CN116099519A - 一种磁性固相萃取材料、其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磁性固相萃取材料的制备方法，包括以下步骤：A)在二氧化硅包覆的Fe3O4纳米磁性颗粒表面键合含双键的硅烷，得到双键功能化的磁性纳米粒子；B)将含二乙烯基苯在内的物料与所述双键功能化的磁性纳米粒子通过悬浮聚合合成聚合物包覆的磁性微球；C)通过傅‑克反应在所述聚合物包覆磁性微球表面接枝羧基基团；D)通过羧基活化的方法在接枝有羧基基团的磁性微球表面偶联含有氨基的化合物，得到磁性固相萃取材料。本发明的制备方法具备可控性和灵活性，适合规模化稳定生产；所形成的弥散结构磁性固相萃取材料不仅选择性可调，而且分散性好、比表面积大、吸附容量高。本发明还提供了一种磁性固相萃取材料及应用。

Description

一种磁性固相萃取材料、其制备方法及应用
技术领域
本发明属于固相萃取技术领域，尤其涉及一种磁性固相萃取材料、其制备方法及应用。
背景技术
磁性固相萃取(Magnetic Solid Phase Extraction，MSPE)最早是Heden等人在1972年开发的，他首次证明了磁性固相萃取材料分离生物活性蛋白的能力(Biotechnol.Bioeng.Symp.，1972，pp.173-174.)。1973年，Robinson等人利用磁性固相萃取材料有效地提取了搅拌反应器中产生的两种酶(Biotechnology and Bioengineering，15(1973)603-606)。1996年，Towler等利用负载二氧化锰的磁铁矿，对海水中的镭、铅、钋等金属元素进行浓缩，并利用磁体对其进行有效分离(Analytica chimica acta，328(1996)53-59)。然而，真正意义上的磁性固相萃取直到1999年才由M.Safarikova和I.Safarik等人发展起来，并应用于酞菁铜染料的萃取分离(Journal of Magnetism and MagneticMaterials，194(1999)108-112)。
MSPE技术是利用磁性吸附剂来萃取被分析物，在外部磁场作用下，目标分析物可随吸附剂迅速地与样品基质进行分离，最终通过合适的洗脱剂将分析物从吸附剂上洗脱下来，从而达到分离和富集的目的。以磁性颗粒作为载体的磁性固相萃取与传统固相萃取相比具有许多优点，(1)MSPE是将磁性吸附剂直接分散到样品溶液中，增大接触面积，提高了萃取效率，并解决了柱阻问题；(2)分离分析物不需要离心或过滤，操作更简单；(3)容易洗涤和洗脱，避免使用大量有机试剂；(4)干扰更低，因为大多数样品杂质都是非磁性的；(5)MSPE的操作条件是可控的，整个过程易于实现自动化；(6)大多数磁性吸附剂都可以很容易地回收再利用，大大节省了成本，保护了环境。因此，MSPE在食品与药品分析、环境检测、海关检疫、生物医学等领域具有很大的应用前景。
MSPE材料通常由磁性材料与功能化表面涂层组成，二者都需要具备一定的优良特性。其中，磁性成分通常为铁、钴、镍等为代表的金属氧化物及其复合物，它们通常具有良好的超顺磁性或铁磁性。四氧化三铁(Fe3O4)纳米粒子由于制备过程简单、成本低、比表面积大、生物相容性好等优点，常用于磁性固相萃取领域。根据材料的结构特性，可将现有的MSPE材料分为无机包覆型和有机包覆型。其中，常见的无机包覆型磁性固相萃取剂种类有：氧化铝包覆型、二氧化硅包覆型、碳材料包覆型等，此类型MSPE材料的表面被带孔的或致密的无机材料层包裹，赋予其良好的物理和化学稳定性。多孔结构可以增大MSPE材料的比表面积，提高吸附效果。Fe3O4磁性纳米颗粒表面含有大量的羟基官能团使其能够与多种有机分子或者聚合物结合，Fe3O4磁性纳米颗粒表面甚至可直接被琼脂糖、蛋白质及一般有机聚合物直接包覆，形成聚合物涂层。上述不同策略的最外有机聚合物涂覆层千差万别，可以是聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮等，也可以是高分子共聚物，还可以是分子印迹型的，甚至是金属有机骨架材料(MetalOrganic Frameworks，MOF)，目的是提供更好的萃取选择性(Journalof Chromatography A，2012，1245，8–16，Journal of Chromatography A，2020，1630，461531，Analyst，2012，137，3445，J.Sep.Sci.2017，40:909–918，CN105233799A)。因此，在Fe3O4磁性纳米颗粒的外部修饰不同的有机或无机材料，可实现对不同类型的目标分子和离子的有效吸附，并提高固相萃取效率。
近年来，聚合物材料因其在较宽的酸碱范围内具有较高的结构稳定性和易于控制的理化性质而得到了广泛的研究和应用。并且，具有不同性质的单体共聚合，可形成具有不同功能的聚合物。上世纪九十年代，美国公司Waters将亲水性的N-乙烯吡咯烷酮(NVP)和疏水性的二乙烯苯(DVB)共聚，制备了一种亲水亲脂平衡的水可浸润性的反相吸附剂(OasisHLB)。由于吡咯烷酮具有一定的氢键受体和偶极极性，再加上二乙烯苯的π-π作用和共聚物的介孔结构，Oasis HLB萃取柱对环境中抗生素、内分泌干扰物、杀虫剂、药物等多类物质具有良好的富集萃取效果。然而，这种反相吸附剂需要通过柱式分离的传统固相萃取方式来使用，易受样品的复杂基质影响，导致柱堵塞现象，影响分离效果，并且大体积样本萃取时间较长，大大限制了SPE的工业化应用。中国发明专利申请(202010174037.1)将这种亲水亲脂平衡的水可浸润性的聚合物包覆在磁性颗粒表面制备出了MSPE材料，这种磁性固相萃取材料既保留了聚合物萃取剂的优点，又具有磁性性能。通过MSPE处理样品避免了柱堵塞现象，而且操作简便、萃取效率高(Analytical chemistry，2018，90:14072-14080)。但是，上述这种添加磁性材料的亲水亲脂平衡聚合物体系，形成的微球不易控制，分散性和均匀性比较差，一些小颗粒易脱落。尤其是在制备混合型弱阳离子交换-反相吸附剂的时候，二乙烯基苯与对乙烯苯甲酸以及磁性纳米粒子的混合共聚体系很难形成微球。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁性固相萃取材料、其制备方法及应用，本发明中的方法制备的复合磁性固相萃取材料具有很好的均匀性、稳定性、可控性和灵活性，适合规模化稳定生产；这种固相萃取材料不仅选择性可调，而且吸附容量高、均匀性好。在化工、食品、环境以及生物领域的样品分析中，可以利用这些磁性固相萃取材料对样品进行有效的分离纯化和富集，提高分析灵敏度。
本发明提供一种磁性固相萃取材料的制备方法，包括以下步骤：
A)在二氧化硅包覆的Fe3O4纳米磁性颗粒表面键合含双键的硅烷，得到双键功能化的磁性纳米粒子；
B)将含二乙烯基苯在内的物料与所述双键功能化的磁性纳米粒子通过悬浮聚合合成聚合物包覆的磁性微球；
C)通过傅-克反应在所述聚合物包覆磁性微球表面接枝羧基基团；
D)通过羧基活化的方法在接枝有羧基基团的磁性微球表面偶联含有氨基的化合物，得到磁性固相萃取材料。
优选的，所述Fe3O4纳米磁性颗粒由溶剂热法制备得到。
优选的，所述含双键的硅烷为3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷中的一种或几种。
优选的，所述步骤B)中，使用一种或多种有机单体对双键功能化的磁性纳米粒子进行包覆；
所述有机单体中包括二乙烯基苯，以及可选的其他单体；所述其他单体包括苯乙烯、丙烯酸甲酯、N-乙烯基吡咯烷酮、N-甲基丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸等中的一种或几种。
优选的，所述步骤C)通过傅-克反应在所述聚合物包覆的磁性微球表面修饰含有苯甲酸基团的化合物。
优选的，所述傅-克反应的催化剂为无水四氯化锡，含有苯甲酸基团的化合物为对氯甲基苯甲酸。
优选的，在所述步骤D)中使用EDC/NHS作为羧基的活化试剂；
所述含有氨基的化合物包括乙醇胺、氨基聚乙二醇、牛磺酸、N，N-二乙基乙二胺和(2-氨基乙基)三甲基氯化铵盐酸盐中的一种或几种。
本发明提供如上文所述的制备方法制备得到的磁性固相萃取材料；所述磁性固相萃取材料为具有弥散结构的微球，所述微球内部为磁性纳米粒子和含聚二乙烯苯的聚合物所形成的交叉网络，微球表面通过羧基接枝有含氨基的功能性基团，用于提供不同的吸附机制。
本发明提供如上文所述的磁性固相萃取材料在固相萃取中的应用。
本发明提供了一种磁性固相萃取材料的制备方法，包括以下步骤：A)在二氧化硅包覆的Fe3O4纳米磁性颗粒表面键合含双键的硅烷，得到双键功能化的磁性纳米粒子；B)将含二乙烯基苯在内的物料与所述双键功能化的磁性纳米粒子通过悬浮聚合合成聚合物包覆的磁性微球；C)通过傅-克反应在所述二乙烯基苯聚合物包覆磁性微球表面接枝羧基基团；D)通过羧基活化的方法在接枝有羧基基团的磁性微球表面偶联含有氨基的化合物，得到磁性固相萃取材料。本发明精确并合理地设计了一种具有弥散结构的磁性固相萃取材料的两步法制备方案。首先，将磁性纳米颗粒进行二氧化硅包覆，并在其表面通过硅烷化形成含双键涂层，解决了分散性不好的问题；同时，由于表面的双键可以与成球性能好的单体如二乙烯基苯共聚形成弥散型磁性微球，也解决了无法形成微球的问题；另外，通过对形成的磁性微球进一步化学修饰如傅-克反应以及EDC/NHS活化来进行胺基化合物的偶联等，实现了提高萃取选择性、回收率以及重复性的目标。本发明的制备方法具备可控性和灵活性，适合规模化稳定生产；所形成的弥散结构磁性固相萃取材料不仅选择性可调，而且分散性好、比表面积大、吸附容量高。这些磁性固相萃取材料可用于化工、食品、环境分析和生物检测领域的复杂样品的前处理，从而达到有效分离、纯化和富集的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明磁性固相萃取材料制备流程示意图；
图2为本发明实施例1中所制备的Fe3O4@SiO2的TEM照片；
图3为本发明实施例1中所制备的Fe3O4@SiO2的SEM照片；
图4为本发明实施例2中所制备的两亲性磁性固相萃取材料(HLB-1)的SEM照片；
图5为本发明实施例1中所制备的弱阳离子交换磁性固相萃取材料(WCX)的SEM照片；
图6为本发明实施例1中所制备的疏水性磁性聚合物微球(HPM)、弱阳离子交换磁性固相萃取材料(WCX)、亲水亲脂平衡的水可浸润性磁性固相萃取材料(HLB-2)和实施例2中所制备的两亲性磁性固相萃取材料(HLB-1)的红外光谱图。
具体实施方式
本发明提供了一种磁性固相萃取材料的制备方法，包括以下步骤：
A)在二氧化硅包覆的Fe3O4纳米磁性颗粒表面键合含双键的硅烷，得到双键功能化的磁性纳米粒子；
B)将含二乙烯基苯在内的物料与所述双键功能化的磁性纳米粒子通过悬浮聚合合成聚合物包覆的磁性微球；
C)通过傅-克反应在所述聚合物包覆磁性微球表面接枝羧基基团；
D)通过羧基活化的方法在接枝有羧基基团的磁性微球表面偶联含有氨基的化合物，得到磁性固相萃取材料。
图1为本发明一个实施例中磁性固相材料的制备工艺流程，首先在溶剂热法合成的磁性纳米Fe3O4颗粒表面包覆一层致密的二氧化硅，不仅有效地保护了磁核的稳定性，也为后续的改性奠定了基础。随后在其表面键合含双键的硅烷，使其与有机单体进行共聚。然后，通过悬浮聚合的方法，将磁核与二乙烯基苯等单体共聚，初步形成内部具有交联网络和磁性粒子的磁性微球。微球表面存在大量的芳香骨架可以进一步与含有特定基团的化合物发生傅-克反应，如对氯甲基苯甲酸，得到含羧基的具有弱阳离子交换性能的磁性微球(WCX)。最后，WCX表面的羧基还能进一步与其它基团反应，如通过EDC/NHS活化表面羧基来进行胺基化合物的偶联，通过与具有不同的性质的带有氨基的化合物反应从而得到具有多种吸附机理的磁性固相萃取材料。由此合成的磁性微球不仅易于控制，还可以通过不同的分子结构设计及其组合来实现萃取性能的调控。
在本发明中，所述Fe3O4纳米磁性颗粒优选采用溶剂热法制备得到，采用本领域技术人员所熟知的溶剂热法制备即可，本发明在此不做特殊的限定，具体的，在本发明的一个实施例中，可以使用铁盐，在乙二醇/无水乙酸钠/柠檬酸钠体系中制备Fe3O4纳米磁性颗粒。在本发明中，所述Fe3O4纳米磁性颗粒的粒径优选为200～500nm，更优选为300～400nm。
得到Fe3O4纳米磁性颗粒后，本发明对其进行二氧化硅包覆，本发明中，优选在醇溶液中，以四乙氧基硅烷(TEOS)为硅源，在氨水的催化作用下，对Fe3O4纳米磁性颗粒进行二氧化硅的包覆，得到包覆有SiO2的磁性纳米颗粒Fe3O4@SiO2；该技术为本领域技术人员所熟知的二氧化硅的包覆技术，本发明在此不再赘述。在本发明中，所述包覆有SiO2的磁性纳米颗粒Fe3O4@SiO2的粒径优选为250～550nm，更优选为350～450nm。
得到Fe3O4@SiO2后，本发明对其进行双键化修饰，本发明优选采用含有双键的硅烷对其进行修饰，在本发明中，所述含有双键的硅烷优选为3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯(MPS)、乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)、乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷中的一种或几种；所述含有双键的硅烷与Fe3O4@SiO2的摩尔比优选为1：(1～5)，更优选为1：(2～4)，如1：1，1：2，1：3，1：4，1：5，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
在本发明中，所述双键功能化的磁性纳米粒子的粒径优选为300～600nm，更优选为350～550nm，最优选为400～500nm。
完成双键修饰之后，本发明将双键功能化的磁性纳米粒子与有机单体以悬浮聚合的方式进行共聚，形成内部交联网络结构并且包覆着磁性纳米粒子的磁性微球。
在本发明中，所述有机单体包括二乙烯基苯，还可以包括其他单体比如苯乙烯、丙烯酸甲酯、N-乙烯基吡咯烷酮、N-甲基丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸等中的一种或几种，在本发明的一个实施例中，可以是二乙烯基苯(DVB)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的组合。
在本发明中，优选以羟丙甲基纤维素溶液为水相，以含有机单体、双键功能化的磁性纳米粒子和偶氮二异丁腈(AIBN)为油相，将油相加入到水相中，搅拌分散，进行悬浮聚合，干燥后得到磁性微球。
在本发明中，所述二乙烯基苯和其他单体的摩尔比优选为(2～5)：1，更优选为(3～4)：1，如2：1，3：1，4：1，5：1，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值；所述二乙烯基苯与双键功能化的磁性纳米粒子的摩尔比优选为(10～20:)：1，更优选为(12～18)：1，如10：1，11：1，12：1，13：1，14：1，15：1，16：1，17：1，18：1，19：1，20：1，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
在本发明中，所述水相的浓度优选为1～10mg/mL，更优选为3～8mg/mL，最优选为5～6mg/mL。
在本发明中，所述悬浮聚合的温度优选为70～85℃，更优选为75～80℃，所述悬浮聚合的时间优选为18～24小时，更优选为20～22小时。
在本发明中，得到的磁性微球的粒径优选为15～50μm，更优选为20～40μm。
得到磁性微球之后，本发明通过傅-克反应在所述磁性微球表面接枝羧基基团，在本发明的一个实施例中，所述羧基基团优选为含有苯甲酸的基团。
在本发明中，所述傅-克反应优选以无水四氯化锡为催化剂，以含苯甲酸基团的化合物如对氯甲基苯甲酸为烷基化试剂。
接枝羧基之后，本发明使用EDC/NHS作为活化试剂，在2-吗啉乙磺酸(MES)缓冲溶液中，对磁性微球表面的羧基进行活化，并进一步与含有氨基的化合物进行偶联。
在本发明的一些实施例中，所述含有氨基的化合物包括乙醇胺、氨基聚乙二醇、牛磺酸、N，N-二乙基乙二胺和(2-氨基乙基)三甲基氯化铵盐酸盐中的一种或几种，不同的含有氨基的化合物用于提供不同的吸附机理，本领域技术人员可根据不同的应用环境和需求选择不同种类或结构的含有氨基的化合物，以实现对不同样品的磁性固相萃取。
本发明还提供了一种磁性固相萃取材料；所述磁性固相萃取材料为具有弥散结构的微球，所述微球内部为磁性纳米粒子和含聚二乙烯苯的聚合物所形成的交叉网络，微球表面通过羧基接枝有含氨基的功能性基团，用于提供不同的吸附机制。
所述磁性固相萃取材料的粒径优选为15-50μm，更优选为20～40μm。
本发明还提供了一种上文所述的磁性固相萃取材料在固相萃取中的应用，所述固相萃取优选为磁性固相萃取，本发明通过调节磁性微球的物理结构，如厚度和孔径等，以及选择具有不同化学结构和性质的反应物，可以获得针对不同样品的一系列选择性可控的磁性固相萃取材料，可用于化工、食品、环境分析和生物检测领域的复杂样品的前处理，从而达到有效分离、纯化和富集的目的。
本发明提供了一种磁性固相萃取材料的制备方法，包括以下步骤：A)在二氧化硅包覆的Fe3O4纳米磁性颗粒表面键合含双键的硅烷，得到双键功能化的磁性纳米粒子；B)将含二乙烯基苯在内的物料与所述双键功能化的磁性纳米粒子通过悬浮聚合合成聚合物包覆的磁性微球；C)通过傅-克反应在所述聚合物包覆磁性微球表面接枝羧基基团；D)通过羧基活化的方法在接枝有羧基基团的磁性微球表面偶联含有氨基的化合物，得到磁性固相萃取材料。本发明精确并合理地设计了一种具有弥散结构的磁性固相萃取材料的两步法制备方案。首先，将磁性纳米颗粒进行二氧化硅包覆，并在其表面通过硅烷化形成含双键涂层，解决了分散性不好的问题；同时，由于表面的双键可以与成球性能好的单体如二乙烯基苯共聚形成弥散型磁性微球，也解决了无法形成微球的问题；另外，通过对形成的磁性微球进一步化学修饰如傅-克反应以及EDC/NHS活化来进行胺基化合物的偶联等，实现了提高萃取选择性、回收率以及重复性的目标。本发明的制备方法具备可控性和灵活性，适合规模化稳定生产；所形成的弥散结构磁性固相萃取材料不仅选择性可调，而且分散性好、比表面积大、吸附容量高。这些磁性固相萃取材料可用于化工、食品、环境分析和生物检测领域的复杂样品的前处理，从而达到有效分离、纯化和富集的目的。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种磁性固相萃取材料、其制备方法及应用进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
①Fe3O4纳米磁性颗粒的制备
将16.2克六水合三氯化铁和160毫升乙二醇先超声溶解形成透明的棕黄色溶液，再加入24克无水乙酸钠和3克柠檬酸钠搅拌混合均匀，置于高压反应釜内，在200度的烘箱中反应12小时，自然冷却至室温，用磁分离器分离得到产物Fe3O4纳米粒子，并用无水乙醇和超纯水各清洗3次，每次均需要用超声波清洗器清洗。洗涤完成后用无水乙醇进行分散。
②Fe3O4纳米磁性颗粒的二氧化硅包覆(Fe3O4@SiO2)
取上步反应制成的磁性Fe3O4纳米球，分散在300毫升乙醇中，加入30毫升去离子水，在超声波清洗器中超声分散。之后将此混合液转移至一个500毫升圆底烧瓶，加入5毫升四乙氧基硅烷(TEOS)和2毫升28％氨水，搅拌反应3小时。得到的产物用无水乙醇和超纯水各洗2次，每次均需要用超声波清洗器清洗。最后用无水乙醇分散。
③Fe3O4纳米磁性颗粒的双键功能化修饰
取3克步骤②制备的Fe3O4@SiO2颗粒分散在400毫升乙醇/水混合液(v/v＝3:1)中。在氮气氛围中向混合物中加入8毫升氨水，然后在剧烈搅拌下加入8毫升3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯(MPS)。将均匀的混合物加热至60度，继续剧烈搅拌12小时。用磁分离器分离产物，并用超纯水和乙醇洗涤数次，洗涤后的产物分散在无水乙醇中。
④疏水性磁性聚合物微球的合成(HPM)
使用悬浮聚合的方法制备磁性微球。首先在2升圆底烧瓶中加入750毫升浓度为5毫克/毫升的羟丙基甲基纤维素溶液，作为水相；取15毫升步骤③制备的磁性纳米颗粒，用甲苯进行溶剂替换，然后加入75毫升二乙烯基苯和0.75克偶氮二异丁腈(AIBN)，搅拌均匀后作为油相，并加入到水相中，以700转/分钟的速度搅拌混悬液，并逐渐升温至75度。反应20小时后，用磁分离器分离产物，分别用环己烷和无水乙醇对磁性微球进行清洗，最后在60度真空干燥得到棕色粉末。
⑤弱阳离子交换磁性固相萃取材料的合成(WCX)
取步骤④制备的磁性微球约10克，分散在500毫升二甲基乙酰胺中，倒入一个1000毫升的三口烧瓶中，然后加入16.4克对氯甲基苯甲酸和1.6毫升无水四氯化锡，在70度的温度下搅拌15小时。反应结束后，用磁分离器分离产物，分别用5％的乙酸溶液、超纯水和无水乙醇洗涤三次。干燥后得到的磁性微球即为具有弱阳离子交换功能的磁性固相萃取材料。
⑥亲水亲脂平衡的水可浸润性磁性固相萃取材料的合成(HLB-2)
取10克步骤④制备的磁性微球，用实例6的方法制备弱阳离子交换功能的磁性固相萃取材料，然后将此材料分散在pH值为6.0的2-吗啉乙磺酸(MES)缓冲溶液中，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC，4.65克)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS，3.45克)，在室温下搅拌6小时。随后将溶解于MES(100毫升)的乙醇胺MEA(NH2CH2CH2OH，5毫升)滴入已活化的磁性微球混悬液中，室温搅拌24小时。最后，用磁分离器分离产物，并用超纯水洗涤数次以去除多余的原料，真空干燥后获得具有亲水亲脂平衡的水可浸润性的聚合物包覆磁性固相萃取材料。
实施例2
步骤①②③与实施例1一致。
④两亲性磁性固相萃取材料的合成(HLB-1)
使用悬浮聚合的方法制备磁性微球。首先在2升圆底烧瓶中加入750毫升浓度为5毫克/毫升的羟丙基甲基纤维素溶液，作为水相；取15毫升步骤③制备的磁性纳米颗粒，用甲苯进行溶剂替换，然后加入45毫升二乙烯基苯、30毫升N-乙烯基吡咯烷酮和0.75克AIBN，搅拌均匀后作为油相，并加入到水相中，以700转/分钟的速度搅拌混悬液，并逐渐升温至75度。反应20小时后，用磁分离器分离产物，分别用环己烷和无水乙醇对磁性微球进行清洗，最后在60度真空干燥得到棕色粉末。
⑤弱阳离子交换磁性固相萃取材料的合成(WCX)
取步骤④制备的磁性微球约10克，分散在500毫升二甲基乙酰胺中，倒入一个1000毫升的三口烧瓶中，然后加入16.4克对氯甲基苯甲酸和1.6毫升无水四氯化锡，在70度的温度下搅拌15小时。反应结束后，用磁分离器分离产物，分别用5％的乙酸溶液、超纯水和无水乙醇洗涤三次。干燥后得到的磁性微球即为具有弱阳离子交换功能的磁性固相萃取材料。
⑥弱阴离子交换磁性固相萃取材料的合成(WAX)
取10克步骤⑤制备的磁性微球分散在pH值为6.0的MES缓冲溶液中，加入4.65克EDC和3.45克NHS，在室温下搅拌6小时。随后将溶解于MES(100毫升)的N，N-二乙基乙二胺(DEED，3.48克)滴入已活化的磁性微球混悬液中，室温搅拌24小时。最后，用磁分离器分离产物，并用超纯水洗涤数次以去除多余的原料，真空干燥后获得具有弱阴离子交换作用的功能化磁性固相萃取材料。
实施例3
步骤①②③④⑤与实施例2一致。
⑥限进型磁性固相萃取材料的合成(RAM)
取10克步骤⑤制备的磁性微球分散在pH值为6.0的MES缓冲溶液中，加入4.65克EDC和3.45克NHS，在室温下搅拌6小时。随后将溶解于MES(100毫升)的氨基聚乙二醇(NH2-PEG，MW：2000，9克)滴入已活化的磁性微球混悬液中，室温搅拌24小时。最后，用磁分离器分离产物，并用超纯水洗涤数次以去除多余的原料，真空干燥后获得具有限制大分子进入的两亲性磁性固相萃取材料。这种材料可以用于血液中药物小分子的萃取，因为药物小分子可以进入磁性微球内表面而被吸附，大分子如蛋白质则被表面上的长链亲水聚合物的位阻效应排斥在外。
图6为几种磁性材料的红外光谱图。由于聚吡咯烷酮(PVP)的存在，HLB在1685cm-1处有一个强的C＝O伸缩振动吸收峰，其为PVP的特征峰；1284cm-1处为C-N伸缩振动吸收峰。1000-650cm-1处出现几个强的吸收峰，为苯环C-H面外弯曲振动峰，是由二乙基苯聚合引入的，在HPM、WCX、HLB-2中也观察到相同的吸收峰。WCX的红外光谱在1747和1230cm-1处出现了羧基的特征吸收峰，分别为羧酸的C＝O伸缩振动峰和O-H面内弯曲振动与C＝O伸缩振动的耦合峰，表明在HPM中成功引入了羧基。WCX与含有氨基的化合物偶联后，得到的HLB-2在1694cm-1处出现了酰胺基的红外特征峰。
应用例新型磁性固相萃取材料进行分散固相萃取
上述实施例中得到的两亲性弥散结构磁性固相萃取材料可以用来萃取水溶液中的有机化合物，其使用方法与常用的Oasis HLB硅胶固相萃取材料类似，只是不需要填充柱子，而是利用磁吸装置。
具体的使用方式如下，与常规的固相萃取材料类似，首先取10毫克实施例1中合成的亲水亲脂平衡的水可浸润性的聚合物包覆磁性固相萃取材料，分散于5毫升甲醇中进行活化，磁分离后分散于10毫升待测溶液中，充分震荡5分钟以完成对待测组分的吸附，用5毫升乙腈水溶液(5％)对磁性微球进行清洗，随后将磁性微球转移至5毫升乙腈中震荡3分钟以完成洗脱，洗脱液可以进一步使用氮气吹扫仪进行浓缩，最后通过液相色谱对浓缩液进行检测。
对于其它实例中所合成的具有相似或不同吸附机理的磁性固相萃取材料而言，操作步骤与上述方式一致，只不过活化和洗脱所使用的溶液需要换成具有对应性质的混合溶剂，如实施例1步骤⑤中合成的磁性固相萃取材料(WCX)需要使用含有5％乙酸的甲醇溶液进行活化和洗脱。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种磁性固相萃取材料的制备方法，包括以下步骤：
A)在二氧化硅包覆的Fe3O4纳米磁性颗粒表面键合含双键的硅烷，得到双键功能化的磁性纳米粒子；
B)将含二乙烯基苯在内的物料与所述双键功能化的磁性纳米粒子通过悬浮聚合合成聚合物包覆的磁性微球；
C)通过傅-克反应在所述聚合物包覆磁性微球表面接枝羧基基团；
D)通过羧基活化的方法在接枝有羧基基团的磁性微球表面偶联含有氨基的化合物，得到磁性固相萃取材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Fe3O4纳米磁性颗粒由溶剂热法制备得到。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含双键的硅烷为3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧乙氧基)硅烷中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)中，使用一种或多种有机单体对双键功能化的磁性纳米粒子进行包覆；
所述有机单体中包括二乙烯基苯，以及可选的其他单体；所述其他单体包括苯乙烯、丙烯酸甲酯、N-乙烯基吡咯烷酮、N-甲基丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸等中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C)通过傅-克反应在所述聚合物包覆的磁性微球表面修饰含有苯甲酸基团的化合物。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述傅-克反应的催化剂为无水四氯化锡，含有苯甲酸基团的化合物为对氯甲基苯甲酸。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤D)中使用EDC/NHS作为羧基的活化试剂；
所述含有氨基的化合物包括乙醇胺、氨基聚乙二醇、牛磺酸、N，N-二乙基乙二胺和(2-氨基乙基)三甲基氯化铵盐酸盐中的一种或几种。
8.如权利要求1～7任意一项所述的制备方法制备得到的磁性固相萃取材料；所述磁性固相萃取材料为具有弥散结构的微球，所述微球内部为磁性纳米粒子和含聚二乙烯苯的聚合物所形成的交叉网络，微球表面通过羧基接枝有含氨基的功能性基团，用于提供不同的吸附机制。
9.如权利要求8所述的磁性固相萃取材料在固相萃取中的应用。
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