CN105879851A - 氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱及制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明属于分析化学领域，具体涉及氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱及制备方法和用途。氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱，包括不锈钢管，不锈钢管中有原位聚合生成的整体柱，该整体柱为氧化石墨烯与甲基丙烯酸乙二醇酯的聚合物。氧化石墨GO单体、混合致孔剂、交联剂、引发剂超声混合并脱气；封在不锈钢管中水浴聚合反应，用甲醇冲去混合致孔剂和未反应的单体。本发明利用整体柱的模式，发挥了氧化石墨烯材料比表面积大、性质稳定等特点，将氧化石墨烯掺杂到聚合物中构筑了氧化石墨烯材料的‑聚合物整体柱，并且利用该系列整体柱作为在线净化柱，建立了简便快速的动物源食品中兽药残留分析新方法。

Description

氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱及制备方法和用途
技术领域
本发明属于分析化学领域，具体涉及氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱及制备方法和用途。
背景技术
近些年来食品安全事件频发，人们对食品安全意识越来越高，这使得无论是政府监管部门还是食品生产、销售企业都加强了食品安全风险控制，食品检测实验室的检测工作越来越繁重。作为前处理重要的净化手段-固相萃取方法应用得也越来越广泛。但离线方式步骤繁琐，费时费力，在线固相萃取方法将离线固相萃取过程自动化，减少了人为参与的程度，在提高分析方法重现性同时，克服了离线固相萃取方法的不足，所以在线固相萃取仪器的应用也越来越普及。同时，近年来新型固相萃取材料不断涌现，正在挑战传统的硅胶类填料以及聚合物填料的地位。
整体柱是就是近些年发展较快的一种固相萃取材料，它是通过反应试剂即功能单体、交联剂、致孔剂等混合物通过原位聚合制备得到的一个连续棒状整体。整体柱萃取介质体积大制备简单，通透性好，背压低，传质速度快，分离效率高和易于改性的优点，具有强大的发展潜力和开发空间，使用整体柱不仅省去了繁琐的填装过程，并且整体柱中特有的穿透孔为液体的流动提供了大孔通道，以对流传质取代了缓慢的扩散传质，使得传质阻力明显减小，因而有利于萃取效率的提高。氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)是石墨烯的一种衍生物，它是由氧化石墨(graphite oxide)发生剥离而形成的单层或多层氧化石墨。氧化石墨烯具有典型的准二维空间结构，其片层上含有很多含氧基团，如羟基、羧基、环氧基、羰基等，具有较高的比表面能、良好的亲水性和机械性能，在水和大多数极性有机溶剂中具有很好的分散稳定性。由于氧化石墨烯具有较大比表面积，是富电子的疏水材料，因此，适合作为固相萃取吸附剂。Chen等首次将石墨烯作为不锈钢纤维涂层，固相微萃取天然水样品中拟除虫菊酯类农药。Jiang等首次将石墨烯作为固相萃取吸附剂，对水环境样品中八种氯酚进行预处理，相比传统的C18键合硅胶、鳞片石墨和碳纳米管萃取材料具有更佳的回收率，另外又发展了石墨烯和氧化石墨烯固定化到硅球基质作为高效固相萃取吸附剂的新方法，对小分子有机污染物和多肽显示了良好的萃取效果。另外，Du和Li利用层层化学键合制备了基于石墨烯材料的固相微萃取纤维，用于分析水和土壤样品中的多环芳烃污染物。Wang和Yan等率先将氧化石墨烯通过酸引发聚合掺杂到聚合物中构筑了新型色谱固定相用于毛细管电色谱中苯系物和多环芳烃的分离。Tong等在毛细管中合成石墨烯片层掺杂的聚合物整体柱用于管内固相微萃取化妆品中的糖皮质激素。Qu等将石墨烯和氧化石墨烯键合到毛细管内壁得到一种新型的毛细管开管柱，研究了其分离特性。从目前石墨烯在萃取材料方面的应用状况来着，GO用作固相萃取吸附剂，主要途径是固定化在硅球基质上或掺杂在聚合物中固定于石英毛细管中。而借助整体柱的合成方法将氧化石墨烯与交联剂、致孔剂等混合物在不锈钢色谱柱中，通过原位聚合来制备在线净化固相萃取整体柱在国内外还是空白。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种氧化石墨烯聚合物型在线净化固相萃取整体柱，尤其是指在不锈钢色谱柱中用氧化石墨烯与甲基丙烯酸乙二醇酯原位聚合制备的整体柱及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱，包括不锈钢管，不锈钢管中有原位聚合生成的整体柱，该整体柱为氧化石墨烯与甲基丙烯酸乙二醇酯的聚合物。
氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱的制备方法，包括以下过程：
将0.6～1.8mg的以氧化石墨(GO)单体于离心管中，加入1200～2100μL的混合致孔剂1,4-丁二醇和聚乙二醇400(EG-400)、650～750μL的交联剂甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)，1.0mg的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，超声混合并脱气；
将混合均匀的液体灌入一端密封的不锈钢管中，将另一端密封；水浴55～65℃进行聚合反应24～36小时；
然后将合成的整体柱连接到高压泵上，用甲醇冲去混合致孔剂和未反应的单体，得到氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱，即poly(GO-co-EDMA)整体柱。
氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱的用途：用于动物源食品中兽药残留的在线固相萃取净化。
本发明提供的氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱及制备方法和用途，利用整体柱的模式，发挥了氧化石墨烯材料比表面积大、性质稳定等特点，将氧化石墨烯掺杂到聚合物中构筑了氧化石墨烯材料的-聚合物整体柱，并且利用该系列整体柱作为在线净化柱，建立了简便快速的动物源食品中兽药残留分析新方法。
本发明的优点：
1、本发明制得的氧化石墨烯聚合物型在线净化固相萃取整体柱是由氧化石墨烯和甲基丙烯酸乙二醇酯共聚而成，充分发挥了氧化石墨烯比表面积大、机械强度好、性质稳定的特点，为整体柱提供了有效的疏水作用位点，能够与有机化合物产生疏水作用，同时整体柱骨架本身具有良好的生物兼容性，通过净化富集条件的选择，从而能够实现对该类物质的净化和富集目的。
2、该整体柱结构连续多孔，可以提供大的比表面积和良好的通透性，具有高效和快速的萃取效果；同时原位聚合在不锈钢的色谱柱中可耐受一定的压力。所以，该整体柱可很好的接入在线净化富集系统，实现前处理的自动化。
3、本发明提供的制备整体柱萃取介质应用范围广、富集倍数高、重现性好，经试验证明，可应用于动物源食品中磺胺类兽药和喹诺酮类兽药的在线净化分析。
4、该整体柱制作成本低，可重复使用，使用该柱可有效降低检测成本。
附图说明
图1为实施例1所得整体柱截面放大5000倍的电镜图；
图2为实施例2所得整体柱截面放大5000倍的电镜图；
图3为实施例3分析检测食品中磺胺类药物的液相色谱串联质谱图；
图4为实施例4分析检测食品中氟喹诺酮类兽药的液相色谱串联质谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1：ploy(GO-co-EDMA)整体柱的制备方法
取GO 1.7mg于离心管中，加入致孔剂的用量为1850μL，交联剂EDMA 650μL，偶氮二异丁腈(AIBN)1.0mg，超声混合、脱气。将混合均匀的液体灌入一端密封的不锈钢管(10mm×2.1mm)中，将另一端密封。水浴60℃反应30小时，得到poly(GO-co-EDMA)整体柱。反应完成后接入到高效液相色谱体系，用甲醇冲洗该整体柱以除去未反应的单体和致孔剂得到在线净化整体柱。所得产物整体柱截面的扫描电镜图如图1所示。
实施例2：ploy(GO-co-EDMA)整体柱的制备方法
取GO 1.5mg于离心管中，加入致孔剂的用量为1550μL，交联剂EDMA 650μL，偶氮二异丁腈(AIBN)1.0mg，超声混合、脱气。将混合均匀的液体灌入一端密封的不锈钢管(10mm×2.1mm)中，将另一端密封。水浴65℃反应30小时，得到Poly(GO-co-EDMA)整体柱。反应完成后接入到高效液相色谱体系，用甲醇冲洗该整体柱以除去未反应的单体和致孔剂得到在线净化整体柱。所得产物整体柱截面的扫描电镜图如图2所示
实施例3：以实施例1制备的整体柱为萃取介质，结合液相色谱串联质谱对鸡肉中磺胺类药物进行在线净化分析检测
(1)提取
称取约2g已绞碎的鸡肉样品，加入2g无水硫酸钠和20mL乙腈，均质提取1min，4000rpm离心10min，取5mL上清液40℃氮吹至干，用1mL5mmol/L乙酸铵水溶液溶解残渣，过0.45滤膜后备在线净化液相色谱串联质谱分析。
(2)在线净化
在线固相萃取条件分为4个部分：上样、淋洗、洗脱和条件化。样品经过poly(GO-co-EDMA)在线固相萃取柱，目标分析物保留在净化柱上。淋洗，使用乙腈将基质中的一部分杂质冲洗下来排入废液，同时，要确保目标化合物仍然保留在固相萃取柱上。在洗脱过程中，采用乙腈作为洗脱流动相，将目标化合物洗脱，并通过六通阀转移至分析柱中进行分离分析。最后的条件化分为两部分：在线固相萃取柱的冲洗及平衡，实验平衡流动相与上样流动相一致，同时，洗脱泵驱动分析流动相在分析柱上完成目标化合物的分离。在线净化的流动相及梯度条件见表1，进样量为50μL。
液相分离部分采用Agilent Eclipse Plus C18柱(150mm×4.6mm,5μm)为分析柱，分离条件的流动相及梯度条件见表1。其中在程序中每步的变化采用瞬变模式，HPLC每步的变化除第5、6、8步采用渐变模式外其他步骤之间的转换均采用瞬变模式改变。在线净化过程见表1。
表1磺胺类药物在线净化分析的流动相及梯度洗脱程序
(3)质谱条件
电喷雾离子源：(1)多反应监测(MRM)正离子扫描模式；电喷雾电压2.0kV，锥孔电压20V，去溶剂气温度温度450℃，去溶剂气流速1 000L/Hr，锥孔反吹气流速150L/Hr，雾化气压力7Bar，离子源温度150℃。
正负模式下的保留时间和碰撞能量等参数见表2。
表2正模式下扫描16种磺胺类药物信息及质谱测定条件
分析检测食品中磺胺类药物的液相色谱串联质谱图如图3所示。
实施例4：以实施例2制备的整体柱为萃取介质对牛奶中氟喹诺酮类药物进行在线净化分析检测
1.提取
称取5g牛奶样品，加入15mL甲醇-乙腈(1+1，v/v)溶液，涡旋振荡1min，5000rpm离心10min，取2mL上清液40℃氮吹至干，用1mL0.1％甲酸-乙腈溶液(90+10，v/v)溶解残渣，过0.45滤膜后备在线净化液相色谱串联质谱分析。
2在线净化
在线净化部分的流动相及梯度条件见表3，进样量为50μL。
液相分离部分采用Agilent Eclipse Plus C18柱(150mm×4.6mm,5μm)为分析柱，分析流动相E为乙腈，流动相F为0.5mmol/L乙酸铵+0.1％乙酸水溶液。其中在线净化的程序中每步的变化采用瞬变模式，HPLC每步的变化除第5、6、7、8步采用渐变模式外其他步骤之间的转换均采用瞬变模式改变。在线净化具体过程见表3。
表3喹诺酮类药物在线净化分析的流动相及梯度洗脱程序
2质谱条件
电喷雾离子源；多反应监测(MRM)正离子扫描模式；鞘气压力，40unit；辅助气压力，30unit；离子源温度：350℃；电喷雾电压(electrospray ionization，ESI)：3500V；源内诱导解离电压(SID)：10V；毛细管温度：350℃；Q1，Q3单位分辨率：Q1＝0.7u、Q3＝0.7u；其他测定条件见表4。
分析检测食品中氟喹诺酮类兽药的液相色谱串联质谱图如图4所示。

Claims (3)

1.氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱，包括不锈钢管，不锈钢管中有原位聚合生成的整体柱，其特征在于，该整体柱为氧化石墨烯与甲基丙烯酸乙二醇酯的聚合物。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱的制备方法，其特征在于，包括以下过程：
将0.6～1.8mg的以氧化石墨单体于离心管中，加入1200～2100μL的混合致孔剂1,4-丁二醇和PEG-400、650～750μL的交联剂甲基丙烯酸乙二醇酯，1.0mg的引发剂偶氮二异丁腈，超声混合并脱气；
将混合均匀的液体灌入一端密封的不锈钢管中，将另一端密封；水浴55～65℃进行聚合反应24～36小时；
然后将合成的整体柱连接到高压泵上，用甲醇冲去混合致孔剂和未反应的单体，得到氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱。
3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯型在线净化固相萃取整体柱的用途：用于动物源食品中兽药残留的在线固相萃取净化。
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