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用的制作方法
技術領域：
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用。
背景技術：
與液-液萃取相比，固相萃取大大降低了有機溶劑的使用量，并能處理在水溶液中部分溶解的樣品，因此是一種廣泛應用的樣品處理方法。隨著環(huán)境科學和生物醫(yī)學的發(fā)展，對分析技術提出了越來越高的要求，不僅要求測定原藥，而且相應的代謝物殘留也要求同時測定，因此需要研制各種不同類型的固相萃取方法以適應不同的分析對象?，F有的技術中，裝填不同吸附劑的固相萃取小柱和薄膜是常見的兩種類型，這兩種技術的主要不足在于有限的流速，并且處理有懸浮物的樣品時容易堵塞。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，因為樣品分子容易包夾在納米孔道中。此外，強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，使Fe3O4納米顆粒被聚吡咯充分包覆，然后再在高溫和氮氣氛下碳化。這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，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核使其能在外加磁場下方便地與樣品中其他組分分離，不會產生堵塞現象。環(huán)境和生物組織樣品中常常會存在一些難溶顆粒懸浮物，特別是環(huán)境中的農藥殘留常常因為其難溶于水、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，因為其懸浮的顆粒或共存的脂肪會使萃取柱或薄膜堵塞。實驗證明本發(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，對目標化合物的吸收力強，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，并能用適當溶劑洗脫，再被色譜-質譜分離和鑒定。本發(fā)明的原理基于聚吡咯包覆磁性Fe3O4在氮氣條件下，高溫碳化而得富氮型磁性納米碳吸附劑，該吸附劑同時具備疏水性碳基質，又具有親水性氮原子，增強了吸附劑在水中的分散性以及對樣品中缺電子原子的親和能力，因此能夠同時富集疏水性藥物以及親水性代謝物。實現本發(fā)明的技術方案:—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，元素分析結果顯示N:5.5%，C:18.6%, H:0.09%(w/w)，因此 Fe3O4 含量計算為 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過硫酸銨水溶液作吡咯聚合引發(fā)劑后，超聲I小時，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，得到的產物用純水和乙醇依次清洗不少于3次，用磁鐵進行分離，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。優(yōu)選在溫度350°C下灼燒2小時，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藥物及其代謝物殘留的同時富集，并能通過外加磁場將富集了待測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行分離，待測物再用合適的溶劑洗脫，再被色譜-質譜分離和鑒定。本發(fā)明的磁性納米碳吸附劑應用于環(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，將洗脫液進行色譜-質譜分離和鑒定，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，將洗脫液進行色譜-質譜分離和鑒定，所述的生物樣品為斑馬魚組織，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: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，反應條件溫和，操作簡單，無需有毒有害試劑，綠色環(huán)保。
2.整個制備過程簡單，容易控制，耗能少，成品吸附劑產量高，質量穩(wěn)定，產品純度高，并且易于表征，成本低，適合于進行大規(guī)模實際生產，便于質量控制和產業(yè)化。3.與現有固相萃取技術相比，本發(fā)明綜合了疏水性碳基質和親水性氮原子的特點，產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，因此大大增強了與樣品分子的親和能力，并能在外磁場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。以下結合附圖和實施例進一步對本發(fā)明進行說明。


圖1是實施例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復合磁性納米顆粒的紅外光譜圖。(C)為350°C下氮氣氛中煅燒2小時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，(C)中位于1590(311^,1360(31^1吸收峰符合碳的紅外吸收特征。圖2是實施例1所得產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。元素分析結果為 N:5.477%, C:18.63%, H:0.087%。圖3A是實施例2所得產物在水相中的均勻分散照片圖3B是實施例2所得產物在外磁場下的快速分離照片圖4是DDT(滴滴涕)標準品的質譜圖以及`定量分析校正曲線由圖可見，線性范圍為0.01ng_5ng。圖5是DDE(滴滴依)標準品的質譜圖以及定量分析校正曲線由圖可見，線性范圍為0.005ng-2.5ng。圖6是實施例2中DDT總離子流圖由圖可見，水樣中DDT的回收率為90.48%-101.8%，相對標準偏差(RSD)為
0.07%。圖7是實施例2中DDE的總離子流圖由圖可見，水樣中DDE的回收率為84.67%-97.13%，相對標準偏差(RSD)為
0.06%。圖8是實施例3的總離子流中:黑色小球標明脂肪酸，黑色箭頭標明DDT，黑色虛線箭頭標明DDE(DDE只能在SIM模式下測得)?？梢娭舅崤c待測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)明的方法能實現快速、準確地對不同類型樣品中的藥物及其代謝物進行富集、分離和鑒定。
具體實施例方式實施例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過硫酸銨水溶液作聚合引發(fā)劑后,超聲I小時，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，產物用純水和乙醇依次清洗三次，用磁鐵進行分離，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。實驗發(fā)現350°C下得到的顆粒無團聚現象，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)所得產物的IR圖如圖1(A)，圖中特征峰符合Fe3O4的特點，證明產物為純Fe304。步驟5)所得產物的IR圖如圖1 (B)，圖中特征峰符合Fe3O4和聚吡咯的特點，證明Fe3O4已被聚吡咯包裹。步驟6)所得產物的IR圖如圖1 (C)，Fe3O4和聚吡咯的特征峰消失，出現碳的紅外吸收峰 。步驟6)所得產物掃描電鏡圖如圖2，產物顆粒均勻，介于20 30納米。制備富氮型磁性納米碳吸附劑方法非常簡單，適合于實際樣品分析。實施例2實施例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)標準品。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，并加入無水硫酸鈉除去殘留水分；7)、質譜分析實驗，將制備好的樣品吸取I μ I進行分析。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的質譜圖和定量分析工作曲線如圖4所示，DDE的質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%，相對標準偏差(RSD)分別為0.07%和0.06%，具體結果如表I所示。
權利要求
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)，Fe3O4 含量為 75.81% (w/w)。
3.如權利要求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過硫酸銨水溶液作引發(fā)劑后，超聲I小時，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，得到的產物用純水和乙醇依次清洗不少于3次，用磁鐵進行分離，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。
5.如權利要求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，得到球形狀顆粒，粒度大小介于20 30納米。
6.如權利要求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藥物及其代謝物殘留的同時富集，并能通過外加磁場將富集了待測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行分離，待測物再用合適的溶劑洗脫，再被色譜-質譜分離和鑒定。
7.如權利要求1所述的磁性納米碳吸附劑的用途，其特征在于:應用于環(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，將洗脫液進行色譜-質譜分離和鑒定，所述的混合洗脫液中丙酮與正己烷體積比為1:1。
8.如權利要求1所述的磁性納米碳吸附劑的用途，其特征在于:應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，將洗脫液進行色譜-質譜分離和鑒定，所述的生物樣品為斑馬魚組織，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)明公開了富氮型磁性納米碳吸附劑及其制備和在分析上的應用。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，在過硫酸銨引發(fā)下原位聚合，包裹在四氧化三鐵表面，所得產物烘干后，在氮氣氛和200～600℃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、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)明方法簡單，不需要復雜的儀器，無需復雜的樣品前處理。
文檔編號B01J20/28GK103240054SQ20121002641
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權日2012年2月7日
發(fā)明者鐘鴻英, 周友娥, 夏倩, 丁夢潔 申請人:華中師范大學