納米Fe3O4表面聚合微粒制備及其尿樣中二苯甲酮類化合物磁萃取應(yīng)用

陳迪，羅晗，周勝蘭，陳懷俠

(湖北大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖北 武漢 430062)

納米Fe3O4表面聚合微粒制備及其尿樣中二苯甲酮類化合物磁萃取應(yīng)用

陳迪，羅晗，周勝蘭，陳懷俠

(湖北大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖北 武漢 430062)

納米Fe3O4；磁固相萃取；HPLC；二苯甲酮

0 引言

目前檢測(cè)二苯甲酮類物質(zhì)的方法有薄層色譜法(TLC)[7]、氣相色譜法(GC)[8]、高效液相色譜法(HPLC)[9-10]、氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)[11-12]、液相色譜-質(zhì)譜法(HPLC-MS)[13]等.液相色譜-質(zhì)譜法聯(lián)用能做到很高的靈敏度，但分析儀器成本高，后期的檢修費(fèi)用也不低，采用薄層色譜法的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)操作比較繁雜，氣相色譜-質(zhì)譜法又要求具有較好的實(shí)驗(yàn)儀器，HPLC方法操作簡(jiǎn)便、測(cè)試費(fèi)用低，是對(duì)二苯甲酮類物質(zhì)分析的主流方法.

磁性聚合物微粒是采用一定的合成方法，將具有磁性的物質(zhì)和高分子聚合物反應(yīng)而制成的一種新型聚合物材料.磁性聚合物微粒具有超順磁性，當(dāng)被放置于磁場(chǎng)中時(shí)，可以迅速地與介質(zhì)分離開(kāi).因此，磁性聚合物微粒逐漸被用作分離材料和介質(zhì)，另外還被廣泛用于核磁共振檢查、環(huán)境污染物分析以及帶有磁性的乳膠制品等領(lǐng)域[14-16].本文中主要合成了具有一定磁性，粒徑分布均勻的Fe3O4磁性聚合物微粒，利用紅外吸收光譜和色譜方法對(duì)磁性聚合物微球進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和萃取性能的考察.通過(guò)優(yōu)化合成條件和萃取條件，建立了一種操作簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高、適用于尿樣中BPs殘留檢測(cè)的MSPE-HPLC分析方法.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑 儀器：DIAMOND TG/DTA型熱重分析儀(美國(guó)Perkin Elmer公司)；LC-CT310型高效液相色譜儀(江蘇天瑞儀器股份有限公司)；UV310型紫外-可見(jiàn)檢測(cè)器(江蘇天瑞儀器股份有限公司)；SMT-C18色譜柱(美國(guó)Supelco Technologies，DE)；Kertone 型超純水機(jī)(坷爾頓公司)；JHX2H微型漩渦混合儀(京輝科技有限公司)；XYH型真空干燥箱(南京百萬(wàn)機(jī)械儀器有限公司)；可調(diào)式移液器(上海)；CP213分析天平(上海五相儀器有限公司)；超聲儀(美國(guó)Branson200公司 )；SPECTRUM ONE型紅外光譜儀(美國(guó)Perkin Elmer公司).

試劑：2, 4-二羥基二苯甲酮(99.5%， BP-1)、二苯甲酮(99.5%，BP)、2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮(99.5%，BP-3)、正硅酸乙酯(TEOS)、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)(阿拉丁，上海)；氯化亞鐵(II)(FeCl2·4H2O，天津)；氯化鐵(FeCl3·6H2O，天津)；2，2-偶氮-2-異丁腈(AIBN)(V-60，上海試劑四廠，分析純)；2-甲基-2-丙烯酸-1,2-乙二醇酯(EGDMA，美國(guó)Sigma公司，使用前用NaOH溶液多次處理，再用超純水分多次萃取后用干燥劑進(jìn)行干燥)；甲基丙烯酸(MAA，天津，分析純，使用前減壓蒸餾)；甲醇和乙腈(色譜純,美國(guó)Tedia公司).

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液的配制：先分別配置BP-1、BP、BP-3的標(biāo)準(zhǔn)溶液各1 mg/mL，再由上述濃度配成10 μg/mL 含3種目標(biāo)物的甲醇混合儲(chǔ)備液，各儲(chǔ)備液都放置于冰箱的冷藏室中儲(chǔ)存.

圖1 BP、BP-1、BP-3的分子結(jié)

1.2 材料合成

1.2.1 合成Fe3O4納米粒子[17]將1.72 g的FeCl2·4H2O和4.72 g的FeCl3·6H2O溶解在80 mL超純水中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下高速攪拌(800 r/min). 隨著溫度升高到80 ℃，緩慢加入氨水10 mL，在該溫度下反應(yīng)30 min.將產(chǎn)品進(jìn)行磁分離，以超純水清洗納米材料，60 ℃真空干燥.

1.2.2 合成Fe3O4@SiO2[18]稱取0.3 g Fe3O4于50 mL三頸燒瓶中，加入50 mL乙醇和4 mL超純水，超聲15 min，加入5 mL 氨水和2 mL TEOS(正硅酸乙酯). 室溫下攪拌反應(yīng)24 h. 磁鐵分離，用乙醇和超純水沖洗磁材料，60 ℃真空干燥.

1.2.3 合成Fe3O4@SiO2@MPS[19]稱取0.15 g Fe3O4@SiO2于100 mL三頸燒瓶中，加入30 mL無(wú)水甲苯和1 mL MPS，60 ℃水浴反應(yīng)5 h，磁鐵分離，并用乙醇清洗磁材料，60 ℃真空干燥.

1.2.4 合成Fe3O4磁性聚合微粒 稱取0.1 g 上述合成的Fe3O4@SiO2@MPS懸浮在20 mL甲苯中(于50 mL三頸燒瓶中)，攪拌1 h，加入170 mL MAA，繼續(xù)攪拌1 h，加入1.9 mL EGDMA和0.08 g AIBN，60 ℃反應(yīng)24 h，產(chǎn)物用磁鐵分離，用乙醇洗凈，60 ℃真空干燥，得到Fe3O4磁性聚合微粒.合成步驟如圖2.

圖2 納米Fe3O4磁聚合微粒的合成步

1.3 色譜條件 流動(dòng)相為甲醇的水溶液，V甲醇∶V水=85∶15；流速：1.0 mL/min；柱溫：30 ℃；進(jìn)樣量：20 μL；測(cè)試波長(zhǎng)：289 nm和256 nm.

1.4 磁固相萃取 磁固相萃取過(guò)程如圖3所示，10 mg磁微粒置于25 mL的培養(yǎng)瓶中，加入1 mL甲醇活化后，倒掉甲醇，再往培養(yǎng)瓶中添加20 mL 200 ng/ mL的 BPs 標(biāo)準(zhǔn)溶液，將培養(yǎng)瓶置于超聲儀中超聲30 min，使材料分散在溶液中，并充分吸附目標(biāo)物，再在外加磁場(chǎng)的條件下，倒掉上清液，加入1 mL洗脫劑(甲醇)洗脫目標(biāo)物，過(guò)濾膜后進(jìn)液相分析. 所有實(shí)驗(yàn)均采用回收率(ER)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其定義為：

其中：Celu——洗脫液中分析物的濃度；C0——樣品溶液中分析物的濃度；Velu——洗脫液的體積；Vaq——樣品溶液的體積.

圖3 磁固相萃

2 結(jié)果與討論

圖

圖5 磁性微粒熱重(TGA)曲

圖

磁滯回線分析(VSM)用來(lái)考察合成磁性粒子的磁特性，F(xiàn)e3O4(a)、Fe3O4@SiO2(b)、Fe3O4@SiO2@MPS(c)和磁性微粒(d)的磁滯回線如圖6所示.從圖中可以看出，4種物質(zhì)的飽和磁強(qiáng)度分別為69.62、55.44、48.93和4.08 emu·g-1.這些磁性顆粒剩磁和矯頑力都為零，具有超順磁性.與Fe3O4相比，磁微粒飽和磁化強(qiáng)度減少到4.08 emu·g-1，證明乙烯基和SiO2成功鍵合到Fe3O4表面.磁微粒在室溫下仍保持磁性，外加磁場(chǎng)，可以快速?gòu)娜芤褐蟹珠_(kāi).2.2 磁固相萃取條件優(yōu)化

2.2.1 洗脫劑種類選擇 分別以1 mL的甲醇、乙腈和不同配比的甲醇和乙腈混合液為洗脫劑，對(duì)10 mL 200 ng mL-1的BP-1、BP、BP-3的混標(biāo)溶液的磁萃取進(jìn)行洗脫分析. 結(jié)果表明，V甲醇∶V乙腈=3∶7時(shí)洗脫效果較好，因此洗脫液甲醇和乙腈的體積比選擇為3∶7.

2.2.2 吸附時(shí)間考察 分別考察吸附20、30、40、50、60和70 min時(shí)的萃取回收率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著吸附時(shí)間增加，回收率升高，在60 min以后趨于穩(wěn)定，達(dá)到了吸附平衡，因此，吸附時(shí)間選擇60 min.

2.2.3 洗脫液體積考察 選擇0.4、0.6、0.8、1.0、1.2和1.4 mL的甲醇洗脫，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)洗脫液體積由0.4 mL增加到1.0 mL時(shí)，回收率隨之升高，再增大洗脫液體積，回收率變化不大，可能是達(dá)到了解析平衡，因此洗脫液體積選擇1.0 mL.

表1 BP-1,BP,BP-3的線性范圍、檢測(cè)限和定量限

表2 加標(biāo)回收率和精密度

表3 本方法和其他分析方法的比較

將5 g防曬劑均勻涂抹在試驗(yàn)人皮膚上，每隔2 h取樣，樣品處理后，經(jīng)材料吸附，洗脫后進(jìn)HPLC檢測(cè)，結(jié)果表明尿樣中含有BP-3，見(jiàn)表4.

表4 不同取樣時(shí)間尿樣中的BP-3含量

圖7 256 nm(A)和289 nm(B)下空白尿樣直接進(jìn)樣(1)、空白尿樣加標(biāo)50 ng/mL進(jìn)樣(2)、加標(biāo)樣品經(jīng)MSPE富集(3)后的色譜

3 結(jié)論

以表面分散聚合法制備了Fe3O4聚合磁微粒，并進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)、磁性、穩(wěn)定性和吸附性能表征. 通過(guò)優(yōu)化洗脫劑種類、體積、萃取時(shí)間、樣品溶液酸度和離子強(qiáng)度等萃取條件，建立了尿樣中3種常見(jiàn)二苯甲酮類物質(zhì)的MSPE-HPLC分離分析方法.該方法操作簡(jiǎn)單、回收率高、靈敏度好，適用于實(shí)際尿樣品中的二苯甲酮類的分析檢測(cè).

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(責(zé)任編輯 胡小洋)

Preparation of nano Fe3O4magnetic polymer microspheres and theirapplication of magnetic solid phase extraction for benzophenones in urine

CHEN Di, LUO Han, ZHOU Shenglan, CHEN Huaixia

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Hubei University, Wuhan 430062,China)

Fe3O4nanoparticles were synthesized by chemical co-precipitation of Fe3+and Fe2+under basic condition, and then were coated by SiO2by a modified Stober method. The composite was synthesized by dispersion polymerization. The structure and extraction performance of the magnetic polymer microspheres were evaluated by infrared spectrum and HPLC. Then this material was applied to separation and concentration of BPs in urine samples. By optimizing the extraction conditions, high selectivity analytical method for separation of benzophenones in urine had been developed. The experimental results showed that the linear ranges were 0.05—300 ng/mL for benzophenones in urine with the correlation coefficient of above 0.996 6. The detection limits (S/N=3) was 0.05 ng/mL.

nano Fe3O4; magnetic solid phase extraction; HPLC; benzophenone

2017-02-20

國(guó)家自然科學(xué)基金(2009CDB364)資助

陳迪(1992-)，女，碩士生；陳懷俠，通信作者，教授，E-mail：hxch@hubu.edu.cn

1000-2375(2017)05-0474-06

TB383

A

10.3969/j.issn.1000-2375.2017.05.007