CN102847525A - 一种固相微萃取萃取头及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

一种固相微萃取萃取头及其制备方法和应用，涉及一种固相微萃取。萃取头设有不锈钢基质，不锈钢基质为不锈钢纤维，在不锈钢纤维的一端设有一段不锈钢中空导管，不锈钢纤维的末端设有氧化锌纳米棒涂层。制备时，在基底末端固定一段不锈钢中空导管，不锈钢中空导管使涂层靠近不锈钢中空导管的一端始终处于针管的中心位置，配制氧化锌反应溶液，加入六水合硝酸锌和六亚甲基四胺得反应液，将基底浸没在反应液中，反应瓶中留出1～2cm的不锈钢丝以生长涂层，密闭反应瓶；待反应完成后，取出不锈钢丝纤维，冲洗氧化锌纳米棒层，去除表面的残留物，干燥；将制备好的氧化锌纳米棒纤维与5μL微量进样器组装得到固相微萃取装置。

Description

一种固相微萃取萃取头及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种固相微萃取，尤其是涉及一种用于油脂食品中油脂氧化检测的固相微萃取新涂层的萃取及分析检测方法。

背景技术

膳食脂类是人体必需的营养物质之一，其在人体营养构成中起着重要的作用。膳食脂类不仅可供给人体热量和必需的脂肪酸，而且可以作为脂溶性维生素载体，增加食品的风味。但是含有膳食脂类的食品在加工、运输、存储等过程中很容易被氧化，氧化后的食品除了在口感、风味和颜色等方面会发生很大的变化外，氧化后产生的一些化合物还会对人类健康产生危害。氧化后的油品会导致全身毒性、神经毒性、细胞毒性以及基因毒性等问题。因此，发展一种能够准确、快速检测油脂氧化程度的方法对于油脂类食品非常必要。目前，最常用的测定油脂氧化产物的方法为硫代巴比妥酸反应物值法，此法利用脂质过氧化物在酸性条件下加热分解所生成的丙二醛与硫代巴比妥酸反应,生成红色缩合物，在532nm处有最大吸收峰,通过测其吸光值的变化，间接地测定脂质过氧化程度。一般用于氧化作用开始发生阶段或氧化程度不高的体系。但是这种方法中除丙二醛外，其它一些化合物也会与硫代巴比妥酸反应，因此稳定性及特异性较差，且易受基质及环境干扰。

固相微萃取技术，自Pawliszyn研究小组在1989年首先提出以来(Belardi R G, PawliszynJ.Water Pollμt.Res.J.Can.,1989,24(1):179-191.),一直受到人们的广泛关注。它是一种集富集、浓缩、萃取为一体的样品前处理技术，具有快速、灵敏、方便、无需有机溶剂并且可以与气相色谱和液相色谱等分析仪器联用等特点。目前，商品化萃取头的制备技术已趋于完善，已经具有较好的萃取效率并在实际应用中得到很好的发展。但是萃取头本身还存在一些缺点，例如缺乏选择性萃取涂层、石英纤维的机械强度低、萃取头使用温度偏低、不耐有机溶剂和使用寿命短等却始终无法得到改善，这也大大限制了固相微萃取技术的应用范围。此外，商品化萃取头的制备技术作为国际上重要的商业保护技术，导致其产品价格一直居高不下，这也不利于固相微萃取技术广泛应用于食品及其它生活用品的快速检测中。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的商品化萃取头所存在的机械强度低和使用寿命短等不足，提供一种制备方法简单、成本较低，对油脂氧化产生的醛类具有较高萃取容量，且克服石英纤维的易断性、实用价值较好、物理化学性质稳定和易于推广使用等优点的一种固相微萃取萃取头及其制备方法和应用。

本发明的另一目的在于针对油脂食品在生产、流通、存储过程中易发生氧化变质的问题，提供一种可克服现有的硫代巴比妥酸反应物值方法易受基质及环境干扰、稳定性及特异性差的缺点的基于固相微萃取新涂层的萃取及分析方法。

本发明的技术方案是利用水热合成的方法制备一种氧化锌纳米棒固相微萃取涂层，并建立基于该涂层的可应用于食品中油脂氧化的检测方法。

本发明所述固相微萃取萃取头设有不锈钢基质，不锈钢基质为不锈钢纤维，在不锈钢纤维的一端设有一段不锈钢中空导管，不锈钢纤维的末端设有氧化锌纳米棒涂层。

所述不锈钢纤维的长度可为16～18cm，直径可为0.1～0.15mm；所述不锈钢导管的长度可为1.2～1.5cm，内径可为0.20～0.25mm，外径可为0.4～0.45mm。所述氧化锌纳米棒涂层的长度可为3～5μm，直径可为300～500nm。

所述一种固相微萃取萃取头的制备方法包括以下步骤：

1）在不锈钢丝基底末端固定一段内径与不锈钢丝直径相当，外径与针头的内径相当，长度为1.2～1.5cm的不锈钢中空导管，不锈钢中空导管使涂层靠近不锈钢中空导管的一端始终处于针管的中心位置，得用于氧化锌纳米棒涂层原位生长的不锈钢丝基底；

2）将不锈钢基底依次用丙酮和水超声清洗5～10min后，干燥；

3）配制氧化锌反应溶液：在25～50mL的反应瓶中加入20～40mL去离子水，再往溶液中加入等摩尔的六水合硝酸锌和六亚甲基四胺，得到浓度为0.0125～0.050mol L^-1的反应液，超声混合均匀；

4）将清洗过的不锈钢基底浸没在反应液中，反应瓶中留出1～2cm的不锈钢丝以生长涂层，密闭反应瓶；

5）将反应瓶置于70～95℃的烘箱中2～12h，待反应完成后，取出不锈钢丝纤维，并用去离子水冲洗氧化锌纳米棒层，去除表面的残留物，60～80℃下干燥2～4h；

6）将制备好的氧化锌纳米棒纤维与5μL微量进样器组装得到固相微萃取装置。

在步骤1）中，不锈钢中空导管使涂层靠近不锈钢中空导管的一端始终处于针管的中心位置，避免与针头管壁接触，大大提高了涂层的使用寿命。改装后的不锈钢纤维用于氧化锌纳米棒涂层原位生长的基底。

所述一种固相微萃取萃取头可用于油脂食品的固相微萃取-气相色谱的萃取及分析，包括以下步骤：

1）将所有的食品样品粉碎后取2～4g于干净的10mL萃取瓶中，盖上带有聚四氟乙烯隔垫的盖子以保证实验的气密性；

2）测定样品或者加标样品，样品瓶放在恒温磁力搅拌器上并用烧瓶夹子固定，样品预加热10～20min；

3）将氧化锌纳米棒固相微萃取的针头穿透盖子的隔垫，推出涂层，使涂层处于离样品最高处0.5～1cm高，控制温度为28～95℃，萃取1～15min；

4）萃取完成后，将涂层抽回针头内再拔出针头，迅速将针管插入气相色谱进样口，再次推出涂层，利用进样口的高温200～240℃热解吸目标分析物1～3min后拔出。

本发明所述一种固相微萃取萃取头可用于油脂食品中醛类物质的固相微萃取及气相色谱分析，具体方法如下：

将从超市购买的不同厂家生产的袋装方便面作为实验用样品。所有的方便面样品粉碎后取2～4g于干净的10mL萃取瓶中，盖上带有聚四氟乙烯隔垫的盖子以保证实验的气密性。迅速测定方便面样品或者加标样品。样品瓶放在恒温磁力搅拌器上并用烧瓶夹子固定。方便面样品预加热10～20min后，将氧化锌纳米棒固相微萃取的针头穿透盖子的隔垫，推出涂层，使涂层处于离样品最高处约0.5～1cm高。控制温度为28～95℃，萃取1～15min。萃取完成后，将涂层抽回针头内再拔出针头，迅速将针管插入气相色谱进样口，再次推出涂层，利用进样口的高温200～240℃热解吸目标分析物1～3min后，将纤维缩回针管后拔出。

与现有的硫代巴比妥酸反应物值法相比，本发明所建立的检测食品中油脂氧化程度的方法及新型固相微萃取涂层具有以下特点：

1）建立的基于氧化锌纳米棒涂层的固相微萃取-气相色谱联用的方法，实现了对于食品中由于油脂氧化产生的醛类的萃取及分析检测。该方法相对于常用的硫代巴比妥酸反应物值的方法具有操作简单方便、准确直接、稳定性好、不易受到食品基质干扰等优点。

2）以简单的水热合成方法，在不锈钢丝基底上在线生长了氧化锌纳米棒涂层。这种涂层比表面积大，表面具有一定的极性，对于油脂氧化产生的一系列醛类物质具有很好的萃取效率。

3）制备的固相微萃取萃取头是一种纳米材料萃取头，具有制备方法简单、成本低、重现性好和易于批量生产等优点。

4）以不锈钢基质为涂层载体，在不锈钢丝上固定一段不锈钢引导管，大大改善了纤维的机械强度，提高了萃取头的使用次数和方法的重现性。

5）采用本发明所制备的固相微萃取萃取头组成的固相微萃取装置，其操作方便，便于携带，并将大大节约使用成本，将有利于固相微萃取技术的在食品检测，特别是食品中油脂氧化检测方面的推广和应用。

附图说明

图1为本发明所述固相微萃取萃取头实施例的结构示意图。在图1中，1为5-μL微量进样器改装后的固相微萃取针筒、2为萃取瓶瓶盖、3为聚四氟乙烯隔垫、4为氧化锌纳米棒固相微萃取涂层、5为待测样品、6为萃取瓶。

图2为本发明所述固相微萃取装置实施例的示意图。在图2中，1为焊锡、2为镙帽、3为空心拉杆、4为针筒、5为密封垫圈、6为针头、7为不锈钢纤维、8为引导管、9为氧化锌纳米棒涂层。

图3为本发明所述的固相微萃取新涂层的实施例的扫描电镜图。在图3中，A：200倍，B：10000倍。

图4为本发明所述的固相微萃取萃取头实施例与商品化分子筛/聚二甲基硅氧烷对5种醛类化合物混标萃取能力的比较图。在图4中，横坐标为醛类化合物，分别为己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛；纵坐标为响应信号；图标从左至右依次为商品化分子筛/聚二甲基硅氧烷萃取头（85μm）和本发明所述的固相微萃取萃取头（5μm）。

图5为本发明所述的基于固相微萃取的萃取分析方法实施例对实际食品样品中5种醛类化合物分析检测的色谱图。在图5中，横坐标为保留时间（min），纵坐标为响应信号；曲线从上至下分别为实际食品样品加标后色谱图，实际食品样品；色谱峰从左至右依次归属为：

1己醛，2庚醛，3辛醛，4壬醛，5癸醛。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

图1给出本发明所述的固相微萃取方法实施例的示意图，将食品样品粉碎后取2～4g于干净的10mL萃取瓶中。迅速测定样品或者加标样品。样品瓶放在恒温磁力搅拌器上并用烧瓶夹子固定。方便面样品预加热10～20min后，将氧化锌纳米棒固相微萃取的针头穿透盖子的隔垫，推出涂层，使涂层处于离样品最高处约0.5～1cm高。控制温度为28～95℃，萃取1～15min。萃取完成后，将涂层抽回针头内再拔出针头，迅速将针管插入气相色谱进样口，再次推出涂层，利用进样口的高温200～240℃热解吸目标分析物1～3min后，将纤维缩回针管后拔出，迅速插入气相色谱中进行热解析，随后进行分析。

图2给出本发明所述的固相微萃取萃取头实施例的结构示意图，固相微萃取萃取头设有不锈钢纤维7，在不锈钢纤维7的一端固定一段引导管8，不锈钢纤维7末端涂有氧化锌纳米棒涂层9。不锈钢纤维7的长度为16～18cm，直径为0.1～0.15mm，引导管8的长度为1.2～1.5cm，内径为0.2～0.25mm。氧化锌纳米棒涂层的长度为1～2cm，厚度为3～5μm。其扫描电镜图参见图3。

以下结合具体实施例对本发明固相微萃取方法进行详细的考察，选用了5种油脂易氧化产生的醛类化合物：己醛，庚醛，辛醛，壬醛，癸醛。

实施例1：氧化锌纳米棒涂层通过水热合成法直接制备于改装后的不锈钢丝基底上。制备前，将不锈钢基底依次用丙酮和水超声清洗5min，置于室温下自然干燥。配制氧化锌反应溶液：在25mL的反应瓶中加入20mL去离子水，再往溶液中加入等摩尔的六水合硝酸锌和六亚甲基四胺，得到0.025mol L^-1反应液，超声混合均匀。将清洗过的不锈钢基底穿过自制泡沫瓶盖，直接垂直浸没在反应液中，反应瓶中留出1cm左右的不锈钢丝以生长涂层，密闭反应瓶。将该反应瓶置于90℃的烘箱中4h。待反应完成后，取出不锈钢丝纤维，并用去离子水冲洗氧化锌纳米棒层，去除表面的残留物，60℃下干燥2h。将制备好的氧化锌纳米棒纤维与5μL微量进样器组装得到实验室自制SPME装置。参见图2所给出的固相微萃取装置的结构示意图，将带有氧化锌纳米棒涂层9的不锈钢纤维7插进针头6及密封垫圈5后，再将不锈钢纤维穿过针筒4，用焊锡1将其末端固定于柱塞杆3上，用镙帽2旋紧即可进行固相微萃取操作。

实施例2：以下给出本发明所制备的氧化锌纳米棒涂层对5种醛类化合物的萃取效率与商品化萃取头的比较。由图3可知，对于大多数目标醛类，氧化锌纳米涂层与商品化涂层具有相当的萃取效率。氧化锌纳米涂层的厚度只有5μm，而商品化的涂层的厚度为85μm。由于氧化锌纳米棒具有大的比表面积以及一定的极性表面，因此它对挥发性的醛类具有较高的萃取效率。这种排列较为规则的氧化锌纳米棒增加了有效表面积，因此也相应的增加了纤维的萃取位点。这种基于氧化锌纳米棒涂层的固相微萃取方法对于复杂食品基质中氧化产生的醛类具有较好的萃取效果。

GC/FID操作条件：色谱柱选用DB–5熔融石英毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μm)；载气：高纯氮气（纯度大于99.99％）；柱流量控制模式：恒压模式，柱流量，1.4mL/min；进样模式：不分流1.0min；进样口温度：220℃；检测器温度：280℃；尾吹气流量（N2）：30mL/min;检测器气体流量：H2,40mL/min;空气,400mL/min;色谱柱程序升温设定：40℃（恒温3min），15℃/min升温至70℃（恒温1min），30℃/min升温至220℃。

实施例3：以下给出本发明所建立的基于氧化锌纳米棒涂层的固相微萃取-气相色谱法对于三种实际方便面样品中目标醛类的检测结果。表1表明，此方法能够检出方便面样品中的目标醛类化合物，并具有较好的回收率，回收率范围为70.5%～129.4%。

表1

实施例4：一种固相微萃取萃取头用于油脂食品中醛类物质的固相微萃取及气相色谱分析，具体方法如下：

将从超市购买的不同厂家生产的袋装方便面作为实验用样品。所有的方便面样品粉碎后取2～4g于干净的10mL萃取瓶中，盖上带有聚四氟乙烯隔垫的盖子以保证实验的气密性。迅速测定方便面样品或者加标样品。样品瓶放在恒温磁力搅拌器上并用烧瓶夹子固定。方便面样品预加热10～20min后，将氧化锌纳米棒固相微萃取的针头穿透盖子的隔垫，推出涂层，使涂层处于离样品最高处约0.5～1cm高。控制温度为28～95℃，萃取1～15min。萃取完成后，将涂层抽回针头内再拔出针头，迅速将针管插入气相色谱进样口，再次推出涂层，利用进样口的高温200～240℃热解吸目标分析物1～3min后，将纤维缩回针管后拔出。

本发明所建立的基于氧化锌纳米棒涂层的固相微萃取-气相色谱法测定食品中氧化产生醛类的方法具有简单直接，准确快速，干扰小，重现性好的优点。同时，由于整套固相微萃取装置及其萃取头制备方法简单易行，成本低，操作简便，将有利于固相微萃取技术在快速食品检测，食品安全判断等方面进行推广和使用。

Claims (8)

1.一种固相微萃取萃取头，其特征在于设有不锈钢基质，不锈钢基质为不锈钢纤维，在不锈钢纤维的一端设有一段不锈钢中空导管，不锈钢纤维的末端设有氧化锌纳米棒涂层。

2.如权利要求1所述的一种固相微萃取萃取头，其特征在于所述不锈钢纤维的长度为16～18cm，直径为0.1～0.15mm。

3.如权利要求1所述的一种固相微萃取萃取头，其特征在于所述不锈钢导管的长度为1.2～1.5cm，内径为0.20～0.25mm，外径为0.4～0.45mm。

4.如权利要求1所述的一种固相微萃取萃取头，其特征在于所述氧化锌纳米棒涂层的长度为3～5μm，直径为300～500nm。

5.如权利要求1所述的一种固相微萃取萃取头的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在不锈钢丝基底末端固定一段内径与不锈钢丝直径相当，外径与针头的内径相当，长度为1.2～1.5cm的不锈钢中空导管，不锈钢中空导管使涂层靠近不锈钢中空导管的一端始终处于针管的中心位置，得用于氧化锌纳米棒涂层原位生长的不锈钢丝基底；

2）将不锈钢基底依次用丙酮和水超声清洗5～10min后，干燥；

3）配制氧化锌反应溶液：在25～50mL的反应瓶中加入20～40mL去离子水，再往溶液中加入等摩尔的六水合硝酸锌和六亚甲基四胺，得到浓度为0.0125～0.050mol L^-1的反应液，超声混合均匀；

4）将清洗过的不锈钢基底浸没在反应液中，反应瓶中留出1～2cm的不锈钢丝以生长涂层，密闭反应瓶；

5）将反应瓶置于70～95℃的烘箱中2～12h，待反应完成后，取出不锈钢丝纤维，并用去离子水冲洗氧化锌纳米棒层，去除表面的残留物，60～80℃下干燥2～4h；

6）将制备好的氧化锌纳米棒纤维与5μL微量进样器组装得到固相微萃取装置。

6.如权利要求5所述的一种固相微萃取萃取头的制备方法，其特征在于在步骤1）中，不锈钢中空导管使涂层靠近不锈钢中空导管的一端始终处于针管的中心位置，避免与针头管壁接触。

7.如权利要求1所述的一种固相微萃取萃取头在油脂食品的固相微萃取-气相色谱的萃取及分析中的应用。

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于包括以下步骤：

1）将所有的食品样品粉碎后取2～4g于干净的10mL萃取瓶中，盖上带有聚四氟乙烯隔垫的盖子以保证实验的气密性；

2）测定样品或者加标样品，样品瓶放在恒温磁力搅拌器上并用烧瓶夹子固定，样品预加热10～20min；

3）将氧化锌纳米棒固相微萃取的针头穿透盖子的隔垫，推出涂层，使涂层处于离样品最高处0.5～1cm高，控制温度为28～95℃，萃取1～15min；

4）萃取完成后，将涂层抽回针头内再拔出针头，迅速将针管插入气相色谱进样口，再次推出涂层，利用进样口的高温200～240℃热解吸目标分析物1～3min后拔出。

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