CN1973944A

CN1973944A - 整体型固相萃取搅拌棒的制备方法

Info

Publication number: CN1973944A
Application number: CN 200610122341
Authority: CN
Inventors: 黄晓佳; 袁东星
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2026-09-25
Also published as: CN100446833C

Abstract

整体型固相萃取搅拌棒的制备方法，涉及一种固相萃取搅拌棒，尤其是涉及一种用于固相萃取并基于整体材料固相萃取搅拌棒的制备技术。提供一种制备过程简便、易操作，吸附与解吸速度较快，实际应用中还可按需求制备长短、粗细不同的搅拌棒的整体型固相萃取搅拌棒的制备方法。制备时，先制备搅拌磁子；预键合：采用γ－甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷与甲醇的混合溶液，加入有机碱制得预键合溶液，搅拌磁子浸入预键合溶液，在氮气保护下反应，搅拌磁子的玻璃管外壁键合上了一层带烯基的硅烷化物质；制备固相萃取搅拌棒；配制反应单体混合剂和致孔剂混合溶液，倒入玻璃容器，将搅拌磁子放入容器，密封水浴，取出涂有聚合物的搅拌棒后进行后处理。

Description

整体型固相萃取搅拌棒的制备方法

技术领域

本发明涉及一种固相萃取搅拌棒，尤其是涉及一种用于固相萃取并基于整体材料固相萃取搅拌棒(MSBSE)的制备技术。

发明背景

固相萃取搅拌棒技术(SBSE)是在固相微萃取(SPME)基础上发展的一种新型样品前处理技术，它由Baltussen等(Baltussen E，Sandra P，David F，Cramers C.J.Microcol.Sep.，1999，11(10)：737～747)在1999年首先提出，并由Gerstel GmbH公司(Frank D，TienpontB，Sandra P.LC-GC North America，2003，21(2)：1～7)商品化。SBSE搅拌棒为在内封磁芯的玻璃管上涂覆一层商品化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，用于液体样品中目标物的富集。萃取时，搅拌棒在搅拌的同时吸附目标物，可避免SPME中搅拌子对目标物的竞争吸附，萃取水样的体积一般为55～250mL，比Fiber SPME和一般的In-tube SPME萃取体积大50倍以上，因此富集倍数相应提高，适合于样品中痕量组分的分析。目前该技术已成功地应用于环境样品(1.Leon V M，Alvarez B，CobouoM A，Munoz S，Valor I.J.Chrom atogr.A，2003，999：91～101；2.Vercauteren J，Peres C，Devos C，Sandra P，Vanhaecke F，Moens L.Anal.Chem.，2001，73：1509～1514；3.Popp P，Bauer C，Wennrich L.Anal.Chim.Acta，2001，436：1～9)、食品中污染物(1.Sandra P，Tienpont B，David F.J.Chromatogr.A，2003，1000：299～309；2.Andreas G J，Lauer H L，Heideman T，Sandra P.J.HighResolut.Chromatogr.，2000，23(11)：644～646)和农药残留(Tienpont B，David F，Kesmet K，Sandra P.Anal.Bioanal.Chem.，2002，373：46～55)以及生物样品的分析，Migaku等(Migaku K，Rie I，Koichi S，Hiroyuki N，J.Pharm.and Biomed.Anal.，2006，40：500-508)对此进行了综述。

在SBSE技术中，萃取固定相的制备十分重要，为了提高富集能力，就必须增加萃取固定相的膜层厚度。但目前所用萃取固定相涂层尚仅限于PDMS，增加膜层厚度相对困难，一方面膜层太厚时，传质阻力加大，对目标物的吸收和回收率都有很大影响；另外一方面，太厚的膜层，在使用过程中容易开裂，影响使用寿命。Guan等(刘文民，王涵文，关亚风，分析化学，2005，33(1)：45～49)利用溶胶凝胶技术首次制备了厚度30μm的萃取固定相涂层，采用多阶程序升温方式对固定相进行老化以避免涂层龟裂，用于海水的多环芳烃的富集，取得了较好的结果。

发明内容

本发明目的的旨在针对现有的固相萃取搅拌棒技术所存在的上述问题，提供一种制备过程简便、易操作，吸附与解吸速度较快，实际应用中还可按需求制备长短、粗细不同的搅拌棒的整体型固相萃取搅拌棒的制备方法。

为此，本发明采用以下技术方案：将整体柱制备技术引入到SBSE萃取固定相制备中，整体材料所用的单体为甲基丙烯酸烷基酯，交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯或季戊四醇三丙烯酸酯或三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯，偶氮二异丁腈(AIBN)或过氧化苯甲酰为引发剂，正丙醇、1，4-丁二醇和水三元混合物为共溶剂。所制备得到的整体型固相萃取搅拌棒可在搅拌的同时，进行对目标物的萃取。

本发明所述的整体型固相萃取搅拌棒设有铁条，铁条由玻璃密封，玻璃外层涂有聚合物层。

本发明所述的整体型固相萃取搅拌棒的制备方法如下：

1)搅拌磁子的制备：截取一段铁条，清洗烘干后，用玻璃将其密封，得搅拌磁子。

2)搅拌磁子的预键合：

a.按常规操作对搅拌磁子的玻璃管外表面进行清洁处理，烘干待用；

b.配制γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷(γ-MAPS)与甲醇的混合溶液，按质量比γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷(γ-MAPS)与甲醇＝1∶(0.5～1.5)，在γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷(γ-MAPS)与甲醇的混合溶液中加入有机碱，制得预键合溶液，将处理好的搅拌磁子浸入预键合溶液，在氮气保护下反应后，烘干，至此，搅拌磁子的玻璃管外壁键合上了一层带烯基的硅烷化物质。

3)固相萃取搅拌棒的制备：

a.配制反应单体混合剂，按质量百分比甲基丙烯酸烷基酯为59.5％～44.5％，交联剂为39.5％～54.5％，引发剂偶氮二异丁睛(AIBN)或过氧化苯甲酰为0.5％～2％；

b.配制致孔剂混合溶液，按质量百分比丙醇为50％～70％，1，4-丁二醇为20％～40％，水为5％～20％；

c.称取反应单体和致孔剂，混匀后倒入玻璃容器中，将处理过的搅拌磁子垂直放入玻璃容器，密封置于水浴中反应，再除去玻璃容器，取出涂有聚合物的搅拌棒。

4)固相萃取搅拌棒的后处理：将步骤3聚合好的搅拌棒置于溶剂中，再干燥后得到基于整体材料的整体型固相萃取搅拌棒。

在制备搅拌磁子时，铁条的直径最好为0.1～3mm，长度为0.5～5cm。

在搅拌磁子的预键合中，按体积百分比，加入的有机碱为γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷(γ-MAPS)与甲醇的混合溶液的0.1％～0.3％，所述的有机碱为吡啶，三乙胺，咪唑等，制得预键合溶液后，将处理好的搅拌磁子浸入预键合溶液，在氮气保护下置于30～50℃反应6～24h后，30～60℃真空烘干。预键合反应式如下：

在制备固相萃取搅拌棒时，反应单体混合剂与致孔剂混合液的质量百分比最好为(35％∶65％)～(55％∶45％)；所述的水浴的温度最好为40～70℃，水浴反应时间最好为6～24h。若交联剂以乙二醇二甲基丙烯酸酯为例，则聚合反应过程如下：

在固相萃取搅拌棒的后处理过程中，可将步骤3聚合好的搅拌棒置于索氏提取器中，以甲醇或乙睛或乙醇为溶剂，提取4～24h，然后将搅拌棒在30～80℃真空中干燥1～8h，最后得到基于整体材料的整体型固相萃取搅拌棒；或者将搅拌棒置于甲醇或乙睛或乙醇溶剂中，浸泡至液体中无杂质检出，然后将搅拌棒在30～80℃真空中干燥1～8h，最后得到基于整体材料的整体型固相萃取搅拌棒。

本发明将整体柱的制备技术引入到固相萃取搅拌棒的制备中，由于整体柱制备简单，通透性好，稳定性强，应用该技术制得的搅拌棒制备过程简便、易操作，有较快的吸附和解吸速度，实际应用中还可按需求制备长短、粗细不同的搅拌棒。对搅拌磁子的玻璃外表面用带有双官能团的γ-MAPS进行反应，因此玻璃表面带有双键，可与单体混合剂发生共聚合反应，这样所得的搅拌棒成为一体，具有很好的稳定性能。

附图说明

图1为本发明所述的固相萃取搅拌棒实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例1中搅拌棒表面的电镜图。

图3为本发明实施例1中搅拌棒断面处的电镜图。在图3中，A.搅拌磁子玻璃面，B.聚合物。

图4为本发明实施例4中萃取时间与萃取效率关系图。在图4中，横坐标为时间t(min)，纵坐标为峰面积Peak area(mAU)，a萘，b荧蒽，c萘。

图5为本发明实施例5中解吸时间与解吸效率关系图。在图5中，横坐标为时间t(min)，纵坐标为峰面积Peak area(mAU)，a萘，b荧蒽，c萘。

图6为本发明实施例6中加标海水萃取前(a)和后(b)的HPLC-UV分离谱图。在图6中，横坐标为时间t(min)，纵坐标为吸收强度Absorbance，纵坐标标值为5mAU，a萃取前的加标海水，b萃取液；1.萘，2.苊，3.菲，4.蒽，5.荧蒽，6.芘，7.，8.苯并芘。

图7为本发明实施例7中加标自来水萃取前(a)和后(b)的的HPLC-UV分离谱图。在图7中，横坐标为时间t(min)，纵坐标为吸收强度Absorbance，纵坐标标值为1mAU，a萃取前的加标自来水，b萃取液；1.诺龙，2.甲基睾酮，3.丙酸睾酮，4.苯丙酸诺龙。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

参见图1，制备搅拌磁子时，截取直径为0.1mm，长度为0.5cm的铁条1，清洗烘干后，用玻璃2将其密封得搅拌磁子。

搅拌磁子的玻璃管外表面按常规操作对进行清洁处理，烘干待用。按1∶0.5配制γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷(γ-MAPS)与甲醇的混合溶液3.0mL，加入吡啶3μL，将处理好的搅拌磁子浸入上述溶液，在氮气保护下置于30℃反应24h后，30℃真空烘干。至此，玻璃管外壁键合上一层带烯基的硅烷化物质。

反应单体混合物之间的组成如下：甲基丙烯酸丁酯的质量百分含量为59.5％，季戊四醇三丙烯酸酯质量百分含量为39.5％，引发剂偶氮二异丁睛(AIBN)为0.5％；致孔剂混合物之间的比例为：丙醇50％，1，4-丁二醇40％，水10％；单体混合物与致孔剂混合物之间的比例为35％∶65％；按上述比例称取相应反应试剂，反应液混匀后，将上述溶液倒入一定4mm内径的玻璃试管中，小心将处理过的搅拌磁子垂直放入玻璃管，密封置于40℃水浴中反应24h。反应完成后，小心除去玻璃管，取出搅拌棒。

将聚合好的搅拌棒置于索氏提取器中，以甲醇为溶剂，提取4h，然后将搅拌棒在30℃真空干燥8h，得到基于整体材料的整体型固相萃取搅拌棒。图2为该搅拌棒表面的电镜图，图3为搅拌棒断面处，玻璃与聚合物的电镜图。在图1中，玻璃2的外涂层为聚合物层3。

实施例2

搅拌磁子的制备同实施例1，但铁条直径为2mm，长度为3cm。在搅拌磁子的预键合中按1∶1配制γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷(γ-MAPS)与甲醇的混合溶液6.0mL，加入三乙胺12μL，将处理好的搅拌磁子浸入上述溶液，在氮气保护下置于40℃反应12h后，50℃真空烘干。至此，在玻璃管外壁键合上了一层带烯基的硅烷化物质。反应单体混合剂的组成为：甲基丙烯酸辛酯的质量百分含量为49.5％，乙二醇二甲基丙烯酸酯质量百分含量为49.5％，引发剂过氧化苯甲酰为1％；致孔剂混合物之间的比例为：丙醇60％，1，4-丁二醇30％，水10％；单体混合剂与致孔剂混合物之间的比例在40％∶60％；按上述比例称取相应试剂，反应液混匀后，将上述溶液倒入一定6mm内径的玻璃试管中，小心将处理过的搅拌磁子垂直放入玻璃试管，密封置于60℃水浴中反应16h。在固相萃取搅拌棒的后处理中，将聚合好的搅拌棒置于索氏提取器中，以乙睛为溶剂，提取8h，然后将搅拌棒在50℃真空干燥6h。最后得到基于整体材料的整体型固相萃取搅拌棒。

实施例3

搅拌磁子的制备同实施例1，但铁条直径为3mm，长度为5cm。在搅拌磁子的预键合中按1∶1.5配制γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷(γ-MAPS)与甲醇混合溶液9mL，加入咪唑27μL，将处理好的搅拌磁子浸入上述溶液，在氮气保护下置于60℃反应6h后，60℃真空烘干。至此，玻璃管外壁键合上一层带烯基的硅烷化物质。反应单体混合物之间比例为：甲基丙烯酸十八酯的质量百分含量为44.5％，三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯质量百分含量为54.5％，引发剂过氧化苯甲酰为2％；致孔剂混合物之间的比例为：丙醇70％，1，4-丁二醇25％，水5％；单体混合物与致孔剂混合物之间的比例在55％∶45％；按上述比例称取相应反应试剂，反应液混匀后，将上述溶液倒入一定8mm内径的玻璃试管中，小心将处理过的搅拌磁子垂直放入玻璃试管，密封置于70℃水浴中反应6h。进行固相萃取搅拌棒的后处理中，以乙醇为溶剂，将搅拌棒浸泡至无杂质检出，然后将搅拌棒在80℃真空中干燥1h。最后得到基于整体材料的整体型固相萃取搅拌棒。

实施例4

配制萘、菲和荧蒽的混合水溶液100mL(含甲醇8mL)，浓度均为2.0ppm，考察所制备的萃取搅拌棒对这三种试验化合物的吸附过程，使用的搅拌棒的铁芯直径为1mm，长度1.5cm，搅拌棒直径6mm，长度3cm，其它制备过程同实施例2，将搅拌棒置于萘、菲和荧蒽的混合水溶液，室温下600r/min搅拌一定时间，色谱条件为：C18整体柱(100×4.6mm i.d.)，流动相为乙腈和水，体积比为75∶25；流速2.0mL/min；进样量20μL；检测波长254nm。萃取时间与试样中萘、菲和荧蒽的残留量(以色谱峰面积表示)，如图4所示。

实施例5

将实施例4中，吸附了萘、菲和荧蒽的搅拌棒取出，放入10mL甲醇中，室温下600r/min搅拌一定时间，考察搅拌棒的解吸过程，色谱条件同实施例4，时间与解吸效率(以色谱峰面积表示)，如图5所示。

实施例6

配制8种多环芳烃加标浓度均为10ppb的海水溶液200mL，置入按实施例4制备的搅拌棒，室温下在600r/min下萃取2h，取出搅拌棒，用10mL甲醇在600r/min下解吸2h，然后吹氮气浓缩至1mL。色谱条件为色谱柱Waters spherosorb 5μm(250×4.6mm i.d.)，流动相为乙腈和水，体积比为80∶20，流速1.5mL/min，进样量20μL，检测波长为254nm。图6为加标海水萃取前(a)和后(b)的HPLC-UV分离谱图。

实施例7

配制4种同化激素加标浓度均为10ppb的自来水溶液200mL，置入按实施例4制备的搅拌棒，室温下在600r/min下萃取2h，取出搅拌棒用10mL甲醇在600r/min下解吸2h，然后吹氮气浓缩至1mL。色谱条件为色谱柱Waters spherosorb 5μm(250×4.6mm i.d.)，流动相为乙腈和水，体积比为85∶15，流速1.0mL/min，进样量20μL，检测波长为245nm。图7为加标自来水萃取前(a)和后(b)的HPLC-UV分离谱图。

Claims

1.整体型固相萃取搅拌棒的制备方法，其特征在于其步骤为：

1)搅拌磁子的制备：截取一段铁条，清洗烘干后，用玻璃将其密封，得搅拌磁子；

2)搅拌磁子的预键合：

b.配制γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷与甲醇的混合溶液，按质量比γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷与甲醇＝1∶0.5～1.5，在γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷与甲醇的混合溶液中加入有机碱，制得预键合溶液，将处理好的搅拌磁子浸入预键合溶液，在氮气保护下反应后，烘干，搅拌磁子的玻璃管外壁键合上了一层带烯基的硅烷化物质；

3)固相萃取搅拌棒的制备：

a.配制反应单体混合剂，按质量百分比甲基丙烯酸烷基酯为59.5％～44.5％，交联剂为39.5％～54.5％，引发剂偶氮二异丁睛或过氧化苯甲酰为0.5％～2％；

c.称取反应单体和致孔剂，混匀后倒入玻璃容器中，将处理过的搅拌磁子垂直放入玻璃容器，密封置于水浴中反应，再除去玻璃容器，取出涂有聚合物的搅拌棒；

2.如权利要求1所述的整体型固相萃取搅拌棒的制备方法，其特征在于在制备搅拌磁子时，铁条的直径为0.1～3mm，长度为0.5～5cm。

3.如权利要求1所述的整体型固相萃取搅拌棒的制备方法，其特征在于在搅拌磁子的预键合中，按体积百分比，加入的有机碱为γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷与甲醇的混合溶液的0.1％～0.3％。

4.如权利要求1所述的整体型固相萃取搅拌棒的制备方法，其特征在于所述的有机碱为吡啶，三乙胺或咪唑。

5.如权利要求1所述的整体型固相萃取搅拌棒的制备方法，其特征在于制得预键合溶液后，将处理好的搅拌磁子浸入预键合溶液，在氮气保护下置于30～50℃反应6～24h后，30～60℃真空烘干。

6.如权利要求1所述的整体型固相萃取搅拌棒的制备方法，其特征在于在制备固相萃取搅拌棒时，反应单体混合剂与致孔剂混合液的质量百分比为35％∶65％～55％∶45％。

7.如权利要求1所述的整体型固相萃取搅拌棒的制备方法，其特征在于所述的水浴的温度为40～70℃，水浴反应时间为6～24h。

8.如权利要求1所述的整体型固相萃取搅拌棒的制备方法，其特征在于在固相萃取搅拌棒的后处理过程中，可将步骤3聚合好的搅拌棒置于索氏提取器中，以甲醇或乙睛或乙醇为溶剂，提取4～24h，然后将搅拌棒在30～80℃真空中干燥1～8h，最后得到基于整体材料的整体型固相萃取搅拌棒。

9.如权利要求1所述的整体型固相萃取搅拌棒的制备方法，其特征在于在固相萃取搅拌棒的后处理过程中，可将步骤3聚合好的搅拌棒置于甲醇或乙睛或乙醇溶剂中，浸泡至液体中无杂质检出，然后将搅拌棒在30～80℃真空中干燥1～8h，最后得到基于整体材料的整体型固相萃取搅拌棒。