CN111693619A - 对巯基苯甲酸修饰的磁性pamam树枝状聚合物材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料。该材料制备方法为：制备获得氨基修饰的磁性纳米粒子，对其进行n代PAMAM接枝，接枝后的产物通过对巯基苯甲酸修饰得到对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料。本发明将对巯基苯甲酸修饰到磁性PAMAM树枝状聚合物上，得到的4‑MBA修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料，该材料能够对环境水样中的多环芳烃(PAHs)实现简单、快速、灵敏和有效的测定。利用该材料作为固相吸附剂在0.1～300μg/L范围内具有较佳的线性，检测限范围在0.014～0.055μg/L，相比其他常规方法，具有简单，耐用，易于分离和富集效率高的优点。

Description

对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料

技术领域

本发明属于磁性材料技术领域，涉及一种对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料。

背景技术

多环芳烃(PAHs)因其高生物累积性和有害身体健康(如致癌性，致突变性，致畸性和毒性)而被认为是典型持久性有机污染物(POPs)，可通过消化道、呼吸道和皮肤接触进入人体。即使微量，也可能对人体造成各种疾病，并对人体造成严重伤害。因此，开发快速、简单、高敏感和可靠的检测的PAHs方法非常重要。

目前，检测PAHs的方法有气相色谱-串联质谱(GC-MS)，高效液相色谱法(HPLC)，液相色谱-质谱(LC-MS)和超高效液相色谱等。其中，HPLC具有操作简单、灵敏度高、精密度好等优点，被广泛应用于PAHs检测。在环境中，由于PAHs的微量浓度水平和环境基质的复杂性，直接测定环境中的PAHs是较困难的，为了提高检测PAHs的准确可靠性，必须对样品进行预处理。目前，水样品中PAHs的预处理方法主要包括液液萃取和固相萃取等。值得注意的是由于固相萃取操作简单，选择性好，萃取效果好，常用于样品前处理，可以大大提高萃取效率，缩短萃取时间，适用于大量样品的处理。磁性固相萃取是一种基于固相萃取的分散固相萃取技术，相比于其他前处理技术，只需使用少量的吸附剂和较短的平衡时间就能够实现低浓度的微量萃取，具有非常高的萃取能力和萃取效率。磁性固相萃取的核心是磁性纳米粒子，具有大的比表面积和独特的物理化学性质，特有的超顺磁性有助于通过磁铁方便地分离和收集。

常用的磁性材料大多是Fe₃O₄，但未改性的Fe₃O₄容易聚集，吸附能力弱和吸附类型相对较少。因此，常常通过用石墨烯，氧化碳纳米管，壳聚糖，树枝状聚合物等改性Fe₃O₄来拓宽磁性材料的应用领域。树枝状聚合物是一种高度支化的材料，具有许多优点，并在各个领域获得了有价值的应用。其中，聚酰胺-胺型(PAMAM)树枝状聚合物具有三维、高度对称、单分散的球形结构，良好的流体动力学特性，独特的粘度特性，良好的溶解性和低表面张力等优点引起了广大的关注。

目前亟待开发一种针对PAHs的快速、简单、高敏感和可靠的检测磁性固相萃取材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料的制备方法；本发明的目的还在于提供该方法制备获得的对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料；本发明的目的还在于提供该对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料作为固相萃取吸附剂在磁性固相萃取检测环境水样中的多环芳烃中的应用；本发明的目的还在于提供一种磁性固相萃取检测环境水样中的多环芳烃的方法。

本发明的目的通过以下技术手段得以实现：

一方面本发明提供一种对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料的制备方法，其包括以下步骤：

铁盐与氨水混合加热反应得到磁性纳米粒子；

磁性纳米粒子进行氨基修饰获得氨基修饰的磁性纳米粒子；

氨基修饰的磁性纳米粒子进行n代PAMAM接枝，获得不同代数的PAMAM树枝状聚合物接枝的磁性纳米粒子；

利用N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐对对巯基苯甲酸进行活化，活化后的产物与PAMAM树枝状聚合物接枝的磁性纳米粒子进行反应，反应的产物磁分离并清洗干燥后得到对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料；

其中，n的取值为1，2或3。

本发明中，对巯基苯甲酸(4-MBA)是一种含有苯环的化合物，由于其刚性结构和功能性，能够表现出良好的吸附稳定性。本申请中，将对巯基苯甲酸修饰到磁性PAMAM树枝状聚合物上，得到的4-MBA修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料，该材料能够对环境水样中的多环芳烃(PAHs)实现简单、快速、灵敏和有效的测定。

上述的制备方法中，优选地，所述铁盐与所述氨水的用量比为(6～10)g：(12～25)mL。本发明的氨水采用的为工业氨水，浓度为25％～28％。

上述的制备方法中，优选地，所述铁盐包括氯化铁和/或硫酸铁等。

上述的制备方法中，优选地，铁盐先配制成铁盐的水溶液后，于水溶液中逐滴加入氨水进行加热搅拌反应，反应是在氮气氛围下进行，反应的温度为50～90℃，反应时间为20～60min。

上述的制备方法中，优选地，磁性纳米粒子进行氨基修饰的方法包括：

将磁性纳米粒子分散于乙醇中，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷进行加热搅拌反应，反应后采用磁铁收集产物，干燥后得到氨基修饰的磁性纳米粒子。

上述的制备方法中，优选地，所述磁性纳米粒子与所述3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量比为(1～3)g：(5～20)mL。

上述的制备方法中，优选地，氨基修饰过程是在氮气氛围下进行，加热反应的温度为40～70℃，搅拌反应的时间为4～24h。

上述的制备方法中，优选地，氨基修饰的磁性纳米粒子进行n代PAMAM接枝的过程包括：

将氨基修饰的磁性纳米粒子分散于甲醇中，然后加入丙烯酸甲酯进行搅拌反应，反应产物磁分离后清洗后分散于甲醇中，接着再加入乙二胺进行搅拌反应，反应的产物磁分离后清洗干燥后得到PAMAM树枝状聚合物1代接枝的磁性纳米粒子；

可选地，当n取值为2时，重复上述1代接枝过程1次，获得PAMAM树枝状聚合物2代接枝的磁性纳米粒子；当n取值为3时，重复上述1代接枝过程2次，获得PAMAM树枝状聚合物3代接枝的磁性纳米粒子。

“重复上述1代接枝过程”是指按照上述1代接枝的方法将氨基修饰的磁性纳米粒子替换为PAMAM树枝状聚合物1代接枝的磁性纳米粒子后，按照1代接枝的过程反应获得PAMAM树枝状聚合物2代接枝的磁性纳米粒子；3代接枝是在二代接枝基础上重复上述1代接枝过程获得PAMAM树枝状聚合物3代接枝的磁性纳米粒子。

上述的制备方法中，优选地，氨基修饰的磁性纳米粒子、丙烯酸甲酯、乙二胺、的用量比为(2～4)g：(12～30)mL：(13～30)mL。

上述的制备方法中，优选地，PAMAM接枝的过程是在氮气氛围下室温超声搅拌进行，加入丙烯酸甲酯后的反应时间为3～12h；加入乙二胺后的反应时间为2～6h。

上述的制备方法中，优选地，利用N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐对对巯基苯甲酸进行活化的过程包括：

将N-羟基丁二酰亚胺和对巯基苯甲酸溶于水中形成悬浊液，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶于水中形成溶液，然后加入到悬浊液中进行搅拌反应，得到活化后的溶液。

上述的制备方法中，优选地，活化过程中的反应温度为-2～5℃，搅拌反应时间为0.5～3h。

上述的制备方法中，优选地，活化后的溶液中加入PAMAM树枝状聚合物接枝的磁性纳米粒子进行搅拌反应的时间为1～8d，反应温度为室温。

上述的制备方法中，优选地，PAMAM树枝状聚合物接枝的磁性纳米粒子先分散于甲醇溶液中后再加入到活化后的溶液中进行反应。

上述的制备方法中，优选地，所述N-羟基丁二酰亚胺、所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、所述对巯基苯甲酸和所述PAMAM树枝状聚合物接枝的磁性纳米粒子的质量比为(0.1～0.5)：(0.1～0.6)：(0.12～0.55)：(0.15～0.6)。

另一方面，本发明还提供上述制备方法制备获得的对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料。

再一方面，本发明还提供上述对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料作为固相萃取吸附剂在磁性固相萃取检测环境水样中的多环芳烃中的应用。

再一方面，本发明还提供一种磁性固相萃取检测环境水样中的多环芳烃的方法，其包括如下步骤：

将上述对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料作为固相萃取吸附剂分散于含有多环芳烃的待测样品溶液中，控制溶液pH为中性，恒温振荡反应后，通过外加磁场分离固相萃取吸附剂，利用乙腈洗脱固相萃取吸附剂上的多环芳烃，并通过高效液相色谱对多环芳烃进行检测。

上述的方法中，优选地，所述对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料与待测样品溶液的用量比为(40～120)mg：(40～70)mL。

上述的方法中，优选地，进行固相萃取的温度为15～35℃，恒温振荡的速度为100～300rpm，时间为30～90min。

本发明的有益效果：

本发明将对巯基苯甲酸修饰到磁性PAMAM树枝状聚合物上，得到的4-MBA修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料，该材料能够对环境水样中的多环芳烃(PAHs)实现简单、快速、灵敏和有效的测定，尤其对PHE，ANT，FLT，PYR和BaP具有良好的吸附能力和极好的吸附性能。利用该材料作为固相吸附剂在0.1～300μg/L范围内具有较佳的线性，检测限范围在0.014～0.055μg/L，相比其他常规方法，具有简单，耐用，易于分离和富集效率高的优点。

附图说明

图1为本发明实施例1对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料合成过程的示意图及实施例2将其作为固相萃取吸附剂检测环境水样中的多环芳烃过程的示意图；

图2a为本发明实施例1中MNPs@G3.0@4-MBA的TEM图谱；

图2b为本发明实施例1中MNPs@G3.0的TEM图谱；

图2c为本发明实施例1中MNPs@G3.0@4-MBA的EDS图谱；

图2d为本发明实施例1中MNPs@G3.0的EDS图谱；

图3为本发明实施例1中MNPs@G3.0和MNPs@G3.0@4-MBA的FT-IR光谱对比图；

图4为本发明实施例1中MNPs@G3.0和MNPs@G3.0@4-MBA的X射线衍射图谱对比图；

图5a为本发明实施例3中对巯基苯甲酸修饰的PAMAM树枝状聚合物不同代数接枝的磁性纳米粒子用作固相萃取吸附剂对目标物的萃取效率的影响对比图；

图5b为本发明实施例3中磁性固相萃取洗脱剂的选择对萃取效率的影响对比图；

图5c为本发明实施例3中磁性固相萃取吸附剂的用量对萃取效率的影响对比图；

图5d为本发明实施例3中磁性固相萃取吸附时间对萃取效率的影响对比图；

图5e为本发明实施例3中磁性固相萃取洗脱剂的用量对萃取效率的影响对比图；

图5f为本发明实施例3中磁性固相萃取待测样品溶液的pH值对萃取效率的影响对比图；

图6为本发明实施例4中利用MNPs@G3.0@4-MBA针对奥林匹克公园水样进行磁性固相萃取特征色谱图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

以下实施例中所采用的化学药品菲(PHE)、蒽(ANT)、芘(PYR)、荧蒽(FLT)、苯并芘(BaP)、丙烯酸甲酯(MA)、对巯基苯甲酸(4-MBA)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司；FeCl₃·6H₂O购于国药化学试剂有限公司；FeSO₄·7H₂O购于现代东方科技发展有限公司；氨水(NH₃·H₂O)和乙二胺(EDA)购于天津福晨化学试剂厂；氢氧化钠(NaOH)和氯化钠(NaCl)购于天津光复精细化工研究所；甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷和盐酸(HCl)购于北京化工厂；HPLC级乙腈购于北京百灵威科技有限公司；实施例中采用的水为超纯水。

实施例中所采用的主要设备如下表1所示：

表1：

名称	型号	生产厂家
			高分辨透射电子显微	JEM-2100	日本电子株式会社
镜能谱检测器	Trident XM4	美国伊达克斯有限公司
			傅里叶变换红外光谱	MAGNA-IR 560 E.S.P	美国尼高力仪器公司
X仪射线衍射仪	Bruker D8	德国布鲁克公司
			高效液相色谱仪	Agilent 1260	美国安捷伦科技有限公司
水浴恒温振荡器	DSHZ-300A	太仓市实验设备厂
			电动搅拌器	JJ-1B	金坛市科析仪器有限公司
水浴氮吹仪	WD-12	杭州奥盛仪器有限公司
			数字控温电热套	98-1-C	天津市泰斯特仪器有限公司
数控超声波清洗器	KQ2200E	昆山市超声仪器有限公司

实施例1：

本实施例提供一种对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料(MNPs@G3.0@4-MBA)的制备方法，流程示意图如图1所示，其包括以下步骤：

(1)磁性纳米粒子(MNPs)的合成：

5.4g的FeCl₃·6H₂O和2.78g的FeSO₄·7H₂O溶解于100mL的去氧水中，氮气氛围下，边搅拌边逐滴滴加18mL的25％～28％的氨水，升温至80℃继续搅拌反应30min，之后冷却至室温，产物用适当体积的超纯水清洗数次，置于真空干燥箱中50℃干燥过夜，得到磁性纳米粒子MNPs。

(2)氨基修饰的磁性纳米粒子(MNPs-NH₂)的合成：

将2g的MNPs超声分散于200mL的乙醇中，在氮气保护下，搅拌下逐滴滴加14mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，进而转移至加热套升温至60℃继续搅拌反应7h，产物用适当体积的乙醇清洗数次，通过外加磁铁收集，用乙醇洗涤三次，并在真空下干燥，于50℃过夜，得到氨基修饰的磁性纳米粒子MNPs-NH₂。

(3)不同代数的PAMAM树枝状聚合物接枝的磁性纳米粒子(MNPs@Gn)的合成(n取值1、2或3)：

3.2g的MNPs-NH₂超声分散于50mL的甲醇中，氮气保护下，逐滴滴加20mL的丙烯酸甲酯(MA)，室温下超声搅拌反应7h，产物磁分离后用适当体积的甲醇清洗五次；随后加入20mL的甲醇，超声搅拌20min，逐滴滴加20mL的乙二胺(EDA)，室温下超声搅拌反应3h，产物磁分离后用适当体积的甲醇清洗五次；置于真空干燥箱50℃干燥过夜，得到PAMAM树枝状聚合物1代接枝的磁性纳米粒子MNPs@G1.0。

通过重复上述过程，可以获得MNPs@G2.0和MNPs@G3.0，具体过程如下：

将上述获得的MNPs@G1.0超声分散于50mL的甲醇中，氮气保护下，逐滴滴加20mL的丙烯酸甲酯(MA)，室温下超声搅拌反应7h，产物磁分离后用适当体积的甲醇清洗五次；随后加入20mL的甲醇，超声搅拌20min，逐滴滴加20mL的乙二胺(EDA)，室温下超声搅拌反应3h，产物磁分离后用适当体积的甲醇清洗五次；置于真空干燥箱50℃干燥过夜，得到PAMAM树枝状聚合物2代接枝的磁性纳米粒子MNPs@G2.0；

将上述获得的MNPs@G2.0超声分散于50mL的甲醇中，氮气保护下，逐滴滴加20mL的丙烯酸甲酯(MA)，室温下超声搅拌反应7h，产物磁分离后用适当体积的甲醇清洗五次；随后加入20mL的甲醇，超声搅拌20min，逐滴滴加20mL的乙二胺(EDA)，室温下超声搅拌反应3h，产物磁分离后用适当体积的甲醇清洗五次；置于真空干燥箱50℃干燥过夜，得到PAMAM树枝状聚合物3代接枝的磁性纳米粒子MNPs@G3.0。

(4)a、MNPs@G1.0@4-MBA的合成：

对巯基苯甲酸(4-MBA)的羧基官能团由1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)进行活化。具体为：将0.11g的NHS和0.22g的4-MBA溶解在10ml的去离子水中形成悬浊液，之后将0.13g的EDC溶解在5mL去离子水中后，添加到上述悬浊液中，随后整个混合物溶液在0℃下搅拌反应1h。将0.24g的MNPs@G1.0融到30ml的甲醇中，随后加入到上述混合物溶液中，在室温下搅拌反应5天，反应的产物磁分离后用去离子水洗2次，用甲醇洗3次，然后在50℃下真空干燥过夜，最终获得对巯基苯甲酸修饰的磁性1代PAMAM树枝状聚合物材料MNPs@G1.0@4-MBA。

b、MNPs@G2.0@4-MBA的合成：

对巯基苯甲酸(4-MBA)的羧基官能团由1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)进行活化。具体为：将0.11g的NHS和0.22g的4-MBA溶解在10ml的去离子水中形成悬浊液，之后将0.13g的EDC溶解在5mL去离子水中后，添加到上述悬浊液中，随后整个混合物溶液在0℃下搅拌反应1h。将0.24g的MNPs@G2.0融到30ml的甲醇中，随后加入到上述混合物溶液中，在室温下搅拌反应5天，反应的产物磁分离后用去离子水洗2次，用甲醇洗3次，然后在50℃下真空干燥过夜，最终获得对巯基苯甲酸修饰的磁性2代PAMAM树枝状聚合物材料MNPs@G2.0@4-MBA。

c、MNPs@G3.0@4-MBA的合成：

对巯基苯甲酸(4-MBA)的羧基官能团由1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)进行活化。具体为：将0.11g的NHS和0.22g的4-MBA溶解在10ml的去离子水中形成悬浊液，之后将0.13g的EDC溶解在5mL去离子水中后，添加到上述悬浊液中，随后整个混合物溶液在0℃下搅拌反应1h。将0.24g的MNPs@G3.0融到30ml的甲醇中，随后加入到上述混合物溶液中，在室温下搅拌反应5天，反应的产物磁分离后用去离子水洗2次，用甲醇洗3次，然后在50℃下真空干燥过夜，最终获得对巯基苯甲酸修饰的磁性3代PAMAM树枝状聚合物材料MNPs@G3.0@4-MBA。

对本实施例制备的MNPs@G3.0和MNPs@G3.0@4-MBA进行TEM、EDS、FTIR、XRD等实验表征，表征结果如图2a、图2b、图2c、图2d、图3和图4所示。

图2a为MNPs@G3.0@4-MBA的TEM图谱；图2b为MNPs@G3.0的TEM图谱；图2c为MNPs@G3.0@4-MBA的EDS图谱；图2d为MNPs@G3.0的EDS图谱；图3为MNPs@G3.0(图3中的曲线a)和MNPs@G3.0@4-MBA(图3中的曲线b)的FT-IR光谱对比图；图4为MNPs@G3.0和MNPs@G3.0@4-MBA的X射线衍射图谱对比图。

由图2a、2b、2c和2d可以看出：MNPs@G3.0和MNPs@G3.0@4-MBA的形状为球形，MNPs@G3.0的平均大小约为10nm，MNPs@G3.0@4-MBA的磁性树状大分子比MNPs@G3.0具有更大的粒径(20.25nm)，这可能是由于4-MBA成功修饰了MNPs@G3.0增加了颗粒半径。比较MNPs@G3.0和MNPs@G3.0@4-MBA的EDS谱图，MNPs@G3.0@4-MBA中S元素含量的增加表明4-MBA的成功修饰。

由图3可以看出：图3的a曲线中，在573cm^-1处的特征吸附带归因于磁铁的Fe-O键，表明了MNPs的组成。MNPs@G3.0在1096cm^-1和995cm^-1处具有特征吸收带，是由于Si–O–Si和Si–O–Fe键，但在MNPs中未发现这两个吸收峰，证明了MNPs成功的氨基硅烷化。在2847cm^-1和2923cm^-1处的两个特征吸收峰是C-H振动峰，在3428cm^-1和1628cm^-1处的吸收峰归因于-NH₂。此外，在1628cm^-1处的峰也对应于-CO-NH-的吸收。在1728cm^-1处的吸收峰归因于-CO-O-。图3的b曲线中，1587cm^-1处的谱带是苯环上C2和C3以及C5和C6之间的C-C振动峰，在1074cm^-1的峰是由于具有C–S的伸缩振动，在1388cm^-1和842cm^-1处的带是COO-伸缩振动。在3016cm^-1分别与苯环和苯环上的C-H有关。在3426cm^-1处的宽的吸收带标志着-OH或-NH-基团的伸缩振动信号；表明MNPs@G3.0上成功修饰了4-MBA。

由图4可以看出：MNPs和MNPs@G3.0的六个特征峰相同，六个特征峰分别位于2θ＝30.2°、35.5°、43°、53.5°、57.25°和62.7°。MNP@G3.0@4-MBA的特征峰2θ分别位于30.1°、35.5°、43.2°、53.4°、57.3°和63.0°，与MNPs@G3.0的光谱一致。这表明4-MBA对MNPs@G3.0的修饰并没有改变MNPs和MNPs@G3.0的晶体结构。

实施例2：

本实施例提供一种磁性固相萃取检测环境水样中的多环芳烃的方法，流程示意图如图1所示，其包括如下步骤：

将80mg的本发明的对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料(例如实施例1制备的MNP@G3.0@4-MBA)作为固相萃取吸附剂分散于60mL含有多环芳烃的待测样品溶液中，该待测样品溶液中含有5种多环芳烃：PHE、ANT、FLT、PYR和BaP，5种多环芳烃在待测样品溶液中的浓度均为10μg/L，控制溶液pH为7.0，20℃恒温振荡器中200rpm的条件下摇动50min，通过外加磁场分离固相萃取吸附剂和上清液，上清液丢弃；在6分钟内用7.5mL乙腈洗脱目标物，并在40℃下用温和的氮气流将洗脱液吹至接近干燥，用300μL的甲醇复溶目标物，并取25μL的复溶液注入HPLC系统进行分析，并通过液相色谱对目标物进行检测。

色谱条件为：

色谱柱：Agilent C18(4.6mm×150mm,5μm)，柱温30℃，进样体积25μL，流速1min/mL。流动相：A为水，B为乙腈，A：B＝15:85(v:v)；PAH的检测波长设置为0～10min为235nm，10～16min分析波长为295nm。

实施例3：

1、对比不同代数的PAMAM树枝状聚合物接枝的磁性纳米粒子修饰了对巯基苯甲酸后的制备的PAMAM树枝状聚合物接枝的磁性纳米粒子用作固相萃取吸附剂对目标物的萃取效率的影响。

MNPs@G3.0、MNPs@G1.0@4-MBA、MNPs@G2.0@4-MBA、MNPs@G3.0@4-MBA的制备过程按照实施例1的操作进行，针对目标产物的萃取按照实施例2的操作进行，对比比较目标萃取物的萃取效率，结果如图5a所示。

由图5a可以看出：对PAHs的回收率的大小为MNPs@G3.0<MNPs@G1.0@4-MBA<MNPs@G2.0@4-MBA<MNPs@G3.0@4-MBA。这是因为4-MBA中的苯环和PAHs的苯环之间的存在强π-π相互作用，G3.0末端的-NH₂比G1.0和G2.0的多，所以MNPs@G3.0@4-MBA中含有较多的4-MBA，可以得到相对较高的回收率。因此，本发明优选采用MNPs@G3.0@4-MBA用作固相萃取吸附剂。

2、磁性固相萃取洗脱剂的选择对萃取效率的影响

为了获得更高的萃取效率，研究了甲醇、乙醇、乙腈、丙酮和二氯甲烷五种洗脱剂对PAHs萃取效率的影响。实验结果如图5b所示，由图5b可以看出：当甲醇、乙醇和丙酮用作洗脱剂时，目标化合物PHE、ANT、FLT和PYR的回收率约为50％，只有BaP超过80％。当二氯甲烷用作洗脱剂时，五个目标的回收率极低，不到30％。与其他四种有机溶剂相比，当乙腈作为洗脱剂时，五种PAHs的回收率较高，这是因为乙腈分子结构中的C-N三键与多环芳烃中的苯环形成π-π相互作用，提高了目标物的萃取效率，因此，本发明优选采用乙腈作为磁性固相萃取洗脱剂。

3、磁性固相萃取吸附剂的用量对萃取效率的影响

固相萃取吸附剂的量是影响萃取效率的最重要因素之一。利用本发明实施例1制备的MNPs@G3.0@4-MBA，按照实施例2的检测方法，在50～100mg的范围内研究了固相萃取吸附剂用量对PAHs萃取效率的影响。实验结果如图5c所示，由图5c可以看出：随着固相萃取吸附剂量的增加，萃取效率也随之提高。从50mg增加到80mg，PHE和ANT的回收率显著增加，然后继续增加固相萃取吸附剂的量，回收量保持不变。当从50mg增加到60mg，FLT和PYR的回收率明显增加，而从60mg到80mg的回收速度相对较慢，从80mg到100mg的回收率并没有显著的改变。BaP的回收率基本没有变化，从50mg到80mg，回收率均高于90％。当固相萃取吸附剂用量超过80mg，五种PAHs的回收率略微的下降，原因在于当固相萃取吸附剂的含量增加到一定值时，所使用的洗脱剂的量不足以洗脱目标物。因此，本发明优选采用MNPs@G3.0@4-MBA用作固相萃取吸附剂的用量为80mg。

4、磁性固相萃取吸附时间对萃取效率的影响

吸附时间是影响所选多环芳烃萃取效率的重要因素。利用本发明实施例1制备的MNPs@G3.0@4-MBA进行磁性固相萃取，研究了吸附时间对20～60分钟内PAHs萃取效率的影响，实验结果如图5d所示。由图5d可以看出：在20～50min范围内，PHE，ANT，FLT和PYR的回收率随着吸附时间的增加而持续增加，而BaP的回收率则保持不变。然而，随着吸附时间的延长，PHE，ANT，FLT，PYR和BaP的萃取效率在60min以下时并未显着改变萃取效率，这是由于吸附和解吸达到平衡这一事实。因此，本发明优选采用MNPs@G3.0@4-MBA用作固相萃取吸附剂的最佳萃取时间为50min。

5、磁性固相萃取洗脱剂的用量和洗脱时间对萃取效率的影响

洗脱液的体积和洗脱时间也是影响所选多环芳烃萃取效率的重要因素。利用本发明实施例1制备的MNPs@G3.0@4-MBA进行磁性固相萃取，在1.5～7.5min的范围内检查了洗脱时间对萃取效率的影响，结果表明当洗脱时间从1.5min增加到3min时，FLT和PYR的回收率没有变化，而PHE和ANT的回收率却显着增加。从3到6min，PHE，ANT，FLT和PYR的回收率显着增加，而BaP从1.5到6min继续增加。此外，随着洗脱时间的持续增加，PAHs的回收率没有显着变化，这表明6min足以从MNPs@G3.0@4-MBA洗脱PAHs。

研究了洗脱体积的影响，范围为3～9mL，结果如图5e所示。由图5e可以看出：发现当乙腈的体积从3mL增加到7.5mL时，PHE，ANT，FLT和PYR的回收率逐渐增加，BaP的回收率略有变化，并且随着乙腈体积的不断增加，回收率不再增加。实验表明，7.5mL乙腈可以完全洗脱MNPs@G3.0@4-MBA中的五个目标PAH。

6、磁性固相萃取待测样品溶液的pH值对萃取效率的影响

待测样品溶液的pH值可以改变磁性固相吸附剂的稳定性和表面电荷，还可以改变目标化合物的当前状态，进而影响目标化合物的萃取效率。利用本发明实施例1制备的MNPs@G3.0@4-MBA进行磁性固相萃取，通过在NaOH和HCl溶液中调节溶液的浓度，在pH值为3～11的范围内，研究了样品pH对PAHs萃取效率的影响，实验结果如图5f所示。由图5f可以看出：当样品pH值从3变为7时，目标PHE，ANT，FLT和PYR的回收率逐渐增加，BaP的回收率略有增加。但是，随着pH值继续超过pH值7，目标PHE，ANT，FLT和PYR的回收率会迅速下降。PAHs的吸附效率在pH＝7时达到最大值，这表明pH＝7是MNPs@G3.0@4-MBA吸附剂富集PAHs的理想选择。当pH<7时，MNPs可能在酸性条件下溶解，MNPs@G3.0@4-MBA的结构被破坏，目标PAHs的回收率降低。随着pH值的增加，回收率逐渐增加，这可能是MNPs@G3.0@4-MBA的结构破坏程度下降了。而且，当pH>7时，固相萃取吸附剂的末端-SH基团与目标物之间的静电排斥作用会导致回收率降低，并且OH^-离子与PAH之间的吸附位点的竞争也可能导致速率降低回收率。

7、磁性固相萃取离子强度对萃取效率的影响

通常，阴离子和阳离子通常存在于水中，可能会影响目标离子或化合物的测定。利用本发明实施例1制备的MNPs@G3.0@4-MBA进行磁性固相萃取，在以上优化条件下，研究了NaCl浓度对萃取效率的影响。当NaCl的浓度增加到5％时，PHE，ANT，PYR和FLT的回收率显着下降，BaP的回收率变化较小。因为低浓度的盐会促进溶解溶液中有五个PAH。随着氯化钠浓度从5％增加到25％时，除BaP以外，PHE，ANT，PYR和FLT的回收率缓慢增加，但是回收率还是低于不添加NaCl的水平。总体而言，离子强度的变化对BaP的萃取效率影响很小。

8、磁性固相萃取待测溶液样品体积对萃取效率的影响

样品体积在萃取过程中也非常重要。利用本发明实施例1制备的MNPs@G3.0@4-MBA，按照实施例2的方法进行磁性固相萃取，在20～100mL的范围内进行了测试。结果表明，当样品量从20mL增加到60mL之后，PAHs的回收率几乎保持不变，然后随着样品量的增加而略微的降低，原因可能是一定量的固相萃取吸附剂无法吸附更多的目标。为了获得最佳富集因子和最大回收率，本发明优选采用60mL的待测样品体积。

在本发明实施例2的最佳检测条件下，为了检测所开发方法的分析特性，对五个PAHs的线性范围，相关系数，检测限进行了评估。结果如表2所示。

表2：

由表2可以看出：在0.1～300μg/L的范围内PHE，ANT，FLT，PYR和BAP与浓度有良好的线性关系，相关系数分别为0.998、0.997、0.997、0.995和0.997。相对标准偏差在1.64％～1.78％范围，5种目标物的检测限在0.014～0.055μg/L的范围内。表明该方法具有良好的重现性，可用于环境水样中痕量多环芳烃的分析检测。

实施例4实际应用评价实验

为了评估该方法在环境水分析中的可行性，对四个不同的天然水样本进行了采样并用于评估。

水样的收集：收集了奥林匹克公园、玉渊潭公园、滨河公园、青年湖公园等四个不同地方的湖水及废水样本，以验证方法。取样后，水样都通过0.45mm的滤膜过滤，储存在4℃下使用。在本发明实施例2的最佳检测条件下，利用本发明实施例1制备的MNPs@G3.0@4-MBA进行磁性固相萃取。结果如表3和图6所示。

图6为利用MNPs@G3.0@4-MBA针对奥林匹克公园水样进行磁性固相萃取特征色谱图，图6中的曲线a表示空白水样，曲线b表示加标浓度5μg/L，曲线c表示加标浓度10μg/L。

表3：

注：a三次确定的平均值，b三次确定的标准偏差，c未检测到。

结果表明，在四个水样中均未检测到PHE，ANT，FLT，PYR和BaP。此外，通过分析了加标浓度为5μg/L和10μg/L的水样品。表3中提供了空白水样和加标水样的实验结果。从表3中可以看出，回收率范围为92.2％～98.6％，相对标准偏差低于2.2％。这些实验结果表明，本发明的对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料可成功应用于实际水样中多环芳烃的分析。

将该方法与水基质中PAHs的其他现有的检测方法进行了比较，实验结果如下表4所示。

表4：

由表4可以看出：与其他方法相比，本发明采用的对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料进行检测，其方法的灵敏度和重现性与现有报告中的相似或更好，且本发明所提出的方法具有操作简便，成本低，环境友好和稳定性好等优点。

Claims (10)

1.一种对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料的制备方法，其包括以下步骤：

铁盐与氨水混合加热反应得到磁性纳米粒子；

磁性纳米粒子进行氨基修饰获得氨基修饰的磁性纳米粒子；

氨基修饰的磁性纳米粒子进行n代PAMAM接枝，获得不同代数的PAMAM树枝状聚合物接枝的磁性纳米粒子；

利用N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐对对巯基苯甲酸进行活化，活化后的产物与PAMAM树枝状聚合物接枝的磁性纳米粒子进行反应，反应的产物磁分离并清洗干燥后得到对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料；

其中，n的取值为1，2或3。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述铁盐与所述氨水的用量比为(6～10)g：(12～25)mL；

优选地，所述铁盐包括氯化铁和/或硫酸铁；

优选地，铁盐先配制成铁盐的水溶液后，于水溶液中逐滴加入氨水进行加热搅拌反应，反应是在氮气氛围下进行，反应的温度为50～90℃，反应时间为20～60min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，磁性纳米粒子进行氨基修饰的方法包括：

将磁性纳米粒子分散于乙醇中，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷进行加热搅拌反应，反应后采用磁铁收集产物，干燥后得到氨基修饰的磁性纳米粒子。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述磁性纳米粒子与所述3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量比为(1～3)g：(5～20)mL；

优选地，氨基修饰过程是在氮气氛围下进行，加热反应的温度为40～70℃，搅拌反应的时间为4～24h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，氨基修饰的磁性纳米粒子进行n代PAMAM接枝的过程包括：

将氨基修饰的磁性纳米粒子分散于甲醇中，然后加入丙烯酸甲酯进行搅拌反应，反应产物磁分离后清洗后分散于甲醇中，接着再加入乙二胺进行搅拌反应，反应的产物磁分离后清洗干燥后得到PAMAM树枝状聚合物1代接枝的磁性纳米粒子；

可选地，当n取值为2时，重复上述1代接枝过程1次，获得PAMAM树枝状聚合物2代接枝的磁性纳米粒子；当n取值为3时，重复上述1代接枝过程2次，获得PAMAM树枝状聚合物3代接枝的磁性纳米粒子。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，氨基修饰的磁性纳米粒子、丙烯酸甲酯、乙二胺的用量比为(2～4)g：(12～30)mL：(13～30)mL；

优选地，PAMAM接枝的过程是在氮气氛围下室温超声搅拌进行，加入丙烯酸甲酯后的反应时间为3～12h；加入乙二胺后的反应时间为2～6h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，利用N-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐对对巯基苯甲酸进行活化的过程包括：

将N-羟基丁二酰亚胺和对巯基苯甲酸溶于水中形成悬浊液，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶于水中形成溶液，然后加入到悬浊液中进行搅拌反应，得到活化后的溶液；

优选地，活化过程中的反应温度为-2～5℃，搅拌反应时间为0.5～3h；

优选地，向活化后的溶液中加入PAMAM树枝状聚合物接枝的磁性纳米粒子进行搅拌反应，反应时间为1～8d，反应温度为室温；

优选地，PAMAM树枝状聚合物接枝的磁性纳米粒子先分散于甲醇溶液中后再加入到活化后的溶液中进行反应；

优选地，所述N-羟基丁二酰亚胺、所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、所述对巯基苯甲酸和所述PAMAM树枝状聚合物接枝的磁性纳米粒子的质量比为(0.1～0.5)：(0.1～0.6)：(0.12～0.55)：(0.15～0.6)。

8.权利要求1～7任一项所述制备方法制备获得的对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料。

9.权利要求8所述对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料作为固相萃取吸附剂在磁性固相萃取检测环境水样中的多环芳烃中的应用。

10.一种磁性固相萃取检测环境水样中的多环芳烃的方法，其包括如下步骤：

将权利要求8所述的对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料作为固相萃取吸附剂分散于含有多环芳烃的待测样品溶液中，控制溶液pH为中性，恒温振荡反应后，通过外加磁场分离固相萃取吸附剂，利用乙腈洗脱固相萃取吸附剂上的多环芳烃，并通过高效液相色谱对多环芳烃进行检测；

优选地，所述对巯基苯甲酸修饰的磁性PAMAM树枝状聚合物材料与待测样品溶液的用量比为(40～120)mg：(40～70)mL；

优选地，进行固相萃取的温度为15～35℃，恒温振荡的速度为100～300rpm，时间为30～90min。

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