CN103920470B - 一种磁性腐殖酸及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁固相萃取吸附剂及其制备方法和应用。该磁固相萃取吸附剂为磁性腐殖酸，由四氧化三铁和腐殖酸组成，其中，四氧化三铁和腐殖酸的重量比为1.5~4：1。本发明中磁性腐殖酸通过将腐殖酸与磁性颗粒在研钵中直接混合研磨的方法制备，该制备方法简单，快捷，无需消耗有机溶剂，绿色环保。利用该方法制得的磁性腐殖酸具有良好的磁分离性，在外加磁场的作用下可从溶液中迅速分离，将其作为磁固相萃取的吸附剂应用于样品前处理具有操作简单，可有效减少分析时间的特点。本发明可用于食品中的苯并芘以及非法添加物苏丹红和罗丹明B的萃取分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁性腐殖酸及其制备方法和在磁固相萃取样品前处理中的应用。
背景技术
在食品、环境、生物等复杂样品分析中，对样品进行前处理以富集和纯化目标分析物至关重要。样品前处理方法有基质固相分散萃取（MSPD）、液液萃取（LLE）、固相萃取（SPE）以及固相微萃取（SPME）等。在这些方法中，SPE能较好的满足高回收率和高灵敏度的分析要求，且有机溶剂消耗低，因而被广泛运用。然而，在传统的SPE中，吸附剂填装在一个小柱筒中，在处理大体积样品时，由于传质阻力的影响可能导致萃取时间较长。此外，针对复杂样品，样品中的小颗粒可能堵塞SPE小柱中的筛板，导致萃取失败。采用分散固相萃取的模式虽然可有效解决上述问题，但萃取完成后，需要通过离心或过滤来实现吸附剂的回收，导致整个样品前处理较为繁琐。
磁固相萃取（MSPE）是一种新型的样品前处理方法，近年来受到广泛地关注。作为一种改进的固相萃取方法，MSPE采用磁性的或可磁化的材料作为吸附剂，在萃取过程中，吸附剂通过涡旋或振摇直接分散到样品溶液中，无需填充到萃取小柱内。这种分散萃取模式可显著地增大样品溶液与吸附剂的接触面积，提高萃取率并有益于目标分析物的快速传质，从而缩短样品前处理的时间。萃取完成后，在外加磁场下，吸附剂可快速地从样品溶液中分离，无需通过繁琐的离心或者过滤来实现相分离，这进一步增强了操作的简便性并减少了整个预处理的时间。在MSPE中，吸附剂材料的制备是关键。
腐殖酸（HAs）是由动植物的残肢经微生物降解而产生的复杂混合物，在自然环境中的含量丰富。HAs结构复杂，已被证明含有烷基和芳环的骨架并附有羧酸基、酚羟基、醌基、氨基等官能团。这些特殊的分子结构使HAs易于与金属离子、氧化物以及一些有毒的有机物发生螯合作用、电荷转移作用、氢键相互作用、疏水作用以及π-π相互作用等，使之在分离科学具有广泛的应用前景。近年来，已有报道将腐殖酸修饰材料应用于多环芳烃、重金属离子、杀虫剂残留等化合物的萃取分析。2007年，骆丹等人通过将腐殖酸酰氯和氨基硅胶偶联制备了腐殖酸键合硅胶，并将其作为SPE的填料，通过π-π相互作用选择性的分离和富集食用油中的苯并芘（BaP）。该萃取小柱可有效的去除油脂基质，在萃取完成后，吸附在小柱上的BaP用含π电子的溶剂（如丙酮）可完全洗脱，该方法获得了较高的回收率和灵敏度。然而，腐殖酸键合硅胶的制备涉及多个化学反应步骤，不但消耗大量的有毒溶剂而且劳时费力。
发明内容
本发明为了解决上述问题，通过一种简单温和的方法将腐殖酸制备成一种磁性腐殖酸萃取材料，该材料不仅具有磁性，而且不影响腐殖酸的结构特性，并利用该磁性腐殖酸萃取材料对样品进行磁固相萃取前处理。
本发明提供的技术方案是：
一种磁固相萃取吸附剂，由四氧化三铁和腐殖酸组成，其中，四氧化三铁和腐殖酸的重量比为1.5~4：1。
所述的四氧化三铁和腐殖酸的重量比为1.5：1。
所述的腐殖酸为天然腐殖酸。
所述的四氧化三铁为通过水热法或共沉淀法制备的四氧化三铁磁性纳米颗粒。
上述磁固相萃取吸附剂的制备方法，包括以下步骤：按1.5~4：1的质量比将四氧化三铁与腐殖酸置于研钵中，直接进行研磨混匀，即制得磁固相萃取吸附剂。
上述的磁固相萃取吸附剂在磁固相萃取样品前处理中的应用。
一种磁固相萃取样品前处理方法，包括以下步骤：将上述磁固相萃取吸附剂置于萃取瓶中，加入丙酮涡旋活化1~3min；倒出活化溶剂丙酮，然后加入待处理样品，涡旋1~10min，形成均匀的分散溶液；将萃取瓶置于磁场中，在外加磁场作用下，吸附了目标物的磁固相萃取吸附剂被收集在萃取瓶底部，倒出上清液，加入清洗液涡旋清洗0.5~3min；弃去清洗液后，加入解吸液涡旋解吸1~10min；在外加磁场下，解吸液与磁固相萃取吸附剂快速分离。
上述磁固相萃取吸附剂在食品安全、环境分析领域中的应用。
磁性腐殖酸萃取材料具有较强的芳香性，能与芳香化合物产生电荷转移作用，可应用于复杂基体如食用油中的多环芳烃及其衍生物，食品中的非法添加物罗丹明B、苏丹红、孔雀石绿等化合物的吸附和萃取研究；腐殖酸分子结构中的羧基以及酚羟基存在可离解的氢离子，使得腐殖酸具有一定的酸性并且对重金属离子有很好的络合能力，可有效地吸附废水中的重金属离子，因此磁性腐殖酸在水处理方面有潜在的应用价值，也可作为金属配合物吸附剂，对土壤、水等环境中（重）金属离子等进行萃取分析；腐殖酸分子内含多种极性功能基，具有亲水性，能够与极性化合物如农药、生物碱等产生亲水作用、氢键作用等，因此磁性腐殖酸分离介质能应用于环境中农残分析。
本发明制备的磁性腐殖酸萃取材料可应用于食用油脂中的苯并芘、食品中的非法添加物苏丹红或罗丹明B等化合物的分离和富集，其具体实施方式可从以下实施例得到进一步理解。
本发明的有益效果如下：
1.本发明中，磁性腐殖酸萃取材料的制备方法简单，不涉及任何化学反应步骤，无需消耗有机溶剂，经济环保。
2.将磁性腐殖酸作为磁固相萃取吸附剂应用于样品前处理，具有操作便捷，省时省力等优点。
3.本发明制得的磁性腐殖酸保留了腐殖酸本身良好的吸附性能，可有效分离和富集复杂样品中有毒有害化合物，在食品安全、环境分析等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明中天然腐殖酸的透射电镜图。
图2为水热法制备的四氧化三铁磁性颗粒的透射电镜图。
图3为本方法制备的磁性腐殖酸的透射电镜图。
图4为本发明应用于7种食用油中苯并芘的萃取分析后的高效液相色谱图（荧光检测器），7个色谱流出曲线从上到下依次为1花生油、2大豆油、3葵花籽油、4菜籽油、5稻米油、6玉米油、7橄榄油。
具体实施方式
一种磁固相萃取吸附剂，由四氧化三铁和腐殖酸组成，其中，四氧化三铁和腐殖酸的重量比为1.5~4：1。
上述磁固相萃取吸附剂的制备方法，包括以下步骤：按1.5~4：1的质量比将四氧化三铁磁性纳米颗粒与腐殖酸置于研钵中，直接进行研磨混匀，即制得磁性腐殖酸。
所述的腐殖酸为天然腐殖酸，图1为研磨后的天然腐殖酸的透射电镜图。
所述的四氧化三铁可以是通过水热法制备的，也可以是通过共沉淀法制备的四氧化三铁磁性纳米颗粒。图2为采用水热法制备的粒径约为200nm的四氧化三铁纳米颗粒的透射电镜图。
图3为磁性腐殖酸的透射电镜图，从图中可以看出四氧化三铁磁性纳米颗粒包裹并粘附在腐殖酸表面，使得腐殖酸被赋予磁分离性。当采用该方法制得的磁性腐殖酸分散在溶剂中时，在外加磁场下可快速地从溶液中分离。
实施例1：磁性腐殖酸应用于食用油中苯并芘的萃取分析
(1)按1.5：1的质量比将四氧化三铁磁性纳米颗粒与腐殖酸置于研钵中，直接进行研磨混匀，即制得磁性腐殖酸。
(2)将11种常见的食用油（调和油、花生油、橄榄油、亚麻油、茶籽油、椰子油、稻米油、玉米油、菜籽油、葵花籽油和大豆油）分别称取1g置于10mL的容量瓶中，加入正己烷稀释至刻度线，以待用。
(3)首先准确称取100mg磁性腐殖酸于15mL的萃取瓶中，加入3mL丙酮涡旋活化3min；倒出活化溶剂丙酮，然后加入10mL上述稀释的油样溶液。将该混合物涡旋5min，形成均匀的分散溶液，在该过程中，目标物苯并芘通过π-π相互作用保留在磁性腐殖酸上，而油脂基质则保留在溶液中。在外加磁场作用下，吸附了苯并芘的磁性腐殖酸被收集在萃取瓶底部，倒出上清液，加入2mL异丙醇涡旋清洗30s，以去除吸附在材料表面和瓶壁的残余油脂。弃去清洗液后，加入3mL丙酮涡旋解吸1min。在外加磁场下，解吸液与磁性腐殖酸快速分离，并被转移至塑料离心管中，40℃下氮吹至干。将残渣用100μL异丙醇重新溶解定容，混合均匀后，取10μL该溶液进入高效液相色谱荧光检测器分析。
检测结果：对11种食用油的加标回收率为74.2%至120.6%，相对标准偏差小于11.0%。图4给出了在实际油样中检测到的苯并芘。
实施例2：磁性腐殖酸应用于食品中苏丹红Ⅰ-Ⅳ的萃取分析
(1)按4：1的质量比将四氧化三铁磁性纳米颗粒与腐殖酸置于研钵中，直接进行研磨混匀，即制得磁性腐殖酸。
(2)辣椒粉样品：取辣椒粉2.0g，放入40mL的离心管中，加入20ml正己烷，涡旋1分钟，超声10分钟，接着5000r/min离心5分钟，取上清液10mL作为上样液。
辣椒油样品：取辣椒油1.0g于10mL的容量瓶中，加入正己烷稀释至刻度线，振摇混匀，作为上样液。
腊肠样品：将腊肠切成粉末状小丁，称取4.0g，放入40mL的离心管中，加入20mL正己烷，其余步骤同辣椒粉样品。
拌饭酱、鸭蛋黄样品：称取拌饭酱或新鲜鸭蛋黄4.0g，放入40mL离心管中，加入20mL正己烷，其余步骤同辣椒粉样品。
番茄酱、草莓酱、甜辣酱、果汁、红酒样品：称取4.0g，加入4mLH2O，再加20mL正己烷/丙酮（3/1，v/v），涡旋3分钟，超声10分钟，接着5000r/min离心5分钟，取上层有机相，加无水硫酸钠3g，涡旋5分钟，静置取上清液10mL作为上样液。
(3)准确称取150mg磁性腐殖酸于15mL的萃取瓶中，首先用3mL丙酮涡旋活化3min。倒出活化溶剂后，加入10mL上述提取溶液。将该混合物涡旋10min以形成均匀的分散溶液，在该过程中，目标物苏丹红通过π-π相互作用和氢键相互作用保留在磁性腐殖酸上。在外加磁场作用下，吸附了苏丹红的磁性腐殖酸被收集在萃取小瓶底部，倒出上清液，加入2mL含10%异丙醇的正己烷溶液涡旋清洗3min，以去除吸附在材料表面和瓶壁的残余基质。弃去清洗液后，加入5mL丙酮涡旋解吸10min。在外加磁场下，解吸液与磁性腐殖酸快速分离，并被转移至塑料离心管中，40℃氮吹至干。将残渣用100μL异丙醇重新溶解定容，并取10μL该溶液进入高效液相色谱紫外检测器分析。
检测结果：对10种食品的加标回收率为59.9%至120.0%，相对标准偏差小于8.9%
实施例3：磁性腐殖酸应用于食品中罗丹明B的萃取分析
(1)按2：1的质量比将四氧化三铁磁性纳米颗粒与腐殖酸置于研钵中，直接进行研磨混匀，即制得磁性腐殖酸。
(2)辣椒油样品：准确称取辣椒油1g于10mL的容量瓶中，用乙酸乙酯与正己烷混合液（v/v，1:1）定容至刻度线，混匀，作为上样液。
辣椒粉样品：准确称取辣椒粉2.0g于40mL离心管中，加入20mL的提取液（乙酸乙酯/正己烷（1:1，v/v）），超声10min后，再涡旋5分钟，接着5000r/min离心5分钟，取上清液10mL作为上样液。
花椒碾碎，火腿肠、甜腊肠、火锅底料、紫薯干、瓜子梅用刀切成近乎粉末状，辣椒酱和蕃茄酱等样品准确称取2.0g于40mL离心管中，其余处理步骤同辣椒粉样品。
(3)准确称取50mg磁性腐殖酸于15mL萃取小瓶中，首先用2mL丙酮涡旋活化2min。倒出活化溶剂后，加入10mL上述提取溶液。将该混合物涡旋1min以形成均匀的分散溶液，在该过程中，目标物罗丹明B通过π-π相互作用和氢键相互作用保留在磁性腐殖酸上。在外加磁场作用下，吸附了罗丹明B的磁性腐殖酸被收集在萃取小瓶底部，倒出上清液，加入4mL异丙醇涡旋清洗1min，以去除吸附在材料表面和瓶壁的残余基质。弃去清洗液后，加入3mL丙酮(含20%甲醇)涡旋解吸5min。在外加磁场下，解吸液与磁性腐殖酸快速分离，并被转移至塑料离心管中，40℃氮吹至干。将残渣用100μL异丙醇重新溶解定容，并取10μL该溶液进入高效液相色谱紫外检测器分析。
检测结果：对10种食品的加标回收率为84.0%至89.1%，相对标准偏差小于3.1%。
Claims (9)
1.一种磁固相萃取吸附剂，其特征在于：由四氧化三铁和腐殖酸组成，其中，四氧化三铁和腐殖酸的重量比为1.5～4：1，所述的腐殖酸为天然腐殖酸；其制备方法包括以下步骤：按1.5～4：1的质量比将四氧化三铁与腐殖酸置于研钵中，直接进行研磨混匀，即制得磁固相萃取吸附剂。
2.根据权利要求1所述的磁固相萃取吸附剂，其特征在于：所述的四氧化三铁和腐殖酸的重量比为1.5:1。
3.根据权利要求1所述的磁固相萃取吸附剂，其特征在于：所述的四氧化三铁为通过水热法或共沉淀法制备的四氧化三铁磁性纳米颗粒。
4.一种权利要求1或2所述的磁固相萃取吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按1.5～4：1的质量比将四氧化三铁与腐殖酸置于研钵中，直接进行研磨混匀，即制得磁固相萃取吸附剂。
5.权利要求1或2所述的磁固相萃取吸附剂在磁固相萃取样品前处理中的应用。
6.一种磁固相萃取样品前处理方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1所述的磁固相萃取吸附剂置于萃取瓶中，加入丙酮涡旋活化1～3min；倒出活化溶剂丙酮，然后加入待处理样品，涡旋1～10min，形成均匀的分散溶液；将萃取瓶置于磁场中，在外加磁场作用下，吸附了目标物的磁固相萃取吸附剂被收集在萃取瓶底部，倒出上清液，加入清洗液涡旋清洗0.5～3min；弃去清洗液后，加入解吸液涡旋解吸1～10min；在外加磁场下，解吸液与磁固相萃取吸附剂快速分离。
7.根据权利要求6所述的前处理方法，其特征在于，所述的清洗液为异丙醇。
8.根据权利要求6或7所述的前处理方法，其特征在于，所述的解吸液为丙酮。
9.权利要求1或2所述的磁固相萃取吸附剂在食品安全、环境分析领域中的应用。
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