CN114891230B - 一种功能化mof材料、制备方法及其作为固相萃取吸附剂的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功能化MOF材料、制备方法及其作为固相萃取吸附剂的应用。本发明以功能化金属有机框架材料为固相萃取吸附剂，制备固相萃取滤膜，采用液相色谱技术，建立用于分析水中痕量生物毒性污染物的新方法。通过对吸附剂的性能进行调控，并对吸附剂的性能进行研究和优化，建立固相萃取液相色谱分析方法。以固相萃取滤膜的应用方式为例，在优化的条件下，方法的线性范围为10‑1000ng/mL，检出限为10ng/mL，单次样品消耗量5mL，单个固相萃取装置中吸附剂用量小于5mg。将本方法应用于不同的水样品的分析，表现优良。

Description

一种功能化MOF材料、制备方法及其作为固相萃取吸附剂的 应用

技术领域

本发明属于固相萃取(SPE)材料技术领域，特别是功能化金属有机框架(MOF)材料技术领域，具体涉及一种功能化MOF材料的制备方法、基于所述制备方法得到的功能化MOF材料，本发明还提供了将功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂用于富集和分析生物毒性化合物的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，由于各种病毒(如EBOLA,SARS-COV-2,H1N1,COVID-19等)导致的大规模流行性疾病肆意横行，大量抗病毒药物在全世界范围内被不断研究、生产或者使用。与之相关的各种化合物，包括原料、中间体、原型药、代谢产物等，被以各种途径释放到环境中，导致在环境中甚至生物体内累积，产生生物毒性作用。对此类具有生物毒性的化合物开发高灵敏的检测方法和高效的降解方法具有重要的意义。在众多方法中，基于吸附技术的样品前处理方法能够选择性富集目标分子、去除基质效应，从而与多种检测分析技术(如液相色谱等)兼容，因此备受关注。环境污染物，特别是前述具有生物毒性化合物的种类日新月异，结构多样且不断变化，商品化的吸附剂种类较为单一，更新换代滞后，因此，针对生物毒性化合物开发高效吸附性能的新型吸附剂，并用于环境分析或处理的工作中，具有重要的研究价值。

金属有机框架(MOF)材料，是由金属离子或团簇与桥连配体制备的，具有网络结构、多级孔径分布、可观的比表面积、可调控的化学组成等优点，被广泛用于新型吸附剂、催化剂等研究领域。通过物理吸附或者化学键合等方法，具有识别作用的各种功能单元可以被连接到MOF上。而MOF本身结构中的金属离子和侨联配体，也能提供一定吸附作用，通过设计或者筛选，在不外接其他功能单元的情况下，也能用MOF制备出性能优良的吸附剂。针对前述具有生物毒性的化合物，通过对MOF结构中的金属离子、配体进行筛选，调节MOF的吸附作用、孔径分布等结构特征，有望制备出性能优良的吸附剂，用于高效富集生物毒性化合物，结合现有仪器分析技术，建立高效灵敏的分析方法。

膜过滤，通过调整膜的通透性和选择性，可以实现对多种分子进行高效分离的一种现代分离技术。可以直接将吸附剂通过筛板等固定在装置的过滤区，也可以将吸附剂以一定方式负载在载体材料上形成过滤膜。常见的载体材料有滤纸、纤维滤膜、多孔玻璃等。其中，滤纸由于具有宽泛的孔径分布、修饰方法的多样化、可变形性和可图案化、价格便宜等特点，被广泛用于各种吸附剂的载体材料，制备多种固相萃取(SPE)滤膜，建立分析方法。

发明内容

本发明以功能化金属有机框架材料为固相萃取吸附剂，制备固相萃取滤膜，采用液相色谱(LC)技术，建立用于分析水中痕量生物毒性污染物的新方法。通过对吸附剂的性能进行调控，并对吸附剂的性能进行研究和优化，建立SPE-LC分析方法。以固相萃取滤膜的应用方式为例，在优化的条件下，方法的线性范围为10-1000ng/mL，检出限为10ng/mL，单次样品消耗量5mL，吸附剂用量为3mg/SPE装置，无需质谱检测器，采用常用的紫外可见光谱检测器即可。将本方法应用于不同的水样品的分析，表现优良。

基于上述技术效果，本发明提供以下技术方案：

本发明第一方面，提供一种功能化MOF材料的制备方法，所述制备方法如下：在甲醇和丙三醇的混合溶剂中，将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、1,3,5-三(对-咪唑基苯基)苯和1-烯丙基咪唑混均，向上述混合溶液中快速加入Ni(NO₃)₂·6H₂O，充分搅拌后反应一段时间，之后收集反应体系中产生的沉淀物即得。

上述混合溶液中，以甲醇和丙三醇的混合溶液作为溶剂，再加入聚乙烯吡咯烷酮(固体粉末)、1,3,5-三(对-咪唑基苯基)苯(固体粉末)、1-烯丙基咪唑(液体试剂)进行混均。

优选的，所述聚乙烯吡咯烷酮与混合溶剂的比例为，聚乙烯吡咯烷酮：甲醇：丙三醇＝2～6g：40～60mL：20～60mL；先将甲醇与丙三醇混合，搅拌均匀，再将聚乙烯吡咯烷酮加入甲醇及丙三醇的混合溶剂中，加热搅拌至溶解。

优选的，所述1,3,5-三(对-咪唑基苯基)苯和1-烯丙基咪唑的摩尔比为4～6：1～3；具体的实施方式中，所述1,3,5-三(对-咪唑基苯基)苯的物质的量为0.4～0.6mmol，1-烯丙基咪唑的物质的量为0.1～0.3mmol。

优选的，从所述甲醇和丙三醇的混合溶剂中，预留出一定体积(2-10mL)的甲醇，用于先溶解1-烯丙基咪唑再将其加入。

上述制备方法中，为了提高Ni(NO₃)₂·6H₂O的溶解效率，从所述甲醇和丙三醇的混合溶剂中，预留出一定体积(2-10mL)的甲醇用于先溶解Ni(NO₃)₂·6H₂O再将其快速加入，然后通过搅拌使其充分分散；进一步的，Ni(NO₃)₂·6H₂O加入混合溶液后，室温放置进行反应，反应时间为2～28h，进一步的，反应时间为2～24h。

上述制备方法中，通过离心方式收集所述沉淀物，在离心之间先加入饱和NaNO₃溶液提高离心效率，饱和NaNO₃溶液的体积以能够有效离心为上限，优选为5-10mL；优选的离心参数为12000～16000rpm，离心时间为5-10min；进一步的，离心分离得到沉淀物后还包括对沉淀物进行洗涤的步骤，所述洗涤方式如下：依次采用甲醇/水混合清洗液、甲醇对上述沉淀物进行清洗，干燥后即为所述功能化MOF材料；上述清洗步骤中，所述甲醇/水混合清洗液中甲醇和水的体积比，在3：1-7：1之间均可，主要清洗目的在于去除反应体系中除功能化MOF材料之外的杂质，如残留的反应物、多余的硝酸钠等，之后采用100％甲醇清洗，主要目的还包括去除残留的水，加快干燥。

本发明第二方面，提供第一方面所述制备方法得到的功能化MOF材料。

本发明针对上述方法制备的功能化MOF材料进行了相应的表征，所述功能化MOF材料具有碳碳双键基团，能够通过自由基反应修饰到含有碳碳双键基团修饰的滤纸上，所述功能化MOF材料为直径0.8～2.0μm的圆盘状，所述圆盘厚度为60nm～150nm，所述功能化MOF材料还具有良好的热稳定性。进一步的，经本发明验证，上述功能化MOF材料对水溶液中生物毒性化合物具有良好的吸附效果，有望作为一种水处理剂或富集材料，应用于水质监测领域。本发明进一步的验证表明，上述功能化MOF材料对与具有电负性强的结构(如含有类嘌呤的母核结构的化合物等)具有更为突出的吸附效果。

本发明第三方面，提供所述功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂的应用。

本发明优选的实施方式中，所述功能化MOF材料作为生物毒性化合物吸附剂的应用的方式为固相萃取，所述的生物毒性化合物为具有类嘌呤的母核结构；本发明验证可行的实施方式中，所述生物毒性化合物为法匹拉韦、3-羟基吡嗪-2-甲酰胺、6-氯-3-氧代-3,4-二氢吡嗪-2-甲酰胺、6-溴-3-羟基吡嗪-2-甲酰胺、泛昔洛韦、更昔洛韦、阿昔洛韦中的一种或几种；更进一步的，所述生物毒性化合物为法匹拉韦、6-氯-3-氧代-3,4-二氢吡嗪-2-甲酰胺、6-溴-3-羟基吡嗪-2-甲酰胺、泛昔洛韦中的一种或几种。根据结构相似性质相近的原则，与上述化合物具有类似结构，特别是具有类似或者相近的母核结构的，理论上都能够被本发明的吸附剂吸附，只是吸附率因具体结构不同有所差别。本发明仅以上述化合物为测试对象说明吸附剂的性能，不影响拓展到其他具有类似结构的化合物。

进一步的，所述固相萃取的方式包括但不限于将功能化MOF材料装填至固相萃取小柱中作为固相萃取柱使用、将所述功能化MOF材料负载至相应的载体材料上获得一种固相萃取滤膜。

进一步的，所述载体材料包括但不限于滤纸、纤维滤膜、多孔玻璃中的一种。本发明提供的一种实施方式中，所述功能化MOF材料修饰至功能化的滤纸上，成为一种功能化MOF滤膜，能够通过膜过滤的方式实现固相萃取，所述功能化MOF滤膜的制备方法如下：将滤纸置于碱液中浸泡一段时间，用水清洗浸泡后的滤纸至pH接近中性后用甲醇清洗去除残留的水，再将其放入γ-MAPS的甲醇溶液中浸泡一段时间，用甲醇清洗并干燥后得到功能化的滤纸；将所述功能化的MOF材料与热引发剂加入到分散剂中充分分散，将分散后的反应液滴加至功能化的滤纸上，待滤纸充分吸收反应液后，通过加热方式引发反应即得。

上述实施方式中，所述碱液浓度为0.8～1.2mol/L，滤纸在室温条件下浸泡，浸泡时间为2h以上，优选的方案中，所述浸泡时间为10～14h；具体实施方式中，所述碱液采用NaOH溶液，碱液的体积根据需要浸泡的滤纸的数量而定，以能够充分浸没滤纸为下限。

上述实施方式中，所述γ-MAPS的甲醇溶液的体积分数为20～80％，清洗后的滤纸加入γ-MAPS的甲醇溶液中在室温条件下浸泡，浸泡时间为10～14h；浸泡后的滤纸采用甲醇进行清洗并烘干。上述浸泡过程中，浸泡时间应当随着γ-MAPS的浓度提高适当缩短，所需γ-MAPS的甲醇溶液的体积根据需要浸泡的滤纸的数量而定，以能够充分浸没滤纸为下限。

上述实施方式中，所述热引发剂包括但不限于2,2'偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)，所述功能化MOF材料与AIBN的质量比为2～4：5～12；所述分散剂包括但不限于DMF和乙二醇的混合溶剂，所述DMF和乙二醇的混合溶液的总体积为400-600μL，DMF与乙二醇的体积比为40～50：3～7；将功能化MOF材料与AIBN加入上述混合溶液后，通过超声分散均匀。

上述实施方式中，所述加热方式包括烘箱加热、微波加热等方式，所述烘箱加热的条件为加热温度为60-80℃，加热3-6h，所述微波加热的条件为微波反应的功率为800～1200w，反应温度为75～85℃，反应时间为25～35min。

上述实施方式中，加热反应后得到的滤膜采用甲醇进行清洗后密封保存。

上述实施方式中，所述功能化MOF滤膜的使用方式如下：将功能化MOF滤膜夹在PTFE滤纸中，并放入过滤器中进行固定，使用前采用甲醇活化，使用时将待分析样品以一定流速缓慢通过滤膜进行过滤，即可将样品中的生物毒性化合物吸附，然后通过洗脱剂将吸附的生物毒性化合物洗脱下来，通过对洗脱液进行浓缩、复溶等步骤处理后，结合液相色谱进行分析。

另外，本发明验证的实施方式中，上述功能化MOF滤膜应用于水样中生物毒性化合物的吸附，所述水样不限于自然环境、生活污水或相关生产单位排放的水源；具体实例如，泉水、自来水、桶装水、池塘水等。

以上一个或多个技术方案的有益效果是：

本发明提供的上述功能化MOF材料对于生物毒性化合物具有良好的吸附效果，可以实现不同水样中痕量生物毒性化合物的富集、去除水体基质效应，结合仪器分析方法可以实现对生物毒性化合物的高灵敏检测，以高效液相色谱(配备紫外可见光谱检测器)为例，检测灵敏度达到ng级别，应用于生活、医院环境的污水监测，药物生产企业的污水排放等领域具有重要的应用前景。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为所述功能化MOF材料中金属离子筛选的结果；

图2为功能化MOF的扫描电镜(SEM)表征图；

图3为功能化MOF的光电子能谱(XPS)表征图；

图4为功能化MOF的X射线衍射(XRD)表征图；

图5为功能化MOF的热分析表征图(热重TG，差示扫描量热DSC)；

图6为滤膜的扫描电镜图；

其中，图6A为普通滤纸，图6B为功能化MOF修饰的滤纸；

图7为滤膜的选择性测试结果，横坐标为时间，纵坐标为信号强度，插图的柱状图为各化合物对应的吸附率：

其中，图7A为测试化合物1-5，图7B为测试化合物6-8(纵坐标信号强度为从光谱扫描中提取的最佳信号)；

图8为不同修饰的滤纸对混合样品的吸附情况，纵坐标为吸附率；

图9为滤膜的吸附性能，纵坐标为吸附率；

其中，图9A为不同溶剂中的滤膜的吸附效果；图9B为样品中的盐浓度不同时，滤膜的吸附效果；图9C为不同pH下滤膜的吸附效果；

图10为分析自来水样品的色谱图，其中横坐标为时间，纵坐标为信号强度；

图11为本发明材料制备与应用的示意图；

图12美国食品药品监督管理局(FDA)批准的抗病毒药物的结构示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

1.1仪器与试剂

1,3,5-三(对-咪唑基苯基)苯(纯度>95％，上海楷树化学科技有限公司)，1-烯丙基咪唑、2,2'偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(γ-MAPS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K30,平均分子量＝40,000)均购自于梯希爱(上海)化成工业发展有限公司。法匹拉韦(259793-96-9，本发明中标注为化合物3)、3-羟基吡嗪-2-甲酰胺(55321-99-8，化合物1)、2-氨基-吡嗪(5049-61-6，化合物2)购自于上海皓鸿生物医药科技有限公司，6-氯-3-氧代-3,4-二氢吡嗪-2-甲酰胺(259793-90-3，化合物4)、6-溴-3-羟基吡嗪-2-甲酰胺(259793-88-9，化合物5)、泛昔洛韦(104227-87-4，化合物8)、更昔洛韦(82410-32-0，化合物6)、阿昔洛韦(59277-89-3，化合物7)购自于上海毕得医药科技股份有限公司。甲醇、二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈、甲酸均为色谱纯，丙三醇、乙二醇、Ni(NO₃)₂·6H₂O、Co(NO₃)₂·6H₂O,Zn(NO₃)₂·6H₂O,Cd(NO₃)₂·4H₂O,Cu(NO₃)₂·3H₂O、NaNO₃,KH₂PO₄为分析纯，多孔滤膜(PTFE,0.22μm,直径＝25mm)、针式过滤器(内径＝25mm，滤膜可更换)、色谱级滤纸(Whatman)均购自于济南试剂公司。

固相萃取装置(天津赛普瑞实验设备有限公司)，微波反应器(北京祥鹄科技发展有限公司)，液相色谱仪(Thermo Ultimate3000)，色谱柱为(Agilent,ZORBAX EclipsePlus C18,3×100mm,1.8μm)。液相色谱设定(1)：柱温箱：30℃；流速：0.3mL/min；进样体积为10μL；流动相：A-乙腈，B-20mmol/L KH₂PO₄水溶液，流动相设定：A:B＝10：90；检测波长为230nm，根据需要可开启光谱扫描功能。液相色谱设定(2)：柱温箱：30℃；流速：0.3mL/min；进样体积为10μL；流动相：A-乙腈，B-20mmol/L KH₂PO₄水溶液，流动相梯度设定(以A的体积分数A％为例)：1％-5％@0-8min,5％-40％@8-8.1min,40％@8.1-13min,40％-1％@13-13.1min,1％@13.1-15min；检测波长为230nm，根据需要可开启光谱扫描功能。液相色谱设定(3)：柱温箱：30℃；流速：0.4mL/min；进样体积为10μL(样品为乙腈配制时，进样体积为1μL)；流动相：A-乙腈，B-20mmol/LKH₂PO₄水溶液，梯度设定(以A的体积分数A％为例)：5％-40％@0-6min,40％-5％@6-6.1min,5％@6.1-8min；检测波长为230nm，根据需要可开启光谱扫描功能。

1.2固相萃取滤膜的制备与安装

功能化MOF的制备：取5g的PVP加入50mL甲醇和30mL丙三醇的混合溶液中，加热搅拌至溶解；加入0.5mmol的1,3,5-三(对-咪唑基苯基)苯和0.2mmol的1-烯丙基咪唑(溶于10mL甲醇中)，搅拌至溶解，冷却至室温；用10mL甲醇溶解0.1mmol的Ni(NO₃)₂·6H₂O，快速加入到上述溶液中，搅拌2-5min使充分溶解，停止搅拌，室温放置24h。反应结束后，向溶液中加入10mL饱和NaNO₃水溶液辅助离心，通过离心(14000rpm,5-10min)收集沉淀物，依次用甲醇/水混合清洗液(甲醇和水体积比为6：1)、甲醇清洗上述沉淀物，最后烘干即得到功能化MOF材料。

功能化MOF滤膜的制备与安装：制备：将滤纸裁剪成直径25mm的圆形，放入1mol/L的NaOH水溶液中室温浸泡12h，结束后用水反复清洗直至pH接近7；然后放入40％(v/v)的γ-MAPS的甲醇溶液中室温浸泡12h，结束后用甲醇清洗后烘干得到功能化的滤纸。称取3mg的前述MOF材料和10mg的AIBN，加入到450μL的DMF和50μL乙二醇的混合溶剂中，超声至分散均匀；将分散好的反应液滴加到3张重叠放置的功能化的滤纸上，充分吸收反应液后，放入微波反应器中，功率1000w并控制温度80℃，反应30min；结束后用甲醇清洗制备好的滤膜，密封保存。安装：在滤膜上下各放置1张PTFE多孔滤纸，然后将其全部放入针式过滤器中安装固定。将针式过滤器的上端与注射器相连，将针式过滤器的下端通过限流阀与固相萃取装置相连。在使用之前，需用5mL的甲醇活化。

1.3功能化MOF滤膜的性能测评

活化：5mL的甲醇以一定流速缓慢冲洗安装好的注射器和功能化MOF滤膜，并抽干过滤装置内溶液；上样：取5mL的测试样品装入注射器内，打开固相萃取装置的真空泵，使样品以一定的流速缓慢流过功能化MOF滤膜，抽干过滤装置内的样品溶液；分析：收集滤液，通过液相色谱分析测试样品在过滤前后中成分的变化，计算各成分减少的百分比(即吸附率)，用于评价滤膜的吸附性能。测试样品根据不同需要分别为化合物3溶液、化合物1-5混合溶液、化合物6-8混合溶液、化合物3、4、5、8混合溶液，分别用甲醇溶解配制成2mg/mL溶液，再用水稀释至所需浓度，其中化合物6和7用甲醇/水(体积比为1：1)配制成0.5mg/mL溶液，再用水稀释至所需浓度。

1.4固相萃取

活化：5mL的甲醇以一定流速缓慢冲洗安装好的注射器和功能化MOF滤膜，并抽干过滤装置内溶液；上样：取5mL的实际水样装入注射器内，打开固相萃取装置的真空泵，使样品以一定的流速缓慢流过功能化MOF滤膜，抽干过滤装置内的样品溶液；洗脱：取5mL甲醇(含1％甲酸，v/v)装入注射器，打开固相萃取装置的真空泵，使洗脱液以一定的流速缓慢流过功能化MOF滤膜，同时收集洗脱液，抽干过滤装置内的洗脱液；浓缩与分析：采用氮气吹干洗脱液，用250μL的5％(v/v)甲醇水溶液重新溶解，然后用高效液相色谱进行分析。后处理：使用完毕后，立即用5mL甲醇冲洗功能化MOF滤膜，然后密封保存。

1.5水样的采集

池塘水取自山东省分析测试中心后院，泉水取自济南当地黑虎泉，自来水取自山东省分析测试中心实验室，桶装饮用水购自当地市场。池塘水使用前用0.22微米滤膜过滤，其他水样均直接用于样品分析，无需过滤，所用水样密封保存。

2、结果与分析

2.1功能化MOF与滤膜的性能研究与表征

亲和性的筛选：在相同的反应体系中，使用0.1mmol的不同金属离子的硝酸盐，制备不同金属离子的功能化MOF材料和功能化MOF滤膜，以化合物3为测试样品，将测试样品用功能化MOF滤膜过滤1次，液相色谱分析(采用液相色谱设定(1)的条件)过滤前后样品浓度的变化，计算对化合物3的吸附率(即样品中化合物3浓度降低的百分比)，比较不同金属离子(Co²⁺,Ni²⁺,Cu²⁺,Zn²⁺和Cd²⁺)制备的功能MOF材料的吸附性能，筛选结果如附图1所示，镍离子效果最好，以下选取镍离子继续进行测试。

结构表征：所制备的功能化MOF材料为圆盘状(扫描电镜图如图2所示)，其圆盘的直径在0.8-2.0μm之间，平均为1.45±0.29μm，厚度约为103.2±44.3nm。其能谱数据如表1所示：

表1功能化MOF的能谱数据

并通过X射线光电子能谱分析(XPS)进一步验证其组成元素(如图3)，证明其由金属离子(Ni元素)和配体(特征为C和N元素)组成。所制备的功能化MOF材料的比表面积经过BET方法测定为14.89m²/g。通过X射线衍射(XRD)方法表征所制备的功能化MOF材料具有一定的晶体特征(如图4)。通过热分析(热重TG，差示扫描量热DSC)表明所制备的功能化MOF材料具有良好的热稳定性(如图5)。由扫描电镜观察(见图6)可知，对比滤纸修饰功能化MOF材料前后，所制备的功能化MOF材料能够通过自由基反应成功修饰到滤纸表面，说明功能化MOF材料已经被成功修饰碳碳双键反应基团。

选择性测试：分别测试2组化合物混合溶液(甲醇溶解后用水稀释至20μg/mL)：第一组为化合物1、2、3、4、5(均为化合物3法匹拉韦的结构类似物，除化合物3法匹拉韦为潜在的抗COVID-19药物，均具有类似的母核结构，该母核结构为类嘌呤结构)，采用液相色谱设定(1)的条件分析；第二组为化合物6、7、8(均为抗病毒药物，具有类嘌呤母核的化合物)，采用液相色谱设定(2)的条件分析。测试结果如图7，对于化合物1-5的混合样品，萃取膜对于其中的化合物1、3-5均有较好的吸附效果，其中对于化合物3-5的吸附率大于20％；对于化合物6-8，萃取膜均能够有较好的吸附效果，吸附率均大于10％，其中对于化合物8的吸附率大于40％。以上结果说明萃取膜对于具有类嘌呤结构的化合物具有一定的选择性吸附能力，此类结构的化合物在环境中累积，具有生物毒性，因此，本发明的萃取膜能够用于富集和分析环境中具有生物毒性的化合物。

影响因素：选取化合物3、4、5、8混合溶液为测试样品(上述化合物的吸附率较高，方便建立高灵敏、低样品用量的分析方法)研究萃取膜的影响因素，采用液相色谱设定(3)的条件分析，以空白滤纸、修饰双键的滤纸为对照，MOF材料修饰的滤纸对混合样品具有较好的吸附性能(如图8)，证明MOF材料提供了吸附作用。进一步考察各影响因素对吸附性能的影响(如图9)，所制备的MOF吸附剂在水溶液中的吸附性能优于有机溶剂，其吸附性能受盐浓度影响较大，在中性和碱性溶液中能保持较好的吸附性能，在酸性溶液中吸附较差，即酸性溶液可用于洗脱剂使用。

2.2方法学参数

选取化合物3、4、5、8为分析对象，采用固相萃取条件进行萃取，并采用液相色谱设定(3)的条件分析，建立SPE-LC分析方法，方法的线性范围为10-1000ng/mL，相关系数R²大于0.99。以信噪比>3计,4种目标化合物的检出限为10ng/mL。具体如表2。

表2方法学参数

*定量检出限为50ng/mL，满足信噪比>10.

2.3实际样品分析

选取池塘水、自来水、泉水和桶装饮用水作为实际样品基质，分别向其中添加0ng/mL、50ng/mL、500ng/mL的化合物3、4、5、8，采用前述的方法进行分析，在所用样品中均未检测出所添加的化合物，方法具有较好的回收率，具体数据见表3。与商品化吸附剂对比，具有样品消耗量小、吸附剂用量少、无需质谱检测器等优点(见表4)。另外，以自来水样品为例(色谱图如图10)，除了目标化合物3、4、5、8之外，还能够看到萃取膜能够从样品中吸附其他结构的化合物，除了上述4个化合物之外还有其他色谱峰的出现，由于未采用质谱等其他检测手段，未知化合物没有鉴别准确结构信息，但能够说明本发明的吸附剂能够吸附的化合物不限于本发明所列举的。

表3实际样品分析情况

/>

a添加50ng/mL，b添加500ng/mL

表4本实施例方法与商品化吸附剂的对比

/>

2.4结论

本发明以功能化金属有机框架材料为固相萃取吸附剂，制备固相萃取滤膜，并采用液相色谱技术，建立用于分析水中痕量生物毒性污染物的新方法(发明材料制备与应用示意图如图11)。以固相萃取滤膜的应用方式为例，方法的线性范围为10-1000ng/mL，检出限为10ng/mL，单次样品消耗量5mL，吸附剂用量为3mg/SPE装置，且无需采用昂贵的质谱检测器分析，采用常用的紫外可见光谱检测器即可，检测限与质谱分析相当。将本方法应用于不同的水样品的分析，表现优良。该方法前处理过程简单快速，操作安全，且方法灵敏度高，结果可靠满足检测要求，可实现环境样品中抗病毒药物及其结构类似物等具有生物毒性的化合物的快速分析，如美国食品药品监督管理局(FDA)已经批准的抗病毒药物结构中大部分含有与本发明中吸附对象相同或者类似的结构(即类嘌呤的母核结构，如图12所示，引用自文献Journal of Biomolecular Structure&Dynamics,39(2021)3204-3212.)。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种功能化MOF材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：在甲醇和丙三醇的混合溶剂中，将聚乙烯吡咯烷酮、1,3,5-三（对-咪唑基苯基）苯和1-烯丙基咪唑溶液混均，向上述混合溶液中快速加入Ni(NO₃)₂·6H₂O充分搅拌后反应一段时间，之后收集反应体系中产生的沉淀物即得；

所述制备方法中，通过离心方式收集所述沉淀物，在离心之间先加入饱和NaNO₃溶液，饱和NaNO₃溶液体积为5-10mL；

离心参数为12000~16000rpm，离心时间为5-10min；

离心分离得到沉淀物后还包括对沉淀物进行洗涤的步骤，所述洗涤方式如下：依次采用甲醇/水混合清洗液、甲醇对上述沉淀物进行清洗，干燥后即为所述功能化MOF材料；上述清洗步骤中，所述甲醇/水混合清洗液中甲醇和水的体积为在3：1-7：1之间；

以甲醇和丙三醇的混合溶液作为溶剂，加入聚乙烯吡咯烷酮、1,3,5-三（对-咪唑基苯基）苯、1-烯丙基咪唑进行混均；

所述1,3,5-三（对-咪唑基苯基）苯和1-烯丙基咪唑的摩尔比为4~6：1~3；所述1,3,5-三（对-咪唑基苯基）苯的物质的量为0.4~0.6mmol，1-烯丙基咪唑的物质的量为0.1~0.3mmol。

2.如权利要求1所述功能化MOF材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮与混合溶剂的比例为，聚乙烯吡咯烷酮：甲醇：丙三醇=2~6g：40~60mL：20~60mL；将聚乙烯吡咯烷酮加入甲醇及丙三醇的混合溶剂中，加热搅拌至溶解。

3.如权利要求1所述功能化MOF材料的制备方法，其特征在于， Ni(NO₃)₂·6H₂O加入混合溶液后，室温放置进行反应，反应时间为2~28h。

4.如权利要求3所述功能化MOF材料的制备方法，其特征在于，Ni(NO₃)₂·6H₂O加入混合溶液后，室温放置进行反应，反应时间为2~24h。

5.一种功能化MOF材料，其特征在于，所述功能化MOF材料按照权利要求1-4任一项的制备方法所制备。

6.如权利要求5所述功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂的应用，其特征在于，所述固相萃取吸附剂用于生物毒性化合物的富集，所述生物毒性化合物具有类嘌呤的母核结构。

7.如权利要求6所述功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂的应用，其特征在于，所述生物毒性化合物为法匹拉韦、3-羟基吡嗪-2-甲酰胺、6-氯-3-氧代-3,4-二氢吡嗪-2-甲酰胺、6-溴-3-羟基吡嗪-2-甲酰胺、泛昔洛韦、更昔洛韦、阿昔洛韦中的一种或几种。

8.如权利要求7所述功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂的应用，其特征在于，所述生物毒性化合物为法匹拉韦、6-氯-3-氧代-3,4-二氢吡嗪-2-甲酰胺、6-溴-3-羟基吡嗪-2-甲酰胺、泛昔洛韦中的一种或几种。

9.如权利要求7所述功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂的应用，其特征在于，所述生物毒性化合物的样品来源为自然环境、生活污水或相关生产单位排放的水源。

10.如权利要求6所述功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂的应用，其特征在于，所述固相萃取的方式包括将功能化MOF材料装填至固相萃取小柱中作为固相萃取柱使用、将所述功能化MOF材料负载至载体材料上获得一种固相萃取滤膜使用。

11.如权利要求10所述功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂的应用，其特征在于，所述载体材料为滤纸、纤维滤膜、多孔玻璃中的一种。

12.如权利要求10所述功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂的应用，其特征在于，所述固相萃取滤膜的制备方法如下：将滤纸置于碱液中浸泡10~14h，用水清洗浸泡后的滤纸至pH中性后用甲醇清洗去除残留的水，再将其放入γ-MAPS的甲醇溶液中浸泡10~14h，用甲醇清洗并干燥后得到功能化的滤纸；将所述功能化的MOF材料与热引发剂加入到分散剂中充分分散，将分散后的反应液滴加至功能化的滤纸上，待滤纸充分吸收反应液后，通过加热方式引发反应即得功能化MOF滤膜。

13.如权利要求12所述功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂的应用，其特征在于，所述功能化MOF滤膜的使用方式如下：将功能化MOF滤膜夹在PTFE滤纸中，并放入过滤器中进行固定，使用前采用甲醇活化，使用时将待分析样品以一定流速缓慢通过滤膜进行过滤，将样品中的生物毒性化合物吸附，然后通过洗脱剂将吸附的生物毒性化合物洗脱下来，通过对洗脱液进行浓缩、复溶步骤处理后，结合液相色谱进行分析。

14.如权利要求12所述功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂的应用，其特征在于，所述碱液浓度为0.8~1.2mol/L，滤纸在室温条件下浸泡，浸泡时间为10~14h；所述碱液采用NaOH溶液。

15.如权利要求12所述功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂的应用，其特征在于，所述γ-MAPS的甲醇溶液的体积分数为35~45%，清洗后的滤纸加入γ-MAPS的甲醇溶液中在室温条件下浸泡，浸泡时间为10~14h；浸泡后的滤纸采用甲醇进行清洗并烘干。

16.如权利要求12所述功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂的应用，其特征在于，所述热引发剂为2,2’偶氮二（2-甲基丙腈），所述功能化MOF材料与2,2’偶氮二（2-甲基丙腈）的质量比为2~4：8~12；所述分散剂为DMF和乙二醇的混合溶液，DMF与乙二醇的体积比为40~50：3~7。

17.如权利要求12所述功能化MOF材料作为固相萃取吸附剂的应用，其特征在于，所述加热方式为烘箱加热或微波加热，所述烘箱加热的条件为加热温度为60-80℃，加热3-6h，所述微波加热的条件为微波反应的功率为800~1200w，反应温度为75~85℃，反应时间为25~35min。

Images