CN106397670B - 一种广谱固相萃取填料的合成方法 - Google Patents

一种广谱固相萃取填料的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种广谱固相萃取填料的合成方法。该方法将1‑乙烯基咪唑、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈和乙腈混合，于50~70℃反应；将所得产物粉碎、过筛、清洗、干燥，即可得到适用于同时分析具有较宽极性范围的多类杀虫剂及代谢产物的广谱固相萃取柱填料。制备的固相萃取填料装填入聚丙烯材质固相萃取空柱中，获得适用于同时分析宽极性范围的多类杀虫剂及代谢产物分析的固相萃取小柱，对水体中一系列从较高极性至非极性的杀虫剂及代谢产物，包括新烟碱类、苯基吡唑类、有机磷、有机氯和拟除虫菊酯类，共48个杀虫剂及代谢产物均具有较好的回收率和精密度，其检出浓度范围为0.87 ng/L‑56.8 ng/L。

Description

一种广谱固相萃取填料的合成方法
技术领域
本发明涉及一种广谱固相萃取填料的合成方法。
背景技术
随着杀虫剂的使用量不断增加，其污染问题普遍存在，在各种环境介质中多类杀虫剂及代谢产物频繁检出。环境水体中杀虫剂及代谢产物在仪器检测之前，一般需经过富集、净化等前处理步骤，常用的富集、净化方式包括液液萃取(liquid-liquid extraction,LLE)、固相萃取(solid phase extraction,SPE)、固相微萃取(solid phasemicroextraction,SPME)、单液滴微萃取(suspended droplet microextraction,SDME)、搅拌棒吸附萃取(stir bar sorptive extraction,SBSE)等方式。其中，SPE方法最为普遍。然而，由于常用杀虫剂种类繁多，各化合物之间的性质差异巨大，难以通过使用单一吸附剂涵盖从极性到非极性的多类化合物，故而，检测环境中不同类型的杀虫剂及代谢产物，往往需选择不同类型的SPE柱填料分批进行，导致实验强度和成本增加。故而，为有效开展水环境中多农药残留同时分析，有必要研发适用于较宽极性化合物的广谱固相萃取柱填料。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的现状，提供一种新型固相萃取柱填料的合成方法并装填固相萃取小柱，可同时测定涵盖从极性至非极性的水体中多类杀虫剂及代谢产物残留。
本发明的目的在于提供一种广谱固相萃取填料的合成方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种广谱固相萃取填料的合成方法，包括以下步骤：将1-乙烯基咪唑、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈和乙腈混合，超声处理后，除去氧气在密闭条件下于50～70℃反应6～36h；将所得产物粉碎、过筛，筛取粒径为40～60μm的产物，清洗干净、干燥，即得广谱固相萃取填料。
进一步的，所述1-乙烯基咪唑和二乙烯基苯的摩尔比为1：5～5：1。
进一步的，所述偶氮二异丁腈的用量为1-乙烯基咪唑和二乙烯基苯二者质量之和的1％～3％。
进一步的，所述1-乙烯基咪唑与乙腈的摩尔体积比为(2～10)mmol：(5～15)mL。
进一步的，所述超声处理时间为15～30min。
进一步的，所述除去氧气的方法为充入氮气或惰性气体。
进一步的，所述清洗的具体操作为：将筛取的产物用甲醇溶液超声清洗4～6遍，每次超声清洗20～40min。
进一步的，所述干燥的温度为55～65℃，干燥的时间为20～40h。.
进一步的，所得广谱固相萃取填料比表面积为300～365m2/g。
上述方法制备的广谱固相萃取填料在检测和/或富集杀虫剂及代谢产物中的应用。
本发明的有益效果是：
1)本发明固相萃取填料的制备方法简单、快速，比商业化HLB固相萃取填料价格低廉。
2)本发明特定方法制备的固相萃取填料可用于同时涵盖从极性至非极性多类型杀虫剂及代谢产物的富集、检测。
3)本发明固相萃取填料比表面积为300～365m2/g，孔体积与平均孔径分别为0.092cm3/g和2.22nm。对各种杀虫剂及代谢产物都具有较好的吸附性能；其中对NNIs(新烟碱类杀虫剂)的回收率可达76.5％，对PPs(苯基咪唑类杀虫剂及其代谢产物)的回收率为58.3％～108％，对OPs(有机磷类杀虫剂)的回收率为35.4％～149％，对OCs(有机氯类杀虫剂及其代谢产物)的回收率为36.0％～172％(除了硫丹硫酸盐为214％)，对PYRs(拟除虫菊酯类杀虫剂)的回收率为26.4％～95.3％。
附图说明
图1为实施例1合成的广谱固相萃取填料；
图2为实施例1合成的广谱固相萃取填料的BET测试等温吸附脱附曲线；
图3为实施例1合成的广谱固相萃取填料红外吸收图谱；
图4为1-乙烯基咪唑甲醇溶液、二乙烯基苯甲醇溶液和实施例1合成的广谱固相萃取填料甲醇清洗液的紫外吸收图谱。
具体实施方式
一种广谱固相萃取填料的合成方法，包括以下步骤：将1-乙烯基咪唑、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈和乙腈混合，超声处理后，除去氧气在密闭条件下于50～70℃反应6～36h；将所得产物粉碎、过筛，筛取粒径为40～60μm的产物，清洗干净、干燥，即得广谱固相萃取填料。
优选的，所述1-乙烯基咪唑和二乙烯基苯的摩尔比为1：5～5：1。
优选的，所述偶氮二异丁腈的用量为1-乙烯基咪唑和二乙烯基苯二者质量之和的1％～3％。
优选的，所述1-乙烯基咪唑与乙腈的摩尔体积比为(2～10)mmol：(5～15)mL。
优选的，所述超声处理时间为15～30min。
优选的，所述除去氧气的方法为充入氮气或惰性气体。
优选的，所述50～70℃反应6～36h所得产物为块状。
优选的，所述清洗的具体操作为：将筛取的产物用甲醇溶液超声清洗4～6遍，每次超声清洗20～40min。
优选的，所述干燥的温度为55～65℃，干燥的时间为20～40h。.
优选的，所得广谱固相萃取填料比表面积为300～365m2/g。
上述任一方法制备的广谱固相萃取填料在检测和/或富集杀虫剂及代谢产物中的应用。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
实施例1广谱固相萃取填料的合成方法
将1-乙烯基咪唑10mmol与二乙烯基苯2mmol溶于5mL的乙腈溶液中，加入偶氮二异丁腈30mg，超声分散20min后，充氮除氧10min，密封。60℃水域条件下反应24h，得到块状产物，再将产物研磨，过筛，筛取粒径为40-60μm的产物。再将筛取后的聚合物用甲醇溶液超声清洗5遍，每次30min，洗去多余的反应物，60℃条件下干燥24h，即得广谱固相萃取填料，备用。
本实施例制备的广谱固相萃取填料为图1所示的白色粉末状颗粒。
图2为实施例1合成的广谱固相萃取填料的BET测试等温吸附脱附曲线，从图2的曲线类型可知，合成材料的孔类型为堆积孔，孔的存在有助于对化合物的吸附。BET测试结果表明合成材料的比表面积为341m2/g，孔体积与平均孔径分别为0.092cm3/g和2.22nm。
图3为实施例1合成的广谱固相萃取填料红外吸收图谱；从中可以看出，2920cm-1为填料的C-H伸缩振动，1602cm-1、1502cm-1、1447cm-1、1411cm-1为苯环的骨架振动，1288cm-1、1110cm-1、1080cm-1为C-N伸缩振动，915cm-1、827cm-1、800cm-1、710cm-1、665cm-1为二乙烯基苯中不饱和C-H面外变形振动吸收谱带。
图4为1-乙烯基咪唑甲醇溶液、二乙烯基苯甲醇溶液和实施例1合成的广谱固相萃取填料甲醇清洗液的紫外吸收图谱；从中可以看出，1-乙烯基咪唑的最大吸收峰，位置为230nm，二乙烯基苯的最大吸收峰，位置为238nm；本发明合成的固相萃取填料用甲醇溶液超声清洗后，甲醇溶液中这两个位置的紫外吸收都很低(吸光度值在0.1以下)，说明1-乙烯基咪唑与二乙烯基苯在甲醇溶液中的含量很低，对本发明制备的填料的使用不会造成干扰。
实施例2广谱固相萃取填料的合成方法
将1-乙烯基咪唑10mmol与二乙烯基苯2mmol溶于15mL的乙腈溶液中，加入偶氮二异丁腈12mg，超声分散15min后，充氮除氧10min，密封。50℃水域条件下反应36h，得到块状产物，再将产物研磨，过筛，筛取粒径为40～60μm的产物。再将筛取后的聚合物用甲醇溶液超声清洗6遍，每次20min，洗去多余的反应物，55℃条件下干燥20h，即得广谱固相萃取填料，备用。
实施例3广谱固相萃取填料的合成方法
将1-乙烯基咪唑2mmol与二乙烯基苯10mmol溶于5mL的乙腈溶液中，加入偶氮二异丁腈45mg，超声分散30min后，充氮除氧10min，密封。70℃水域条件下反应6h，得到块状产物，再将产物研磨，过筛，筛取粒径为40～60μm的产物。再将筛取后的聚合物用甲醇溶液超声清洗4遍，每次40min，洗去多余的反应物，65℃条件下干燥20h，即得广谱固相萃取填料，备用。
实施例4广谱固相萃取填料的合成方法
将1-乙烯基咪唑2mmol与二乙烯基苯10mmol溶于5mL的乙腈溶液中，加入偶氮二异丁腈14.9mg，超声分散30min后，充氮除氧10min，密封。65℃水域条件下反应28h，得到块状产物，再将产物研磨，过筛，筛取粒径为40～60μm的产物。再将筛取后的聚合物用甲醇溶液超声清洗4遍，每次40min，洗去多余的反应物，55℃条件下干燥40h，即得广谱固相萃取填料，备用。
实施例5广谱固相萃取填料的合成方法
将1-乙烯基咪唑10mmol与二乙烯基苯2mmol溶于15mL的乙腈溶液中，加入偶氮二异丁腈36mg，超声分散30min后，充氮除氧10min，密封。65℃水域条件下反应28h，得到块状产物，再将产物研磨，过筛，筛取粒径为40～60μm的产物。再将筛取后的聚合物用甲醇溶液超声清洗4遍，每次40min，洗去多余的反应物，55℃条件下干燥40h，即得广谱固相萃取填料，备用。
实施例6一种检测和/或富集杀虫剂及代谢产物的方法
1)称取0.02g实施例1制备的广谱固相萃取填料，在抽真空的条件下，干法装入规格为3mL聚丙烯材质的固相萃取小柱内，填料上下两端都用筛板固定，即得广谱固相萃取小柱。
2)活化：依次用5mL甲醇、5mL纯水对固相萃取小柱进行活化。
3)上样：将样品水溶液以2～3mL/min的流速往上述活化后的固相萃取小柱进行上样；样品水溶液的体积为200mL；
上述样品水溶液中含有6种有机磷类杀虫剂(OPs)，该6种化合物浓度均为100μg/L；还含有23种有机氯类杀虫剂及其代谢产物(OCs)、11种拟除虫菊酯类杀虫剂(PYRs)、5种新烟碱类杀虫剂(NNIs)、3种苯基咪唑类杀虫剂及其代谢产物(PPs)，其中由于联苯菊酯的溶解度较低，其浓度选为100ng/L，其他41种化合物浓度均为500ng/L。
上述6种OPs(有机磷类杀虫剂)为：二嗪农、丁基嘧啶磷、甲基对硫磷、马拉硫磷、毒死蜱、丙溴磷；
23种OCs(有机氯类杀虫剂及其代谢产物)为：α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、七氯、艾氏剂、环氧七氯、α-氯丹、α-硫丹、γ-氯丹、狄氏剂、异狄氏剂、β-硫丹、o,p'-滴滴涕、o,p'-2,2-双(4-氯苯基)-1,1-二氯乙烯、o,p'-2,2-双(4-氯苯基)-1,1-二氯乙烷、异狄氏剂醛、硫丹硫酸盐、p,p'-滴滴涕、p,p'-2,2-双(4-氯苯基)-1,1-二氯乙烯、p,p'-2,2-双(4-氯苯基)-1,1-二氯乙烷、异狄氏剂酮、甲氧滴滴涕；
11种PYRs(拟除虫菊酯类杀虫剂)为：七氟菊酯、四氟甲醚菊酯、胺菊酯、联苯菊酯、甲氰菊酯、三氟氯氰菊酯、苄氯菊酯、氟氯氰菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯；
5种NNIs(新烟碱类杀虫剂)为：噻虫嗪、噻虫胺、吡虫啉、啶虫脒、噻虫啉；
3种PPs(苯基咪唑类杀虫剂及其代谢产物)为：氟虫腈、氟虫腈亚砜、磺基氟虫腈。
4)洗脱：用5mL乙腈对上样后的固相萃取柱进行洗脱，接收乙腈洗脱液。
5)杀虫剂及代谢产物测定
将上步乙腈洗脱液经氮吹浓缩至约1mL，加入10mL二氯甲烷，充分混匀后，继续氮吹浓缩至约1mL时，加入10mL正己烷，再次氮吹浓缩，最后用正己烷定容至1mL。
I：OPs(有机磷类杀虫剂)检测
取上述定容至1mL溶液中的10μL，加入内标，再次用正己烷定容至0.5mL，即稀释50倍，OPs类化合物浓度用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS负化学源(NCI))进行测定。
II：PYRs、PPs、OCs类杀虫剂及代谢产物的检测
另取上述用正己烷定容至1mL的溶液中0.8mL，继续氮吹浓缩，至大约0.4mL，加入OCs、PYRs及PPs的内标化合物，再用正己烷定容至0.5mL，然后分别用以下仪器进行检测：
PYRs和PPs类杀虫剂及代谢产物用GC-MS(NCI)进行检测；
OCs类杀虫剂及其代谢产物用GC-MS(电子碰撞电离源(EI))检测。
III：NNIs类杀虫剂的检测
OCs、PYRs及PPs检测结束后，检测样品在柔和的氮气下吹干，加入NNIs类杀虫剂的内标，用乙腈定容至1.0mL，经震荡混匀、过膜，用液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)测定NNIs类杀虫剂的浓度。
上述检测结果显示，本发明广谱固相萃取小柱对上述各种杀虫剂及代谢产物都具有较好的吸附性能；其中对NNIs类杀虫剂回收率为22.0％～76.5％，对PPs类杀虫剂回收率为58.3％～108％，对OPs类杀虫剂回收率为35.4％～149％，对OCs类杀虫剂回收率为36.0％～172％(除了硫丹硫酸盐为214％)，对PYRs类杀虫剂的回收率为26.4％～95.3％。
实施例7一种检测和/或富集杀虫剂及代谢产物的方法
1)称取0.06g实施例1制备的广谱固相萃取填料，在抽真空的条件下，干法装入规格为3mL聚丙烯材质的固相萃取小柱内，填料上下两端都用筛板固定，即得广谱固相萃取小柱。
将上述制备的广谱固相萃取小柱应用于水体多种类型杀虫剂及代谢产物添加回收率测定，选择从强极性到弱极性的NNIs、PPs、OPs、OCs和PYRs 5类共48种杀虫剂及代谢产物(见实施例6中所述的48种杀虫剂及代谢产物)，以低(20ng/L)、中(100ng/L)、高(500ng/L)三个浓度进行加标。其中，由于联苯菊酯在水中溶解度较低，最高浓度水平加标值设为200ng/L，每个浓度梯度4份平行样，具体步骤如下：
2)活化：依次用5mL甲醇、5mL纯水对固相萃取小柱进行活化。
3)上样：将样品水溶液以2～3mL/min的流速往上述活化后的固相萃取小柱进行上样；样品水溶液的体积为1L。
4)洗脱：用5mL乙腈对上样后的固相萃取柱进行洗脱，接收乙腈洗脱液。
5)杀虫剂及代谢产物测定
I：OPs、PYRs、PPs、OCs类杀虫剂及代谢产物的检测
将上步乙腈洗脱液经氮吹浓缩至约1mL，加入10mL二氯甲烷，充分混匀后，继续氮吹浓缩至约1mL时，加入10mL正己烷，再次氮吹浓缩，加入内标，用正己烷进行定容，低、中、高加标浓度分别定容至0.2mL、0.5mL和2.0mL。
OPs、PYRs和PPs类杀虫剂及代谢产物浓度用GC-MS(NCI)进行测定；
OCs类杀虫剂及代谢产物用GC-MS(EI)检测。
II：NNIs类杀虫剂的检测
OPs、OCs、PYRs及PPs检测结束后，检测样品在柔和的氮气下吹干，加入NNIs类杀虫剂的内标，用乙腈定容(低、中、高加标浓度分别定容至0.2mL、0.5mL和2.0mL)，经震荡混匀、过膜，用LC-MS测定NNIs类杀虫剂的浓度。
上述5类杀虫剂及代谢物极性从强到弱，在不同的加标浓度条件下，各类杀虫剂的回收率值见表1。
表1各类杀虫剂及代谢物在不同加标浓度下化合物回收率值
从表1各类化合物的回收率结果可知，本发明所合成的广谱固相萃取填料可用于分析宽极性范围的杀虫剂及代谢物。
实施例8一种检测和/或富集杀虫剂及代谢物的方法
1)称取0.06g实施例1制备的广谱固相萃取填料，在抽真空的条件下，干法装入规格为3mL聚丙烯材质的固相萃取小柱内，填料上下两端都用筛板固定，即得广谱固相萃取小柱。
2)活化：依次用5mL甲醇、5mL纯水对固相萃取小柱进行活化。
3)上样：将野外城市河流采集的样品水溶液(采样点坐标N 23°6′58″,E 113°23′29″)以2～3mL/min的流速往上述活化后的固相萃取小柱进行上样；样品水溶液的体积为1000mL，三份平行样。
4)洗脱：用5mL乙腈对上样后的固相萃取小柱进行洗脱，接收乙腈洗脱液。
5)杀虫剂及代谢物测定
I：OPs、PYRs、PPs、OCs类杀虫剂及代谢产物的检测
将上步乙腈洗脱液经氮吹浓缩至约1mL，加入10mL二氯甲烷，充分混匀后，继续氮吹浓缩至约1mL时，加入10mL正己烷，再次氮吹浓缩，加入内标，用正己烷进行定容至0.2mL。
OPs、PYRs和PPs类杀虫剂及代谢产物浓度用GC-MS(NCI)进行测定；
OCs类杀虫剂及代谢产物用GC-MS(EI)检测。
II：NNIs类杀虫剂的检测
OPs、OCs、PYRs及PPs检测结束后，检测样品在柔和的氮气下吹干，加入NNIs类杀虫剂的内标，用乙腈定容至0.2mL，经震荡混匀、过膜，用LC-MS测定NNIs类杀虫剂的浓度。
结果：上述采集水样经处理后，所分析的48个目标杀虫剂及代谢产物(见实施例6所述的6种OPs，23种OCs、11种PYRs、5种NNIs和3种PPs)，在水样中所检测到的杀虫剂及代谢产物浓度如下表2所示；固相萃取小柱应用于野外实际水样测定，在所测定的48个目标化合物中，检测到了15种，其检出浓度范围在0.87ng/L-56.8ng/L之间。
表2实际水样检测结果
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。

Claims (8)

1.一种广谱固相萃取填料的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：将1-乙烯基咪唑、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈和乙腈混合，超声处理后，除去氧气在密闭条件下于50~70℃反应6~36 h；将所得产物粉碎、过筛，筛取粒径为40~60 µm的产物，清洗干净、干燥，即得广谱固相萃取填料，所得广谱固相萃取填料的比表面积为300~365 m2/g，孔体积为0.092 cm3/g，平均孔径为2.22 nm，所述1-乙烯基咪唑和二乙烯基苯的摩尔比为5：1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述偶氮二异丁腈的用量为1-乙烯基咪唑和二乙烯基苯二者质量之和的1%~3%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述1-乙烯基咪唑与乙腈的摩尔体积比为（2~10）mmol：（5~15）mL。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述超声处理时间为15~30 min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述除去氧气的方法为充入氮气或惰性气体。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述清洗的具体操作为：将筛取的产物用甲醇溶液超声清洗4~6遍，每次超声清洗20~40 min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述干燥的温度为55~65℃，干燥的时间为20~40 h。.
8.权利要求1~7任一所述方法制备的广谱固相萃取填料在检测和/或富集杀虫剂及代谢产物中的应用。
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