CN109939658A - 一种萃取涂层、固相微萃取探针及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种萃取涂层、固相微萃取探针及其制备方法和应用。所述萃取涂层主体为交联聚乙烯吡咯烷酮材料。交联聚乙烯吡咯烷酮材料经吸水膨胀活化实现对含水基质中强极性化合物的高效萃取，由其制备得到的萃取涂层及固相微萃取探针具有萃取性能好、结实耐用好、灵敏度高和重现性好等优点。另外，本发明提供的制备方法利用生物相容高分子聚合物材料实现交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒的组装涂覆，制备步骤简单快速，制备成本低廉。制备得到的固相微萃取探针结实耐用，且保证了萃取涂层中无过多其他物质的掺入，使得萃取涂层的萃取富集效果能够直观反映该类材料的萃取富集性能。

Description

一种萃取涂层、固相微萃取探针及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于固相微萃取领域，具体涉及一种萃取涂层、固相微萃取探针及其制备方法和应用。

背景技术

固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)，一种操作简便，不需要大量溶剂的萃取、富集技术，易于实现自动化和与色谱、电泳等高效分离检测手段联用。由于其萃取量少、对系统干扰小、易于自动化等优点，目前已经被广泛应用于环境保护、食品检测、药物分析和临床分析等领域。

萃取涂层是SPME技术的核心，SPME技术的广泛应用和高灵敏性、高选择性依赖于涂层材料的发展和制备。现有商业化探针涂层非常难以对含水基质中的强极性化合物获得满意的萃取效果，其主要原因是含水基质中的强极性化合物显著地倾向于停留在水相中而难以被富集到探针涂层的有机萃取相中。当前商业化探针对含水基质中强极性化合物的萃取性能远远无法满足需要，同时还要其他诸如价格昂贵、耐用性差等缺陷，难以满足实际复杂样品的分离分析要求并且大大地限制了固相微萃取技术的进一步发展和应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中萃取涂层的萃取性能无法满足需求，价格昂贵，耐用性差等缺陷和不足，提供一种萃取涂层。交联聚乙烯吡咯烷酮材料具有吸水膨胀迅速、对强极性化合物富集性能优异、廉价易得的优点，本发明的发明人研究发现，该材料能在迅速吸水膨胀活化后对含水基质中强极性化合物具有很好的萃取能力，由其制备得到的萃取涂层及固相微萃取探针具有萃取性能好、结实耐用好、灵敏度高和重现性好等优点。

本发明的另一目的在于提供一种固相微萃取探针。

本发明的另一目的在于提供上述固相微萃取探针的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述固相微萃取探针在分析检测领域中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种萃取涂层，所述萃取涂层为交联聚乙烯吡咯烷酮材料。

交联聚乙烯吡咯烷酮材料具有吸水膨胀迅速、对强极性化合物富集性能优异、廉价易得的优点，由其制备得到的萃取涂层具有萃取性能好、结实耐用好、灵敏度高和重现性好等优点。

优选地，所述交联聚乙烯吡咯烷酮材料由交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒组成，所述交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒的粒径为1～20μm。

优选地，所述萃取涂层上修饰有聚去甲肾上腺素。

聚去甲肾上腺素具有仿生性能，利用聚去甲肾上腺素对交联聚乙烯吡咯烷材料进行仿生修饰可使得萃取涂层具备抗生物淤积能力，由该萃取涂层制备的探针除了能应用于水样中，更能进一步应用于生物基质中。

一种固相微萃取探针，包括探针载体和涂覆在探针载体一端的上述的萃取涂层，所述萃取涂层通过生物相容高分子聚合物组装涂覆在探针载体上。

生物相容高分子聚合物具有生物相容性，且物理化学性能稳定，利用生物相容高分子聚合物可实现萃取涂层组装涂覆在探针载体上，得到的固相微萃取探针具有萃取性能好、结实耐用、灵敏度高和重现性好等优点。

本领域中常规的生物相容高分子聚合物均可实现萃取涂层的组装。

优选地，所述生物相容高分子聚合物为聚丙烯腈、聚已内酯、聚乳酸及乳酸共聚物或乙二醇共聚物中的一种或几种。

固相微萃取探针的灵敏度主要受萃取涂层材料的影响，除此之外，萃取涂层的长度和厚度均会对灵敏度产生一定的影响，另外还需考虑固相微萃取探针的长度和粗细，以便于使用。

本发明提供的固相微萃取探针中探针载体的种类、形状，萃取涂层的厚度和长度均可按现有的要求进行控制。

优选地，所述萃取涂层的厚度为20～200μm；所述萃取涂层的长度为0.5～2cm。

更为优选地，所述萃取涂层的厚度为100μm。

优选地，所述探针载体为不锈钢纤维、石英丝或惰性聚合物纤维中的一种或几种。

优选地，所述探针载体的长度为3～6cm。

更为优选地，所述探针载体的长度为4cm；所述萃取涂层的长度为1cm。

上述固相微萃取探针的制备方法，包括如下步骤：

S1：将生物相容高分子聚合物溶于有机溶剂后，加入交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒，得含有交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒的生物相容高分子聚合物悬浊液；

S2：将探针载体浸泡于所述生物相容高分子聚合物材料悬浊液中，得到一端涂覆有萃取涂层的探针载体，即得所述固相微萃取探针。

本发明提供的制备方法利用生物相容高分子聚合物实现交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒的组装涂覆，制备步骤简单快速，制备成本低廉。制备得到的固相微萃取探针结实耐用，且保证了萃取涂层中无过多其他物质的掺入，使得萃取涂层的萃取富集效果能够直观反映该类材料的萃取富集性能。

优选地，S1中所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃或丙酮中的一种或几种。

优选地，S2的具体过程为：将探针载体浸泡于所述生物相容高分子聚合物悬浊液中，使得交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒均匀组装涂覆在探针载体表面，取出，挥发有机溶剂定型，刮去多余的涂层，即得到所述固相微萃取探针。

优选地，当萃取涂层上修饰有聚去甲肾上腺素时，S2中得到一端涂覆有萃取涂层的探针载体后还包括步骤S3：将探针载体浸泡于聚去甲肾上腺素溶液中，取出，晾干，即得所述固相微萃取探针。

更为优选地，所述晾干为自然晾干。

优选地，S2中所述探针载体在浸泡前还包括预处理进行清洁的步骤。

优选地，所述预处理的过程为：将探针载体依次在水、甲醇和丙酮中浸泡、超声，晾干。

上述固相微萃取探针在分析检测领域中的应用也在本发明的保护范围内。

优选地，所述固相微萃取探针在分析检测含水基质中强极性化合物中的应用。

更为优选地，所述强极性化合物为新烟碱类杀虫剂、四环素类药物、氟喹诺酮类药物、磺胺类药物或其他极性药物中的一种或几种。

更为优选地，所述新烟碱类杀虫剂为呋虫胺、啶虫脒、噻虫胺、噻虫啉、吡虫啉、烯啶虫胺或噻虫嗪中的一种或几种。

更为优选地，所述四环素类药物为四环素、金霉素、多四环素或氧四环素中的一种或几种。

更为优选地，所述氟喹诺酮类药物为环丙沙星、氧氟沙星、诺氟沙星、恩诺沙星、洛美沙星或双氟沙星中的一种或几种。

更为优选地，所述氟喹诺酮类药物为甲氧苄氨嘧啶、磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺甲嘧啶、磺胺异恶唑、磺胺甲恶唑、磺胺间甲氧嘧啶、磺胺二甲基嘧啶或磺胺噻唑中的一种或几种。

更为优选地，所述其他极性药物为对乙酰氨基酚、阿替洛尔、咖啡因、普里米酮或氨甲丙二酯中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

交联聚乙烯吡咯烷酮材料迅速吸水膨胀活化后对含水基质中强极性化合物具有很好的萃取能力，由其制备得到的萃取涂层及固相微萃取探针具有萃取性能好、结实耐用好、灵敏度高和重现性好等优点。

另外，本发明提供的制备方法利用生物相容高分子聚合物实现交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒的组装涂覆，制备步骤简单快速，制备成本低廉。制备得到的固相微萃取探针结实耐用，且保证了萃取涂层中无过多其他物质的掺入，使得萃取涂层的萃取富集效果能够直观反映该类材料的萃取富集性能。

附图说明

图1为固相微萃取探针的制备流程示意图；

图2为所制固相微萃取探针与商业化探针的性能对比。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种固相微萃取探针，如图1，通过如下方法制备得到。

S1：含有交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒(粒径为5μm)的聚丙烯腈悬浊液配置：将聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺后，加入交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒。

S2：将不锈钢纤维截成4cm长度后，按顺序依次在超纯水、甲醇、丙酮中浸泡、超声30min，取出后自然晾干得到预处理后的不锈钢纤维；将预处理后的不锈钢纤维伸入S1配置的溶液中，缓慢取出，使得不锈钢纤维表面均匀涂覆一层厚度为100μm的涂层，挥发有机溶剂使涂层定型，刮除多余涂层使涂层长度为1cm。

S3：将上述涂层浸泡于去甲肾上腺素溶液中，使其表面修饰一层仿生保护层，将已修饰的涂层自然晾干，然后在甲醇中浸泡30分钟后取出晾干待用。

实施例2

本实施例提供一种固相微萃取探针，通过如下方法制备得到。

S1：含有交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒(粒径为1μm)的聚乳酸悬浊液配置：将聚乳酸溶于二氯甲烷后，加入交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒。

S2：将石英纤维截成2cm长度后，按顺序依次在超纯水、甲醇、丙酮中浸泡、超声30min，取出后自然晾干得到预处理后的石英纤维；将预处理后的石英纤维伸入S1配置的溶液中，缓慢取出，使得石英纤维表面均匀涂覆一层厚度为20μm的涂层，挥发有机溶剂使涂层定型，刮除多余涂层使涂层长度为0.5cm。

S3：将上述涂层浸泡于聚去甲肾上腺素溶液中，使其表面修饰一层仿生保护层，将已修饰的涂层自然晾干，然后在甲醇中浸泡30分钟后取出晾干待用。

实施例3

本实施例提供一种固相微萃取探针，通过如下方法制备得到。

S1：含有交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒(平均粒径为20μm)的聚己内酯悬浊液配置：将聚己内酯溶于四氢呋喃后，加入交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒。

S2：将玻璃纤维截成6cm长度后，按顺序依次在超纯水、甲醇、丙酮中浸泡、超声30min，取出后自然晾干得到预处理后的玻璃纤维；将预处理后的不锈钢纤维伸入S1配置的溶液中，缓慢取出，使得玻璃纤维表面均匀涂覆一层厚度为200μm的涂层，挥发有机溶剂使涂层定型，刮除多余涂层使涂层长度为2cm。

S3：将上述涂层浸泡于聚去甲肾上腺素溶液中，使其表面修饰一层仿生保护层，将已修饰的涂层自然晾干，然后在甲醇中浸泡30分钟后取出晾干待用。

实施例4

本实施例提供一种固相微萃取探针，如图1，通过如下方法制备得到。

S1：含有交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒(平均粒径为5μm)的聚丙烯腈悬浊液配置：将聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺后，加入交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒。

S2：将不锈钢纤维截成4cm长度后，按顺序依次在超纯水、甲醇、丙酮中浸泡、超声30min，取出后自然晾干；然后将预处理后的不锈钢纤维伸入S1配置的溶液中，缓慢取出，使得不锈钢纤维表面均匀涂覆一层厚度为100μm的涂层，挥发有机溶剂使涂层定型，刮除多余涂层使涂层长度为1cm。

应用实施例1

本实施例对本发明提供的固相微萃取探针与商业化萃取探针对新烟碱类杀虫剂(呋虫胺、啶虫脒、噻虫胺、噻虫啉、吡虫啉、烯啶虫胺、噻虫嗪)的萃取能力进行比较，以实施例1制备得到的固相微萃取探针为例。

将本发明所制得的探针与商业化萃取探针(聚二甲基硅氧烷涂层(PDMS)，聚丙烯酸涂层(PA))分别在含10ppb新烟碱类杀虫剂的水溶液中分别萃取30min，再将萃取完毕的所制探针进行冷冻干燥脱水，然后与商业化萃取探针分别脱附在甲醇溶液中，用LC-MS/MS进行分析并比较各物质的峰面积，从而比较不同探针对不同分析物的富集能力。

实验结果如图2所示，由图2可知，本发明提供的固相微萃取探针对新烟碱类杀虫剂的萃取性能均显著高于商业化萃取探针。

应用实施例2

本实施例测试本发明提供的固相微萃取探针在实际环境水样品中新烟碱类杀虫剂浓度的分析检测的应用效果。以实施例1制备得到的固相微萃取探针为例，具体分析检测方法如下。

配置梯度浓度(0.01ppb、0.05ppb、0.1ppb、0.5ppb、2ppb、5ppb、10ppb)的新烟碱类杀虫剂混合溶液，使用实施例1提供的固相微萃取探针对所配制溶液进行萃取后分析，根据峰面积绘制得到所制探针对不同分析物的标准曲线。

方法学验证结果如表1所示，由表1可知，本发明提供的固相微萃取探针对水溶液中新烟碱类杀虫剂具有良好的线性范围、优秀的检出限和出色的重现性。

表1水溶液中方法学验证结果

采集包括江水、湖水和海水等不同性质的环境水样，用所建立方法进行分析检测，可以获得环境水样中新烟碱类杀虫剂的浓度。结果显示，江水中检出呋虫胺0.62ppb、噻虫啉0.33ppb、吡虫啉0.71ppb、噻虫嗪0.33ppb；湖水中检出呋虫胺1.84ppb、啶虫脒0.75ppb、噻虫啉0.96ppb、吡虫啉2.11ppb、噻虫嗪0.47ppb；海水中检出呋虫胺0.16ppb、吡虫啉0.33ppb。

应用实施例3

本实施例测试本发明提供的固相微萃取探针在活体植物中新烟碱类杀虫剂浓度的分析检测的应用效果。以实施例1制备得到的固相微萃取探针为例，具体如下。

配置梯度浓度(1ppb、5ppb、10ppb、50ppb、200ppb、500ppb、1000ppb)的新烟碱类杀虫剂植物匀浆(生菜)，使用实施例1提供的固相微萃取探针对所配制溶液进行萃取后分析，根据峰面积绘制得到所制探针对不同分析物的标准曲线。

方法学验证结果如表2所示，由表2可知，应用所制探针建立的植物活体分析方法具有良好的线性范围、很高的灵敏度和优秀的重现性。

表2植物匀浆中方法学验证结果

可根据农业生产方法对生菜植株喷洒新烟碱类杀虫剂水溶液，然后使用所建立活体采样分析方法对植物活体中新烟碱类杀虫剂浓度进行分析检测。结果显示，在喷洒后第48h生菜叶片中新烟碱类杀虫剂的浓度为呋虫胺260.6ppb、啶虫脒175.2ppb、噻虫胺186.2ppb、噻虫啉303.3ppb、吡虫啉214.4ppb、烯啶虫胺86.6ppb、噻虫嗪216.8ppb。

应用实施例4

本实施例测试对比本发明提供的经聚去甲肾上腺素修饰的固相微萃取探针和未经修饰的固相微萃取探针在生物基质中新烟碱类杀虫剂浓度的分析检测的应用效果。以实施例1和实施例4制备得到的固相微萃取探针为例，具体如下。

将以上两种所制探针分别在含50ppb新烟碱类杀虫剂的植物匀浆中分别萃取30min，再将萃取完毕的所制探针进行冷冻干燥脱水，然后与商业化萃取探针分别脱附在甲醇溶液中，用LC-MS/MS进行分析。使用同一批探针重复萃取脱附过程五次，记录每次所得峰面积。

对比实验结果发现，未经聚去甲肾上腺素修饰的探针的萃取性能随着在植物匀浆中使用次数的增加而逐渐下降(使用5次后对呋虫胺、啶虫脒、噻虫胺、噻虫啉、吡虫啉、烯啶虫胺和噻虫嗪萃取性能(以峰面积进行评估)分别为第一次的45％、36％、34％、40％、35％、44％和42％)，而修饰后的探针能在多次使用后仍保持很好的性能。此结果表明聚去甲肾上腺素对探针涂层的仿生修饰能赋予涂层抗生物淤积性能，确保涂层性能保持稳定，同时也拓展了所制探针在生物基质中的应用。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种萃取涂层，其特征在于，所述萃取涂层为交联聚乙烯吡咯烷酮材料。

2.根据权利要求1所述萃取涂层，其特征在于，所述交联聚乙烯吡咯烷酮材料由交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒组成，所述交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒的粒径为1～20μm。

3.根据权利要求2所述萃取涂层，其特征在于，所述萃取涂层上修饰有聚去甲肾上腺素。

4.一种固相微萃取探针，其特征在于，包括探针载体和涂覆在探针载体一端的权利要求1～3任一所述的萃取涂层，所述萃取涂层通过生物相容高分子聚合物材料组装在探针载体上。

5.根据权利要求4所述固相微萃取探针，其特征在于，所述生物相容高分子聚合物材料为聚丙烯腈、聚已内酯、聚乳酸及乳酸共聚物或乙二醇共聚物中的一种或几种；所述探针载体为不锈钢纤维、石英纤维、陶瓷纤维或玻璃纤维中的一种或几种。

6.根据权利要求4所述固相微萃取探针，其特征在于，所述萃取涂层的厚度为20～200μm；所述萃取涂层的长度为0.5～2cm。

7.权利要求4～6任一所述固相微萃取探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将生物相容高分子聚合物材料溶于有机溶剂后，加入交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒，得含有交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒的生物相容高分子聚合物材料悬浊液；

S2：将探针载体浸泡于所述生物相容高分子聚合物材料悬浊液中，得到一端涂覆有萃取涂层的探针载体，即得所述固相微萃取探针。

8.根据权利要求7所述固相微萃取探针，其特征在于，S2的具体过程为：将探针载体浸泡于所述生物相容高分子聚合物材料悬浊液中，使得交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒均匀涂覆在探针载体表面，取出，挥发有机溶剂定型，刮去多余的交联聚乙烯吡咯烷酮颗粒，即得到所述固相微萃取探针。

9.根据权利要求7所述固相微萃取探针，其特征在于，当萃取涂层上修饰有聚去甲肾上腺素时，S2中得到一端涂覆有萃取涂层的探针载体后还包括步骤S3：将探针载体浸泡于聚去甲肾上腺素溶液中，取出，晾干，即得所述固相微萃取探针。

10.权利要求4～6任一所述固相微萃取探针在分析检测领域中的应用。