一种磺酸根功能化共价有机聚合物固相萃取柱的制作方法

本发明属于固相萃取柱制备领域，具体涉及一种以磺酸根功能化共价有机聚合物（coptpba-bpda@sa）为填料的固相萃取柱的制备。

背景技术：

共价有机聚合物（cop）是一种新型的由轻元素，如b、c、n、o组成的由共价键连接的一种多孔材料，其具有多种结构，主要可分为硼类、胺类、三嗪类和其他类等四类。共价有机聚合物（cop）具有永久的孔结构，较好的物理化学稳定性和热稳定性，较好的吸附能力等优良性能，在气体储存、催化、光电、吸附等领域得到了广泛的关注，也在固相萃取领域得到了应用。例如，shuowang等人（liujm,haojl,wangs,etal.rscadv.,2018,8,26880-26887）采用2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三甲醛与4,4-二氨基联苯通过席夫碱反应成功合成球状的具有较大比表面的共价有机聚合物材料，将其以粉末形式直接填充制得固相萃取柱，并与高效液相色谱（hplc）联用，实现对酚类内分泌干扰物的富集检测。此外，该课题组还采用二甘醇酐（da）对2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三甲醛（tp）进行修饰，得到修饰后的聚合前体ctp，将其与4,4-二氨基联苯反应得到含有-cooh官能团的共价有机聚合物材料，并将其用于固相萃取，实现对复杂样品中多种重金属的富集萃取（liujm,wangxz,zhaocy,etal.j.hazard.mater.,2018,344,220-229）。

在传统的固相萃取材料中，分析对象与固相萃取材料通常是通过单一的疏水相互作用或离子交换作用等实现分析对象的富集净化，同时具有多重萃取作用的材料近年来成为固相萃取领域的研究热点。共价有机聚合物本身具有强疏水性的大型π-π共轭体系结构，与非极性或弱极性的化合物之间具有强烈的疏水相互作用，可作为此类化合物的萃取介质材料；此外，通过对共价有机聚合物的特殊功能化还可赋予其更多的性能，可实现具有同时具有多重萃取作用的新型固相萃取材料的制备，对拓宽固相萃取材料适用的分析对象范围，提高材料的适用性具有重要意义。

本发明以1,3,5-三(4-氨苯基)苯和4,4-联苯二甲醛为反应原料，利用席夫碱反应制备基质共价有机聚合物（coptpba-bpda），然后再利用4-氨基苯磺酸与基质共价有机聚合物表面的醛基作用制备磺酸根功能化共价有机聚合物（coptpba-bpda@sa）。根据已知的文献，目前尚未有将磺酸根引入共价有机聚合物进行固相萃取方面的报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种以磺酸根功能化共价有机聚合物（coptpba-bpda@sa）为填料的固相萃取柱，并将此固相萃取柱与高效液相色谱在线联用，构建在线固相（微）萃取-高效液相色谱联用系统，实现非极性或弱极性的待测物或者可正电离的待测物的富集萃取与净化，减少复杂样品中杂质对分离检测的干扰，提高目标物的检测灵敏度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

使用1,3,5-三(4-氨苯基)苯（tpba）和4,4-联苯二甲醛（bpda）制备基质共价有机聚合物（coptpba-bpda），再在其基础上使用对氨基苯磺酸进行磺酸根的衍生，得到衍生后的磺酸根功能化共价有机聚合物（coptpba-bpda@sa），最后将制备的材料填入不同规格的不锈钢空柱管中，得到所需的磺酸根功能化共价有机聚合物固相萃取柱。本发明提供的磺酸根功能化共价有机聚合物固相萃取柱，主要利用萃取介质与待测对象之间的疏水相互作用和离子交换作用，实现待测对象的富集萃取与净化，减少复杂样品中杂质对分离检测的干扰，提高目标物的检测灵敏度。

所述磺酸根功能化共价有机聚合物固相萃取柱的制备方法，包括以下步骤：

（1）基质共价有机聚合物（coptpba-bpda）的制备：称取摩尔比为2:3的1,3,5-三(4-氨苯基)苯和4,4-联苯二甲醛置于烧瓶中，添加乙醇作为反应溶剂，超声使其均匀分散；然后加入乙酸作为催化剂，常温下搅拌反应几分钟后，得到均匀的黄色悬浊液；过滤，乙醇清洗两次，真空干燥，得到黄色的coptpba-bpda。

（2）磺酸根功能化共价有机聚合物（coptpba-bpda@sa）的制备：将在前一步合成的coptpba-bpda和对氨基苯磺酸置于烧瓶中，加入体积比为3:7的均三甲苯和二氧六环混合物作为反应溶剂，在常温下搅拌几分钟得到悬浊液；然后加入乙酸作为催化剂，油浴锅中加热反应数小时得到红棕色悬浊液；过滤，依次使用n,n-二甲基甲酰胺（dmf）、乙醇和超纯水进行清洗，真空干燥，得到砖红色的coptpba-bpda@sa固体。

（3）固相萃取柱的装填：先将不同规格的不锈钢空柱管洗净烘干，在柱管出口端装上滤帽，装好两端柱头；将不同质量（不同规格柱管装填质量不同）的coptpba-bpda@sa制成匀浆液，借助泵的辅助将匀浆液通入空柱管中，以此将coptpba-bpda@sa填入柱内。之后采用乙腈作为流动相，在液相色谱泵上冲洗固相萃取柱，得到coptpba-bpda@sa固相萃取柱。

本发明的显著优点在于：

（1）本发明提供的coptpba-bpda@sa萃取材料提供了离子交换作用与疏水相互作用两种萃取作用力，相较于传统的单一作用力萃取材料，增加了萃取作用方式，提供了更好的选择性与富集能力，适用的待测对象范围也得以扩大；

（2）与传统的萃取材料比较，本发明提供的coptpba-bpda@sa萃取材料，通过磺酸根的功能化，大大降低复杂生物样品中蛋白质的干扰，提高了萃取材料的净化能力和使用对象范围；

（3）本发明提供的coptpba-bpda@sa萃取材料具有较好的耐酸耐碱性能，具有较宽的ph耐受性，大大放宽了可供选择的萃取富集实验条件，延长了固相萃取柱的使用寿命。

附图说明

图1为coptpba-bpda(a)和coptpba-bpda@sa(b)的x射线光电子能谱图。

图2为以coptpba-bpda(a)和coptpba-bpda@sa(b)作为固相萃取介质，构建在线固相萃取-高效液相色谱联用分析系统对实际空白猪肉样品的检测色谱图；以coptpba-bpda@sa作为固相萃取介质，构建在线固相萃取-高效液相色谱联用分析系统对加标0.6mg/kg三种β2-受体激动剂（即克伦特罗、莱克多巴胺、班布特罗）的实际猪肉样品的检测色谱图(c)。

图3为以coptpba-bpda@sa作为固相萃取介质，构建在线固相萃取-高效液相色谱联用分析系统在线富集检测空白猪肉样品中添加的莱克多巴胺时，载样液中乙腈含量对莱克多巴胺峰面积的影响。

图4为以coptpba-bpda@sa作为固相萃取介质，构建在线固相萃取-高效液相色谱联用分析系统在线富集检测空白猪肉样品中添加的克伦特罗时，洗脱液ph值对克伦特罗峰面积的影响。

具体实施方式

（1）基质共价有机聚合物（coptpba-bpda）的制备：称取0.1mmol的1,3,5-三(4-氨苯基)苯和0.15mmol的4,4-联苯二甲醛于烧瓶中，添加20ml乙醇作为反应溶剂，超声10分钟使其均匀分散；然后加入2ml3mol/l乙酸作为催化剂，常温下搅拌，反应15分钟，得到均匀的黄色悬浊液；过滤，乙醇清洗两次，在60℃下真空干燥，得到黄色的coptpba-bpda。

（2）磺酸根功能化共价有机聚合物（coptpba-bpda@sa）的制备：将在前一步合成的coptpba-bpda和0.05mmol对氨基苯磺酸置于烧瓶中，加入6ml均三甲苯和14ml二氧六环作为反应溶剂，在常温下搅拌10分钟得到悬浊液；然后加入2ml3mol/l乙酸作为催化剂，在70℃油浴锅中反应4小时得到红棕色悬浊液；过滤，依次使用n,n-二甲基甲酰胺（dmf）、乙醇和超纯水进行清洗，在60℃下真空干燥，得到砖红色的coptpba-bpda@sa固体。

（3）固相萃取柱的装填：先将不同规格的不锈钢空柱管洗净烘干，在柱管出口端装上滤帽，装好两端柱头；将不同质量（不同规格柱管装填质量不同）的coptpba-bpda@sa制成匀浆液，借助泵的辅助将匀浆液通入空柱管中，以此将coptpba-bpda@sa填入柱内。之后采用乙腈作为流动相，在液相色谱泵上冲洗固相萃取柱1小时，得到coptpba-bpda@sa固相萃取柱。

（4）采用本课题组发明的“六通阀+十通阀”的在线联用模式（在线固相萃取-高效液相色谱联用系统，专利号：zl201820762345.4），构建在线固相（微）萃取-高效液相色谱联用系统，将制得的coptpba-bpda@sa固相萃取柱作为固相萃取介质，用于复杂的实际食品或生物样品中的微量待测对象的在线富集萃取与净化，并实现高灵敏分析检测。

应用实施例1

按上述具体实施方式分别制备基质共价有机聚合物（coptpba-bpda）和磺酸根功能化共价有机聚合物（coptpba-bpda@sa），并对其进行x射线光电子能谱表征。如附图1所示，从两种材料的x射线光电子能谱图中都可见明显的c、n、o元素信号，说明两种材料主要都是由这三种元素组成；对比coptpba-bpda，coptpba-bpda@sa材料的x射线光电子能谱图中多了s元素的信号，表明了对氨基苯磺酸对基质共价有机聚合物磺酸化衍生的成功实施。

应用实施例2

按上述具体实施方式分别制备coptpba-bpda固相萃取柱和coptpba-bpda@sa固相萃取柱，并分别以这两种固相萃取柱作为固相萃取介质，构建在线固相萃取-高效液相色谱联用分析系统，对比考察两种不同的固相萃取柱对空白实际猪肉样品的净化能力；并使用coptpba-bpda@sa固相萃取柱构建在线固相萃取-高效液相色谱联用分析系统，对加标0.6mg/kg三种β2-受体激动剂（即克伦特罗、莱克多巴胺、班布特罗）的实际猪肉样品进行分析（附图2）。联用系统具体运行条件为：载样液组成：乙腈/0.2%甲酸水溶液=20%/80%(v/v)；样品溶剂：乙腈/0.2%甲酸水溶液=20%/80%(v/v)；进样流速：0.1ml/min；进样体积：500μl；洗脱液组成：乙腈/0.15%甲酸-三乙胺水溶液(ph=9.8)=25%/75%(v/v)；洗脱流速：0.1ml/min；洗脱体积：200μl；采集时间区间：第0.5-2.5分钟；分离流动相：乙腈/0.1%甲酸-三乙胺水溶液(ph=4.0)=25%/75%(v/v)；分离流速：0.8ml/min；柱温：40℃；检测波长：213nm。

如附图2所示，使用coptpba-bpda固相萃取柱对实际空白猪肉样品进行在线处理时，得到的色谱曲线（曲线2a）不平整，表明存在较多对分析产生干扰的杂质；而使用coptpba-bpda@sa固相萃取柱时，色谱曲线较为平整（曲线2b），说明衍生了磺酸根的coptpba-bpda@sa固相萃取柱对实际样中干扰分析检测的杂质具有较好的除杂净化能力，减少了猪肉实际样中杂质的干扰。曲线2c中，检测峰1为莱克多巴胺，检测峰2为克伦特罗，检测峰3为班布特罗。由色谱曲线2c可见，在该联用系统条件下，coptpba-bpda@sa固相萃取柱不仅消除了实际猪肉样品基质中大量杂质对分离检测的干扰，并同时实现了实际猪肉样品中加标的微量β2-受体激动剂的高效富集萃取与高灵敏检测，表明了coptpba-bpda@sa固相萃取柱优良的杂质去除能力和强大的混合模式富集萃取性能。

应用实施例3

按上述具体实施方式制备coptpba-bpda@sa固相萃取柱，并以这种固相萃取柱作为固相萃取介质，构建在线固相萃取-高效液相色谱联用分析系统，考察载样液中乙腈含量对分析对象莱克多巴胺峰面积的影响。联用系统具体运行条件为：载样液组成：乙腈/0.2%甲酸水溶液；样品溶剂：乙腈/0.2%甲酸水溶液=20%/80%(v/v)；进样流速：0.1ml/min；进样体积：500μl；洗脱液组成：乙腈/0.15%甲酸-三乙胺水溶液(ph=9.8)=25%/75%(v/v)；洗脱流速：0.1ml/min；洗脱体积：200μl；采集时间区间：第0.5-2.5分钟；分离流动相：乙腈/0.1%甲酸-三乙胺水溶液(ph=4.0)=25%/75%(v/v)；分离流速：0.8ml/min；柱温：40℃；检测波长：213nm。

图3为联用系统在线富集检测空白猪肉样品中添加的莱克多巴胺时，载样液中乙腈含量对莱克多巴胺峰面积的影响。从图3可见，随着载样液中乙腈含量由10%增加到45%，分析对象莱克多巴胺的峰面积不断下降，这是由于分析对象与固相萃取介质之间的疏水相互作用随着载样液中乙腈含量提高而不断下降，表明了在coptpba-bpda@sa固相萃取柱上，可通过分析对象与coptpba-bpda@sa之间的疏水相互作用实现分析对象的高效萃取。

应用实施例4

按上述具体实施方式制备coptpba-bpda@sa固相萃取柱，并以这种固相萃取柱作为固相萃取介质，构建在线固相萃取-高效液相色谱联用分析系统，考察洗脱液ph值对分析对象克伦特罗峰面积的影响。联用系统具体运行条件为：载样液组成：乙腈/0.2%甲酸水溶液=20%/80%(v/v)；样品溶剂：乙腈/0.2%甲酸水溶液=20%/80%(v/v)；进样流速：0.1ml/min；进样体积：500μl；洗脱液组成：乙腈/0.15%甲酸-三乙胺水溶液=25%/75%(v/v)；洗脱流速：0.1ml/min；洗脱体积：200μl；采集时间区间：第0.5-2.5分钟；分离流动相：乙腈/0.1%甲酸-三乙胺水溶液(ph=4.0)=25%/75%(v/v)；分离流速：0.8ml/min；柱温：40℃；检测波长：213nm。

如图4所示，随着洗脱液ph值的增大，分析对象克伦特罗的峰面积逐渐增加。这是由于当洗脱液ph值大于克伦特罗的pka值（pka=8.86）时，克伦特罗由带正电状态逐渐转变为不带电的电中性状态；此时，coptpba-bpda@sa上的磺酸基团对电中性状态的克伦特罗吸附能力削弱，实现了之前富集的克伦特罗从固相萃取柱洗脱。由此说明，在coptpba-bpda@sa固相萃取柱上，分析对象的萃取可通过分析对象与coptpba-bpda@sa之间的离子交换作用实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。