CN103601840B

CN103601840B - 聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱的制备及固相萃取方法

Info

Publication number: CN103601840B
Application number: CN201310579294.3A
Authority: CN
Inventors: 陈易晖; 王婷婷; 徐颖; 李颖; 胡敏杰; 李莉; 陈明良; 房江华; 高浩其
Original assignee: XIANGSHAN ENTRY-EXIT INSPECTION AND QUARANTINE BUREAU OF PRC; Ningbo University of Technology
Current assignee: XIANGSHAN ENTRY-EXIT INSPECTION AND QUARANTINE BUREAU OF PRC; Ningbo University of Technology
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2033-11-19
Also published as: CN103601840A

Abstract

聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱的制备及固相萃取方法，由甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙稀酰胺、N,N-亚甲基双丙稀酰胺和1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐组成聚合物。将甲基丙烯酸缩水甘油酯与1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐在含有甲酰胺溶液中反应，形成带离子液体功能团的单体，随后加入单体丙烯酰胺、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，在致孔剂聚乙二醇的存在下，再加入引发剂偶氮二异丁腈形成聚丙烯酰胺固定化离子液体溶液。在毛细管中加热聚合制成聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱。制备方法简单，成本低廉，反应条件容易控制，有较好的机械强度，应用于固相萃取，萃取容量大、回收率高，重现性好，适用萃取羧酸类化合物。

Description

聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱的制备及固相萃取方法

技术领域

本发明涉及色谱分析样品预处理技术，特别是一种聚丙烯酰胺基质固定化离子液体毛细管整体柱的制备及其用于固相萃取的方法。

背景技术

固相萃取作为一种广泛采取的样品预处理技术，利用分析物在不同介质中被吸附的能力差异的特点，有效地将目标物与干扰组分分离，增强了对分析物特别是痕量分析物的检出能力，同时也提高了被测样品的回收率。该技术不仅适于萃取富集食品和环境水样中痕量有机化合物，而且适合生物样品中被测定组分的富集。当前发展选择性更好的吸附剂是固相萃取研究的活跃领域。

近年来，由于整体材料通过原位聚合的方法，可以制备于各种支撑物中，例如制备于不锈钢管、聚丙烯材料的注射器针筒、Tip头、毛细管、芯片通道等中，容易实现对整体柱孔结构、表面性质、比表面积的调控。相对于装填颗粒吸附剂的萃取柱而言，采用整体材料作为吸附剂，不仅省去了繁琐的填装过程，无需装填筛板或者烧结柱塞，而且整体材料中特有的穿透孔为液体的流动提供了大孔通道，以对流传质取代了缓慢的扩散传质，使得传质阻力明显减小，有利于萃取效率的提高，因而得到了越来越多的关注。

离子液体是指在室温（或稍高于室温）下呈液态的有机熔盐，由特定的体积相对较大的、结构不对称的有机阳离子和体积相对较小的无机阴离子组成，具有挥发性低、热稳定性和化学稳定性好、与水和有机溶剂可调的粘性和溶解性、以及对有机物与金属离子良好的萃取性能的优点，被认为是一种可替代传统溶剂的新型绿色溶剂，广泛应用于样品预处理。固定化离子液体是将离子液体固定化到有机高分子材料或无机多孔材料上，从而得到负载离子液体或者表面具有离子液体结构的固体物质，制得的固定化离子液体兼具离子液体和多孔载体材料的特性。与自由态离子液体相比，固定化离子液体可以增加比表面积，从而提高其利用效率和稳定性，而且离子液体的用量明显减少，使用后的分离、重复利用容易实现。在固相萃取中，固定化离子液体主要作为固相微萃取的涂层（Y. Meng, V. Pino, J. L. Anderson, Anal. Chim. Acta 2011, 687, 141-149），或者固载在聚合物颗粒（W. Bi, M. Tian, K. H. Row, J. Sep. Sci. 2010, 33, 1739-1745）和硅胶颗粒上（G. Fang, J. Chen, J. Wang, J. He, S. Wang, J. Chromatogr. A 2010, 1217, 1567-1574）。

CN102500346A提出一种采用溶胶-凝胶和金纳米粒子表面功能化技术制备新型离子液体硅胶毛细管整体柱固定相，用于毛细管液相色谱和毛细管电色谱分离苯胺类或多环芳香烃类化合物。但它用金纳米粒子连接硅胶和离子液体咪唑溴盐，存在成本高和制作困难等诸多问题，难以在食品和环境水样的痕量有机物萃取技术中推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种由聚丙烯酰胺固定化离子液体组成的聚合物，采用这种聚合物制备毛细管整体柱，用于对羧酸类化合物的固相萃取。

本发明采用以下技术方案实现上述目的：

聚丙烯酰胺固定化离子液体聚合物由甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙稀酰胺、N,N-亚甲基双丙稀酰胺和1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐组成。

聚丙烯酰胺固定化离子液体化学结构式的基本单元为：

聚丙烯酰胺固定化离子液体聚合物的合成方法，包括以下步骤：

将甲基丙烯酸缩水甘油酯与1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐在含有甲酰胺溶液中反应，形成带离子液体功能团的单体；随后加入单体丙烯酰胺、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，在致孔剂聚乙二醇的存在下，再加入引发剂偶氮二异丁腈形成聚丙烯酰胺固定化离子液体溶液。

所述的甲基丙烯酸缩水甘油酯与1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐的质量比为1：1～1：3。

所述的丙烯酰胺和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺与带离子液体功能团的单体的质量比为1：1：1～1：3：3。

聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱的制备方法，包括以下步骤：

a、先将石英毛细管依次经过盐酸、水、氢氧化钠、水、甲醇冲洗，并干燥后，加入带γ-2甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的甲醇溶液与毛细管壁上的硅羟基反应后，吹干待用；

b、将已配制的聚丙烯酰胺固定化离子体溶液注入到上述经乙烯基改性的毛细管中，在65～80℃恒温水浴中聚合反应20～24小时，再用甲醇冲洗毛细管中聚合物，得到聚丙烯酰胺固定化离子毛细管整体柱。

聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱用于固相萃取羧酸类化合物的方法：

将聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱先用蒸馏水冲洗，再用pH 6.3的盐酸缓冲液平衡毛细管整体柱；将羧酸类化合物以10～13.3 μL/min的流速上样60～80 min后，采用10%的甲酸和40%乙腈混合溶液以4～10 μL/min的流速洗脱4～10 min，将收集洗脱液用5000～6000 rpm离心机高速离心后，用超高效液相色谱仪进行色谱分析。

本发明的优点和积极效果是：首次将聚丙烯酰胺固定化离子液体溶液制备于毛细管中，制备聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱的方法简单，成本低廉，反应条件容易控制，制得的新型毛细管整体柱具有较强的机械强度，应用于固相萃取，回收率高、萃取容量大，重现性好，适用于萃取羧酸类化合物。

附图说明

图1为聚丙烯酰胺固定化离子液体制备方法A的示意图；

图2a和图2b为聚丙烯酰胺固定化离子液体制备方法B的示意图；

图3为实施实例1制备的聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱用于固相萃取碳酸饮料中羧酸类化合物的色谱图。（A）直接进样；（B）萃取进样。图3中，峰1为间羟基苯甲酸；峰2为苯甲酸；峰3为肉桂酸；峰4为2,4-二氯苯氧乙酸；峰5为间三氟甲基肉桂酸；

图4为实施实例2制备的聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱用于固相萃取矿泉水中羧酸类化合物的色谱图。（A）直接进样；（B）萃取进样。图4中，峰1为3, 4-二羟基苯甲酸；峰2为对羟基苯甲酸；峰3为间羟基苯甲酸；峰4为阿魏酸；峰5为2-羟基-3-萘甲酸。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1所示，将甲基丙烯酸缩水甘油酯含有的环氧基和1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐含有的活泼氨基在甲酰胺中反应，形成带离子液体功能团的单体，随后加单体丙烯酰胺、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，在致孔剂（PEG 8000、PEG 10000）的存在下，加入引发剂偶氮二异丁腈（AIBN），将上述聚合物溶液注入到经乙烯基改性的石英毛细管中，在80 ℃恒温水浴锅中反应20小时，最后用甲醇冲洗待用。

乙烯基改性毛细管的预处理：将石英毛细管依次用0.5 mol/L HCl、蒸馏水、0.5 mol/L NaOH、蒸馏水、甲醇冲洗30 min后，用氮气吹干，再用注射器将50%（v/v）的γ-2甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的甲醇溶液灌入毛细管内，用硅胶将两端密封后，在室温下反应12小时，再用甲醇将毛细管内残留的γ-2甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷冲洗干净，并将毛细管柱置于气相色谱炉内，在70 °C的N₂流下干燥1小时。

将功能单体甲基丙烯酸缩水甘油酯20.6 mg，离子液体1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐30.8 mg，溶剂兼致孔剂甲酰胺679.4 mg，用NaOH调至pH 8-9，在室温下混合均匀，40 °C反应1小时，形成带离子液体功能团的单体，随后，在2-8 °C冰箱中冷却10 min，加入单体丙烯酰胺10.0 mg、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺20.0 mg，致孔剂PEG 8000 45 mg和PEG 10000 25 mg，引发剂偶氮二异丁腈0.5 mg，在室温下超声混合均匀，灌入经乙烯基改性的石英毛细管中，用硅胶封口，在80°C的恒温水浴锅中反应20小时，聚合反应完成后，用甲醇冲洗石英毛细管除去未反应的单体、交联剂和致孔剂，得到聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱。

实施例2：如图2a和图2b所示，将单体甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酰胺，交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，在致孔剂（PEG 8000、PEG 10000、甲酰胺）的存在下，加入引发剂偶氮二异丁腈，将上述聚合物溶液注入到经乙烯基改性的石英毛细管中，在65 °C的恒温水浴锅中反应24小时生成丙烯酰胺-N,N’-亚甲基双丙烯酰胺-甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合物，随后用甲醇冲洗未反应的功能单体和交联剂，再用缓冲溶液平衡整体柱，最后，用缓冲溶液溶解的离子液体1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐缓慢冲洗以上合成的整体柱，将离子液体1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐固载在整体材料上。

所述的丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺与甲基丙烯酸缩水甘油酯之间的质量比为1：1：1～1：3：3；所述的丙烯酰胺-N,N’-亚甲基双丙烯酰胺-甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合物与1-氨丙基3-甲基咪唑氯盐的质量比为1：1～1：3。

乙烯基改性毛细管的预处理同实施实例1。

将功能单体甲基丙烯酸缩水甘油酯20.6 mg和丙烯酰胺10.0 mg，交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺20.0 mg，溶剂兼致孔剂甲酰胺679.4 mg，致孔剂PEG 8000 45 mg和PEG 10000 25 mg，引发剂偶氮二异丁腈0.5 mg，在室温下超声混合均匀，灌入经乙烯基改性的石英毛细管中，用硅胶封口，在65 °C的恒温水浴锅中反应24小时，聚合反应完成后，以甲醇冲洗石英毛细管除去未反应的单体、交联剂和致孔剂。再用10 mM Tris-HCl（pH 8.0）溶液冲洗柱子30 min，随后，将30.8 mg/mL的离子液体1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐（溶于10 mM Tris-HCl，pH 8.0）以缓慢的流速冲洗如上制备的整体柱，得到聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱，待用。

实施例3：为验证实例1所制备的聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱对羧酸类化合物的固相萃取性能，以所制备的聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱为萃取介质，采用超高效液相色谱对碳酸饮料进行分析。

碳酸饮料样品配制：量取碳酸饮料1 mL，用pH 6.3的盐酸缓冲溶液稀释致10 mL，通过0.45 μm的尼龙滤膜后，加入0.02 μg/mL的间羟基苯甲酸、苯甲酸、2,4-二氯苯氧乙酸和0.04 μg/mL的肉桂酸、间三氟甲基肉桂酸标准溶液进样萃取。

萃取条件：采用实例1所制的毛细管整体柱，先用水冲洗，用pH 6.3的盐酸缓冲溶液平衡毛细管整体柱，以10 μL/min的流速上样80 min，最后采用10%的甲酸和40%乙腈混合溶液，以10 μL/min的流速洗脱4 min，收集洗脱液，用6000 rpm高速离心后，用超高效液相色谱分析。

色谱分析条件：分析柱为Acclaim^TM RSLC 120 C18 (2.1 × 150 mm, 2.2 μm)，流动相为58%的10 mM甲酸铵和0.1%甲酸混合缓冲溶液和42%乙腈，流速0.3 mL/min，进样10 μL，柱温30 °C，检测波长230 nm。

图3色谱图（A）为萃取进样，色谱图（B）为直接进样。如图3（B）所示，碳酸饮料样品没有经过固相萃取之前，检测的样品信号较低。如图3（A）所示，碳酸饮料样品经过本发明提供的萃取材料进行固相萃取之后，各个化合物得到较好的富集和分离，且未受到杂质干扰，洗脱峰依次1为间羟基苯甲酸；2为苯甲酸；3为肉桂酸；4为2,4-二氯苯氧乙酸；5为间三氟甲基肉桂酸，回收率分别为85.7%、95.1%、97.4%、96.8%和106.1%，萃取分析的相对标准偏差小于8%，说明该固相萃取材料适用于碳酸饮料的分析。

实施例4：为验证实例2所制备的聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱对羧酸类化合物的固相萃取性能，以所制备的聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱为萃取介质，采用超高效液相色谱对矿泉水进行分析。

矿泉水样品配制：量取矿泉水1 mL，用pH 6.3的盐酸缓冲溶液稀释致10 mL，通过0.45 μm的尼龙滤膜后，加入0.02 μg/mL的间羟基苯甲酸和0.01 μg/mL的3, 4-二羟基苯甲酸、对羟基苯甲酸、阿魏酸和2-羟基-3-萘甲酸标准溶液进样萃取。

萃取条件：采用实例2所制的毛细管整体柱，先用水冲洗，用pH 6.3的盐酸缓冲溶液平衡毛细管整体柱，以13.3 μL/min的流速上样60 min，最后采用10%的甲酸和40%乙腈混合溶液，以4 μL/min的流速洗脱10 min，收集洗脱液，用5000 rpm高速离心后，用超高效液相色谱分析。

色谱分析条件：分析柱为Acclaim^TM RSLC 120 C18 (2.1 × 150 mm, 2.2 μm)，流动相A为的0.1%甲酸的水溶液；流动相B为纯乙腈，梯度：0-4 min 35%B, 4-4.1 min 35%B-80%B, 4.1-12 min 80%B；流速0.3 mL/min，进样10 μL，柱温30 °C，检测波长254 nm。

图4色谱图（A）为萃取进样，色谱图（B）为直接进样。如图4（B）所示，矿泉水样品没有经过固相萃取之前，未检测到样品信号，低于超高效液相色谱的检测限。如图4（A）所示，矿泉水样品经过本发明提供的萃取材料进行固相萃取之后，各个化合物得到较好的富集和分离，且未受到杂质干扰，洗脱峰依次1为3, 4-二羟基苯甲酸；2为对羟基苯甲酸；3为间羟基苯甲酸；4为阿魏酸；5为2-羟基-3-萘甲酸，回收率分别为81.3%、92.6%、97.3%、90.7%和84.2%，萃取分析的相对标准偏差小于10%，说明该固相萃取材料适用于矿泉水的分析。

Claims

1.聚丙烯酰胺固定化离子液体聚合物，其特征在于：由甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐制成，所述聚丙烯酰胺固定化离子液体聚合物化学结构式的基本单元为：

。

2.权利要求1所述的聚丙烯酰胺固定化离子液体聚合物的合成方法，其特征在于包括以下步骤：

将甲基丙烯酸缩水甘油酯含有的环氧基和1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐含有的活泼氨基在甲酰胺溶液中反应，形成带离子液体功能团的单体，随后加入单体丙烯酰胺、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，在致孔剂聚乙二醇的存在下，再加入引发剂偶氮二异丁腈形成聚丙烯酰胺固定化离子液体聚合物。

3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于所述的甲基丙烯酸缩水甘油酯与1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐的质量比为1：1～1：3，所述的丙烯酰胺和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺与带离子液体功能团的单体的质量比为1：1：1～1：3：3。

4.权利要求1所述的聚丙烯酰胺固定化离子液体聚合物制备毛细管整体柱的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、先将石英毛细管依次经过盐酸、水、氢氧化钠、水、甲醇冲洗，并干燥后，加入带γ-2-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的甲醇溶液与毛细管壁上的硅羟基反应后，吹干待用，得到经乙烯基改性的毛细管；

b、将甲基丙烯酸缩水甘油酯含有的环氧基和1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐含有的活泼氨基在甲酰胺中反应，形成带离子液体功能团的单体，随后加单体丙烯酰胺、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，在致孔剂PEG8000、PEG10000的存在下，加入引发剂偶氮二异丁腈，得到聚丙烯酰胺固定化离子液体溶液；

将已配制的聚丙烯酰胺固定化离子液体溶液注入到上述经乙烯基改性的毛细管中，在65～80℃恒温水浴中聚合反应20～24小时，再用甲醇冲洗毛细管中聚合物，得到聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱。

5.根据权利要求1所述聚丙烯酰胺固定化离子液体聚合物制备毛细管整体柱的方法，其特征在于将单体甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酰胺，交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，在致孔剂PEG8000、PEG10000和甲酰胺的存在下，加入引发剂偶氮二异丁腈，将上述溶液注入到经乙烯基改性的石英毛细管中，在65℃的恒温水浴中反应24小时生成丙烯酰胺-N,N’-亚甲基双丙烯酰胺-甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合物，随后用甲醇冲洗未反应的功能单体和交联剂，再用缓冲溶液平衡整体柱，最后，用缓冲溶液溶解的离子液体1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐缓慢冲洗以上合成的整体柱，将所述离子液体1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐固载在整体柱上，得到聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述的丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺与甲基丙烯酸缩水甘油酯之间的质量比为1：1：1～1：3：3；所述的丙烯酰胺-N,N’-亚甲基双丙烯酰胺-甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合物与1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐的质量比为1：1～1：3。

7.根据权利要求4-6任一项所述方法制备得到的聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱用于固相萃取羧酸类化合物的方法，其特征在于包括以下步骤：

将聚丙烯酰胺固定化离子液体毛细管整体柱先用蒸馏水冲洗，再用pH 6.3的盐酸缓冲液平衡毛细管整体柱；将羧酸类化合物以10~13.3 μL/min的流速上样60～80 min后，采用10%的甲酸和40%乙腈混合溶液以4～10 μL/min的流速洗脱4～10 min，将收集洗脱液用5000～6000 rpm离心机高速离心后，用超高效液相色谱仪进行色谱分析。