一种净化柱用吸附填料及其制备方法和用途与流程

本发明涉及色谱填料领域，特别是涉及一种净化柱用吸附填料及其制备方法和用途。

背景技术：

1、真菌毒素(mycotoxin)一词源于希腊词“mykes”和拉丁单词“toxicum”，是产毒真菌在适宜的环境条件下产生的次级代谢产物。大米、小麦与玉米是中国消费量最大的三种谷物食物，这些谷物食品在加工或储存过程中极易被真菌毒素污染，真菌污染问题愈来愈受到广泛关注。

2、黄曲霉毒素是由黄曲霉和寄生曲霉等曲霉菌在高温和潮湿的环境下产生，具有毒性的次生代谢产物，是一类毒性极强的剧毒物质。除黄曲霉毒素外，研究较为深入的是十几种对人类危害较大的真菌毒素，它们一般同时具有毒性强和污染频率高的特点，其中以脱氧雪腐镰刀菌烯醇(呕吐毒素)、玉米赤霉烯酮、展青霉素最为突出。这四种真菌毒素不仅具有致癌、致畸和致突变等作用，还具有肝细胞毒性、中毒性肾损害、生殖紊乱以及免疫抑制等作用，对人类健康造成极大威胁。食品中真菌毒素感染已成为不可忽视的问题，因此，建立快捷、高效、灵敏的检测方法，特别是实现多种真菌毒素同时检测显得尤为重要。

3、目前食品、农产品中真菌毒素的检测方法主要有薄层色谱法、酶联免疫吸附法、免疫亲和柱净化－荧光度法和免疫亲和柱净化－高效液相色谱法、高效液相色谱－串联质谱法等。为降低检测干扰、提高方法检测能力、延长仪器使用寿命，在样品提取液进入仪器分析前需要进行净化，即通过一定方式将其中大量存在的非目标物质，如脂肪、蛋白质、色素以及矿物质、纤维素等除去。目前常用净化手段主要包括以下几种：

4、(1)液液萃取法(liquid-liquid extraction，lle)液液萃取法是基于杂质和待测物在不同溶剂中溶解度的差异来完成萃取净化，如可使用弱极性溶剂如正己烷、石油醚等去除提取液中油脂、胆固醇等若极性杂质，而极性目标物则被保留。液液萃取法方法简单，对设备要求低，操作快速，应用广泛，但存在耗时长、效率低、方法针对性差、溶剂用量大等缺点。

5、(2)固相萃取法(solidphase extraction，spe)

6、spe在分离原理、固定相和溶剂选择方面与柱色谱十分相似，但spe填料粒径(40gm以上)比色谱柱填料大得多，因此只能分离性质差异较大的物质。spe柱常用填料为硅胶或化学键和填料，如-oh、-cn、-c18、-c6h5等，通过键和官能团来完成对目标物的吸附。借助spe法可完成：1)除去基质干扰物；2)富集痕量组分；3)改变试样溶剂；4)原位衍生、样品脫盐等。spe的一般操作过程可描述为：1)活化，使用适当溶剂对spe柱进行淋洗，去除柱子中可能存在的杂质并使填料表面溶剂化；2)上样，将提取液在负压或者重力的作用下缓慢通过spe柱，达到一个充分接触、分配平衡的过程；3)淋洗，使用中等强度溶剂将保留在柱上的干扰物质洗脱，而待测物继续保留；4)洗脱，将待测物完全洗脱并收集在尽可能小的组分中。

7、目前，在很多分析方法乃至国家标准中都已使用spe法代替原有的lle法。相比lle法，spe有如下优点：有机试剂用量少，操作过程快速；方法选择性好，灵敏度高；重现性好，易实现自动化；能处理大体积样品，具有浓缩富集功能。但同时spe法也存在一些缺点：柱本身容易堵塞、填料选择范围有限；柱性能受ph值、溶剂种类及离子强度等因素影响。

8、(3)改进型固相萃取法

9、改进型固相萃取法在原理上与传统spe方法相似，但在填料种类及净化机理上尚有区别，主要包括两种方法：免疫亲和柱(immunoaffinity column，iac)和多功能净化柱(multifunctional column，mfc)。

10、多功能净化柱是近几年比较流行的一种净化柱，其作用原理主要为物理吸附。通常以极性、非极性及离子交换剂等作为吸附剂，在提取液与填料接触时选择性地吸附其中的蛋白、脂类等杂质，而待测毒素则不被保留。mfc操作相较于传统spe法更加快速，无需活化、淋洗及洗脱等过程，样品通量大适用于多种毒素的同时测定，另外相比iac，mfc检测成本较低，实验效率高，适合大批量样品的测定；但是mfc的缺点也很明显：对复杂基质净化效果有限，仍存在较大基质效应，部分目标物绝对回收率差。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种净化柱用吸附填料及其制备方法和用途，以期解决现有技术中存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明具体采用如下技术方案。

3、本发明的第一方面保护一种聚环氧乙烷和粘土的复合材料，所述的复合材料包括如下重量份的原料：

4、无机盐改性粘土           4000～8000份

5、季铵盐化合物             50～100份

6、聚环氧乙烷               1份。

7、在某些实施方式中，所述的无机盐改性粘土的重量份可以为4000～6000份，也可以为5000～7000份，也可以为6000～8000份。在某个优选的实施方式中，为6000份、4000份、5000份。

8、在某些实施方式中，所述的季铵盐化合物的重量份可以为50～110份，也可以为80～150份，也可以为120～200份。在某个优选的实施方式中，为100份、50份、70份。

9、本发明的复合材料无机盐改性粘土增加了粘土的膨胀性，将季铵盐化合物的阳离子嵌入无机盐改性粘土的晶层之间得到有机粘土，然后在晶层之间引发渗透到粘土层间的聚环氧乙烷聚合，成功地制得了聚环氧乙烷和粘土的复合材料。本发明的复合材料颗粒粒径均匀，能选择性吸附真菌毒素提取液中的蛋白质和脂类。

10、在某些实施方式中，所述的季铵盐化合物选自n,n,n-三甲基-2-(2-甲基-1-氧代-2-丙烯基氧基)乙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物、氯化-2-羟基-3-(三甲氨基)丙基聚环氧乙烷纤维素醚、烷基二甲基苄基卤化铵和双烷基二甲基卤化铵中的一种或多种。

11、优选的，所述的n,n,n-三甲基-2-(2-甲基-1-氧代-2-丙烯基氧基)乙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物分子量为200～500。具体为278.78。

12、优选的，所述的氯化-2-羟基-3-(三甲氨基)丙基聚环氧乙烷纤维素醚的分子量为600～1000。具体为656.11。

13、优选的，所述的烷基二甲基苄基卤化铵为十二烷基二甲基苄基氯化铵，分子量339.99。

14、优选的，所述的双烷基二甲基卤化铵选自双十二烷基二甲基溴化铵，分子量462.63。

15、在某些实施方式中，所述的聚环氧乙烷的重均分子量和数均分子量的比值为17～20，粒径为300～400目，溶解温度为30～50℃。

16、在某些实施方式中，所述的无机盐改性粘土选自钠化改性粘土、钾化改性粘土和钙化改性粘土中的一种或多种。

17、优选地，所述的无机盐改性粘土为钠化改性粘土、钾化改性粘土和钙化改性粘土的混合物。本发明中由钠化改性粘土、钾化改性粘土和钙化改性组成的阳离子改性粘土能提高粘土粘度、润滑性，有利于制作填料，聚合物不容易附着，选择吸附好。

18、更优选地，所述的钠化改性粘土、钾化改性粘土和钙化改性粘土的质量比为(0.5～2)：(0.5～2):1。进一步优选地，所述的钠化改性粘土、钾化改性粘土和钙化改性粘土的质量比为可以为(0.5～0.8)：(0.5～2):1，也可以为(0.6～1.5)：(0.5～2):1，也可以为(1.2～2)：(0.5～2):1。在某个优选的实施方式中为1：1：1。

19、在某些实施方式中，所述的无机盐改性粘土的制备方法为：

20、1)将粘土分散于水中，超声，离心，得到悬浮液；

21、2)采用酸调节所述的悬浮液的ph值，加入氧化剂进行反应；

22、3)采用碱调节ph值，加入无机盐混合，离心，干燥，得到所述的无机盐改性粘土。

23、本发明中首先将粘土进行预处理，通过超声和离心去除杂质矿物颗粒，为后续增加粘土和聚合物的接触面积打下基础，同时增加粘土晶体的层间距，为后续聚合物进入粘土晶体层间打下基础；通过酸化和氧化协同处理，增大粘土的比表面积，同时去除粘土中所含的有机物，去除有机物造成孔洞增大，为后续水化膨胀创造环境；后加入碳酸钠保证溶液变为碱性环境后加入盐，这一步是为了更好的插入阳离子，增加粘土的膨胀性，这种膨胀性包括粘土内部以及粘土外部，为后续聚合物进入粘土晶体层创造条件，方便后续季铵盐化合物的进入。

24、优选地，1)中，所述的粘土选自高岭石、蒙脱石、蛇纹石、滑石和云母中的一种或多种。

25、优选地，2)中，所述的ph值为2～7。更优选地，所述的ph值可以为2～4，也可以为3～6，也可以为5～7。在某个优选的实施方式中，为6。

26、优选地，2)中，所述的酸选自稀盐酸、稀硝酸和稀硫酸中的一种或多种。

27、更优选地，所述的酸为稀盐酸。进一步优选地，所述稀盐酸的浓度为1～10mol/l。较佳地，所述稀盐酸的浓度可以为1～5mol/l，也可以为4～8mol/l，也可以为6～10mol/l。在某个优选的实施方式中，为5mol/l。

28、优选地，2)中，所述的氧化剂选自过氧化氢、过氧乙酸和硝酸中的一种或多种。

29、更优选地，所述的氧化剂为过氧化氢(h2o2)。

30、优选地，3)中，所述的ph值为8～10。更优选地，所述的ph值可以为8～8.8，也可以为8.6～9.6，也可以为9.2～10。在某个优选的实施方式中，为10。

31、优选地，3)中，所述的碱选自碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或两种。

32、更优选地，所述的碱为碳酸钠。

33、优选地，3)中，所述的无机盐选自氯化钠、氯化钾和氯化钙中的一种或多种。

34、优选地，所述的粘土和无机盐的质量比为(5～7)：(12～30)。

35、优选地，所述的粘土和无机盐的质量比为7:(1～4)。在某个优选的实施方式中，为700:136.347。

36、优选地，所述的粘土和氧化剂的质量比为1：(2～20)。

37、更优选地，所述的粘土和氧化剂的质量比可以为1：(2～10)，也可以为1：(6～15)，也可以为1：(12～20)。在某个优选的实施方式中，为1：12。

38、优选地，所述的粘土和氧化剂的质量比为700：(1～3)。在某个优选的实施方式中，为700:1、700:1.5。

39、本发明的第二方面保护上文所述的复合材料的制备方法为：无机盐改性粘土和季铵盐化合物在溶剂中反应，然后与聚环氧乙烷进行聚合反应，得到所述的复合材料。

40、本发明中无机盐改性粘土置于季铵盐化合物的水溶液中，保证无机盐粘土由极性改性为非极性，为后续聚环氧乙烷的包覆创造条件，增加聚环氧乙烷和粘土的复合材料对油类、蛋白质和脂质的吸附。

41、在某些实施方式中，所述的溶剂为水。

42、在某些实施方式中，所述的反应温度为40～80℃。

43、优选地，所述的反应温度可以为40～55℃，也可以为50～75℃，也可以为60～80℃。在某个优选的实施方式中，为60℃。

44、在某些实施方式中，所述的反应时间为1～10h。

45、优选地，所述的反应时间可以为1～6h，也可以为4～8h，也可以为6～10h。在某个优选的实施方式中，为5h。

46、在某些实施方式中，所述的聚合反应温度为20～40℃。

47、优选地，所述的聚合反应温度可以为20～28℃，也可以为26～36℃，也可以为35～40℃。在某个优选的实施方式中，为25℃。

48、在某些实施方式中，所述的聚合反应时间为5～8h。

49、优选地，所述的反应时间可以为5～6.2h，也可以为5.8～7.2h，也可以为7.0～8h。在某个优选的实施方式中，为7h。

50、本发明的第三方面保护上文所述的复合材料作为原料在吸附填料中的用途。

51、本发明的第四方面保护一种净化柱用吸附填料，所述的净化柱用吸附填料包括上文所述的复合材料、活化硅胶和硅烷偶联剂。

52、在某些实施方式中，所述净化柱用吸附填料如下重量份的原料：

53、复合材料                 40～70份

54、活化硅胶                 20～50份

55、硅烷偶联剂               5～12份。

56、本技术中发现硅胶与聚合物复合能够吸附部分油脂，但也会吸附目标物，而加入复合材料后能够最大程度吸附油脂等干扰物且不吸附目标物。

57、优选地，所述的复合材料的重量份可以为40～58份，也可以为48～62份，也可以为55～70份。在某个优选的实施方式中，为40份、60份、70份。

58、优选地，所述的活化硅胶的重量份可以为20～24份，也可以为23～26份，也可以为25～30份。在某个优选的实施方式中，为50份、30份、20份、25份。

59、优选地，所述的硅烷偶联剂的重量份可以为5～7份，也可以为6～10份，也可以为9～12份。在某个优选的实施方式中，为10份、5份。

60、在某些实施方式中，所述的硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh-550)、乙烯基三乙氧基硅烷(a151)、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷(kh-792)、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷(kh-900)中的一种或多种。

61、在某些实施方式中，所述的活化硅胶的制备方法为：硅胶原粉与酸在溶剂混合，干燥，得到所述的活化硅胶。

62、在某些具体实施方式中，所述的硅胶原粉的比表面积为300～680m2/g。

63、在某些具体实施方式中，所述的硅胶原粉的孔径为10～25nm。

64、在某些具体实施方式中，所述的酸选自硫酸、盐酸、硝酸和高氯酸中的一种或多种。

65、优选地，所述的酸为硫酸。

66、在某些具体实施方式中，所述的溶剂为水。

67、在某些具体实施方式中，所述的硅胶原粉与酸的质量体积比为(1～8)g：1ml。

68、优选地，所述的硅胶原粉与酸的质量体积比可以为(1～5)g：1ml，也可以为(3～7)g：1ml，也可以为(6～8)g：1ml。在某个优选的实施方式中，为4g：1ml。

69、在某些具体实施方式中，所述的混合温度为40～80℃。

70、优选地，所述的混合温度可以为40～60℃，也可以为50～70℃，也可以为60～80℃。在某个优选的实施方式中，为60℃。

71、在某些具体实施方式中，所述的混合时间为2～8h。

72、优选地，所述的混合时间可以为2～5h，也可以为4～6h，也可以为5～8h。在某个优选的实施方式中，为4h。

73、在某些具体实施方式中，所述的干燥温度为5～20h。

74、优选地，所述的干燥时间可以为5～10h，也可以为8～15h，也可以为12～20h。在某个优选的实施方式中，为10h。

75、本发明的第五方面保护如上文所述的净化柱用吸附填料的制备方法，包括如下步骤：将各原料组分混合，老化，得到所述的净化柱用吸附填料。

76、在某些实施方式中，所述的老化在氢氧化钠水溶液中进行。

77、优选地，所述的氢氧化钠水溶液的浓度为0.1～1.0mol/l。更优选地，浓度可以为0.1～0.4mol/l，也可以为0.3～0.7mol/l，也可以为0.6～1.0mol/l。在某个优选的实施方式中，为0.8mol/l。

78、在某些实施方式中，所述的老化时间为4～10h。

79、优选地，所述的老化时间可以为4～10h，也可以为4～10h，也可以为4～10h。在某个优选的实施方式中，为5h。

80、本发明的第六方面保护如上文所述的净化柱用吸附填料作为色谱材料的用途。

81、在某些实施方式中，所述净化柱用吸附填料作为吸附剂在制备真菌毒素用色谱材料中的用途。

82、本发明的净化柱用吸附填料能够有效选择性吸附真菌毒素前处理提取液中蛋白、脂类等杂质，从而使色谱分析微量或者痕量物质更精确。

83、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

84、1)本发明中的净化柱用吸附填料通过硅烷偶联剂将聚环氧乙烷和粘土的复合材料与活化硅胶复合成，其能对真菌毒素进行有效净化前处理。

85、2)本发明中的净化柱用吸附填料非常适合用于真菌毒素检测的需求，能够有效选择性吸附前处理提取液中蛋白、脂类等杂质，从而使色谱分析微量或者痕量物质更精确，对几种真菌毒素的测定量达到了混合物中被测组分含量在10-6～10-9(质量比)。

86、3)本发明中的净化柱用吸附填料对复杂基质净化效果好、具有较小基质效应，对几种典型真菌毒素目标物绝对回收率高。

87、4)本发明中的净化柱用吸附填料的粒径分布、孔径分布上均表现出均一性和稳定性。