CN109771988A - 基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法 - Google Patents

基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法，包括以下步骤：用一根内径为530μm的毛细管，在毛细管内进行原位反应制得DEP的分子印迹材料，通过改变混合物的比例以及加入被‑C＝C‑基团修饰的多壁碳纳米管可以调节合成出的孔穴的大小及位置，然后在不破坏内部聚合物的条件下，将每根纤维的一端切去1cm的毛细管壁，使合成好的聚合物能够显露出来，即制备成为DEP的表面分子印迹‑固相微萃取的萃取头。本发明提出的微萃取方法，分子印迹技术选择性好，且抗酸碱腐蚀性强，热稳定性好，非常适合的痕量分析物，具有良好的萃取能力的同时，表现出高度的化学结构的稳定性和长的使用寿命，成本低廉。

Description

基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法
技术领域
本发明涉及分析化学领域，具体为基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法。
背景技术
邻苯二甲酸二乙酯(DEP)作为酞酸酯类产品的一种物质，常作为工业生产中塑料、树脂和橡胶类制品的增塑剂，是一类重要的环境激素类化合物。由于其在自然环境中残留期较长，生物对DEP有较强的富集作用，一旦进入自然生态系统中，对人类健康带来的危害是无法估计的，因此被国家评定为环境优先控制污染物。由于人类对酞酸酯类物质的大量使用，造成其在环境中的积累，但环境样品基质非常复杂，且酞酸酯类物质在环境中属于痕量污染物，使得酞酸酯类物质的监测难度较大，必须对样品进行处理后才能进行检测。
样品前处理作为一种分析技术，是通过分离或是其他的一些技术将我们所要分析的复杂样品处理成为适合分析测定的形式。固相微萃取技术(SPME)是样品前处理技术的一种，它是以熔融石英光导纤维或其它材料为基体支持物，采取“相似相溶”的特点，在其表面涂渍不同性质的高分子固定相薄层，通过直接或顶空方式，对待测物进行提取、富集、进样和解析。
在此项技术的快速发展下，SPME的萃取装置也已经被商品化，其结构类似于一个微量注射器，SPME装置主要由手柄和萃取头两部分构成；装置最核心的部分是一根外套不锈钢细管的石英纤维头，在纤维表面涂渍上各种不同的固定相或吸附剂，选择性地富集被分析物。纤维涂层的性能和选择性是影响SPME萃取效果的最重要的条件，涂层一般按“相似相溶”原理选择，涂层的性能和厚度还需考虑萃取物的性质和萃取量的多少。SPME主要包括两个过程：第一步，将纤维头浸入样品中进行萃取；第二步，将萃取头上富集的分析物解吸附下来，进入仪器检测部分。
在SPME中，选用的固定相首先要对分析物有较强的萃取效果；其次在结构上要保证分析物在其中能够很好地扩散，可以在较短时间内达到分配平衡；同时，分析物的解吸过程需要高温条件或者其他比较苛刻的条件，因此固定相应有良好的稳定性。目前商品化的萃取头有七类，固定相可以以键合型、非键合型、部分交联和高度交联四种形式涂附在石英纤维上。涂层在有机溶剂中的稳定性按以下顺序减小：键合型>部分交联>非键合型。涂层的极性对待测物的选择萃取有很大影响，根据“相似相溶”原理，非极性涂层有利于对非极性或极性小的有机物的分离；极性涂层对极性有机物的分离效果较好。
虽然SPME已经得到了商品化的应用，但是因为商品化的纤维涂层的选择性吸附效果并不是十分理想，特别是在样品基体中存在与被分析物理化学性质相似的物质时，干扰物质也会被富集从而影响萃取效果。
发明内容
本发明的目的在于提供基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法，以解决DEP在环境样品种的浓度低、基体干扰大的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法，包括以下步骤：
S1：制备萃取头：
S1.1：将0.1～0.2mmol目标分子DEP和0.7～0.9mmol功能单体MAA在850～870μL的乙腈中超声8～12min、静置10～16h，使模板分子与功能单体充分配位；然后在上述体系中加入90～110mg键合了-C＝C-官能团的多壁碳纳米管MWCNTS，超声分散0.9～1.1h，再加入3.0～5.0mmol EGDMA和18～22mg AIBN，通氮除氧4～6min，超声0.9～1.1小时，以形成混合均匀的溶液；
S1.2：取一根毛细管用氮气排除空气后，将步骤S1.1得到的所述溶液充入到毛细管中,两端用橡胶塞封住，然后把所述毛细管放入恒温水浴锅中，在50～70℃的条件下反应24h；
S1.3：待反应完成后，将所述毛细管切成每段5cm长的纤维，然后在不破坏内部聚合物的条件下，将每根所述纤维的一端切去1cm的毛细管壁，使合成好的聚合物能够显露出来，即制备得到萃取头；
S2：进行DEP的表面分子印迹固相微萃取：
S2.1：将样品加入到一个10mL的小瓶子里，用氮气吹干后加入5mL氯仿溶液；
S2.2：将洗脱完全的S1.3步得到的萃取头放入到小瓶中，使露出的聚合物浸没在溶液中，放入一个小的搅拌子不断搅拌样品，在搅拌状态下进行萃取，萃取时间为50～70min；
S2.3：萃取完成后，将萃取头取出放入到氯仿溶液中侵泡1～3min，洗去一些非特异性的结合物，拿出萃取纤维头棒在空气中晾8～12min后再将其放入到240～260μL的体积比为20％的乙酸和甲醇混合溶液中浸泡14～16min,以洗去残留的萃取物及杂质，为下一次萃取做准备；
S2.4：将解吸附溶液用高效液相色谱仪进行检测。
优选的，所述毛细管长30～40cm内径为520～540μm的毛细管。
优选的，所述毛细管长35cm内径为530μm的毛细管。
优选的，所述步骤S1.1的具体步骤为：将0.2mmol目标分子DEP和0.8mmol功能单体MAA在860μL的乙腈中超声10min、静置14h，使模板分子与功能单体充分配位；然后在上述体系中加入100mg键合了-C＝C-官能团的多壁碳纳米管MWCNTS，超声分散1h，再加入4.0mmolEGDMA和20mg AIBN，通氮除氧5min，超声1小时，以形成混合均匀的溶液。
优选的，所述步骤S1.2中，所述毛细管放入恒温水浴锅中，在60℃的条件下反应24h。
优选的，所述步骤S2.2中，萃取时间为60min。
优选的，所述步骤S2.3中，萃取头取出放入到氯仿溶液中侵泡时间为1min，萃取纤维头棒在空气中晾时间为10min后再将其放入到250μL的体积比为20％的乙酸和甲醇混合溶液中浸泡15min。
优选的，上述键合-C＝C-官能团的多壁碳纳米管MWCNTS的方法为：
S3.1：MWCNTS@SiO2的制备：
S3.1.1：纯化MWCNTs：将1g MWCNTs加入到盛有2.6mol/L的200mL HNO3溶液中，超声分散2小时，然后在85℃下水浴回流，机械搅拌48小时，0.45微米的滤膜抽滤后用纯水洗涤至中性，在80℃下烘干，即得纯化后的MWCNTs；
S3.1.2：取250mg纯化后的MWCNTs，加入0.5mL 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，100mg十六烷基三甲氧基溴化铵，48mL超纯水，混合后在40℃下超声混合均匀后磁力搅拌三个小时，得到A溶液；将5mL的正硅酸乙酯，3mL超纯水和50mL乙醇混合后在40℃下超声混合均匀后磁力搅拌三个小时，得到B溶液；然后将A溶液和B溶液混合，于40℃下超声1小时，磁力搅拌10min，再用氨水将溶液pH调至9.5，溶液离心用水和乙醇洗涤至中性，在80℃下烘干即得MWCNTS@SiO2；
S3.2：MWCNTS@SiO2的修饰：
S3.2.1：制备MWCNTS@SiO2-OH：取1.0g步骤S3.1.2得到的MWCNTS@SiO2研磨分散至30mL、6mmol/L的HCl中，磁力搅拌24h，然后抽滤，干燥，得到活化碳纳米管-硅凝胶复合物(MWCNTS@SiO2-OH)；
S3.2.2：制备MWCNTS@SiO2-C＝C-：取1.0g步骤S3.2.1得到的活化碳纳米管-硅凝胶复合物MWCNTS@SiO2-OH和4.0mL KH570在40mL乙醇中超声分散，室温回流24h；用乙醇洗涤，最后抽滤、干燥得到烯键改性碳纳米管-硅凝胶复合物(MWCNTS@SiO2-C＝C-)，也即为键合了-C＝C-官能团的多壁碳纳米管MWCNTS。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用键合-C＝C-官能团的多壁碳纳米管MWCNTS制备萃取头，具有较好选择性识别目标分子或与其结构相近的某一类化合物的能力，且抗酸碱腐蚀性强，热稳定性好，非常适合的痕量分析物。利用分子印迹聚合物特异性选择能力，制备在空间结构上与DEP分子大小、形状相匹配的分子印迹聚合物作为固相微萃取涂层来分离富集复杂样品中DEP。同时将纳米材料引入分子印迹技术中，利用纳米材料具有普通材料所不具备的表面效应、小尺寸效应，改善传统印迹所存在的聚合物形状不规则、有效结合位点少和传质速度慢等缺点。
在一次完整的萃取过程中，萃取头需要在几种不同的溶剂中连续浸泡超过一个小时。在基本相同的萃取条件下，同一根整体棒在被连续反复的使用20次以上，其萃取能力依然没有降低。由此说明本发明制备的萃取头在具有良好的萃取能力的同时，表现出高度的化学结构的稳定性和长的使用寿命。
另一方面，与商品化的固相微萃取装置相比，制备一根萃取头的成本非常的低廉(约为商品化纤维的0.1％)，因此可以作为一次性萃取装置大批量的制备使用。
附图说明
图1为本发明的萃取头的制备流程图；
图2为本发明的萃取头的SEM图；
图3为本发明选择性萃取实验结果图；
图4为本发明萃取前后对比实验结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例：
本发明公开了基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法，包括以下步骤：
S1：制备萃取头：
S1.1：将0.2mmol目标分子DEP和0.8mmol功能单体MAA在860μL的乙腈中超声10min、静置14h，使模板分子与功能单体充分配位；然后在上述体系中加入100mg键合了-C＝C-官能团的多壁碳纳米管MWCNTS，超声分散1h，再加入4.0mmol EGDMA和20mg AIBN，通氮除氧5min，超声1小时，以形成混合均匀的溶液。
S1.2：取一根长35cm内径为530μm的毛细管用氮气排除空气后，将S1.1步得到的所述溶液充入到毛细管中,两端用橡胶塞封住，然后把所述毛细管放入恒温水浴锅中，在60℃的条件下反应24h；
S1.3：待反应完成后，将所述毛细管切成每段5cm长的纤维，然后在不破坏内部聚合物的条件下，将每根所述纤维的一端切去1cm的毛细管壁，使合成好的聚合物能够显露出来，即制备得到萃取头；
S2：进行DEP的表面分子印迹固相微萃取：
S2.1：将样品加入到一个10mL的小瓶子里，用氮气吹干后加入5mL氯仿溶液；
S2.2：将洗脱完全的S1.3步得到的萃取头放入到小瓶中，使露出的聚合物浸没在溶液中，放入一个小的搅拌子不断搅拌样品，在搅拌状态下进行萃取，萃取时间为60min；
S2.3：萃取完成后，将萃取头取出放入到氯仿溶液中侵泡1min，洗去一些非特异性的结合物，拿出萃取纤维头棒在空气中晾10min后再将其放入到250μL的体积比为20％的乙酸和甲醇混合溶液中浸泡15min,以洗去残留的萃取物及杂质，为下一次萃取做准备；
S2.4：将解吸附溶液用高效液相色谱仪进行检测。
在本发明的一个示例中，键合-C＝C-官能团的多壁碳纳米管MWCNTS的方法为：
S3.1：MWCNTS@SiO2的制备：
S3.1.1：纯化MWCNTs：将1g MWCNTs加入到盛有2.6mol/L的200mL HNO3溶液中，超声分散2小时，然后在85℃下水浴回流，机械搅拌48小时，0.45微米的滤膜抽滤后用纯水洗涤至中性，在80℃下烘干，即得纯化后的MWCNTs；
S3.1.2：取250mg纯化后的MWCNTs，加入0.5mL 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，100mg十六烷基三甲氧基溴化铵，48mL超纯水，混合后在40℃下超声混合均匀后磁力搅拌三个小时，得到A溶液；将5mL的正硅酸乙酯，3mL超纯水和50mL乙醇混合后在40℃下超声混合均匀后磁力搅拌三个小时，得到B溶液；然后将A溶液和B溶液混合，于40℃下超声1小时，磁力搅拌10min，再用氨水将溶液pH调至9.5，溶液离心用水和乙醇洗涤至中性，在80℃下烘干即得MWCNTS@SiO2；
S3.2：MWCNTS@SiO2的修饰：
S3.2.1：制备MWCNTS@SiO2-OH：取1.0g步骤S3.1.2得到的MWCNTS@SiO2研磨分散至30mL、6mmol/L的HCl中，磁力搅拌24h，然后抽滤，干燥，得到活化碳纳米管-硅凝胶复合物(MWCNTS@SiO2-OH)；
S3.2.2：制备MWCNTS@SiO2-C＝C-：取1.0g步骤S3.2.1得到的活化碳纳米管-硅凝胶复合物MWCNTS@SiO2-OH和4.0mL KH570在40mL乙醇中超声分散，室温回流24h；用乙醇洗涤，最后抽滤、干燥得到烯键改性碳纳米管-硅凝胶复合物(MWCNTS@SiO2-C＝C-)，也即为键合了-C＝C-官能团的多壁碳纳米管MWCNTS。
整个分子印迹-固相微萃取的过程包括了预处理、萃取、洗脱杂质及解吸附等步骤。
通过SEM，可以观察到合成好的分子印迹聚合物的形貌：聚合物的内部形成了均一的孔状结构。在不同放大倍数下(500和100,000)，分子印迹聚合物表现出不同的表面形貌(图2)：在图2左图中，可以看到聚合物的内部是十分致密、均匀的，进一步放大后，在图2右图中，可以观察到内部的球形结构，且在球形结构聚集时形成的空穴结构，分子识别体系即建立在多壁碳纳米管表面，这样的结构为下一步的萃取提供了非常多的结合位点及良好的重现性。
为了考察制备的DEP分子印迹-固相微萃取装置对DEP特异性选择吸附的效果，选择酞酸酯这一类物质中主要污染物(邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁基酯(DBP)三种分子结构相似的化合物为竞争底物进行比较。结果如图3所示，可以看出本发明对DEP的选择性萃取效果良好。
在最佳的萃取条件下，对10ng/mL的DEP溶液进行萃取，萃取结果与未萃取的10μg/mL进行对比，结果如图4所示，通过萃取，可使10ng/mL的DEP产生与10μg/mL相同大小的信号，萃取可以使得DEP的富集倍数可达到近1000倍。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (8)

1.基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法，其特征在于,包括以下步骤：
S1：制备萃取头：
S1.1：将0.1～0.2mmol目标分子DEP和0.7～0.9mmol功能单体MAA在850～870μL的乙腈中超声8～12min、静置10～16h，使模板分子与功能单体充分配位；然后在上述体系中加入90～110mg键合了-C＝C-官能团的多壁碳纳米管MWCNTS，超声分散0.9～1.1h，再加入3.0～5.0mmol EGDMA和18～22mg AIBN，通氮除氧4～6min，超声0.9～1.1小时，以形成混合均匀的溶液；
S1.2：取一根毛细管用氮气排除空气后，将步骤S1.1得到的所述溶液充入到毛细管中,两端用橡胶塞封住，然后把毛细管放入恒温水浴锅中，在50～70℃的条件下反应24h；
S1.3：待反应完成后，将所述毛细管切成每段5cm长的纤维，然后在不破坏内部聚合物的条件下，将每根所述纤维的一端切去1cm的毛细管壁，使合成好的聚合物能够显露出来，即制备得到萃取头；
S2：进行DEP的表面分子印迹固相微萃取：
S2.1：将样品加入到一个10mL的小瓶子里，用氮气吹干后加入5mL氯仿溶液；
S2.2：将洗脱完全的S1.3步得到的萃取头放入到小瓶中，使露出的聚合物浸没在溶液中，放入一个小的搅拌子不断搅拌样品，在搅拌状态下进行萃取，萃取时间为50～70min；
S2.3：萃取完成后，将萃取头取出放入到氯仿溶液中侵泡1～3min，洗去一些非特异性的结合物，拿出萃取纤维头棒在空气中晾8～12min后再将其放入到240～260μL的体积比为20％的乙酸和甲醇混合溶液中浸泡14～16min,以洗去残留的萃取物及杂质，为下一次萃取做准备；
S2.4：将解吸附溶液用高效液相色谱仪进行检测。
2.根据权利要求1所述的基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法，其特征在于，所述毛细管为长30～40cm内径为520～540μm的毛细管。
3.根据权利要求2所述的基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法，其特征在于，所述毛细管为长35cm内径为530μm的毛细管。
4.根据权利要求1所述的基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法，其特征在于，所述步骤S1.1的具体步骤为：将0.2mmol目标分子DEP和0.8mmol功能单体MAA在860μL的乙腈中超声10min、静置14h，使模板分子与功能单体充分配位；然后在上述体系中加入100mg键合了-C＝C-官能团的多壁碳纳米管MWCNTS，超声分散1h，再加入4.0mmolEGDMA和20mg AIBN，通氮除氧5min，超声1小时，以形成混合均匀的溶液。
5.根据权利要求1所述的基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法，其特征在于，所述步骤S1.2中，所述毛细管放入恒温水浴锅中，在60℃的条件下反应24h。
6.根据权利要求1所述的基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法，其特征在于,所述步骤S2.2中，萃取时间为60min。
7.根据权利要求1所述的基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法，其特征在于，所述步骤S2.3中，萃取头取出放入到氯仿溶液中侵泡时间为1min，萃取纤维头棒在空气中晾时间为10min后再将其放入到250μL的体积比为20％的乙酸和甲醇混合溶液中浸泡15min。
8.根据权利要求1～7之一所述的基于分子印迹技术的邻苯二甲酸二乙酯固相微萃取方法，其特征在于，所述键合-C＝C-官能团的多壁碳纳米管MWCNTS的方法为：
S3.1：MWCNTS@SiO2的制备：
S3.1.1：纯化MWCNTs：将1g MWCNTs加入到盛有2.6mol/L的200mL HNO3溶液中，超声分散2小时，然后在85℃下水浴回流，机械搅拌48小时，0.45微米的滤膜抽滤后用纯水洗涤至中性，在80℃下烘干，即得纯化后的MWCNTs；
S3.1.2：取250mg纯化后的MWCNTs，加入0.5mL 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，100mg十六烷基三甲氧基溴化铵，48mL超纯水，混合后在40℃下超声混合均匀后磁力搅拌三个小时，得到A溶液；将5mL的正硅酸乙酯，3mL超纯水和50mL乙醇混合后在40℃下超声混合均匀后磁力搅拌三个小时，得到B溶液；然后将A溶液和B溶液混合，于40℃下超声1小时，磁力搅拌10min，再用氨水将溶液pH调至9.5，溶液离心用水和乙醇洗涤至中性，在80℃下烘干即得MWCNTS@SiO2；
S3.2：MWCNTS@SiO2的修饰：
S3.2.1：制备MWCNTS@SiO2-OH：取1.0g步骤S3.1.2得到的MWCNTS@SiO2研磨分散至30mL、6mmol/L的HCl中，磁力搅拌24h，然后抽滤，干燥，得到活化碳纳米管-硅凝胶复合物；
S3.2.2：制备MWCNTS@SiO2-C＝C-：取1.0g步骤S3.2.1得到的活化碳纳米管-硅凝胶复合物和4.0mL KH570在40mL乙醇中超声分散，室温回流24h；用乙醇洗涤，最后抽滤、干燥得到烯键改性碳纳米管-硅凝胶复合物，也即为键合了-C＝C-官能团的多壁碳纳米管MWCNTS。
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