磁性MIL-100(Fe)微粒制備及其萃取應(yīng)用

吳官永，王筱倩，黨雪平，陳懷俠

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

0 引言

氯吡脲是一種新型苯基脲衍生物類細(xì)胞分裂素，可用作植物生長的調(diào)節(jié)劑，在黃瓜、葡萄和獼猴桃的生物活性比6-芐基氨基嘌呤高10至100倍，因此，氯吡脲被廣泛用于增加果實(shí)大小、提高黃瓜產(chǎn)量.然而，長期接觸氯吡脲會導(dǎo)致健康問題[1].不同國家對氯吡脲的最大殘留量(MRL)的要求在0.01～0.1 mg·kg-1[2].因此，對瓜果中氯吡脲的檢測是對食品安全的保障.

目前，氯吡脲的檢測方法主要有高效液相色譜(HPLC)[3]和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS)[4]，其中HPLC應(yīng)用比較廣泛.樣品前處理可以有效提高分析方法的靈敏度和選擇性，例如，液-液萃取(LLE)[5]，固相萃取(SPE)[6]和分散固相萃取(DSPE)[7]等.磁固相萃取(MSPE)是一種新型SPE方法，其特點(diǎn)是操作簡單、快速、有機(jī)溶劑消耗少，在樣品前處理中具有較好的應(yīng)用潛力[8].

金屬有機(jī)骨架(MOFs)是一類新型無機(jī)-有機(jī)微孔結(jié)晶材料，該材料依托配位鍵將金屬離子和有機(jī)配體自組裝而擁有不同的形狀、孔徑、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有豐富的化學(xué)位點(diǎn)和大比表面積[9]，是一類理想的吸附劑材料.

本實(shí)驗(yàn)以溶劑熱法在Fe3O4納米粒子表明包覆MIL-100(Fe)，該復(fù)合材料兼具磁性和MOFs材料的吸附特性. 以此為吸附介質(zhì)，建立果蔬中氯吡脲殘留的MSPE-HPLC定量方法.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑儀器：高效液相色譜儀(美國Dionex Technologies公司，配置光電二極管陣列檢測器)；UPW-20N超純水儀(北京歷元電子儀器有限公司)；CP213分析天平(上海五相儀器有限公司)；DZ-2BC真空干燥箱(天津泰斯特儀器有限公司)；Spectrum One傅里葉紅外光譜儀(美國PERKIN ELMER公司)；DIAMOND TG/DTA熱重分析儀(美國PERKIN ELMER公司)；JSM 7100F場發(fā)射掃描電子顯微鏡(日本電子株式會社).

試劑：氯吡脲(阿拉丁化學(xué)有限公司，中國上海)；六水合氯化鐵(FeCl3·6H2O)(博迪化學(xué)工業(yè)有限公司，中國天津)；乙二醇(國藥化學(xué)試劑有限公司，中國上海)；無水乙酸鈉(NaAc)(國藥化學(xué)試劑有限公司，中國上海)；巰基乙酸(TGA)和均苯三甲酸(BTC)購自阿拉丁(中國上海)；甲醇(HPLC級)購自Tedia Company Inc.(俄亥俄州，美國)；氯化鈉、氨和乙醇購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司(中國上海).未標(biāo)明純度的試劑均為分析級.超純水在超純水系統(tǒng)(中國北京)上制備得到.

1.2 Fe3O4@MIL-100(Fe)微粒的制備納米Fe3O4合成[10]：FeCl3·6H2O(1.73 g)在磁攪拌下溶解在35 mL乙二醇中，然后添加NaAc(2.309 g).磁力攪拌攪拌30 min， 200 ℃下反應(yīng)10 h，然后冷卻至室溫.產(chǎn)品呈黑色，用超純水和乙醇洗滌數(shù)次，并在60 ℃下真空干燥12 h.

核殼MIL-100(Fe)@Fe3O4磁微粒制備：參考了Chen等人合成Fe3O4@MOF的方法[11]，將1.0 gFe3O4添加到含有80 μL巰基乙酸的200 mL乙醇溶液中，振搖24 h.磁分離后以蒸餾水和乙醇超聲清洗.取1.0 g該材料分散在4.0 mL10 mM FeCl3·6H2O乙醇溶液中，再于70 ℃下將其分散在4.0 mL均苯三甲酸的乙醇溶液(10 mmol/L)中.在每個步驟之間進(jìn)行磁分離，并用乙醇洗滌.30次循環(huán)后，用乙醇清洗樣品，于150 ℃進(jìn)行真空干燥.

1.3 磁固相萃取在25 mL玻璃螺口瓶中加入20 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液或者樣品溶液和12.5 mgFe3O4@MIL-100(Fe)微球；螺口瓶用蓋子密封后超聲40 min(120 W，100 kHz)，期間每5 min搖晃30 s；在螺口瓶外側(cè)用磁鐵收集吸附劑并移除剩余液體；加入3 mL甲醇，超聲洗脫10 min(120 W，100 kHz)；通過磁鐵分離洗脫液和吸附劑后將洗脫液用氮?dú)獯蹈珊蠖ㄈ葜? mL，取20 μL進(jìn)行HPLC分析.Fe3O4@MIL-100(Fe)制備流程和MSPE過程如圖1所示.

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液的配制精確稱量氯吡脲以甲醇為溶劑配制為1.0 mg·mL-1的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液.用超純水適當(dāng)稀釋標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液配制氯吡脲標(biāo)準(zhǔn)溶液.

將10 g均質(zhì)的黃瓜放入裝有15 mL甲醇的50 mL塑料離心管中混勻，并提取24 h，加入1 g NaCl和4 g無水MgSO4并渦旋2 min.以8 000 r/min離心15 min后，將上清液過0.22 μm濾膜，直接進(jìn)行MSPE-HPLC分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 Fe3O4@MIL-100(Fe)微粒的表征透射電鏡結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4@MIL-100(Fe) MNPs材料直徑約為1 μm，具有核-殼結(jié)構(gòu)，見圖2A.

圖2B是Fe3O4@TGA@MIL-100(Fe)的熱重分析曲線. 300 ℃以內(nèi)的失重歸因于材料中的客體分子丟失；300～400 ℃的失重歸因于MIL-100(Fe)的分解和Fe3O4的氧化，屬于主體重量損失[12].顯然，該復(fù)合磁微粒在300 ℃內(nèi)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適合于磁固相萃取。

Fe3O4@TGA、Fe3O4@TGA@MIL-100(Fe)和MIL-100的紅外光譜如圖2C所示.其中，在Fe3O4@TGA的紅外吸收曲線中，3 399和1 046 cm-1處的特征峰歸因于O—H和S—O的伸縮振動.在Fe3O4@TGA@MIL-100的紅外吸收曲線中，3 400、1 710和1 445 cm-1處的峰分別是由O—H，C—O伸縮振動和O-H彎曲拉伸引起，這表明其結(jié)構(gòu)中存在羧基.Fe3O4@TGA和Fe3O4@TGA@MIL-100(Fe)的紅外吸收曲線中，590和582 cm-1處的特征峰可歸因于Fe—O的伸縮振動.與MIL-100的紅外光譜圖相比，F(xiàn)e3O4@TGA@MIL-100(Fe)在紅外光譜圖中存在1 625～1 450 cm-1和900～650 cm-1處苯的特征峰.這些結(jié)果顯示成功制備了Fe3O4@TGA@MIL-100(Fe)磁微粒.

2.2 MSPE萃取條件的優(yōu)化使用20 mL 80 μg·L-1氯吡脲標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行萃取條件的優(yōu)化.

2.2.1 材料用量 考察了5～15 mg不同吸附材料用量對萃取效果的影響，隨著材料用量從5 mg逐漸增加到12.5 mg，回收率逐漸增加，材料從12.5 mg增加到15.0 mg時回收率基本不變.因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)中吸附劑的用量選擇12.5 mg.

2.2.2 樣品pH 樣品pH值是影響萃取效率的重要參數(shù). 文獻(xiàn)報(bào)道[13]，pH=5時，F(xiàn)e3O4與配體羧基形成的Fe-O配位鍵被破壞，表明Fe3O4@MIL-100(Fe)在酸性條件下不穩(wěn)定.Garima等[14]證明，MIL-100(Fe)分散體系在pH為7時Zeta電位為負(fù)值且絕對值最高，隨著pH降低，Zeta電位絕對值迅速降低，而且pH值為6時的吸附能力較pH值為8時有較大的下降.氯吡脲的pKb為1.5，即其共軛酸的pKa為12.5，因此，在pH<11.5的水溶液中，氯吡脲分子帶正電荷.基于靜電相互作用的機(jī)理，本實(shí)驗(yàn)測定了氯吡脲樣品pH在7～11的萃取回收率.結(jié)果表明，樣品pH值從7增加到11時，氯吡脲的回收率下降.因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇樣品溶液pH為7.

2.2.3 樣品鹽度 在樣品溶液中加入鹽可以降低有機(jī)化合物在水溶液中的溶解度并導(dǎo)致鹽析效應(yīng).在提取過程中，通過向樣品中加入0～20%(w/v)NaCl來評價樣品溶液的離子強(qiáng)度的影響.結(jié)果表明，隨著鹽的添加量從0%升至20%，回收率下降.因此，在隨后的實(shí)驗(yàn)中樣品溶液不添加固體NaCl.

2.2.4 吸附時間和解吸時間 在MSPE過程中，吸附和解吸過程應(yīng)平衡足夠的時間以達(dá)到最大回收率.因此，研究了吸附時間和解吸時間對氯吡脲回收率的影響.當(dāng)吸附時間為40 min時，分析物的回收率最高.40 min后，氯吡脲的回收率略有下降.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，10 min足以實(shí)現(xiàn)完全解吸過程.因此，分別選擇40 min和10 min的吸附時間和解吸時間用于進(jìn)一步研究.

2.2.5 洗脫液體積 考察了0.5～3.5 mL洗脫液對回收率的影響，洗脫液體積在0.5～3.0 mL時，回收率隨著洗脫液體積增大而增大，在3.0 mL時達(dá)到最大值，繼續(xù)增加到3.5 mL時回收率下降.因此，選取3.0 mL為最佳洗脫液體積.

2.3 分析方法和應(yīng)用在優(yōu)化條件下，建立了黃瓜中氯吡脲殘留的DSPE-HPLC分析方法，該方法的線性范圍為5～500 μg·kg-1，相關(guān)系數(shù)(R2)為0.999 2，線性方程為y=0.009 9x+0.278 5.檢測限(LOD，S/N=3)和定量限(LOQ，S/N=10)分別為1.4 μg·kg-1和4.5 μg·kg-1，遠(yuǎn)低于黃瓜中氯吡脲的最大限量值.

將該方法應(yīng)用于從當(dāng)?shù)爻匈徺I的3個黃瓜樣品中氯吡脲的測定.結(jié)果表明，在一個黃瓜樣品中發(fā)現(xiàn)了130.0 μg·kg-1的氯吡脲殘留.將空白黃瓜樣品分別加標(biāo)氯吡脲為5、250和500 μg·kg-1，其回收率在95.8%～101.0%范圍內(nèi).用空白黃瓜中加入5、250和500 μg·kg-1的氯吡脲計(jì)算日內(nèi)和日間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD).實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，日內(nèi)和日間RSD分別在5.1%～8.8%和5.3%～7.5%的范圍內(nèi)，表明本方法具有良好的重現(xiàn)性.圖3是空白黃瓜、空白黃瓜MSPE、空白黃瓜加標(biāo)500 μg·kg-1氯吡脲前后的.可以看出，MSPE對于黃瓜中的氯吡脲具有明顯的富集作用.

如表1所示，與其他氯吡脲的分析方法比較，本MSPE-HPLC方法明顯比QuEChERS LC/TOF-MS、SPE-HPLC、QuEChERS或SPE-LC-UV的定量限低，而且，遠(yuǎn)比DLLME-LC-ESI-TOFMS[5]的線性范圍寬.

表1 Fe3O4@MIL-100(Fe)-MSPE-HPLC與其他方法的比較

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)制備了Fe3O4@MIL-100(Fe)核殼磁性微粒，并應(yīng)用于黃瓜中氯吡脲殘留磁萃取.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該復(fù)合材料兼具Fe3O4磁性和MOFs的結(jié)構(gòu)特征，對氯吡脲具有良好的分離富集性能.所建立的黃瓜中氯吡脲的DSPE-HPLC方法簡便快速、線性范圍寬、靈敏度高、重現(xiàn)性好，適合于實(shí)際復(fù)雜樣品中氯吡脲的定量分析.