專利名稱：富氮型磁性納米碳吸附劑及其制備和在分析上的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)境和生物組織中微量藥物以及代謝物的富集與分離方法，尤其涉及富氮型磁性納米碳吸附劑及其制備，以及該吸附劑在富集與分離環(huán)境和生物組織中藥物及其代謝物殘留中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
與液-液萃取相比，固相萃取大大降低了有機(jī)溶劑的使用量，并能處理在水溶液中部分溶解的樣品，因此是一種廣泛應(yīng)用的樣品處理方法。隨著環(huán)境科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對(duì)分析技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求，不僅要求測(cè)定原藥，而且相應(yīng)的代謝物殘留也要求同時(shí)測(cè)定，因此需要研制各種不同類型的固相萃取方法以適應(yīng)不同的分析對(duì)象?，F(xiàn)有的技術(shù)中，裝填不同吸附劑的固相萃取小柱和薄膜是常見(jiàn)的兩種類型，這兩種技術(shù)的主要不足在于有限的流速，并且處理有懸浮物的樣品時(shí)容易堵塞。而活性炭和碳納米管兩種碳納米材料是目前常用的兩種吸附劑，盡管多孔納米特征有利于樣品吸附，但是不利于樣品的洗脫，因?yàn)闃悠贩肿尤菀装鼕A在納米孔道中。此外，強(qiáng)疏水性碳吸附劑難于均勻分散于水相中，因此影響其樣品的回收率。本發(fā)明將吡咯與磁性Fe3O4納米顆粒充分混合，并引發(fā)原位聚合反應(yīng)，使Fe3O4納米顆粒被聚吡咯充分包覆，然后再在高溫和氮?dú)夥障绿蓟＿@樣制得的富氮型磁性納米碳吸附劑不僅具有疏水性碳基質(zhì)，并且還有親水性的氮原子和納米尺寸大小，因此能有效分散于水相中，并提高與樣品分子的親和能力。而這種吸附劑的磁性內(nèi)核使其能在外加磁場(chǎng)下方便地與樣品中其他組分分離，不會(huì)產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。環(huán)境和生物組織樣品中常常會(huì)存在一些難溶顆粒懸浮物，特別是環(huán)境中的農(nóng)藥殘留常常因?yàn)槠潆y溶于水、難降解性而積累在脂肪組織中，常規(guī)固相萃取法不適合于此類樣品，因?yàn)槠鋺腋〉念w粒或共存的脂肪會(huì)使萃取柱或薄膜堵塞。實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明的富氮型磁性納米碳吸附劑能有效處理該類樣品
發(fā)明內(nèi)容
·本發(fā)明的目的在于提供一種富氮型磁性納米碳吸附劑及其制備和在分析上的應(yīng)用。該吸附劑能富集和分離環(huán)境和生物組織中藥物及其代謝物，對(duì)目標(biāo)化合物的吸收力強(qiáng)，可用于環(huán)境和生物組織中藥物及其代謝物的富集和分離，并能用適當(dāng)溶劑洗脫，再被色譜-質(zhì)譜分離和鑒定。本發(fā)明的原理基于聚吡咯包覆磁性Fe3O4在氮?dú)鈼l件下，高溫碳化而得富氮型磁性納米碳吸附劑，該吸附劑同時(shí)具備疏水性碳基質(zhì)，又具有親水性氮原子，增強(qiáng)了吸附劑在水中的分散性以及對(duì)樣品中缺電子原子的親和能力，因此能夠同時(shí)富集疏水性藥物以及親水性代謝物。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案:—種磁性納米碳吸附劑，它為富氮型磁性納米碳吸附劑，由富氮型碳包覆磁性納米Fe3O4組成,該吸附劑粒度大小介于20 30納米。
本發(fā)明的磁性納米碳吸附劑，元素分析結(jié)果顯示N:5.5%，C:18.6%, H:0.09%(w/w)，因此 Fe3O4 含量計(jì)算為 75.81 % (w/w)。本發(fā)明的磁性納米碳吸附劑的制備方法，包括如下步驟:1)、用濃度為2mol/L的HCl溶液配制濃度為lmol/L的FeCl3和FeCl2溶液；2)、將IOml步驟I)得到的FeCl3溶液與5ml步驟I)得到的FeCl2溶液在室溫下進(jìn)行混合后，滴加氨水，直到溶液pH 11 12，并在室溫下繼續(xù)攪拌30分鐘，得含固體顆粒溶液；3)、將步驟2)得到的固體顆粒用磁鐵進(jìn)行分離，并用純水和乙醇依次清洗不少于3次，除去弱磁性顆粒，得強(qiáng)磁性黑色納米Fe3O4顆粒，粒度大小介于20 30納米；這種顆粒保存在無(wú)水乙醇中，使用前用純水清洗；4)、將步驟3)所得磁性納米Fe3O4顆粒用純水清洗，懸浮在20ml純水中，并超聲5分鐘，攪拌下滴加7.3mmol吡咯，再超聲10分鐘，使吡咯與磁性納米Fe3O4顆粒充分混勻，力口入3.6mmol過(guò)硫酸銨水溶液作吡咯聚合引發(fā)劑后，超聲I小時(shí)，得聚吡咯包覆納米Fe3O4顆粒;5)、將步驟4)所得吡咯包覆納米Fe3O4顆粒用純水和乙醇依次清洗直到洗液pH 7，再在60°C烘干；6)、將步驟5)所得的烘干固體放入馬弗爐，在N2氣氛下，在溫度200°C 600°C下灼燒2小時(shí)，得到的產(chǎn)物用純水和乙醇依次清洗不少于3次，用磁鐵進(jìn)行分離，除去弱磁性顆粒，并將所得黑色磁性納米顆粒保存在乙醇中即可。本發(fā)明的磁性納米碳吸附劑的制備方法步驟6)中，將烘干固體分為9份，放入馬弗爐，在 N2 氣氛下，分別在溫度 200 V，250 V，300 V，350 V，400 V，450 V，500 V，550 V，600°C下灼燒2小時(shí)。優(yōu)選在溫度350°C下灼燒2小時(shí)，能得到球形狀顆粒，粒度大小介于20 30納米。本發(fā)明的磁性納米碳吸附劑的用途，用于環(huán)境或生物組織樣品中待測(cè)藥物及其代謝物殘留的同時(shí)富集，并能通過(guò)外加磁場(chǎng)將富集了待測(cè)藥物及其代謝物殘留的磁性納米碳吸附劑與樣品其他組分進(jìn)行分離，待測(cè)物再用合適的溶劑洗脫，再被色譜-質(zhì)譜分離和鑒定。本發(fā)明的磁性納米碳吸附劑應(yīng)用于環(huán)境水樣品中藥物及其代謝物殘留分析，方法是，取5mg所述的富氮型磁性納米碳吸附劑分散于IOml水溶液中，漩渦5分鐘，得到黑色懸濁液，使用磁鐵分離磁性納米碳吸附劑，再用丙酮與正己烷混合洗脫液漩渦5分鐘，將洗脫液進(jìn)行色譜-質(zhì)譜分離和鑒定，所述的混合洗脫液中丙酮與正己烷體積比為1:1。本發(fā)明的的磁性納米碳吸附劑應(yīng)用于生物樣品中藥物及其代謝物殘留分析，方法是，先將生物組織與細(xì)胞裂解液一起勻漿，取5mg所述的富氮型磁性納米碳吸附劑分散于Iml組織勻漿懸浮液中，漩渦5分鐘，得到黑色懸濁液，使用磁鐵分離吸附劑，再用丙酮與正己烷混合洗脫液漩渦5分鐘，將洗脫液進(jìn)行色譜-質(zhì)譜分離和鑒定，所述的生物樣品為斑馬魚(yú)組織，所述的混合洗脫液中丙酮與正己烷體積比為1:1。本發(fā)明的效果和優(yōu)點(diǎn):1.本發(fā)明制備的富氮型磁性納米碳吸附劑顆粒均勻，介于20 30納米，反應(yīng)條件溫和，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需有毒有害試劑，綠色環(huán)保。
2.整個(gè)制備過(guò)程簡(jiǎn)單，容易控制，耗能少，成品吸附劑產(chǎn)量高，質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品純度高，并且易于表征，成本低，適合于進(jìn)行大規(guī)模實(shí)際生產(chǎn)，便于質(zhì)量控制和產(chǎn)業(yè)化。3.與現(xiàn)有固相萃取技術(shù)相比，本發(fā)明綜合了疏水性碳基質(zhì)和親水性氮原子的特點(diǎn)，產(chǎn)品易于均勻地分散于水相樣品中，并且還具有納米大小特點(diǎn)，因此大大增強(qiáng)了與樣品分子的親和能力，并能在外磁場(chǎng)作用下與樣品中的其他組分分離。4.樣品洗脫容易，背景干擾小，分析速度快。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。


圖1是實(shí)施例1制備的樣品紅外光譜中⑷為Fe3O4磁性納米顆粒的紅外光譜圖。⑶為吡咯Fe3O4復(fù)合磁性納米顆粒的紅外光譜圖。(C)為350°C下氮?dú)夥罩徐褵?小時(shí)后所得納米顆粒的紅外光譜圖。(A)和(B)符合Fe3O4和聚吡咯的吸收峰特點(diǎn)，(C)中位于1590(311^,1360(31^1吸收峰符合碳的紅外吸收特征。圖2是實(shí)施例1所得產(chǎn)物掃描電鏡中顯示所制得富氮型磁性納米碳吸附劑顆粒均勻，粒度大小為20-30納米。元素分析結(jié)果為 N:5.477%, C:18.63%, H:0.087%。圖3A是實(shí)施例2所得產(chǎn)物在水相中的均勻分散照片圖3B是實(shí)施例2所得產(chǎn)物在外磁場(chǎng)下的快速分離照片圖4是DDT(滴滴涕)標(biāo)準(zhǔn)品的質(zhì)譜圖以及`定量分析校正曲線由圖可見(jiàn)，線性范圍為0.01ng_5ng。圖5是DDE(滴滴依)標(biāo)準(zhǔn)品的質(zhì)譜圖以及定量分析校正曲線由圖可見(jiàn)，線性范圍為0.005ng-2.5ng。圖6是實(shí)施例2中DDT總離子流圖由圖可見(jiàn)，水樣中DDT的回收率為90.48%-101.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為
0.07%。圖7是實(shí)施例2中DDE的總離子流圖由圖可見(jiàn)，水樣中DDE的回收率為84.67%-97.13%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為
0.06%。圖8是實(shí)施例3的總離子流中:黑色小球標(biāo)明脂肪酸，黑色箭頭標(biāo)明DDT，黑色虛線箭頭標(biāo)明DDE(DDE只能在SIM模式下測(cè)得)?？梢?jiàn)脂肪酸與待測(cè)DDT和代謝物DDE共存，常規(guī)固相萃取法難于處理此類樣品，本發(fā)明的方法能實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地對(duì)不同類型樣品中的藥物及其代謝物進(jìn)行富集、分離和鑒定。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1富氮型磁性納米碳吸附劑，制備步驟依次如下:I)、用濃度為2mol/L的HCl溶液配制濃度為lmol/L的FeCl3和FeCl2溶液；
2)、將IOml步驟I)得到的FeCl3溶液與5ml步驟I)得到的FeCl2溶液在室溫下進(jìn)行混合后，滴加氨水，直到溶液pH 11 12，并在室溫下繼續(xù)攪拌30分鐘，得含固體顆粒溶液；3)、將步驟2)得到的固體顆粒用磁鐵進(jìn)行分離，并用純水和乙醇依次清洗三次，除去弱磁性顆粒，得強(qiáng)磁性黑色納米Fe3O4顆粒，顆粒大小介于20 30納米；這種顆粒保存在無(wú)水乙醇中，使用前用純水清洗；4)、將步驟3)所得磁性納米Fe3O4用純水清洗后，懸浮在20ml純水中，并超聲5分鐘；攪拌下滴加7.3mmol吡咯，再超聲10分鐘，使吡咯與磁性納米Fe3O4顆粒充分混勻；力口入3.6mmol過(guò)硫酸銨水溶液作聚合引發(fā)劑后,超聲I小時(shí)，得聚批咯包覆納米Fe3O4顆粒；5)、將步驟4)所得聚吡咯包覆納米Fe3O4顆粒用純水和乙醇依次清洗三次，直到洗液PH 7，再在60°C烘干；6)、將步驟5)所得的烘干固體放入馬弗爐，在N2氣氛下，在溫度200°C 600°C下灼燒2小時(shí)，產(chǎn)物用純水和乙醇依次清洗三次，用磁鐵進(jìn)行分離，除去弱磁性顆粒，得黑色磁性納米顆粒，保存在乙醇中，使用前用純水清洗平衡。另外，取9份烘干固體放入馬弗爐，在N2氣氛下，分別在溫度200°C，250°C，300°C，350°C, 400 V，450 V，500°C，550°C，600 V下灼燒2小時(shí)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)350°C下得到的顆粒無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，富集效果最好，形狀為球形，大小介于20 30納米。用純水和乙醇依次清洗三次，用磁鐵進(jìn)行分離，除去弱磁性顆粒，并將所得黑色磁性納米顆粒保存在乙醇中，使用前用純水清洗平衡。其中，步驟3)所得產(chǎn)物的IR圖如圖1(A)，圖中特征峰符合Fe3O4的特點(diǎn)，證明產(chǎn)物為純Fe304。步驟5)所得產(chǎn)物的IR圖如圖1 (B)，圖中特征峰符合Fe3O4和聚吡咯的特點(diǎn)，證明Fe3O4已被聚吡咯包裹。步驟6)所得產(chǎn)物的IR圖如圖1 (C)，F(xiàn)e3O4和聚吡咯的特征峰消失，出現(xiàn)碳的紅外吸收峰 。步驟6)所得產(chǎn)物掃描電鏡圖如圖2，產(chǎn)物顆粒均勻，介于20 30納米。制備富氮型磁性納米碳吸附劑方法非常簡(jiǎn)單，適合于實(shí)際樣品分析。實(shí)施例2實(shí)施例1制備的富氮型磁性納米碳吸附劑用于分析水樣中DDT(滴滴涕)和DDE (滴滴依)標(biāo)準(zhǔn)品。I)、稱取所得的富氮型磁性納米碳吸附劑5毫克；2)、將步驟I所取的富氮型磁性納米碳吸附劑漩渦分散于含DDT或DDE的IOml水溶液中，漩渦5分鐘；3)、使用磁鐵，將吸附劑與樣品分離；4)、將分離的吸附劑用純水清洗三次；5)、用移液器吸取80 μ I洗脫液(體積比為1:1的丙酮-正己烷混合液)，漩渦5分鐘；6)、用移液器吸取上層清液于干凈玻璃瓶中，并加入無(wú)水硫酸鈉除去殘留水分；7)、質(zhì)譜分析實(shí)驗(yàn)，將制備好的樣品吸取I μ I進(jìn)行分析。其中，步驟2)吸附劑在水相中的均勻分散如圖3(A)所示，步驟3)吸附劑被磁鐵快速分離如圖3(B)所示；DDT的質(zhì)譜圖和定量分析工作曲線如圖4所示，DDE的質(zhì)譜圖和定量分析工作曲線如圖5所不；步驟7)DDT的總尚子流圖如圖6所不,DDE的總尚子流圖如圖7所示。水樣中DDT和DDE的回收率分別為90.48% -101.8%和84.67% -97.13%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為0.07%和0.06%，具體結(jié)果如表I所示。
權(quán)利要求
1.一種磁性納米碳吸附劑，其特征在于:它為富氮型磁性納米碳吸附劑，由富氮型碳包覆磁性納米Fe3O4組成,該吸附劑粒度大小介于20 30納米。
2.如權(quán)利要求1所述的磁性納米碳吸附劑，其特征在于:吸附劑中N:5.5 %，C:18.6%, H:0.09% (w/w)，F(xiàn)e3O4 含量為 75.81% (w/w)。
3.如權(quán)利要求1所述的磁性納米碳吸附劑的制備方法，其特征在于，制備步驟包括: 1)、用濃度為2mol/L的HCl溶液配制濃度為lmol/L的FeCl3和FeCl2溶液； 2)、將IOml步驟I)得到的FeCl3溶液與5ml步驟I)得到的FeCl2溶液在室溫下進(jìn)行混合后，滴加氨水，直到溶液pH 11 12，并在室溫下繼續(xù)攪拌30分鐘，得含固體顆粒溶液； 3)、將步驟2)得到的固體顆粒用磁鐵進(jìn)行分離，并用純水和乙醇依次清洗不少于3次，除去弱磁性顆粒，得強(qiáng)磁性黑色納米Fe3O4顆粒，粒度大小介于20 30納米；這種顆粒保存在無(wú)水乙醇中，使用前用純水清洗； 4)、將步驟3)所得磁性納米Fe3O4顆粒用純水清洗，懸浮在20ml純水中，并超聲5分鐘，攪拌下滴加7.3mmol吡咯，再超聲10分鐘，使吡咯與磁性納米Fe3O4顆粒充分混勻，加入3.6mmol過(guò)硫酸銨水溶液作引發(fā)劑后，超聲I小時(shí)，得聚吡咯包覆納米Fe3O4顆粒； 5)、將步驟4)所得聚吡咯包 覆納米Fe3O4顆粒用純水和乙醇依次清洗直到洗液pH 7，再在60°C烘干； 6)、將步驟5)所得的烘干固體放入馬弗爐，在N2氣氛下，在溫度200°C 600°C下灼燒2小時(shí)，得到的產(chǎn)物用純水和乙醇依次清洗不少于3次，用磁鐵進(jìn)行分離，除去弱磁性顆粒，并將所得黑色磁性納米顆粒保存在乙醇中即可。
4.如權(quán)利要求3所述的磁性納米碳吸附劑的制備方法，其特征在于，所述步驟6)中，將烘干固體分為9份，放入馬弗爐，在N2氣氛下，分別在溫度200 0C，250°C，300 °C，350°C，400 V，450 V，500 V, 550 V, 600 V 下灼燒 2 小時(shí)。
5.如權(quán)利要求3所述的磁性納米碳吸附劑的制備方法，其特征在于，所述步驟6)中，將烘干固體放入馬弗爐，在N2氣氛下，在溫度350°C下灼燒2小時(shí)，得到球形狀顆粒，粒度大小介于20 30納米。
6.如權(quán)利要求1所述的磁性納米碳吸附劑的用途，其特征在于:用于環(huán)境或生物組織樣品中待測(cè)藥物及其代謝物殘留的同時(shí)富集，并能通過(guò)外加磁場(chǎng)將富集了待測(cè)藥物及其代謝物殘留的磁性納米碳吸附劑與樣品其他組分進(jìn)行分離，待測(cè)物再用合適的溶劑洗脫，再被色譜-質(zhì)譜分離和鑒定。
7.如權(quán)利要求1所述的磁性納米碳吸附劑的用途，其特征在于:應(yīng)用于環(huán)境水樣品中藥物及其代謝物殘留分析，方法是，取5mg所述的富氮型磁性納米碳吸附劑分散于IOml水溶液中，漩渦5分鐘，得到黑色懸濁液，使用磁鐵分離磁性納米碳吸附劑，再用丙酮與正己烷混合洗脫液漩渦5分鐘，將洗脫液進(jìn)行色譜-質(zhì)譜分離和鑒定，所述的混合洗脫液中丙酮與正己烷體積比為1:1。
8.如權(quán)利要求1所述的磁性納米碳吸附劑的用途，其特征在于:應(yīng)用于生物樣品中藥物及其代謝物殘留分析，方法是，先將生物組織與細(xì)胞裂解液一起勻漿，取5mg所述的富氮型磁性納米碳吸附劑分散于Iml組織勻漿懸浮液中，漩渦5分鐘，得到黑色懸濁液，使用磁鐵分離吸附劑，再用丙酮與正己烷混合洗脫液漩渦5分鐘，將洗脫液進(jìn)行色譜-質(zhì)譜分離和鑒定，所述的生物樣品為斑馬魚(yú)組織，所述的混合洗脫液中丙酮與正己烷體積比為1:1。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了富氮型磁性納米碳吸附劑及其制備和在分析上的應(yīng)用。本發(fā)明以氯化鐵、氯化亞鐵和氨水為原料，在室溫下反應(yīng)制得納米四氧化三鐵，然后將四氧化三鐵納米粒子分散于純水中，加入吡咯，在過(guò)硫酸銨引發(fā)下原位聚合，包裹在四氧化三鐵表面，所得產(chǎn)物烘干后，在氮?dú)夥蘸?00～600℃煅燒使聚吡咯碳化，得富氮型磁性納米碳吸附劑。其吸附劑顆粒均勻、在水相中分散性好、比表面積較大、吸附性強(qiáng)、穩(wěn)定性好。由于該材料能夠有效吸附樣品分子，基體懸浮顆粒干擾小，因此可用于環(huán)境和生物組織樣品中藥物及其代謝物的富集分離。所得的回收率好，線性范圍寬，分析速度快。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的儀器，無(wú)需復(fù)雜的樣品前處理。
文檔編號(hào)B01J20/28GK103240054SQ20121002641
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者鐘鴻英, 周友娥, 夏倩, 丁夢(mèng)潔 申請(qǐng)人:華中師范大學(xué)