一种葡聚糖凝胶整体吸附萃取搅拌棒及其制备方法与应用与流程

本发明属于分析化学技术领域，具体涉及一种葡聚糖凝胶整体吸附萃取搅拌棒及其制备方法与应用。

背景技术：

葡聚糖凝胶是由直链的葡聚糖分子和交联剂交联而成的具有多孔网状结构的高分子化合物。凝胶颗粒中网孔的大小可通过调节葡聚糖和交联剂的比例来控制，交联度越大，网孔结构越紧密；交联度越小，网孔结构就越疏松，网孔的大小决定了被分离物质能够自由出入凝胶内部的分子量范围。葡聚糖凝胶含有亲水性，还带有丰富的配位基，容易进行化学改性，是理想的聚合物支持体。1986年王启超等首次将巯基连接到葡聚糖凝胶上合成巯基葡聚糖凝胶用于金属离子分离富集。但是葡聚糖凝胶对分子体积相近的目标物无法分离，对结构相近的分子更无法实现特异性结合。

吸附萃取搅拌棒(stirbarsorptionextraction，sbse)技术是由baltussen等人提出的，2000年gerstelgmbh公司推出了商品化装置。sbse是固相萃取(spe)的重要延伸，在萃取的同时自身完成搅拌，避免了搅拌子的竞争吸附。sbse是将高分子聚合物涂层固载于内置磁芯的封端玻璃毛细管外层制得的，涂层主要是聚二甲基硅氧烷等非特异性吸附涂层和耐热工程塑料聚醚砜酮ppesk等，选择性不高，同时涂层厚度受限并可能出现脱落或损坏现象。搅拌棒外部为涂层，内部为铁芯，搅拌棒重量较大时难以提供足够磁力。

因此，目前亟需研究开发一种整体吸附萃取搅拌棒及其制备方法及其用于对复杂样品中的目标物的提取检测，以克服现有sbse萃取技术富集过程中专一性不强以及吸附萃取搅拌棒磁力不足等问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种葡聚糖凝胶整体吸附萃取搅拌棒及其制备方法与应用。本发明所提供的葡聚糖整体吸附萃取搅拌棒为均一的整体结构，机械稳定性强，磁性强，有较强的耐溶剂性，而且制备方法简便易行，成本低，能够快捷、高效地实现目标物富集。

为此，本发明第一方面提供了一种葡聚糖凝胶整体吸附萃取搅拌棒，包括，巯基葡聚糖凝胶与葡聚糖修饰磁粉的均匀体，所述均匀体上含有与模板分子相匹配的空穴。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述磁粉为高磁性超顺磁粉。所述磁粉更优选为超顺磁钕铁硼磁粉。

根据本发明，巯基葡聚糖凝胶作为主体吸附材料具有化学稳定性强和耐有机溶剂强的优点。尤其是，通过葡聚糖修饰磁粉(磁粉最好是超顺磁钕铁硼磁粉)与巯基葡聚糖凝胶共同使用还具有一定的协同作用效果，使搅拌棒具有更强的耐有机溶剂性、机械稳定性，以及更好的重现性与稳定性。而且，采用上述特定的均匀体和特定空穴相结合的结构更进一步提高了分析灵敏度。

本发明第二方面提供了一种根据本发明第一方面所述葡聚糖凝胶整体吸附萃取搅拌棒的制备方法，其包括：

步骤a，对磁粉预处理，制得葡聚糖修饰磁粉；

步骤b，将巯基葡聚糖凝胶与模板分子混合，搅拌均匀，并反应，制得葡聚糖印迹溶液；

步骤c，将葡聚糖印迹溶液与葡聚糖修饰磁粉混合装填于管内，超声处理，并反应，制得搅拌棒前体；

步骤d，取出搅拌棒前体，洗脱模板分子，制得葡聚糖凝胶整体吸附萃取搅拌棒。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述管优选为玻璃管。经研究，玻璃管与其他材质(如塑料管)相比，玻璃管更容易将搅拌棒取出，制备简单。

在本发明的一些优选的实施方式中，在步骤a中，所述处理包括磁粉的葡聚糖修饰。

根据本发明，在磁粉的葡聚糖修饰之前，所述处理还包括磁粉中杂质的去除。

根据本发明，在磁粉的葡聚糖修饰之前，所述处理还包括磁粉表面有机物的去除。

在本发明的一些优选的实施方式中，在步骤b中，所述巯基葡聚糖凝胶包含四氢呋喃，葡聚糖凝胶，巯基乙酸和浓硫酸的反应产物。

根据本发明，四氢呋喃为30～50wt％，葡聚糖凝胶为15～35wt％，巯基乙酸为25～40wt％，浓硫酸为0.1～0.3wt％。

根据本发明，所述反应的温度为40～50℃；和/或所述反应的时间为40～60h。

在本发明的一些优选的实施方式中，在步骤b中，所述葡聚糖印迹溶液包含丙烯酸酯类化合物、偶氮二异丁腈、巯基葡聚糖凝胶、模板分子和有机溶剂。

在本发明的一些优选的实施方式中，丙烯酸酯类化合物为15～30wt％，偶氮二异丁腈为0.3～1.5wt％，巯基葡聚糖凝胶为10～30wt％，模板分子为0.05～1.5wt％，有机溶剂为50～80wt％。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述丙烯酸酯类化合物为乙二醇二甲基丙烯酸酯和/或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述有机溶剂为乙腈、甲醇和甲苯中的一种或多种。

在本发明的一些优选的实施方式中，在步骤c中，在管中依次加入葡聚糖印迹溶液和葡聚糖修饰磁粉，反复多次，封闭管的两端，超声处理，并继续反应。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述超声处理的时间为5～20min；和/或所述反应的温度为80～90℃；和/或所述反应的时间为10～20h。

根据本发明，所述超声时间不能太短，否则影响均匀性；但超声时间长容易造成管内溶液温度升高；时间过长还会使管两侧封闭端容易脱落。经研究发现，超声处理的时间选在5～20min是最适宜的。

在本发明的一些优选的实施方式中，在步骤d中，搅拌棒在洗脱液中洗脱，再用甲醇洗脱，至不再有模板分子流出。

根据本发明，搅拌棒在磁力搅拌作用下在洗脱液中搅拌、洗脱。

在本发明的一个优选的实施方式中，洗脱液为甲醇/甲酸溶液。

在本发明的一些优选的实施方式中，甲醇与甲酸的体积比为(6～18):1。

在本发明的一些优选的实施方式中，在步骤d中，在洗脱模板分子之前，还包括，对取出的搅拌棒进行切割。

根据本发明，切割长度为1～3cm。本发明中吸附萃取搅拌棒长度选择1～3cm是适宜的，长度太长易发生断裂，长度太短则吸附量不够。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述模板分子包括苏丹红ⅰ、苏丹红ⅱ、苏丹红ⅲ、苏丹红ⅳ、溶剂黄2、萘、芴、菲、芘和荧蒽中的一种或多种。

根据本发明，所述模板分子包括苏丹红ⅰ、苏丹红ⅱ、苏丹红ⅲ、苏丹红ⅳ和溶剂黄2中的一种或多种。

根据本发明，所述模板分子包括萘、芴、菲、芘和荧蒽中的一种或多种。

本发明第三方面提供了一种根据本发明第一方面所述的葡聚糖凝胶整体吸附萃取搅拌棒或根据本发明第二方面所述方法制备的葡聚糖凝胶整体吸附萃取搅拌棒在样品检测中目标物提取中的应用。

本发明所提供的葡聚糖整体吸附萃取搅拌棒为均一的整体结构，不存在萃取层易脱落的问题，机械稳定性强；而且，搅拌棒内不含铁芯，大大减轻了重量的同时，由于磁粉充满搅拌棒内部，提供的磁力较sbse更大；尤其是，本发明采用高磁性超顺磁粉与巯基葡聚糖凝胶通过依次混合填装、超声处理和恒温反应共同作用的特定方法制备的葡聚糖整体吸附萃取搅拌棒，极大的提高了吸附萃取搅拌棒的磁性和机械稳定性。本方法通过将巯基葡聚糖凝胶和处理过的磁粉与分子印迹技术结合使用的协同作用，使吸附萃取搅拌棒内含有大量分布合理且对目标物具有特异性识别的特定空穴，富集过程中专一性更强，对目标物具有更好的富集效果，更快捷高效地实现目标物富集，同时极大提高了重复利用性与稳定性。此外，本发明提供的方法还具有制备简单，条件易于控制和成本低等优势。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中

图1为本发明实施例1的葡聚糖整体吸附萃取搅拌棒的萃取效果色谱图；

图2为本发明实施例2的葡聚糖整体吸附萃取搅拌棒的萃取效果色谱图；

附图标记说明：图1中：1-溶剂黄2，2-苏丹红ⅰ，3-苏丹红ⅱ，4-苏丹红ⅲ，5-苏丹红ⅳ；a为萃取前标准溶液色谱图；b为萃取后洗脱液色谱图；图2中：1-萘，2-芴，3-菲，4-芘，5-荧蒽；a为萃取前标准溶液色谱图；b为萃取后洗脱液色谱图。

具体实施方式

为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。

在本发明中，术语“溶剂黄2”，英文名称：solventyellow2，cas号：60-11-7；化学式：c14h15n3；

术语“苏丹红ⅰ”，英文名称：sudanⅰ；cas号：842-07-9；化学式：c16h12n20；

术语“苏丹红ⅱ”，英文名称：sudanii；cas号：3118-97-6；化学式：c18h16n2o；

术语“苏丹红ⅲ”，英文名称：sudanⅲ；cas号：85-86-9；化学式：c22h16n4o；

术语“苏丹红ⅳ”，英文名称：sudanⅳ；cas号：85-83-6；化学式：c24h20n4o；

术语“萘”，英文名称：naphthalene；cas号：91-20-3；化学式：c10h8；

术语“芴”，英文名称：fluorene；cas号：86-73-7；化学式：c13h10；

术语“菲”，英文名称：phenanthrene；cas号：85-01-8；化学式：c14h10；

术语“芘”，英文名称：pyrene；cas号：129-00-0；化学式：c16h10；

术语“荧蒽”，英文名称：fluoranthene；cas号：206-44-0；化学式：c16h10；

以上试剂购自百灵威科技有限公司。

另外，

如无特殊说明，本发明所用试验方法均为本领域常规试验方法。

如无特殊说明，本发明所用仪器均为本领域常规仪器。

如无特殊说明，本发明所用材料、试剂均可通过商业途径获得。

本发明所采用的仪器及表征测试方法如下：采用waters公司acquituplc超高效液相色谱仪和acquity超高效合相色谱仪进行测定。

实施例

实施例1

1.磁粉进行葡聚糖修饰预处理：

(1)磁粉的预处理：将超顺磁钕铁硼磁粉在丙酮溶液中浸泡处理30min，去离子水洗净后再用1mol/l的氢氧化钠溶液在80℃条件下浸泡20min除去磁粉表面的有机物，去离子水清洗后真空干燥备用；

(2)磁粉的葡聚糖修饰预处理：首先制备氢氧化钠/二甘醇混合液，将100mmol氢氧化钠加入40ml二甘醇中，搅拌加热至氢氧化钠完全溶解后70℃保存，将2g处理过的磁粉与5g葡聚糖凝胶加入200ml二甘醇中，在210℃下充分搅拌并缓慢加入20ml上述氢氧化钠/二甘醇混合液，于210℃反应2h，产物冷却后分别用乙酸乙酯、乙醇、去离子水冲洗干净，真空干燥后备用。

2.制备巯基葡聚糖凝胶：

反应器中按以下质量百分比加入反应物：四氢呋喃40％，葡聚糖凝胶25％，巯基乙酸34.7％，浓硫酸0.3％，混合液搅拌均匀于50℃条件下反应50h，产物由去离子水清洗后真空干燥备用。

3.配置葡聚糖苏丹红印迹混合液与葡聚糖修饰磁粉混合装填于玻璃管中：

反应器中按以下质量百分比加入反应物：乙腈60％，乙二醇二甲基丙烯酸酯20％，偶氮二异丁腈1％，巯基葡聚糖凝胶18％，模板分子苏丹红ⅰ、苏丹红ⅱ、苏丹红ⅲ、苏丹红ⅳ和溶剂黄2各0.2％，混合液搅拌均匀后通入惰性气体10min后于50℃条件下反应6h，升温至85℃反应10h后冷却至室温备用。取上述葡聚糖印迹混合液500μl及葡聚糖修饰的磁粉2.5g分6次按照混合液-磁粉-混合液-磁粉的顺序装入内径0.4cm，长度8cm的玻璃管中，两端密封后超声10min于85℃继续反应15h。

4.制得的整体吸附萃取搅拌棒切割：

将反应后玻璃管取出，敲碎外层玻璃管，切割成长度2cm的整体吸附萃取搅拌棒。

5.整体吸附萃取搅拌棒模板分子洗脱：

依靠整体吸附萃取搅拌棒自身的磁力搅拌作用在甲醇/甲酸(v/v＝9:1)溶液中搅拌洗脱，之后用甲醇洗脱至洗脱液进液相色谱检测不再有苏丹红ⅰ、苏丹红ⅱ、苏丹红ⅲ、苏丹红ⅳ和溶剂黄2检出。

按照上述步骤制备的搅拌棒放入50ml苏丹红ⅰ、苏丹红ⅱ、苏丹红ⅲ、苏丹红ⅳ和溶剂黄2浓度为5mg/l的水溶液中萃取搅拌30min，萃取完成后用6ml甲醇分3次冲洗搅拌棒，洗液合并后浓缩至1ml进超高效液相色谱检测，检测色谱图见图1，发现搅拌棒对目标物具有很好的富集效果。

配置一系列不同浓度的标准水溶液，以标准溶液浓度为横坐标，经搅拌棒萃取后在高效液相色谱上的响应峰面积为纵坐标，绘制5种苏丹红目标物的线性范围曲线，求出线性回归方程。实验结果见表1(吸附萃取搅拌棒与液相色谱联用测定5种苏丹红方法的线性方程、定量限及检出限)。由表可知该吸附萃取搅拌棒萃取时的线性范围为0.05-4.0mg/l，检出限在0.004mg/l，定量限在0.01mg/l，相关系数>0.92，表明该吸附萃取搅拌棒对5种苏丹红类目标物分析具有较高灵敏度。

表1

向不含上述5种苏丹红目标物的水样中分别添加0.1mg/l和1.0mg/l的目标物，每个浓度样品重复上述萃取检测过程5次，目标物的平均回收率及相对标准偏差rsd见表2(吸附萃取搅拌棒与液相色谱联用测定5种苏丹红方法的回收率及相对标准偏差)。实验发现两种浓度下目标物回收率>80％，相对标准偏差<7.4％，结果满意。

表2

实施例2

1.磁粉进行葡聚糖修饰预处理：

(1)磁粉的预处理：将超顺磁钕铁硼磁粉在丙酮溶液中浸泡处理30min，去离子水洗净后再用1mol/l的氢氧化钠溶液在80℃条件下浸泡20min除去磁粉表面的有机物，去离子水清洗后真空干燥备用；

(2)磁粉的葡聚糖修饰预处理：首先制备氢氧化钠/二甘醇混合液，将80mmol氢氧化钠加入40ml二甘醇中，搅拌加热至氢氧化钠完全溶解后70℃保存，将3g处理过的磁粉与5g葡聚糖凝胶加入200ml二甘醇中，在210℃下充分搅拌并缓慢加入35ml上述氢氧化钠/二甘醇混合液，于210℃反应2h，产物冷却后分别用乙酸乙酯、乙醇、去离子水冲洗干净，真空干燥后备用。

2.制备巯基葡聚糖凝胶：

反应器中按以下质量百分比加入反应物：四氢呋喃40％，葡聚糖凝胶30％，巯基乙酸29.8％，浓硫酸0.2％，混合液搅拌均匀于45℃条件下反应40h，产物由去离子水清洗后真空干燥备用。

3.配置多环芳烃葡聚糖印迹混合液与葡聚糖修饰磁粉混合装填于玻璃管中：

反应器中按以下质量百分比加入反应物：甲苯60％，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯15％，偶氮二异丁腈0.5％，巯基葡聚糖凝胶23％，萘、芴、菲、芘和荧蒽模板分子各0.3％，混合液搅拌均匀后通入惰性气体20min后于50℃条件下反应8h，升温至85℃反应10h后冷却至室温备用。取上述葡聚糖印迹混合液500μl及葡聚糖修饰的磁粉2.5g分4次按照混合液-磁粉-混合液-磁粉的顺序装入内径0.4cm，长度8cm的玻璃管中，两端密封后超声10min于85℃继续反应10h。

4.制得的整体吸附萃取搅拌棒切割：

将反应后玻璃管取出，敲碎外层玻璃管，切割成长度3cm的整体吸附萃取搅拌棒。

5.整体吸附萃取搅拌棒模板分子洗脱：

依靠整体吸附萃取搅拌棒自身的磁力搅拌作用在甲醇/甲酸(v/v＝6:1)溶液中搅拌洗脱，之后用甲醇洗脱至洗脱液进液相色谱检测不再有萘、芴、菲、芘和荧蒽模板分子流出。

按照上述步骤制备的搅拌棒放入100ml萘、芴、菲、芘和荧蒽浓度为3mg/l的水溶液中萃取搅拌40min，萃取完成后用6ml氯仿分3次洗搅拌棒，洗液合并后浓缩至1ml进超高效合相色谱检测，检测色谱图见图2，发现搅拌棒对目标物具有很好的富集效果。

配置一系列不同浓度的标准水溶液，以标准溶液浓度为横坐标，经搅拌棒萃取后在超高效合相色谱上的响应峰面积为纵坐标，绘制萘、芴、菲、芘和荧蒽的线性范围曲线，求出线性回归方程。实验结果见表3(吸附萃取搅拌棒与液相色谱联用测定5种苏丹红方法的线性方程、定量限及检出限)。由表3可知该吸附萃取搅拌棒萃取时的线性范围为0.1-10.0mg/l，检出限在0.02mg/l，定量限在0.05mg/l，相关系数>0.98，表明该吸附萃取搅拌棒对萘、芴、菲、芘和荧蒽分析具有较高灵敏度。

表3

实施例3

采用同实施例1的制备方法和条件，区别仅在于四氢呋喃30wt％，葡聚糖凝胶为15wt％，巯基乙酸为25wt％，浓硫酸为0.1wt％，步骤b中的反应温度40℃、反应时间为60h；乙二醇二甲基丙烯酸酯30wt％，偶氮二异丁腈0.3wt％，巯基葡聚糖凝胶10wt％，有机溶剂50wt％；超声时间为5min，步骤c中的反应温度80℃，通过与实施例1同样的检测发现，实施例3制备的搅拌棒对目标物具有很好的富集效果，分析具有较高灵敏度。

实施例4

采用同实施例2的制备方法和条件，区别仅在于四氢呋喃50wt％，葡聚糖凝胶为35wt％，巯基乙酸为40wt％，偶氮二异丁腈1.5wt％，巯基葡聚糖凝胶30wt％，有机溶剂80wt％，步骤c中的反应温度90℃、反应时间为20h；甲醇/甲酸(v/v＝18:1)溶液模板分子为苏丹红ⅰ和萘各0.025wt％。通过与实施例2同样的检测发现，实施例4制备的搅拌棒对目标物具有很好的富集效果，分析具有较高灵敏度。

实施例5

吸附萃取搅拌棒的重复利用性与稳定性测试：

将实施例4制备的吸附萃取搅拌棒按照实施例1中的条件对浓度为0.5mg/l的苏丹红ⅰ溶液进行吸附-洗脱实验，洗脱液上液相色谱仪检测；按照实施例2中的条件对浓度为1.0mg/l的萘溶液进行吸附-洗脱实验，洗脱液上合相色谱仪检测，计算待测目标物响应值的相对误差，以考察吸附萃取搅拌棒的重复利用性和稳定性。发现搅拌棒每天使用5次，重复使用30次，其相对误差小于9.2％，说明搅拌棒具有良好的重现性和稳定性，使用寿命长。

将搅拌棒放置于甲醇、水及0.1mol/l甲酸溶液中以500rpm转速连续搅拌10h，之后取出进行吸附-洗脱实验，结果误差小于7.5％，搅拌棒未出现明显磨损及脱落，表现出较强的耐溶剂性和机械稳定性。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。