功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱及其製備方法

2023-06-04 11:22:41

功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱及其製備方法，固相萃取柱的基質為功能化的多孔硫化鋅納米微球，是由原始多孔硫化鋅納米微球經胺基化、羧基化共價化學修飾所得。該功能化多孔硫化鋅納米微球的填裝高度為(0.6～1.2)cm。主要適於植物提取液、中藥複方及生物樣品中生物鹼的富集和分離。本發明固相萃取柱具有對目標物質回收率高(92％-105％)，製備成本低，材料易得，功能化過程簡單，適應性強，易於批量生產的特點，具有很好的應用前景。
【專利說明】功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱及其製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於分析化學的樣品前處理【技術領域】，涉及一種功能化多孔硫化鋅納米微 球的固相萃取柱及製備方法，主要用於植物提取液、中藥複方及生物樣品中生物鹼的富集 和分離。

【背景技術】
[0002] 植物提取液、各種中藥複方及生物樣品中基質一般具有複雜性和多樣性，目標物 的濃度通常情況下比較低，使精確分析複雜樣品中的微量物質變得非常難。為了得到滿意 的分析測試結果，對樣品進行預富集與淨化是至關重要的。目前對樣品前處理技術的研究 也比較多，主要集中在固相萃取，液相萃取，超臨界流體萃取，超濾離心和微波萃取等。其中 固相萃取技術由於操作簡單、快速、使用有機溶劑少、成本低、對環境的二次汙染少等優點， 已經成為目前植物提取液、中藥複方及生物樣品中生物鹼預處理和富集的主要技術手段。
[0003] 固相萃取根據吸附劑的不同可分為反相固相萃取、正相固相萃取、尚子交換固 相萃取和吸附固相萃取四種，需要根據所檢測的物質的性質來選擇不同吸附劑的固相 萃取柱。固相萃取法，是主要通過固相填料對樣品組分的選擇性吸附及解吸過程，對樣 品的分離、純化和富集，其主要目的在於降低樣品基質幹擾，提高檢測靈敏度。[參見： (a)Stevenson and D. Trends, Anal. Chem. 1999,18,154-158. (b)Landis, M. S. J. Pharm. Biomed.Anal. 2007,44,1029-1039.]
[0004] 固相萃取的性能通常與其填料的特性緊密相關。C18鍵合矽膠發展較早，其普適性 較強，對大多數化合物有比較好的富集，應用比較廣泛。近年來，具有高度選擇性的固相萃 取填料的研究引起廣泛的興趣，怎樣從複雜基體中獲取較為純淨的對像分析物成為關注的 焦點。與此相應的出現了建立在高選擇性基礎上的填料，免疫親和吸附劑、分子印跡吸附劑 等選擇性填料相繼被開發與應用。他們在應用中表現出了高的選擇性，但同時也存在一定 的缺陷，對於免疫型填料，純度較高的抗體獲取難，價格也比較昂貴，而且目前針對小分子 化合物的抗體缺乏；對於分子印跡型填料，其合成與製備過程較長，操作繁瑣，不易得到特 異作用位點含量高的聚合物，在水溶液中選擇性較差，傳質慢。[參見：王洪允，江驥，胡蓓， 等.固相萃取技術進展及在生物藥物分析中的應用[J].藥物分析雜誌，2003, 23 (3),236.]
[0005] 硫化鋅納米微球由於在光電轉換、生物傳感和光催化領域卓越的表現而備受關 注，特別是多孔硫化鋅納米微球，由於具有孔道結構而使得具有較大的比表面積，它還具有 較強的機械性能和良好的生物相容性[參見：（a)D. Zhu，W. Li，H. -Mei Wen，J-R. Zhang and J-Jie Zhu. Anal. Methods, 2013, 5,4321. (b)P. ffu, Y. He, H.-F. Wang and X.-P. Yan, Anal. Chem. ,2010,82,1427. (c)R.M.Xing and S. H. Liu, Nanoscale, 2012,4, 3135. (d) S. K Li, Z. G ffu,ff. H Li, Y. Liu, R. F. Zhuo, D. Yan, ff. Juna and P. X Yan Cryst. Eng. Comm, 2013,15, 1571.]。但目前為止，將多孔硫化鋅納米微球作為固相萃取劑應用於植物提取液、各種中藥 及生物樣品中生物鹼的富集、分離，未見報導。


【發明內容】

[0006] 為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基於功能化多孔硫化鋅納米微 球的固相萃取柱及其製備方法，能夠用於富集和分離植物提取液、中藥複方樣品中的生物 鹼。
[0007] 採用的技術方案：
[0008] -種功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱，所述的固相萃取柱的基質為功能化 的多孔硫化鋅納米微球，多孔硫化鋅納米微球直徑為50?150nm，平均孔徑為4?5nm，固 相萃取柱空管容積為1?6mL，填裝高度為0. 6?1. 2cm，空管材質為聚烯經。
[0009] 製備所述的功能化多孔硫化鋅納米微球的方法，由原始多孔硫化鋅納米微球經胺 基化、羧基化共價化學修飾所得，共價化學修飾按以下步驟進行：
[0010] (1)胺基化：在無水乙醇溶劑中加入多孔硫化鋅納米微球和β-巰基乙胺，多孔硫 化鋅納米微球與β-巰基乙胺的質量比為2 : 1?1 : 5,多孔硫化鋅納米微球的質量濃度 為2mg/mL?20mg/mL，混合後通隊半小時以排出空氣，然後在攪拌作用下於10?40°C條件 下反應10?24小時，反應完成後離心分離5min，轉速為9000轉/min，用乙醇洗滌沉澱物， 離心產物真空乾燥，得乾燥後的胺基化的多孔硫化鋅納米微球；
[0011] (2)羧基化：在二甲基甲醯胺溶劑中加入胺基化的多孔硫化鋅納米微球和平均分 子量為2000?4000的聚丙烯酸，胺基化的多孔硫化鋅納米微球和聚丙烯酸的質量比為 1 : 1?4 : 1，胺基化的多孔硫化鋅納米微球的質量濃度為2mg/mL?20mg/mL，混合後通 N2半小時以排出空氣，然後在攪拌作用下於100?180°C條件下反應0. 5?2小時，反應完 成後離心分離5min，轉速為9000轉/min，用乙醇洗滌沉澱物，離心產物真空乾燥，得最終功 能化多孔硫化鋅納米微球。
[0012] 所述的一種功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱，製備方法為：
[0013] (1)將一片多孔性聚乙烯下篩板放入固相萃取柱空管的底部，聚乙烯篩板孔徑為 5 ?20 μ m ;
[0014] (2)將相當於固相萃取柱空管容積三分之一到三分之二的功能化多孔硫化鋅納米 微球幹法填裝入柱內；
[0015] (3)在填裝的功能化多孔硫化鋅納米微球上放入另一片多孔性聚乙烯上篩板，聚 乙烯篩板孔徑為5?20 μ m，壓緊填料使填裝柱高度保持在0. 6?1. 2cm，製備得到固相萃 取柱。
[0016] 所述功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱用於固相萃取的方法步驟包括：在進 行萃取之前，首先用（5?20)mL甲醇、乙睛或者相應的緩衝溶液活化功能化多孔硫化鋅納 米微球，然後在真空泵負壓驅動下使樣品溶液流過柱子，採用適量體積清洗液洗去基體的 雜質，使用合適的洗脫液把分析物洗脫收集到容器中，然後進行定量分析。
[0017] 與現有的固相萃取柱相比，本發明所提供的功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取 柱具有以下優點：
[0018] (1)萃取劑用量少，萃取效率高：目前普遍使用的C18鍵合矽膠，其吸附性能較差， 萃取容量較低；而本發明的固相萃取劑由於具有多孔結構，具有比較大的比表面積和強的 吸附能力，萃取容量和吸附性能得到了很大提升；
[0019] (2)環境友好：本發明的多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱本身是環境友好的，並 且在萃取過程中，只需消耗極少量的有機溶劑，不會引入其他有毒有害物質；
[0020] (3)穩定性好，可再生和重複利用。吸附在多孔硫化鋅納米微球上的目標物能容易 地用少量有機溶劑洗脫下來，鍵合的官能團不會被破壞，可以重複利用。
[0021] (4)本發明提供一種能夠將多種化學官能團鍵合到多孔硫化鋅納米微球孔道表 面，製備出一種新型固相萃取劑。它可以用於植物提取液、中藥複方樣品中的生物鹼的選 擇性富集，也可用於生物樣品中的藥物分子的預富集，並表現出大的穿透體積，樣品承受量 高，選擇性好，可再生重複利用的特點。
[0022] (5)在完成發明的過程中，選擇苦參鹼和小檗鹼作為研究目標物，對所述固相萃 取柱的各項性能指標進行了反覆測試。結果表明對於上述生物鹼的加標回收率均能達到 92% -105%，解吸過程簡單，2mL的乙腈或者其鹽溶液就可將上述物質洗脫下來，實驗結束 後，將固相萃取柱用乙腈、甲醇各5mL依次洗滌，無需其他操作，即可重複使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱示意圖，圖中為：固相萃取柱管1、 上篩板2、下篩板3、多孔硫化鋅納米微球填料4 ;
[0024] 圖2為合成得到的多孔硫化鋅納米微球透射電鏡圖A(TEM)和高分辨透射電鏡圖 B(HRTEM)；
[0025] 圖3為合成得到的多孔硫化鋅納米微球N2吸附-脫附曲線（BET)圖；
[0026] 圖4為功能化多孔硫化鋅納米微球紅外光譜圖；
[0027] 圖5為本發明的固相萃取柱萃取的苦參鹼和小檗鹼的色譜圖；
[0028] 圖6為苦參鹼和小檗鹼的標準色譜圖。

【具體實施方式】
[0029] 以下通過實施例形式，對本發明的上述內容再作進一步的詳細說明，但不應將此 理解為本發明上述主題的範圍僅限於以下的實例，凡基於本發明上述內容所實現的技術均 屬於本發明的範圍。
[0030] 下面結合附圖，通過具體實施例對本發明進一步詳述。
[0031] 實施例1 :功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取填料的製備
[0032] 實驗材料：六水硝酸鋅，批號為：B1224002,購自上海阿拉丁試劑有限公司；阿拉 伯膠粉，批號為20120825,購自上海阿拉丁試劑有限公司；硫代乙醯胺，批號為：20010619， 購自上海阿拉丁試劑有限公司；β-巰基乙胺，批號為：11325054,購自上海阿拉丁試劑有 限公司；二甲基甲醯胺，批號為：F20061110,購自南京化學試劑有限公司；聚丙烯酸，批號 為：J1225008,購自南京化學試劑有限公司；乙醇，批號為：14021710247,購自南京化學試 劑有限公司。
[0033] 實驗儀器及設備：圓底燒瓶、KQ-500DE超聲波清洗器、聚四氟乙烯反應釜、 DHG-9143BS電熱鼓風乾燥箱、DF-101S磁力加熱攪拌器、ΑΥ120電子分析天平、TGL-16C離 心機。
[0034] 實驗過程：
[0035] (1)原始多孔硫化鋅納米微球的製備
[0036] 將1. 2g六水硝酸鋅與400mg的阿拉伯膠粉加入80mL水中溶解，超聲波分散混勻， 得到澄清溶液，再加入300mg的硫代乙醯胺混合均勻，將所得溶液放入高壓釜的反應瓶中， 於125°C條件下反應12h，反應完成後離心分離（9000轉/min，5min)，用乙醇洗滌沉澱物，洗 滌3次，之後沉澱40°C下真空乾燥，即得多孔硫化鋅納米微球。將所得產品進行電子透射顯 微鏡進行表徵，如圖2所示。
[0037] (2)功能化多孔硫化鋅納米微球的製備
[0038] 取上述所得產品200mg於圓底燒瓶中同時加入磁力攪拌子，加入無水乙醇40mL， 通半小時N 2以排出空氣，之後加入200mg@ -巰基乙胺，再通N2半個小時，通完氮氣加塞密 封好之後在磁力攪拌器中水浴40°C條件下反應24小時，反應完成後離心分離（9000轉/ min, 5min)，用乙醇洗漆沉澱物，離心產物真空乾燥，得乾燥後的胺基化的多孔硫化鋅納米 微球；然後取l〇〇mg上述所得產品分散在40mL的二甲基甲醯胺中，加入50mg的聚丙烯酸 (平均分子量為3000)，混合後通N 2半小時以排出空氣，然後在攪拌作用下於140°C條件下 反應2小時，反應完成後離心分離（9000轉/min，5min)，用乙醇洗滌沉澱物，離心產物真空 乾燥，得功能化多孔硫化鋅納米微球。將所得產品進行BET測試，如圖3所示，將所得產品 進行紅外表徵，如圖4所示。其圖3、圖4中PZNs指原始多孔硫化鋅納米微球，NH 2-PZNs指 胺基化多孔硫化鋅納米微球，PAA-PZNs指羧基化多孔硫化鋅納米微球即最終功能化多孔硫 化鋅納米微球填料。
[0039] 實施例2 :功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱的製備
[0040] A.萃取柱的準備
[0041] 1、空柱材料和規格
[0042] 現有的固相萃取小柱空柱規格從1?6mL不等。空柱材料為聚丙烯，小柱上下各 有20μπι孔徑的聚乙烯篩板，上述空柱均可使用於本發明中。在下面的實驗例中本發明採 用3mL的規格。
[0043] 2、固相萃取柱的填料
[0044] 固相萃取柱的填料為功能化多孔硫化鋅納米微球，其直徑為50?150nm，平均孔 徑4?5nm。
[0045] 3、填裝量和填裝高度的選擇
[0046] 用前述A準備的材料填裝3mL固相萃取柱，如附圖1，將一片多孔性聚乙烯下篩板 3置於固相萃取柱管1底部，稱取相當於固相萃取柱空管容積二分之一的功能化多孔硫化 鋅納米微球填料4放入固相萃取柱管1中，然後將多孔性上篩板2放在填料上部，壓緊填料 使填裝柱高度保持在〇. 8cm，得到功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱。
[0047] 實施例3 :選擇苦參鹼和小檗鹼作為研究目標物，對所述固相萃取柱的各項性能 指標進行測試。
[0048] 實驗材料：苦參鹼和小檗鹼均購自中國食品藥品檢定研究院，苦參鹼批號為 110805-200508,小檗鹼批號為110713-201212 ;乙酸銨購自上海上海阿拉丁試劑有限公 司，批號為：20070622 ;高效液相色譜純乙腈購自Merck公司，批號：1605030-138。
[0049] 實驗儀器和設備：Waters公司2695/2996高效液相色譜儀、AP-01P真空泵、按述實 施例2中製備的功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱。
[0050] 實驗過程：
[0051] (1)取苦參鹼和小檗鹼分別配成0. 1 μ g/mL的標準溶液備用。先將製得的功能化 多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱用4mL乙腈完全浸潤填料保持5min，然後以1滴/s的速度 放掉液體，處理完後小柱處於活化狀態；搭好裝置，開真空泵，調好真空度，以2mL/min的速 度取（20?100) mL樣品流過萃取柱，抽濾除去溶劑成分，再用2. 5mg/mL的乙酸銨-80%乙 腈4mL洗脫固相萃取柱，可以得到不同富集倍數的洗脫液，用高效液相色譜儀進行分析檢 測，得到色譜圖如圖5及圖6。
[0052] 高效液相色譜法測定條件如下：
[0053] 苦參鹼：Waters公司2695/2996高效液相色譜儀，色譜柱為C18柱 (250_\4.6_，5以111)，流動相 ：乙腈/水（80:20)，流速：1.0001]117/111；[11，柱溫 ：251€，紫外 檢測波長為210nm。
[0054] 小檗鹼：Waters公司2695/2996高效液相色譜儀，色譜柱為C18柱 (250_\4.6_，5以111)，流動相 ：乙腈/0.2(%磷酸水（30:70)，流速：1.0001]117/111；[11，柱溫 ： 25°C，紫外檢測波長為270nm。
[0055] 結果表明對於上述生物鹼的加標回收率均能達到92% -105%，解吸過程簡單， 2mL的乙腈或者其鹽溶液就可將上述物質洗脫下來，實驗結束後，將固相萃取柱用乙腈、甲 醇各5mL依次洗滌，無需其他操作，即可重複使用。
[0056] 以上實施例僅用於說明本發明的優選實施方式，但本發明並不限於上述實施方 式，在所述領域普通技術人員所具備的知識範圍內，本發明的精神和原則之內所作的任何 修改、等同替代和改進等，其均應在本發明請求保護的技術方案範圍之內。
【權利要求】
1. 一種功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱，其特徵在於所述的固相萃取柱的基質 為功能化的多孔硫化鋅納米微球，多孔硫化鋅納米微球直徑為50?150nm，平均孔徑為4? 5nm，固相萃取柱空管容積為1?6mL，填裝高度為0. 6?1. 2cm，空管材質為聚烯經。
2. -種製備權利要求1所述的功能化多孔硫化鋅納米微球的方法，其特徵在於由原 始多孔硫化鋅納米微球經胺基化、羧基化共價化學修飾所得，共價化學修飾按以下步驟進 行： ⑴胺基化：在無水乙醇溶劑中加入多孔硫化鋅納米微球和β-巰基乙胺，多孔硫化鋅 納米微球與β_巰基乙胺的質量比為2 : 1?1 : 5,多孔硫化鋅納米微球的質量濃度為 2mg/mL?20mg/mL，混合後通隊半小時以排出空氣，然後在攪拌作用下於10?40°C條件下 反應10?24小時，反應完成後離心分離5min，轉速為9000轉/min，用乙醇洗滌沉澱物，離 心產物真空乾燥，得乾燥後的胺基化的多孔硫化鋅納米微球； (2)羧基化：在二甲基甲醯胺溶劑中加入胺基化的多孔硫化鋅納米微球和平均分子量 為2000?4000的聚丙烯酸，胺基化的多孔硫化鋅納米微球和聚丙烯酸的質量比為1 : 1? 4 : 1，胺基化的多孔硫化鋅納米微球的質量濃度為2mg/mL?20mg/mL，混合後通隊半小時 以排出空氣，然後在攪拌作用下於100?180°C條件下反應0. 5?2小時，反應完成後離心 分離5min，轉速為9000轉/min，用乙醇洗滌沉澱物，離心產物真空乾燥，得最終功能化多孔 硫化鋅納米微球。
3. 如權利要求1所述的一種功能化多孔硫化鋅納米微球固相萃取柱，其特徵在於製備 方法為： (1) 將一片多孔性聚乙烯下篩板放入固相萃取柱空管的底部，聚乙烯篩板孔徑為5? 20 μ m ； (2) 將相當於固相萃取柱空管容積三分之一到三分之二的功能化多孔硫化鋅納米微球 幹法填裝入柱內； (3) 在填裝的功能化多孔硫化鋅納米微球上放入另一片多孔性聚乙烯上篩板，聚乙烯 篩板孔徑為5?20 μ m，壓緊填料使填裝柱高度保持在0. 6?1. 2cm，製備得到固相萃取柱。
【文檔編號】B01J20/28GK104083904SQ201410314197
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月2日 優先權日:2014年7月2日
【發明者】朱棟, 文紅梅, 池玉梅, 鄧海山, 康安, 韓疏影 申請人:南京中醫藥大學