CN104569226A - 纳米氧化镍涂层固相萃取介质及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面沉积纳米氧化镍层的固相萃取介质及其制备方法和应用。发明首次采用液相沉积法制备的纳米氧化镍涂层作为样品前处理的吸附介质，制备了内表面沉积纳米氧化镍涂层的毛细管、表面沉积纳米氧化镍层的硅胶微球和表面沉积纳米氧化镍层的包硅磁颗粒，构建了完整的固相微萃取、固相萃取和磁固相萃取操作体系，并对食品、环境和生物样品中咪唑类化合物进行了分析检测。液相沉积法制备的纳米氧化镍涂层具有合成简单、原料便宜、反应温和、对咪唑类化合物具有选择性高的特点，具有广泛的应用前景。

Description

纳米氧化镍涂层固相萃取介质及其制备方法和 应用

技术领域

本发明涉及一种表面沉积纳米氧化镍涂层的固相萃取介质及其制备方法和其在样品前处理领域中的应用，属于分析化学技术领域。

背景技术

随着GC-MS、HPLC-MS这些高灵敏度分析检测仪器的不断发展和普及，样品预处理技术越来越成为分析检测任务的关键。一般认为，样品的制备从取样到可以直接进行仪器分析所需的时间占整个分析时间的75-80％。一些传统的样品预处理方法，如液液萃取、索氏提取、蒸馏、活性碳吸附、重结晶、吸附柱色谱等，其共同的特点是耗时长、步骤繁多，并且其中的许多方法对有机溶剂的消耗量非常大，这些方法已经不能完全满足现代分析任务操作简便、快速、成本低、环境友好、微型化等要求。在此基础上，近年来发展了一些新的样品前处理技术，如固相萃取、固相微萃取、磁固相萃取、免疫亲和色谱、基质固相分散等。这些新型样品前处理技术中吸附萃取介质仍是其核心，因而开发制备简便、选择性高的吸附介质具有重要意义。

纳米氧化镍具有特殊的磁学、光学、电学等性能，由于其尺寸与形貌的独特性，它在涂饰、催化、电容电极、光吸收、气敏传感等工业领域中都有重要的应用；氧化镍由于其独特的性质可与标有组氨酸标签的蛋白质产生一定的作用，通常采用咪唑水溶液对其进行洗脱，能选择性用于标有组氨酸蛋白的提纯。

液相沉积法(LPD)是一种纳米氧化物涂层的制备技术。使用液相沉积技术只需将基体浸在适当反应液中静置，基体上就会沉积出均一致密的氧化物或氢氧化物薄膜。该方法适用于各种形状的基体，成膜过程不需要高温，不需要昂贵的设备，操作简单。目前通过LPD法制备了多种氧化物薄膜（单一或复合的），如SiO₂、TiO₂、SnO₂、ZrO₂ 及各种3d 过渡金属（包括V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，In 等）氧化物，由于水溶液可由多种成分的溶液均匀混合，能比较容易地制备多相组分氧化物薄膜和复合薄膜。其中采用液相沉积法制备的纳米氧化镍涂层已被应用于传感器和电池电极的制作中，但还没有将液相沉积法制备的纳米氧化镍涂层作为萃取介质应用于分离科学中的报道。

综上所述，可以看出采用液相沉积技术制备的纳米氧化镍涂层作为萃取介质在样品前处理中具有十分重要的应用价值。因此，本发明提出采用液相沉积技术分别在毛细管内壁、硅胶微球和包硅磁颗粒等基质上沉积纳米氧化镍涂层，然后分别首次以固相微萃取、固相萃取和磁固相萃取的样品前处理模式应用于食品、环境和生物中含巯基和含咪唑基团的物质的分析检测。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，采用液相沉积法制备一种表面沉积纳米氧化镍层的固相萃取介质，该固相萃取介质可分别以在线固相微萃取、固相萃取和磁固相萃取的萃取模式应用于复杂的食品、环境、生物等样品中含巯基、膦酸基团、咪唑类基团的痕量化合物的富集和净化。

本发明提供的技术方案具体如下：

一种表面沉积纳米氧化镍层的固相萃取介质的制备方法，包括以下步骤：将3体积份饱和氟化镍溶液与5体积份0.6mol·L^-1的硼酸溶液混合均匀，得到混合液A；以混合液A为液相沉积反应液，以经活化处理的毛细管、经预处理的硅胶微球或包硅磁颗粒为基体，在40 ℃条件下震荡16~72 h在毛细管内壁、硅胶微球或包硅磁颗粒表面沉积氧化镍涂层，烘干，煅烧，即得到表面沉积纳米氧化镍层的固相萃取介质，其中，表面沉积纳米氧化镍层的固相萃取介质包括内表面沉积纳米氧化镍涂层的毛细管、表面沉积纳米氧化镍层的硅胶微球和表面沉积纳米氧化镍层的包硅磁颗粒。

所述的饱和氟化镍溶液通过以下方式得到：将1.05 g四水合氟化镍溶于30 mL去离子水中，在室温下搅拌至溶液中有沉淀生成，然后用滤纸过滤掉沉淀，即得到饱和氟化镍溶液。

所述的毛细管的活化处理方式包括以下步骤：将毛细管依次用1.0 mol·L^-1 NaOH溶液、二次水、6mol·L^-1盐酸、二次水冲洗1 h，然后在120 ℃下通氮气至完全干燥。

内表面沉积纳米氧化镍涂层的毛细管的制备包括以下步骤：将混合液A注入经过活化处理过的毛细管，两端用硅橡胶封口后，置于40℃的恒温水浴中反应16 h，然后用空气将混合液A吹出，二次水清洗后，通氮气下于120℃干燥4 h；重复上述步骤制备涂层2 次、3 次的毛细管；最后将表面沉积涂层的毛细管置于马弗炉中，以1℃/min 的速率升温至300℃，保持2 h 将涂层老化后，即得内表面沉积纳米氧化镍涂层的毛细管。

所述的硅胶微球的处理方式为：将硅胶微球用体积比为1:1 的HCl溶液在110 ℃下回流24 h，然后用去离子水清洗，然后直接用于沉积氧化镍。

所述的包硅磁颗粒（Fe₃O₄nSiO₂）的制备为[1]：利用溶剂热法合成Fe₃O₄[2]，然后利用溶胶-凝胶法在Fe₃O₄上包裹上一层无定型的SiO₂涂层[3-4]，即将0.5 g Fe₃O₄超声分散在160 mL乙醇，40 mL水以及2 mL氨水（25 wt%）的混合液中；往上述溶液中滴加0.2 mL正硅酸乙酯（TEOS），并在室温下搅拌6 h；经去离子水及乙醇清洗后，即可得到Fe₃O₄nSiO₂。

在混合液A中加入适量的硅胶微球或包硅磁颗粒，然后在40 ℃条件下震荡24-72 h后，75 ℃烘干，最后在200 ℃下煅烧1 h，即可得到表面沉积纳米氧化镍层的硅胶微球或表面沉积纳米氧化镍层的包硅磁颗粒。

一种表面沉积纳米氧化镍层的固相萃取介质，由上述制备方法制备得到。

上述表面沉积纳米氧化镍层的固相萃取介质在食品、环境、生物领域中的应用。

本发明具有以下优点和有益效果：

1. 本发明采用液相沉积法制备纳米氧化镍涂层具有合成简单、原料便宜、反应条件温和、重现性好等特点，具有广泛的应用前景。

2. 本发明采用液相沉积法制备纳米氧化镍涂层对含有咪唑基团、巯基等电负性化合物具有较高的选择性。

附图说明

图1为层析硅胶基底的EDX谱图。

图2为层析硅胶上LPD法沉积氧化镍涂层后的EDX谱图。

图3为牛奶中加入一定量苯并咪唑类药物后直接进样和用氧化镍涂层层析硅胶固相萃取富集后进样的对比图；其中，（A）为苯并咪唑类药物经氧化镍涂层层析硅胶固相萃取富集后的色谱图，（B）为苯并咪唑类药物直接进样的色谱图。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：内表面涂覆纳米氧化镍层的毛细管的制备

（1）将1.05 g四水合氟化镍溶于30 mL去离子水中，在室温下搅拌至溶液中有沉淀生成，然后用滤纸过滤，然后将得到饱和氟化镍溶液与50mL 0.6mol·L^-1硼酸溶液混合均匀，得到混合液A。

（2）毛细管的活化处理：将毛细管依次用1mol·L^-1NaOH溶液、二次水、0.1 mol·L^-1盐酸、二次水冲洗1 h，然后在120 ℃下通入氮气至完全干燥。

（3）氧化镍涂层毛细管的制备：将混合液A注入经过活化处理过的毛细管，两端用硅橡胶封口后，置于40℃的恒温水浴中反应16 h；然后用空气将溶液吹出，水清洗，通氮气下于120℃干燥4 h；重复上述步骤即可得涂层2 次、3 次的毛细管；最后将沉积有NiO 的毛细管置于马弗炉中，以1℃/min 的速率升温至300℃，保持2 h 老化涂层，即得纳米氧化镍涂层毛细管。

实施例2：表面沉积纳米氧化镍层的硅胶微球和包硅磁颗粒的制备

硅胶微球的预处理：将硅胶微球用体积比为1:1 的HCl溶液在110 ℃下回流24 h，然后用去离子水清洗，然后直接用于沉积氧化镍。

包硅磁颗粒（Fe₃O₄nSiO₂）的制备[1]：利用溶剂热法合成Fe₃O₄[2]，然后利用溶胶-凝胶法在Fe₃O₄上包裹上一层无定型的SiO₂涂层[3-4]，即将0.5 g Fe₃O₄超声分散在160 mL乙醇，40 mL水以及2 mL氨水（25 wt%）的混合液中；往上述溶液中滴加0.2 mL正硅酸乙酯（TEOS），并在室温下搅拌6 h；经去离子水及乙醇清洗后，即可得到Fe₃O₄nSiO₂。

在实施例1制备的混合液A中加入适量的硅胶微球或包硅磁颗粒，然后在40 ℃条件下震荡24-72 h后，75 ℃烘干，最后在200 ℃下煅烧1 h，即可得到表面沉积纳米氧化镍层的硅胶微球或表面沉积纳米氧化镍层的包硅磁颗粒。

将实施例1和实施例2制备得到表面沉积纳米氧化镍层的固相萃取介质应用在食品、环境、生物领域中。

实施例 3 ： 表面沉积纳米氧化镍层的硅胶微球 应用于牛奶、鸡肉等食品中含苯并咪唑类物质的兽药残留的检测

鸡蛋和牛奶样品的处理方式：准确称取0.5 g经过均质化后的样品，添加50 μL内标溶液（0.5 μg/mL）和一定量的苯并咪唑标准溶液，涡旋2 min，室温静置15 min后加入磷酸缓冲液（20 mM，pH 7.0）至5 mL，再次涡旋2 min，然后以10,000 r/min冷冻离心（0-4 ℃）10 min，吸取上清液经0.45 μm滤膜过滤，滤液备用。

准确称取0.15 g表面沉积纳米氧化镍层的硅胶微球于3 mL带有筛板的SPE空柱管中，不断敲打使其填充均匀，上端盖上筛板压紧；在真空泵负压下，将2 mL丙酮、去离子水、磷酸缓冲液（20 mM，pH 7.0）依次通过该SPE萃取柱，流速小于1 mL/min；接着将上述1 mL上样液加入SPE柱，使其在重力作用下缓慢流过萃取柱；然后加入1.5 mL 去离子水作为清洗液，保持流速小于1 mL/min通过萃取柱，以去除吸附在柱上的磷酸盐，并在真空泵负压下将清洗液抽干；最后加入3 mL丙酮/氨水（95/5，v/v）溶液作为洗脱液，保持其流速小于1 mL/min通过萃取柱并在真空泵负压下将洗脱液抽干，收集洗脱物于离心管中，置于40 ℃氮吹下浓缩至干，用100 μL 乙腈/水 (20:80, v/v)重新溶解，待LC系统进行分析。

色谱条件：色谱柱为Hisep C18柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）。溶剂A为25 mM乙酸铵溶液，溶剂B为乙腈。流动相梯度程序为（t表示时间（min））：t₀, 20% B; t₃₀, 70% B; t₃₅, 70% B; t₃₆, 20% B; t₄₅, 20% B。检测波长：292 nm，柱温保持在40 ℃，流速为1 mL/min，样品进样量为20 μL。

检测结果：鸡蛋、牛奶、鸡肉和猪肉等4种样品的加标回收率分别为75.7%-116.8%、75.3%-115.4%、75.2%-112.5%、80.5-109.2%，RSD均小于13.4%。

实施例 4 ：内表面沉积纳米氧化镍涂层的毛细管固相微萃取用于苹果中多菌灵的分析检测

称取10 g已经均质的苹果于50 mL 塑料离心管中，加入15 mL 含1%（V/V）乙酸的乙腈溶液，加入1.5 g乙酸钠、6 g 硫酸镁、10 g 氯化钠，漩涡混合提取5 min，以9000 r/ min 离心10 min，取上清液，将上清液吹干，复溶于5 mL磷酸缓冲液（20 mM，pH 7.0）中备用。

毛细管微萃取装置：取一次性医用注射器（1 mL），除去金属针头，截取2 cm 已制备好的毛细管，用粘胶固定至原针头部位。以TS2-60型注射泵为溶液驱动装置。

微萃取的具体操作步骤如下：首先依次用0.5 mL丙酮和0.5 mL磷酸盐溶液（20 mM，pH 7.0）以0.10 mL/min的速率对内表面沉积纳米氧化镍涂层的毛细管进行活化，上样过程为取0.5mL样品溶液以0.10 mL/min的流速推过毛细管，然后依次用0.2 mL磷酸盐溶液（20 mM，pH 7.0）和0.2 mL纯水分别清洗毛细管，流速均为0.10 mL/min。最后用100 μL 氨水/丙酮 (5:95, v/v) 以0.05 mL/min的速率进行解吸，解吸液收集后经氮气吹干，再用50μL 乙腈/水 (15:85, v/v)重新溶解，待LC-MS系统进行分析。

色谱条件：色谱柱为Inertsil ODS-3柱（2.1 mm×250 mm，5 μm）。溶剂A为5 mM甲酸溶液，溶剂B为乙腈。流动相：乙腈/水(15:85, v/v)。柱温保持在40 ℃，流速为0.2 mL/min，样品进样量为10 μL。

质谱条件：正离子模式；扫描方式：选择离子监控（SIM）模式；质谱参数：脱溶剂温度250 ℃；离子源温度200 ℃；雾化气和脱溶剂气体均为N₂，分别为1.5 L/min和0.04 Mpa；毛细管电压4.5 kV；检测器电压1.4 eV。

检测结果：对四种蔬果的加标回收率为76.5-115.3%，RSD≤15.0%。

实施例 5 ：表面沉积纳米氧化镍层的包硅磁颗粒用于含有咪唑基团类农药（ 苯菌灵、烯菌灵、噻菌灵、麦穗灵）的分析检测

四种常见的蔬果（茄子、西红柿、西瓜、葡萄），分别称取10 g已经均质的蔬果样品于50 mL 塑料离心管中，加入15 mL 含1%乙酸（V/V）的乙腈溶液，加入1.5 g乙酸钠、6 g 硫酸镁、10 g 氯化钠，漩涡混合提取5 min，以9000 r/ min 离心10 min，取上清液，将上清液吹干，复溶于5 mL磷酸缓冲液（20 mM，pH 7.0）中备用。

准确称取30 mg表面沉积纳米氧化镍层的包硅磁颗粒于1.5 mL的离心管中，用1 mL丙酮、去离子水、磷酸缓冲液（20 mM，pH 7.0）依次活化材料；接着将上述1 mL样品液加入离心管中；然后加入1 mL去离子水为清洗液，以去除吸附在材料上的磷酸盐；最后加入1 mL氨水/丙酮 (5:95, v/v)作为解吸液，解吸液收集后经氮气吹干，再用100μL乙腈/水 (5:95, v/v)重新溶解，待LC-MS系统进行分析。

色谱条件：色谱柱为Inertsil ODS-3柱（2.1 mm×250 mm，5 μm）。溶剂A为5 mM甲酸溶液，溶剂B为乙腈。流动相梯度程序为（t表示时间（min））：t₀, 5% B; t_22.0, 60% B; t_22.2, 80% B; t₂₅.₀, 5% B; t_30.0, 5% B。柱温保持在40 ℃，流速为0.2 mL/min，样品进样量为10 μL。

质谱条件：正离子模式；扫描方式：选择离子监控（SIM）模式；质谱参数：脱溶剂温度250 ℃；离子源温度200 ℃；雾化气和脱溶剂气体均为N₂，分别为1.5 L/min和0.04 Mpa；毛细管电压4.5 kV；检测器电压1.4 eV。

检测结果：对四种蔬果的加标回收率为70.5-117.3%，RSD≤17.0%。

实施例 6 ：表面沉积纳米氧化镍层的包硅磁颗粒应用于组氨酸蛋白的萃取检测

大肠杆菌的处理方式：取2 mL菌液，6000 r/min，离心3 min，去上清，重悬沉淀于500μL的Tris缓冲液（20 mM，pH 8），清洗一次，离心去上清，再重悬于l mL的Tris缓冲液(20 mM ，pH 8)，冰浴，180 W超声2 min(工作2 sec，间隔2 sec)，离心，将裂解液的上清转移至另一离心管中，作为上样液。

准确称取30 mg表面沉积纳米氧化镍层的包硅磁颗粒于1.5 mL的离心管中，用1 mL丙酮、去离子水、20 mM Tris盐溶液（pH 8）依次活化材料；接着将上述1 mL样品液加入离心管中；然后加入1 mL 20 mM Tris盐溶液（pH 8）为清洗液，去除吸附在材料的杂质；最后加入1 mL 0.5 M咪唑作为洗脱液，取30μL洗脱液用于SDS-PAGE分析。

检测结果：在谱带上观察到了我们的目标蛋白（70 kDa）。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

参考文献

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[2] DingJ, Gao Q, Luo D, Shi Z G, Feng Y Q. n-Octadecylphosphonic acid grafted mesoporous magnetic nanoparticle: Preparation, characterization, and application in magnetic solid-phase extraction. J. Chromatogr. A, 2010, 1217, 7351-7358。

[3] Lu Y, Yin Y D, Mayers BT, Xia Y N. Modifying the surface properties of superparamagnetic iron oxide nanoparticles through a sol-gel approach. Nano Lett, 2002, 2, 183-186。

[4] Deng Y, Qi D, Deng C, Zhang X, Zhao D. Superparamagnetic high-magnetization microspheres with anFe3O4SiO2core and perpendicularly aligned mesoporous SiO2 shell for removal of microcystins. J Am Chem Soc, 2008, 130, 28-29。

Claims (9)

1.一种表面沉积纳米氧化镍涂层的固相萃取介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将3体积份饱和氟化镍溶液与5体积份0.6mol·L^-1的硼酸溶液混合均匀，得到混合液A；以混合液A为液相沉积反应液，以经活化处理的毛细管、经预处理的硅胶微球或包硅磁颗粒为基体，在40 ℃条件下震荡16~72 h在毛细管内壁、硅胶微球或包硅磁颗粒表面沉积氧化镍涂层，烘干，煅烧，即得到表面沉积纳米氧化镍层的固相萃取介质，其中，表面沉积纳米氧化镍层的固相萃取介质包括内表面沉积纳米氧化镍涂层的毛细管、表面沉积纳米氧化镍层的硅胶微球和表面沉积纳米氧化镍层的包硅磁颗粒。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的饱和氟化镍溶液通过以下方式得到：将1.05 g四水合氟化镍溶于30 mL去离子水中，在室温下搅拌至溶液中有沉淀生成，然后用滤纸过滤掉沉淀，即得到饱和氟化镍溶液。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的毛细管的活化处理方式包括以下步骤：将毛细管依次用1.0 mol·L^-1 NaOH溶液、二次水、6mol·L^-1盐酸、二次水冲洗1 h，然后在120 ℃下通氮气至完全干燥。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，内表面沉积纳米氧化镍涂层的毛细管的制备包括以下步骤：将混合液A注入经过活化处理过的毛细管，两端用硅橡胶封口后，置于40℃的恒温水浴中反应16 h，然后用空气将混合液A吹出，二次水清洗后，通氮气下于120℃干燥4 h；重复上述步骤制备涂层2 次、3 次的毛细管；最后将表面沉积涂层的毛细管置于马弗炉中，以1℃/min 的速率升温至300℃，保持2 h 将涂层老化后，即得内表面沉积纳米氧化镍涂层的毛细管。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的硅胶微球的处理方式为：将硅胶微球用体积比为1:1 的HCl溶液在110 ℃下回流24 h，然后用去离子水清洗，然后直接用于沉积氧化镍。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的包硅磁颗粒的制备方式为：利用溶剂热法合成Fe3O4，然后利用溶胶-凝胶法在Fe3O4上包裹上一层无定型的SiO2涂层。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在混合液A中加入硅胶微球或包硅磁颗粒，然后在40 ℃条件下震荡24-72 h后，75 ℃烘干，最后在200 ℃下煅烧1 h，即可得到表面沉积纳米氧化镍层的硅胶微球或表面沉积纳米氧化镍层的包硅磁颗粒。

8.一种表面沉积纳米氧化镍层的固相萃取介质，其特征在于：由权利要求1~7任一项所述的制备方法制备得到。

9.权利要求8所述的表面沉积纳米氧化镍层的固相萃取介质在食品、环境、生物领域中的应用。