一种羧基磁珠用于富集净化粮食中重金属的应用的制作方法

本发明属于化学分离领域，涉及一种羧基磁珠用于富集净化粮食中重金属的应用，尤其涉及一种利用羧基磁珠富集净化粮食中铅或镉重金属的应用。
背景技术：
：重金属污染涉及生活中的各种方面，包括食品安全问题。重金属中的铅、镉主要通过食物和呼吸进入人体，虽然农产品中重金属一般情况下不会造成人们急性中毒，但重金属通过食物链在人体内蓄积，进而影响人体健康。目前，粮食中重金属的检测方法快速发展，不仅有适用于实验室精准检测的原子吸收光谱法、原子荧光分光光法计、icp-oes、icp-ms等，还有适用于快速检测的免疫分析法、试纸条法、比色法、xrf、电化学分析方法等。然而，上述方法要实现准确测定，就必须依赖可靠的前处理方法，尤其是针对复杂的粮食基体。传统的样品前处理方法，常见的有干法灰化、湿法消解、微波消解、高压消解等，均需要较长的处理时间、大量的高浓度酸试剂、高温高压的处理条件以及大型仪器设备，不利于重金属快速检测、现场检测及样品全自动前处理的实现。如何提高前处理效率、简化操作甚至是全自动操作、实现粮食中重金属的快速处理检测，就成为重金属检测技术进一步发展的关键问题。cn103575593b公开了一种从谷物中快速温和提取重金属方法，其步骤为：将谷物样品粉碎，与稀酸混匀，浸提重金属离子；通过震荡、涡旋后进行静置或离心处理，谷物样品中的镉、铅等重金属元素基本转移到上清液中，获得的上清液用于检测。该方法具有耗时短、无需大量腐蚀性试剂、无需高温及特定的仪器、在常温下即可完成、操作简单、快速实用等优点。但在实践过程中，仅仅通过稀酸处理的上清液具有高可溶性有机质，如蛋白质、碳水化合物的特点，对检测过程有一定影响，长期大量检测此种样品对仪器造成有不同程度损害，对于高精密度的仪器影响最大。因此，提供一种杂质含量低、准确度高、适用于快速富集粮食中重金属的方法具有重要意义。技术实现要素：针对现有技术的不足及实际的需求，本发明提供一种羧基磁珠用于富集净化粮食中重金属的应用。本发明利用羧基磁珠快速吸附粮食浸提液中的重金属，显著降低待测液中的杂质含量，检测结果更加准确，适用于各种仪器，对环境友好，具有广阔的市场前景。为达此目的，本发明采用以下技术方案：第一方面，本发明提供了一种羧基磁珠用于富集净化粮食中重金属的应用。本发明中，通过羧基磁珠吸附粮食浸提液中的重金属离子，进一步富集待测液，显著缩短粮食检测前处理过程的周期，提高检测准确度，满足现场检测的需求，快速检测粮食中的重金属。优选地，所述羧基磁珠的质量浓度为5～20％，例如可以是5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％。第二方面，本发明提供一种富集净化粮食中重金属的试剂盒，包括羧基磁珠，所述羧基磁珠的质量浓度为5～20％。优选地，所述试剂盒还包括稀酸溶液。优选地，所述稀酸溶液包括稀硝酸、稀盐酸、草酸、柠檬酸、乳酸、苹果酸、醋酸或硫酸中的任意一种或至少两种的组合，优选为稀硝酸和/或稀盐酸。优选地，所述稀酸溶液的质量分数为0.1-15％，例如可以是0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％，优选为5-8％。第三方面，本发明提供一种基于羧基磁珠的富集净化粮食中重金属的方法，所述方法包括以下步骤：(1)采用稀酸溶液浸提粮食中的重金属离子，振荡离心得到样品浸提液；(2)使用羧基磁珠吸附样品浸提液中的重金属离子，洗脱后磁分离，上清液即富集净化后的含重金属离子的处理液。磁分离技术目前在生化免疫分析领域较为常见，借助于免疫磁珠用来纯化蛋白或分离大分子目标物，免疫磁珠的制备也较为经典。而在重金属分析领域，免疫磁珠难以广泛应用，因为结合到磁珠上的重金属抗体并不能直接识别溶液中的重金属离子，只能识别重金属离子与螯合剂形成的螯合物，所以必须在溶液中提前加入螯合剂，而部分仪器并不能直接检测螯合态的重金属，这就造成免疫磁珠在重金属领域应用受限。而羧基磁珠的原理不同于免疫磁珠，羧基磁珠基于羧基与重金属离子间的静电作用力得以将重金属吸附到磁珠表面，经洗脱液洗脱，重金属离子重新以离子态形式存在于稀酸溶液中，可用于各种仪器端的检测，并且经此处理过程，可有效的去除粮食浸提液中其他杂质成分，如无机盐、蛋白、色素等容易对检测造成影响的物质。本发明中，将重金属离子通过稀酸溶液从粮食基体中提取出来，调整ph至合适范围，再通过简易合成的羧基磁珠静态吸附重金属离子，被吸附了重金属离子的磁珠被酸性洗脱液洗脱，洗脱液可用于仪器端的进一步检测。优选地，步骤(1)所述稀酸溶液包括稀硝酸、稀盐酸、草酸、柠檬酸、乳酸、苹果酸、醋酸或硫酸中的任意一种或至少两种的组合，优选为稀硝酸和/或稀盐酸。优选地，所述粮食与稀酸溶液的固液比为1:(5～15)g/ml，例如可以是1:5g/ml、1:6g/ml、1:7g/ml、1:8g/ml、1:9g/ml、1:10g/ml、1:11g/ml、1:12g/ml、1:13g/ml、1:14g/ml或1:15g/ml，优选为1:(8～10)g/ml。优选地，所述稀酸溶液的质量分数为0.1～15％，例如可以是0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％，优选为5～8％。本发明中，将稀酸溶液的质量分数控制在0.1～15％的范围内，一方面是为了保证粮食中的铅镉充分提取，因为只有满足了溶液中酸度的要求，铅镉才能充分的得到提取，这也是保证提取效果的关键一步；另一方面，酸浓度并不是越大越好，酸度过高时，样品的稀酸浸提液会变黄变粘稠(部分有机物质被氧化的结果)，同时酸度太高，调节ph时所需要的碱的量势必会增加，引入过多的阳离子会影响磁珠的吸附效果。优选地，步骤(1)所述重金属包括铅和/或镉。优选地，步骤(1)所述振荡的时间为3～20min，例如可以是3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min，优选为10～12min。优选地，步骤(1)所述离心的转速为4000～10000rpm，例如可以是4000rpm、4500rpm、5000rpm、5500rpm、6000rpm、6500rpm、7000rpm、7500rpm、8000rpm、8500rpm、9000rpm、9500rpm或10000rpm，优选为7500～8000rpm。优选地，步骤(1)所述离心的时间为3～10min，例如可以是3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min或10min，优选为8～10min。优选地，步骤(1)之后还包括调节样品浸提液ph值的步骤，所述ph值为6～12，例如可以是6、7、8、9、10、11或12，优选为6.5。本发明中，在羧基磁珠吸附之前需要调节样品浸提液的ph值至接近中性，所用ph调节液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水或醋酸铵缓冲溶液。优选地，所述羧基磁珠的制备方法包括以下步骤：在二氧化硅包覆的磁性微球基础上，使用硅烷偶联剂在室温下搅拌反应以修饰氨基，再加入溶解在二甲基亚砜中的丁二酸酐和/或戊二酸酐溶液，室温下搅拌反应4～8h以修饰羧基，反应结束后，依次用乙醇和水清洗3～5遍，即得到羧基磁珠。本发明基于羧基磁珠巨大的比表面积以及羧基与重金属离子的静电吸附力起到富集净化作用，提供了一种基于羧基化修饰磁珠的粮食中重金属快速提取净化的前处理方法，回收率可达80％以上。磁珠的修饰可在常温常压下进行，合成方法简单。与传统的消解、灰化等方法相比，本方法更加温和、简便、快速，与传统重金属前处理方法相比，本方法用时短、成本更低、强腐蚀性试剂用量少、步骤简单且可实现全自动处理，可广泛应用于粮食中重金属的富集与分离，简化前处理操作，提高检测灵敏度。优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选为3-氨乙(丙)基三乙氧基硅烷。优选地，所述搅拌反应以修饰氨基的搅拌时间为4～20h，例如可以是4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h或20h，优选为15～16h。优选地，所述磁性微球与硅烷偶联剂的体积比为1:(0.7～1.1)，例如可以是1:0.7、1:0.8、1:0.9、1:1、1:1.1、优选为1:(0.75～0.8)。本发明中，磁性微球与硅烷偶联剂的体积比在1:(0.7～1.1)的范围内，可以使反应更加完全且不会造成基团间自聚。超出规定范围会使磁珠表面改性效果不理想。优选地，所述丁二酸酐溶液的浓度为0.15～0.2g/ml，例如可以是0.15g/ml、0.16g/ml、0.17g/ml、0.18g/ml、0.19g/ml或0.2g/ml，优选为0.18g/ml。本发明中，丁二酸酐主要是与改性后的磁珠表面的氨基反应，其反应过程主要与两种基团的物质的量有关，限定丁二酸酐的浓度主要是考虑到最终的反应体积，保证合成过程的可控性。优选地，所述氨基磁珠与丁二酸酐溶液的体积比为1:(0.35～0.4)，例如可以是1:0.35、1:0.36、1:0.37、1:0.38、1:0.39或1:0.4，优选为1:0.38。优选地，所述羧基磁珠的添加量为5～6μl质量分数为10％的羧基磁珠溶液。优选地，步骤(2)所述洗脱的洗脱液包括稀盐酸和/或稀硝酸。优选地，所述洗脱液的ph值为1～3，例如可以是1、2或3，优选为2。优选地，所述洗脱的时间为40s～5min，例如可以是40s、50s、1min、2min、3min、4min或5min，优选为2～3min。优选地，步骤(2)所述吸附的时间为1～5min，例如可以是1min、2min、3min、4min或5min，优选为2～3min。优选地，步骤(2)后还包括检测处理液中重金属离子的步骤。优选地，所述检测的方法包括石墨炉原子吸收检测、icp-ms检测或便携式电化学检测仪中的任一种或至少两种的组合。作为本发明优选技术方案，所述基于羧基磁珠的富集净化粮食中重金属的方法具体包括以下步骤：(1)采用稀酸溶液浸提粮食中的重金属离子，所述粮食与稀酸溶液的固液比为1:(5～15)，所述稀酸溶液的质量浓度为3～15％，室温振荡3～20min，使溶液与粮食充分接触，将混合液在4000～10000rpm下离心3～10min，固液分离得到样品浸提液，调节样品浸提液的ph值至6～6.5；(2)添加4-8mg的羧基磁珠吸附样品浸提液中的重金属离子，吸附1～5min，待磁珠捕获样品浸提液中的重金属离子后，磁析分离，用ph值1～3的洗脱液复溶磁珠，室温振荡或超声洗脱1～5min，磁析分离，上清液即富集净化后的含重金属离子的处理液，检测处理液。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供了一种羧基化的磁珠为粮食中的重金属提供了一种经济可行的前处理方法，磁珠的制备可以在室温下进行，反应简单可控。整个方法具有成本效益低、消耗时间短、磁响应能力强、可以在外部磁场存在的情况下轻松从溶液中分离出来的优势，有效避免使用强酸和大型仪器，并且经洗脱后的溶液可适用于快速检测设备和精密仪器。因此基于羧基化修饰磁珠的重金属快速提取净化的前处理方法在粮食重金属分析方面具有广阔的应用前景。附图说明图1为实施例1的待测处理液在电化学检测仪上的检测结果；图2为对比例1的待测处理液在电化学检测仪上的检测结果；图3为对比例2的待测处理液在电化学检测仪上的检测结果；图4为对比例3的待测处理液在电化学检测仪上的检测结果。具体实施方式为进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合实施例和附图对本发明作进一步地说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购获得的常规产品。实施例1基于磁珠吸附的大米中铅镉前处理方法，其步骤为：(1)样品浸提液的制备：称取0.2g大米样品分散在5％hno3溶液中，使固液比为1:10，振荡10min后，离心8000rpm，5min后取上清，用氢氧化钠溶液调整ph为6.5，得到样品浸提液。(2)羧基磁珠的制备：在二氧化硅包覆的磁性微球基础上，使用硅烷偶联剂3-氨乙(丙)基三乙氧基硅烷在室温下搅拌反应16h以修饰氨基，所述磁性微球与硅烷偶联剂的体积比为1:0.75，得到氨基磁珠；将上述氨基磁珠加入到溶解在二甲基亚砜的丁二酸酐溶液中，丁二酸酐溶液的浓度为0.18g/ml，氨基磁珠与丁二酸酐溶液的体积比为1:0.38，室温下搅拌反应4h以修饰羧基，反应结束后，依次用乙醇和水清洗3～5遍，即得到羧基磁珠。(3)羧基磁珠处理粮食中重金属离子的方法：将样品处理液的ph调到6.5，加入5μl质量分数为10％的羧基磁珠溶液的羧基磁珠，混匀后，静置吸附3min，待磁珠捕获样品浸提液中的重金属离子，磁析分离；将ph3的稀硝酸复溶磁珠，振荡洗脱3min，磁析分离，上清液即为富集净化后的含重金属离子的待测处理液。实施例2基于磁珠吸附的大米中铅镉前处理方法，其步骤为：(1)样品浸提液的制备：称取0.2g大米样品分散在8％hcl溶液中，使固液比为1:5，振荡3min后，离心4000rpm，3min后取上清，用氢氧化钠溶液调整ph为6.5，得到样品浸提液。(2)羧基磁珠的制备：在二氧化硅包覆的磁性微球基础上，使用硅烷偶联剂3-氨乙(丙)基三乙氧基硅烷在室温下搅拌反应4h以修饰氨基，所述磁性微球与硅烷偶联剂的体积比为1:0.7，得到氨基磁珠；将上述氨基磁珠加入到溶解在二甲基亚砜的丁二酸酐溶液中，丁二酸酐溶液的浓度为0.15g/ml，氨基磁珠与丁二酸酐溶液的体积比为1:0.35，室温下搅拌反应6h以修饰羧基，反应结束后，依次用乙醇和水清洗3遍，即得到羧基磁珠。(3)羧基磁珠处理粮食中重金属离子的方法：将样品处理液的ph调到6.5，加入5μl质量分数为10％的羧基磁珠溶液的羧基磁珠，混匀后，静置吸附3min，待磁珠捕获样品浸提液中的重金属离子，磁析分离；将ph2的稀盐酸复溶磁珠，室温振荡3min，磁析分离，上清液即为富集净化后的含重金属离子的待测处理液。实施例3基于磁珠吸附的大米中铅镉前处理方法，其步骤为：(1)样品浸提液的制备：称取0.2g大米样品分散在15％hno3溶液中，使固液比为1:15，振荡20min后，离心10000rpm，10min后取上清，用氢氧化钠溶液调整ph为6.5，得到样品浸提液。(2)羧基磁珠的制备：在二氧化硅包覆的磁性微球基础上，使用硅烷偶联剂3-氨乙(丙)基三乙氧基硅烷在室温下搅拌反应20h以修饰氨基，所述磁性微球与硅烷偶联剂的体积比为1:0.8，得到氨基磁珠；将上述氨基磁珠加入到溶解在二甲基亚砜的丁二酸酐溶液中，丁二酸酐溶液的浓度为0.2g/ml，氨基磁珠与丁二酸酐溶液的体积比为1:0.4，室温下搅拌反应8h以修饰羧基，反应结束后，依次用乙醇和水清洗5遍，即得到羧基磁珠。(3)羧基磁珠处理粮食中重金属离子的方法：将样品处理液的ph调到6.5，加入5μl质量分数为10％的羧基磁珠溶液的羧基磁珠，混匀后，静置吸附3min，待磁珠捕获样品浸提液中的重金属离子，磁析分离；将ph3的稀硝酸复溶磁珠，振荡洗脱5min，磁析分离，上清液即为富集净化后的含重金属离子的待测处理液。对比例1采用微波消解法处理大米样品，具体包括：称取0.2g大米样品到微波消解管中，加入5ml优纯级硝酸，设置微波消解程序，按照表1的升温程序进行消解，结束后取出消解管，置于赶酸套中160℃赶酸至近干。少量蒸馏水转移至离心管，并调节ph至6.5，定容到5ml,待测。表1微波消解升温程序温度(℃)保持时间(min)803100312031501018020对比例2称取0.2g大米样品分散在5％hno3溶液中，使固液比为1:10，振荡10min后，离心8000rpm，5min后取上清，用氢氧化钠溶液调整ph为6.5，得到样品浸提液待测。对比例3与实施例1相比，除了将羧基磁珠替换为氨基磁珠外，其他条件同实施例1，其中氨基磁珠的制备方法为：在二氧化硅包覆的磁性微球基础上，使用硅烷偶联剂3-氨乙(丙)基三乙氧基硅烷在室温下搅拌反应16h以修饰氨基，所述磁性微球与硅烷偶联剂的体积比为1:0.75，得到氨基磁珠。石墨炉原子吸收检测按照表2和表3的设置参数，对实施例1和对比例1-3进行检测，从检测结果来看，经过磁珠处理的测定值更接近微波消解的结果，准确度更高(见表4)。表2石墨炉原子吸收升温程序(镉)步骤功能温度(℃)速率(℃/s)保持时间(s)氩气辅助气az*run1干燥70310maxstop2干燥90110maxstop3干燥11022maxstop4灰化35025035maxmax5az*35004stopstop03.76原子化120015003stopstop7除残23005004maxmax表3石墨炉原子吸收升温程序(铅)步骤功能温度(℃)速率(℃/s)保持时间(s)氩气辅助气az*run1干燥90520maxstop2干燥105320maxstop3干燥110210maxstop4灰化80025020maxmax5az*80004stopstop03.76原子化150014004stopstop7除残23005004maxmax表4本方法检测结果与对比例结果的比对便携式电化学检测仪检测按照表5的参数设置电化学工作参数为扫描时间，扫描电压，电解质溶液。对实施例1和对比例1-3进行检测，结果如图1-4所示。表5电化学工作参数参数扫描时间(s)静止时间(s)初始电位(v)终止电位(v)电解质溶液设置200s10s-1.3v-0.6v0.5m醋酸铵由图1-4可知，从电化学检测仪检测结果看，经羧基磁珠处理得到的检测液，铅镉的溶出峰峰型圆滑，峰电位正常，没有杂质峰，与微波消解液的峰型接近，但在实际应用中，比微波消解步骤更加简便安全快速；而不经羧基磁珠处理的稀酸浸提液其峰型有明显的干扰峰；使用氨基磁珠处理的检测液，其信号浓度低与正常回收水平。由表6可知，磁珠处理后的样品溶液经电化学仪测试的结果与国标icp-ms法相比，没有显著性差异。表6电化学仪检测结果与icp-ms方法结果的对比综上所述，本发明采用羧基化磁珠提取粮食中的重金属，是一种经济可行的前处理方法，磁珠的制备可以在室温下进行，反应简单可控，整个方法具有成本效益低、消耗时间短、磁响应能力强、可以在外部磁场存在的情况下轻松从溶液中分离出来的优势，有效避免使用强酸和大型仪器，并且经洗脱后的溶液可适用于快速检测设备和精密仪器，因此基于羧基化修饰磁珠的重金属快速提取净化的前处理方法在粮食重金属分析方面具有广阔的应用前景。申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。当前第1页12