CN105277553B - 茚三酮/纳米二氧化钛复合物及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种茚三酮/纳米二氧化钛复合物及其制备方法和用途。所述制备方法，包括：步骤1，配制前驱体溶液；步骤2，利用抽滤将前驱体溶液通过经脱水处理的滤膜，使滤膜饱和吸附前驱体溶液；步骤3，同样利用抽滤将茚三酮溶液通过滤膜，反应生成茚三酮/纳米二氧化钛复合物。所述复合物对氨基酸具有较好的显色灵敏度，可作为薄层层析板检测氨基酸的显色剂。本发明还公开了一种薄层层析板，包括基材和固定相，所述固定相中含有茚三酮/纳米二氧化钛复合物。本发明将上述复合物掺入到薄层层析板的固定相中制得新型薄层层析板，利用该薄层层析板可实现层析分离与显色过程一步完成，使用便捷。

Description

茚三酮/纳米二氧化钛复合物及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及食品检测分析领域，具体涉及一种茚三酮/纳米二氧化钛复合物及其制备方法和用途。

背景技术

薄层分析是氨基酸、脂类、药物等物质分析中常用的方法之一。氨基酸是一类常见的两性化合物，色谱法是其最有效的分离、鉴定分析方法。虽然目前已有自动化程度很高的氨基酸分析仪器出售，但是薄层色谱法以其经济实惠、方便快捷等优点仍在普通实验室或厂矿企业中广泛应用。将固定相(也叫吸附剂)均匀铺展在载体上使之成为薄层，将待分析的样品点到薄层板的一端，然后将点样端浸入适宜的展开剂中，在密闭的层析缸中进行层析分离。由于各种氨基酸的理化性质(分子极性、分子大小和形状、分子亲和力等)不同，其在吸附剂表面的吸附能力各异，当展开剂在薄层板的毛细管中移动时，点在薄板上样品的组分就不同程度地随着展开剂移动，使不同的氨基酸得以分离。

茚三酮被作为氨基酸的薄层分析的显色剂，其原理是氨基酸与茚三酮水合物在弱酸条件下共加热时，氨基酸被氧化脱氨、脱羧，而茚三酮水合物被还原，其还原物可与氨基酸加热分解产生的氨结合，再与另一分子茚三酮缩合成为蓝紫色化合物，称为罗曼紫(如图1)。常规的氨基酸薄层分析方法是将茚三酮溶液直接喷洒在层析好的普通薄层板表面，不仅不能实现显色直读，更因为喷洒的量难以控制，而且易将薄层层析板表面破坏，造成分析的困难。

近年，显色直读式检测技术在食品加工、药物分析、农产品安全、环境监测、临床医学等领域有较大的市场需求。与仪器分析技术相比，显色直读式检测节约时间、降低了分析成本，有助于生产与研究人员快速对特定的化合物定性与定量。传统的薄层显色方案是薄层层析完成后，将显色剂溶液喷洒在层析板上以获得显色结果，最终实现对特定化合物的分析。其缺点是显色剂喷涂的量难以控制，显色剂溶液喷洒到层析板表面将使斑点扩散，显色剂需要随时配制，操作繁琐等。

二氧化钛(化学式：TiO₂)为白色固体或粉末状的两性氧化物，是很好的白色颜料，俗称钛白。钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑；它又具有锌白一样的持久性。随着纳米材料研究的深入，纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，这意味着纳米材料的研究已可以按照人们的意愿设计、组装、创造新的体系，更有目的地使该体系具有人们所希望的特性，技术上的飞跃，为纳米材料的应用进一步打开市场的大门，在广泛的领域形成一大批高技术产品。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种茚三酮/纳米二氧化钛复合物的制备方法，制得的复合物可用作薄层层析板检测氨基酸的显色剂。将该复合物掺入到薄层层析板的固定相中制得新型薄层层析板，实现层析分离与显色过程一步完成，克服传统方案中操作繁琐、斑点易扩散的问题。

一种茚三酮/纳米二氧化钛复合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，配制前驱体溶液；

步骤2，利用抽滤将前驱体溶液通过经脱水处理的滤膜，使滤膜饱和吸附前驱体溶液；

步骤3，同样利用抽滤将茚三酮溶液通过滤膜，反应生成茚三酮/纳米二氧化钛复合物。

前驱体溶液利用抽滤通过滤膜，滤膜表面充分吸附前驱体。前驱体为钛醇盐。作为优选，本发明以钛酸四丁酯为前驱体，用表面溶胶-凝胶方法在滤膜表面沉积二氧化钛膜，在此水解形成过程中，茚三酮分子以被交联固定和吸附包裹的方式进入纳米二氧化钛结构中，因而完成了相应的沉积/水解一个循环。茚三酮/纳米二氧化钛复合物制备流程图及纳米复合物的微观结构如图2所示。

作为优选，上述制备方法还包括：步骤4，将滤膜抽干，然后重复步骤2-步骤4多次，最后将产物复溶得到分散液。通过重复以上吸附、洗涤、水解与干燥过程沉积茚三酮/纳米二氧化钛复合物，将沉积了数层茚三酮钛/纳米二氧化复合物的滤膜经乙醇浸泡、研磨、过滤最终得到均匀分散液。

作为优选，所述钛酸四丁酯的浓度为50mM-300mM。钛酸四丁酯在酸性条件下，在乙醇介质中发生水解反应，其溶剂为甲苯和乙醇的混合液。更为优选的，钛酸四丁酯溶液的浓度为100mM，甲苯和乙醇的体积比为1:1。

作为优选，所述茚三酮溶液的浓度为0.2％-2.0％，其溶剂为醇类和水的混合物。醇类包括甲醇、乙醇，优选乙醇。更为优选的，茚三酮溶液的浓度为0.5％，乙醇和水的体积比为1:1。

作为优选，吸附前驱体溶液前用无水乙醇润洗滤膜，润洗后抽干。因为作为前驱体的钛酸四丁酯极易水解，所以要将吸附前驱体的滤膜做脱水处理。

作为优选，茚三酮溶液通过滤膜前，用无水乙醇浸润滤膜，再真空泵抽干，重复浸润并抽干2-3次使滤膜完全脱水。

作为优选，所述滤膜的材质为天然纤维素。所述的天然纤维素材料为定量滤纸、柔软的面巾纸或是布料。天然纤维素由很多微纤维和纳米层次的纤维网交织而成，具有很大的比表面积和丰富的多孔结构，以及很好的柔韧性和机械强度。

本发明还提供了如上述制备方法制得的茚三酮/纳米二氧化钛复合物。

茚三酮/纳米二氧化钛复合物既具备了茚三酮作为灵敏显色剂的功能，也具备了纳米二氧化钛的优异性能，而且纳米二氧化钛呈透明状，不影响茚三酮对氨或者一级胺和二级胺的显色反应判断。

本发明又提供了所述茚三酮/纳米二氧化钛复合物作为薄层层析板检测氨基酸的显色剂的用途。

茚三酮/纳米二氧化钛复合物相较于单纯的茚三酮化学性质更稳定，利于长期保存；纳米二氧化钛无毒，使用安全。将茚三酮/纳米二氧化钛复合物与薄层层析固定相材料混合涂覆于基材上，也可以将茚三酮/纳米二氧化钛复合物制成分散液喷涂在薄层层析板固定相的特定比移值区，制得的薄层层析板可以实现对氨基酸层析分离与显色过程一步完成。

本发明还提供了一种薄层层析板，包括基材和固定相，所述固定相中含有上述的茚三酮/纳米二氧化钛复合物。

上述薄层层析板的制备方法，包括以下步骤：将上述的茚三酮/纳米二氧化钛复合物均匀混入硅胶G中，然后与羧甲基纤维素钠溶液混合得到涂布液，将涂布液涂覆在基材上，干燥，活化，制得成品。

硅胶G是极性吸附剂，化学惰性，具有较大的吸附量，具有耐腐蚀性的优点。羧甲基纤维素钠作为粘结剂。作为优选，羧甲基纤维素钠溶液的浓度为0.5～1％，羧甲基纤维素钠与硅胶G重量比为1：10～15，茚三酮/纳米二氧化钛复合物在硅胶G的含量为0.01％～0.1％。作为优选，活化的条件为100～110℃活化0.5～1h。

所述薄层层析板的另一种制备方法，包括以下步骤：将所述的茚三酮/纳米二氧化钛复合物制成分散液，均匀喷涂在薄层层析板固定相的特定比移值区，制得可以对指定氨基酸显色的薄层层析板。

所述的茚三酮/纳米二氧化钛复合物分散液，是将沉积了数层茚三酮钛/纳米二氧化复合物的滤膜经乙醇浸泡、研磨、过滤最终得到均匀乙醇分散液。作为优选，茚三酮/纳米二氧化钛复合物分散液的浓度为0.5-5％。

本发明具备的有益效果：

(1)本发明所用滤膜的材质为天然纤维素，其来源丰富，价格低廉易得；(2)本发明以茚三酮/纳米二氧化钛复合物掺入到薄层层析板的固定相中制得新型薄层层析板，实现层析分离与显色过程一步完成，使用便捷；(3)本发明以茚三酮/纳米二氧化钛复合物作为显色剂，具有比单一的茚三酮作显色剂更优异的稳定性；(4)本发明由于纳米二氧化钛的多层包裹和键合交联作用，茚三酮被有效固定且均匀分布在在层析板固定相中，具有非常优异的灵敏度，而且在层析过程中不会发生色带和斑点的扩散；(5)本发明由于纳米材料的极高比表面积，其显色的灵敏度获得提高的同时，显色所用的时间也大大减少；(6)本发明用于复合茚三酮使用的纳米二氧化钛，其性质稳定而且无色，不影响氨基酸的显色；(7)本发明制备的茚三酮/纳米二氧化钛复合物与硅胶混合后，以聚集体形式存在，其粒径与硅胶相当，不影响氨基酸的分离层析过程。

附图说明

图1为氨基酸与茚三酮的反应原理示意图。

图2为茚三酮/纳米二氧化钛复合物制备流程图及纳米复合物的微观结构示意图，其中纳米复合物中的茚三酮与经纸基薄层层析板分离的特定氨基酸在纸基薄层表面生成蓝紫色的产物。

图3为吸附在纤维素表面的纳米二氧化钛/茚三酮微观结构的透射电镜图。

图4为茚三酮/纳米二氧化钛的红外光谱图，其中3000cm^-1-3300cm^-1波长范围内应为茚三酮分子中苯环结构上的C-H震动峰，2800cm^-1左右的峰应为羟基震动峰，1700cm^-1左右的尖锐峰应为茚三酮分子中的羰基振动峰。

图5为对单组份氨基酸的直读显色(B)与常规喷洒显色剂效果(A)对比示意图。

图6为对三组分氨基酸的直读显色(B)与常规喷洒显色剂效果(A)对比示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

1、制备茚三酮/纳米二氧化钛复合物

(1)配制100mM的钛酸四丁酯溶液，溶剂为甲苯/乙醇溶液(v:v＝1：1)，室温搅拌一小时。

(2)将柔性的纤维纸，也可以是面巾纸、定量滤纸中的一种，置于抽滤装置中，用乙醇润洗2-3次，除去其中的水分，并以空气流抽干。移取约10mL钛酸四丁酯溶液加入至抽滤装置中，静止3分钟，使得钛酸四丁酯溶液充分浸润于纤维素纸中。

(3)开启抽滤装置，使得钛酸四丁酯溶液缓慢滤过纤维素纸，随后加入乙醇2-3次润洗，并静止2分钟。

(4)再次以抽滤装置除去剩余的乙醇，然后加入以乙醇/水(v:v＝1：1)配制的0.5％茚三酮溶液润洗并静置2分钟，最后以空气流彻底将纸基抽干。

(5)完成一个周期后，再次重复以上过程4次，得到多层复合茚三酮/纳米二氧化钛复合物的纤维素材料，其透射显微镜下微观结构如图3所示。

(6)将修饰后的纤维素材料取出，在研钵中加入乙醇溶液充分研磨，经过滤得到复溶分散的茚三酮/纳米二氧化钛复合物分散液。

将制得的茚三酮/纳米二氧化钛复合物进行红外光谱分析，结果如图4所示，其中3000cm^-1-3300cm^-1波长范围内应为茚三酮分子中苯环结构上的C-H震动峰，2800cm^-1左右的峰应为羟基震动峰，1700cm^-1左右的尖锐峰应为茚三酮分子中的羰基振动峰。证明茚三酮/纳米二氧化钛复合物制备成功。

2、制备含茚三酮/纳米二氧化钛复合物作显色剂的薄层层析板

称取1.0g羧甲基纤维素纳，溶于100mL热水中，在磁力搅拌下使其全部溶解，再过滤去除不溶物后。取10g硅胶G，加入5mL浓度为5％茚三酮/纳米二氧化钛复合物(茚三酮@TiO₂)分散液，搅拌均匀，加入已冷却的羧甲基纤维素纳溶液，得到涂布液，待用。将正面有聚乙烯膜的纸基体平放在平台上，再将一部分涂布液倒在纸基体的上边缘，用玻璃棒或者刮刀将涂布液均匀的涂布在纸基体上。纸基体的厚度为0.20毫米，干燥后涂布层的厚度为0.30微米。将薄层层析板在110℃环境中活化30分钟，干燥后即成如图5B和图6B所示的薄层板，置于有干燥剂的干燥箱中备用。

图5A和图6A所示的薄层板的制备方法同上，其中不加茚三酮/纳米二氧化钛复合物(茚三酮@TiO₂)。显色反应是薄层板点样并层析分离完成后在整个薄层板表面喷洒茚三酮水溶液而实现。

3、制备对指定氨基酸显色的薄层层析板

称取1.0g羧甲基纤维素纳，溶于100mL热水中，在磁力搅拌下使其全部溶解，再过滤去除不溶物后。取10g硅胶G，以少量水湿润，搅拌均匀，加入已冷却的羧甲基纤维素纳溶液，得到涂布液，待用。将正面有聚乙烯膜的纸基体平放在平台上，再将一部分涂布液倒在纸基体的上边缘，用玻璃棒或者刮刀将涂布液均匀的涂布在纸基体上。纸基体的厚度为0.20毫米，干燥后涂布层的厚度为0.30微米。将薄层层析板在110℃环境中活化30分钟，干燥。将沉积了5层茚三酮钛/纳米二氧化复合物的滤膜经乙醇浸泡、研磨、过滤最终得到均匀乙醇分散液。配制浓度为5％的茚三酮/纳米二氧化钛复合物乙醇分散液，以薄层条带点样器吸取25μL喷涂于薄层层析板比移值R_f＝0.6～0.7位置处，110℃干燥后5分钟即制得可以对丙氨酸指定显色的薄层层析板。

4、单组份氨基酸的分离显色

分别去取2μL丙氨酸溶液(0.1mg/mL)点样于如图5A和5B的薄层层析板的点样区，待干燥后将层析板移入盛有展开剂(正丁醇：水：甲酸＝4：1：1)的展开槽展开，待溶剂前沿到达层析板的前沿时，此时丙氨酸正位于其特定显色区，取出层析板。将经层析分离后的5A薄层板热风吹干后在整个薄层层析板表面喷洒浓度为2％的茚三酮溶液，再将其置于110度烘箱干燥5分钟。将经层析分离后的5B的薄层板放置于烘箱110度湿盒中放置5分钟。

观察结果，如图5所示，显色区变为粉红色，在白色的背景下，清晰可见。

比较图5A和图5B，发现图5A的显色斑点分散而且颜色模糊，图5B的显色斑点更加集中，颜色更亮。这说明茚三酮/纳米二氧化钛复合物对氨基酸具有较好的显色灵敏度，纳米二氧化钛能使茚三酮有效固定在薄层层析板固定相中，避免发生色带或斑点的扩散。

5、多组份氨基酸的分离显色

分别取2μL丙氨酸、赖氨酸、缬氨酸溶液(三种氨基酸的浓度均为0.1mg/mL)点样于如图6A和6B的薄层层析板的点样区，，待干燥后将层析板移入盛有展开剂(正丁醇：水：甲酸＝4：1：1)的展开槽展开，待溶剂前沿到达层析板的前沿时，取出层析板。将经层析分离后的6A薄层板热风吹干后在整个薄层板表面喷洒浓度为2％的茚三酮溶液，再将其置于110度烘箱干燥5分钟。将将层析分离后的6B的薄层板放置于烘箱110度湿盒中放置5分钟。

观察结果，如图6所示，丙氨酸、赖氨酸、缬氨酸能够在薄层板上实现较好的分离，其对应的显色区均有显色反应。

比较图6A和图6B，发现图6A的显色斑点分散而且颜色模糊，图6B的显色斑点更加集中，颜色更亮。这说明茚三酮/纳米二氧化钛复合物对多组分氨基酸具有较好的显色灵敏度，而且不影响多组分氨基酸在薄层板上的分离效果，纳米二氧化钛能使茚三酮有效固定在薄层层析板固定相中，避免发生色带或斑点的扩散。

Claims (10)

1.一种茚三酮/纳米二氧化钛复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，配制前驱体溶液，所述前驱体为钛醇盐；

步骤2，利用抽滤将前驱体溶液通过经脱水处理的滤膜，使滤膜饱和吸附前驱体溶液；

步骤3，同样利用抽滤将茚三酮溶液通过滤膜，反应生成茚三酮/纳米二氧化钛复合物。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：步骤4，将滤膜抽干；重复步骤2-步骤4多次，最后将产物复溶得到分散液。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液为钛酸四丁酯溶液，浓度为50mM-300mM。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述茚三酮溶液的浓度为0.2％-2.0％，其溶剂为醇类与水的混合物。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，茚三酮溶液通过滤膜前，用乙醇润洗滤膜2-3次并抽干。

6.如权利要求1-5任一所述制备方法制得的茚三酮/纳米二氧化钛复合物。

7.如权利要求6所述的茚三酮/纳米二氧化钛复合物作为薄层层析板检测氨基酸的显色剂的用途。

8.一种薄层层析板，包括基材和固定相，其特征在于，所述固定相中含有如权利要求6所述的茚三酮/纳米二氧化钛复合物。

9.如权利要求8所述薄层层析板的制备方法，包括以下步骤：将所述的茚三酮/纳米二氧化钛复合物混入硅胶G，然后与羧甲基纤维素钠溶液混合得到涂布液，将涂布液涂覆在基材上，干燥，活化，制得成品。

10.如权利要求8所述薄层层析板的制备方法，包括以下步骤：将所述的茚三酮/纳米二氧化钛复合物制成分散液，均匀喷涂在薄层层析板固定相的特定比移值区，制得可以对指定氨基酸显色的薄层层析板。