的实用前景。

Description

分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头制备方法

技术领域

本发明涉及一种固相微萃取头制备方法，尤其涉及一种分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头制备方法，集溶胶-凝胶技术与分子印迹技术于一体，制备专属选择性高和适用范围广的新型固相微萃取头，并将其应用于实际样品中有机物的定量分析。属于分析检测技术领域。

背景技术

固相微萃取技术作为一项融萃取、浓缩、进样于一体的综合技术，通过与色谱联用，可以有效应用于食品、环境、生物以及药物分析等领域，尤其是在有机物的痕量分析方面显示了良好的发展前景。然而，目前大部分商品化的固相微萃取头存在着涂层热稳定性不够理想(耐热最高不超过250℃)、使用寿命短(50-100次)、涂层一般不具有专属选择性而且可供选择的涂层种类较少以及价格昂贵等因素，限制了固相微萃取技术与气相色谱的联用，限制了其在检测高沸点大分子化合物方面的应用，从而阻碍了其在更广泛领域中的推广和应用。

与传统涂层技术相比，溶胶-凝胶聚合物不仅具有较高的热稳定性和多孔结构，而且造价低，制备操作简单易行。因此，利用溶胶-凝胶技术合成固相微萃取头涂层的方法逐步发展起来。然而，以硅氧烷为基础的溶胶-凝胶聚合物几乎不具有选择性，仍需要进一步改进以适应越来越高的分析要求。

分子印迹技术，是以目标分子为模板合成聚合物的方法。由于聚合物中存在有特定几何形态或具有特殊官能团的空穴，具有从复杂样品中选择性地吸附目标分子或与目标分子结构相近的某一类化合物的能力，因此它非常适合用来分离富集复杂样品中的痕量被分析物，可以克服环境样品体系复杂、预处理繁琐等不利因素。因此，将具有高选择性的分子印迹聚合物应用于固相微萃取技术不仅可以达到分离纯化的目的，而且可以降低检测限，提高分析的精密度和准确性，为痕量组分的富集和分析提供极大的方便。然而，由于多数分子印迹聚合物的热稳定性不佳，不易用于气相色谱分析中，限制了其在这一领域中的实际应用。

目前，研究和开发集溶胶-凝胶技术和分子印迹技术于一体的新技术逐渐发展起来，已有为数不多的几篇关于溶胶-凝胶-分子印迹聚合物的文章，主要应用于液相色谱和管内(in-tube)-固相微萃取-气相色谱分析等方面的应用，但尚未有分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头直接应用于顶空法-固相微萃取-气相色谱联用技术的相关报道。因此，集分子印迹聚合物和溶胶-凝胶聚合物的优点，制备既具热稳定性，又具高选择性的新型固相微萃取头涂层可以扩展固相微萃取技术的应用范围，增强其在分析领域的实用价值，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于针对固相微萃取研究的现状，提供一种分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头制备方法，不用任何黏合剂，涂层稳固结合在石英纤维表面且厚度可控，可提高该固相微萃取头的热稳定性和使用寿命。

为实现这一目的，本发明以硅氧烷为溶胶-凝胶溶液预聚物，以被检测物或与被检测物结构相似的化合物为目标分子，盐酸为催化剂，充分混合加热形成溶胶。用浸入涂敷(dip-coating)的方法在活化的石英纤维表面均匀涂敷，加热至缩聚反应完全，之后高温加热除去目标分子，即得到分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层的固相微萃取头。

本发明方法包括如下具体步骤：

1、取总长2-3厘米的石英纤维，剥去部分包覆层使之裸露段为1.4-1.6厘米，以丙酮清洗数次。将上述石英纤维置于10-50毫摩尔/升的氢氧化锂溶液中煮沸5-15分钟后取出以蒸馏水洗涤，然后在正硅酸乙酯溶液中浸泡，正硅酸乙酯溶液由体积百分比为1-5％的去离子水、90-97％的乙醇、1-3％的正硅酸乙酯配制而成，浸泡10-20分钟后取出用乙醇洗涤烘干，得到活化的石英纤维备用，使用前存放不超过12小时。

2、按体积份计，将1份含官能团的硅氧烷与0.5-10份正硅酸乙酯(TEOS)混合，向其中加入以上两种混合物质量的3％-10％的目标分子作为印迹分子，充分震荡使其混合均匀。然后向该混合液中缓慢滴加0.02-0.2份的盐酸溶液，剧烈振荡1-5分钟，放入60-90℃水浴预聚合至形成溶胶。

3、利用步骤2所得的溶胶，采用浸入涂敷(dip-coating)法在活化的石英纤维表面均匀涂层并凝胶化，重复该操作至达到预期的厚度后放入60-90℃烘箱中，加热1-10小时至缩聚完全，然后在150℃-250℃下再加热3-10小时，使印迹分子挥发，即得到分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头。

本发明中作为溶胶-凝胶溶液预聚物的含官能团的硅氧烷可以是一类化合物，其化学结构式如下

其中，R是3-氨基丙基、苯基或3-苯胺基丙基；R′，R″，R是烷氧基，可以相同，也可以不同。

本发明可以根据不同需要选择不同的目标分子作为印迹分子，以提高固相微萃取头对特定分析物的选择性，从而增强分析方法的灵敏度。

本发明分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头的特别之处在于是将涂层直接键合在活化的石英纤维上，无需任何黏合剂。化学键作用使得以硅氧烷为基础的涂层与石英纤维稳固结合，不易脱落，极大地提高了其热稳定性和使用寿命。此涂层厚度可根据需要控制，多孔状结构保证大吸附量，特别是涂层中由目标分子所引入的空穴有效地提高了该固相微萃取头对苯及其同系物的选择性吸附，提高了检测的灵敏度。并且由于该固相微萃取头的制备操作简单、成本低，将其应用于顶空-固相微萃取-气相色谱联用技术(HS-SPME-GC)中，对水中苯及其同系物的快速检测有很好的应用前景。

附图说明

图1是实施例1中的分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头的扫面电镜图。

图2是实施例1中的分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头的热失重曲线。

图3是实施例1中的分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头对一种市售胶粘剂样品的GC谱图。

图4是实施例1中的分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头对一种市售胶粘剂样品中加入2μg·g^-1苯、2μg·g^-1甲苯、2μg·g^-1乙基苯和2μg·g^-1偏三甲苯后检测得到的GC谱图。

具体实施方式

以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1

1、石英纤维(总长约2厘米)剥去包覆层，裸露段约1.5厘米，以丙酮清洗数次。配制10毫摩尔/升的氢氧化锂溶液350毫升。将上述石英纤维置于氢氧化锂溶液煮沸10分钟后取出以蒸馏水洗涤3次，然后在正硅酸乙酯溶液中浸泡，正硅酸乙酯溶液由体积百分比为3％的去离子水、96％的乙醇、1％的正硅酸乙酯配制而成，浸泡20分钟后取出，后用乙醇洗涤，烘干，得到活化的石英纤维备用，使用前存放不超过12小时。

2、将3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)和正硅酸乙酯(TEOS)按体积比1∶1比例混合，并向其中加入以上两种混合物质量的5％的目标分子联苯作为印迹分子，充分震荡使其均匀混合。然后向该混合液中缓慢滴加0.1摩尔/升的盐酸溶液，直至3-氨基丙基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯和盐酸溶液的体积比为40∶40∶1.5，剧烈振荡1分钟，放入70℃水浴预聚合至形成溶胶。

3、利用步骤2所得的溶胶，采用浸入涂敷法在活化的石英纤维表面均匀涂层并凝胶化，重复该操作至预期的厚度后放入70℃烘箱中加热5小时至缩聚完全，然后在180℃下再加热5小时使目标分子联苯挥发，即得到联苯分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头。

对该联苯分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头进行扫描电镜分析，图1是该固相微萃取头的扫描电镜图，其中a、b分别是放大500倍和5000倍的扫描电镜图。从图中可以看出，该涂层具有海绵状多孔结构，保证该新型固相微萃取头有较大的吸附能力，可有效应用于固相微萃取技术。

图2是该涂层的热失重分析曲线。在测试范围内(20-850℃)该涂层总失重仅25％，特别是在100℃-298℃范围内失重低于3％，其耐热性明显优越于传统方法制备的萃取头。

把该联苯分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头安装于一固相微萃取手柄(Supelco，USA)上，保持萃取头裸露在外部分的长度为1厘米。用该萃取头对三种市售胶粘剂进行HS-SPME-GC检测，结果如表1所示。

表1

待测物苯	胶粘剂1(μg/g)3975±89	胶粘剂2(μg/g)2269±108	胶粘剂3(μg/g)4826±117
待测物苯	胶粘剂1(μg/g)3975±89	胶粘剂2(μg/g)2269±108	胶粘剂3(μg/g)4826±117	甲苯乙基苯偏三甲苯	506±28n.d.^an.d.	4271±34n.d.6±0.4	2400±45n.d.4±0.2

^a未检测到

图3是实施例1联苯分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头对一种市售胶粘剂样品的GC谱图。图4是实施例1联苯分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头对一种市售胶粘剂样品中再加入2μg·g^-1苯、2μg·g^-1甲苯、2μg·g^-1乙基苯和2μg·g^-1偏三甲苯之后进行检测得到的GC谱图。此结果证明该新型固相微萃取头可以有效地应用于实际环境样品的固相微萃取-气相色谱分析检测中。

实施例2

1、石英纤维(总长约2厘米)剥去包覆层，裸露段约1.5厘米，以丙酮清洗数次。配制30毫摩尔/升的氢氧化锂溶液350毫升。将上述石英纤维置于氢氧化锂溶液煮沸10分钟后取出以蒸馏水洗涤3次，然后在正硅酸乙酯溶液中浸泡，正硅酸乙酯溶液由体积百分比为1％的去离子水、96％的乙醇、3％的正硅酸乙酯配制而成，浸泡10分钟后取出，用乙醇洗涤，烘干，得到活化的石英纤维备用，使用前存放不超过12小时。

2、将N-(3-甲氧基硅烷基)丙基苯胺和正硅酸乙酯(TEOS)按体积比1∶5比例混合，并向其中加入以上两种混合物质量的10％的目标分子苯胺作为印迹分子，充分震荡使其均匀混合。然后向该混合液中缓慢滴加0.1摩尔/升的盐酸溶液，直至N-(3-甲氧基硅烷基)丙基苯胺、正硅酸乙酯和盐酸溶液的体积比为10∶50∶1.2，剧烈振荡2分钟，放入70℃水浴预聚合至形成溶胶。

3、利用步骤2所得的溶胶，采用浸入涂敷法在活化的石英纤维表面均匀涂层并凝胶化，重复该操作至预期的厚度后放入70℃烘箱中加热5小时至缩聚完全，然后在180℃下再加热5小时使目标分子苯胺挥发，即得到苯胺分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头。

实施例3

1、石英纤维(总长约2厘米)剥去包覆层，裸露段约1.5厘米，以丙酮清洗数次。配制50毫摩尔/升的氢氧化锂溶液350毫升。将上述石英纤维置于氢氧化锂溶液煮沸10分钟后取出以蒸馏水洗涤3次，然后在正硅酸乙酯溶液中浸泡，正硅酸乙酯溶液由体积百分比为5％的去离子水、93％的乙醇、2％的正硅酸乙酯配制而成，浸泡10-20分钟后取出，用乙醇洗涤，烘干，得到活化的石英纤维备用，使用前存放不超过12小时。

2、将苯基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯按体积比1∶10比例混合，并向其中加入以上两种混合物质量的5％的目标分子联苯作为印迹分子，充分震荡使其均匀混合。然后向该混合液中缓慢滴加0.1摩尔/升的盐酸溶液，直至苯基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯和盐酸溶液的体积比为5∶50∶1.5，剧烈振荡1分钟，放入70℃水浴预聚合至形成溶胶。

3、利用步骤2所得的溶胶，采用浸入涂敷法在活化的石英纤维表面均匀涂层并凝胶化，重复该操作至希望厚度后放入70℃烘箱中加热5小时至缩聚完全，然后在180℃下再加热5小时使目标分子联苯挥发，即得到联苯分子印迹的溶胶-凝胶聚合物-II涂层固相微萃取头。

Claims

1、一种分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)取总长2-3厘米的石英纤维，剥去部分包覆层使之裸露段为1.4-1.6厘米，以丙酮清洗后置于10-50毫摩尔/升的氢氧化锂溶液中煮沸5-15分钟，取出以蒸馏水洗涤，然后在正硅酸乙酯溶液中浸泡，正硅酸乙酯溶液由体积百分比为1-5％的去离子水、90-97％的乙醇、1-3％的正硅酸乙酯配制而成，浸泡10-20分钟后取出用乙醇洗涤烘干，得到活化的石英纤维备用，使用前存放不超过12小时；

2)按体积份计，将1份含官能团的硅氧烷与0.5-10份正硅酸乙酯混合，向其中加入以上混合物质量的3％-10％的目标分子，震荡混匀，然后向该混合液中缓慢滴加0.02-0.2份0.1摩尔/升的盐酸溶液，剧烈振荡1-5分钟，放入60-90℃水浴预聚合至形成溶胶；

3)利用步骤2)所得的溶胶，采用浸入涂敷法在活化的石英纤维表面均匀涂层并凝胶化，重复该操作至达到预期的厚度后放入60-90℃烘箱中，加热1-10小时至缩聚完全，然后在150℃-250℃下再加热3-10小时，使目标分子挥发，即得到分子印迹的溶胶-凝胶聚合物涂层固相微萃取头；

以上所述含官能团的硅氧烷的化学结构式如下：

其中，R是3-氨基丙基、苯基或3-苯胺基丙基；R′，R″，R是烷氧基；所述目标分子为联苯或苯胺。