吳芳，陸萬(wàn)平，劉薇，張?zhí)m

（1.福建醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院，福建 福州350108；

2.福州大學(xué) 食品安全與檢測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州350002）

固相微萃取（SPME）是一種集萃取、濃縮、解吸和進(jìn)樣于一體的樣品前處理技術(shù)，與氣相色譜（GC）、液相色譜（LC）等技術(shù)聯(lián)用可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜樣品的快速分離分析［1-2］.SPME-LC聯(lián)用通常采用有機(jī)溶劑解吸分析物，因而對(duì)涂層材料提出更高的要求，即涂層能在甲醇、乙腈等常用的強(qiáng)極性有機(jī)溶劑中穩(wěn)定存在，不發(fā)生溶解、溶脹或脫落的現(xiàn)象.現(xiàn)有的商品化涂層如聚丙烯酸酯（PA）、聚二甲基硅氧烷-二乙烯基苯（PDMS-DVB），聚乙二醇-碳分子篩（CW-TPR）等，很難在不同測(cè)定條件下同時(shí)滿足這些要求，因而成為制約SPME-LC發(fā)展的一大瓶頸.目前，發(fā)展大容量、穩(wěn)定性好、解析吸附快速的涂層材料仍是SPME-LC技術(shù)發(fā)展的重要方向［3］.有機(jī)聚合物整體材料以其優(yōu)異的性能［4-5］越來越為廣大研究者所青睞，近年來，將其作為萃取介質(zhì)用于制備SPME涂層也見諸報(bào)道［6-12］.本文制備一種耐受有機(jī)溶劑的聚甲基丙烯酸酯有機(jī)聚合物新型固相微萃?。⊿PME）涂層材料，并對(duì)涂層的性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 化學(xué)試劑

三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA），使用前用活性炭固相萃取柱過濾；1-十六碳烯，γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷（γ-MAPS），1，4-丁二醇，環(huán)己醇，均購(gòu)自Alfa Aesar（天津）化學(xué)有限公司；偶氮二異丁腈（AIBN），化學(xué)純，經(jīng)重結(jié)晶后使用，（天津福晨化學(xué)試劑廠）；甲醇、丙酮均為色譜純；農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品（美國(guó)Sigma公司）；所有實(shí)驗(yàn)用水均為經(jīng)Milli-Q型化系統(tǒng)（美國(guó)Bedford Millipore公司）制得的超純水.除非特別說明，其他所用試劑均為分析純.

1.2 儀器及色譜條件

Agilent 1100型高效液相色譜儀（美國(guó)Agilent科技公司）：包括在線脫氣裝置、四元泵、六通閥進(jìn)樣器及紫外可變波長(zhǎng)檢測(cè)器；農(nóng)藥分析采用C8色譜柱（150mm×4.6mm，5μm，美國(guó)Agilent科技公司）；固相微萃取-液相色譜聯(lián)用接口（美國(guó)Supelco公司）；5，25μL液相進(jìn)樣針（上海高鴿工貿(mào)有限公司）；環(huán)境掃描電鏡儀（荷蘭飛利浦公司）；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（河南鞏義予華儀器有限責(zé)任公司）；HGC-24A型氮吹儀（福建廈門精藝興業(yè)科技有限公司）.

1.3 有機(jī)聚合物SPME涂層的制備

首先對(duì)纖維表面進(jìn)行硅烷化處理［13］，然后進(jìn)行聚合制備涂層.

聚合反應(yīng)如下：分別取210μL的交聯(lián)劑TMPTMA，315μL的反應(yīng)功能單體1-十六碳烯，加入6 mg的引發(fā)劑AIBN，三元致孔劑環(huán)己醇，1，4-丁二醇和水（650μL的環(huán)己醇，227μL的1，4-丁二醇，98 μL的水），超聲15min使其充分溶解混勻，氮吹15min脫氧，所得混合物轉(zhuǎn)移至1.5mL的樣品瓶中.將硅烷化處理的纖維插入樣品瓶中，密封后置于恒溫水浴箱內(nèi)，于60℃下反應(yīng)24h.反應(yīng)結(jié)束后，拔出纖維并浸入甲醇溶液中以去除多余的致孔劑、功能單體及反應(yīng)產(chǎn)生的一些低聚物，最后用二次水沖洗并晾干備用.

三元致孔劑是惰性溶劑，對(duì)功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑是良性溶劑，對(duì)共聚物為非良性溶劑.在聚合過程中，由于惰性溶劑的存在，共聚物內(nèi)產(chǎn)生相分離，最終使涂層固定相具有多孔結(jié)構(gòu)［14］.

1.4 涂層性能的表征

涂層的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)是影響涂層性能的重要因素，利用掃描電鏡觀察自制的聚（1-hexadecene-co-TMPTMA）SPME涂層表面和斷面的形貌，并對(duì)萃取涂層的耐有機(jī)溶劑性能、耐酸堿性能、機(jī)械性能、重現(xiàn)性及其萃取性能進(jìn)行考察.

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層形貌觀察

用環(huán)境掃描電鏡（SEM）詳細(xì)考察聚（1-hexadecene-co-TMPTMA）SPME涂層的表面和斷面形貌，結(jié)果如圖1所示.

圖1 有機(jī)聚合物SPME涂層的掃描電鏡圖Fig.1 SEM micrographs of the organic polymer SPME coating fiber

從圖1（a）可知：涂層表面粗糙不平，均勻分布大量的小突起.從圖1（b）進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)：涂層表面遍布聚合物小球，小球間有納米級(jí)小孔隙（圖1（c））.

由聚合物小球聚集形成大小約2～4μm的小突起（或稱為“簇”），“簇”與“簇”之間有大小不等的微米級(jí)大孔隙（圖1（b）），聚合物小球及“簇”共同形成涂層的三維多孔結(jié)構(gòu).這種多孔結(jié)構(gòu)中，納米級(jí)小孔顯著增大涂層的表面積，可提高涂層的萃取容量，從而有更低的檢測(cè)靈敏度.同時(shí)，微米級(jí)大孔隙使涂層有良好的通透性，保證了快速的傳質(zhì)速率，不會(huì)導(dǎo)致過長(zhǎng)的萃取或解吸時(shí)間，有利于實(shí)際應(yīng)用.

由圖1（d）可知：涂層與纖維基底結(jié)合緊密.這應(yīng)該得益于纖維表面的硅烷化處理 .實(shí)驗(yàn)中使用的硅烷化試劑γ-MAPS具有烷氧基和烯基雙官能團(tuán)，纖維表面硅烷化處理時(shí)，烷氧基與纖維表面的硅羥基發(fā)生反應(yīng)，使纖維表面鍵合上帶烯基的官能團(tuán) .該官能團(tuán)在聚合時(shí)參與反應(yīng)，因而使聚合物涂層通過共價(jià)鍵與纖維緊密連接，形成一個(gè)“整體”［15］.這種鍵合作用可使涂層具有強(qiáng)的耐有機(jī)溶劑特性和機(jī)械性能，能有限避免涂層在萃取、解吸過程中脫落，大大提高涂層的穩(wěn)定性.

2.2 涂層耐有機(jī)溶劑性能

將自制的涂層纖維分別置于甲醇、乙腈、丙酮、二氯甲烷和正己烷等常用的有機(jī)溶劑中浸泡2h，以考察自制有機(jī)聚合物涂層的耐有機(jī)溶劑性能 .結(jié)果表明：浸泡后，纖維仍能在SPME裝置的保護(hù)套管內(nèi)伸縮自如，肉眼也未觀察到涂層有脫落的跡象，初步說明涂層在有機(jī)溶劑中無明顯溶脹.

用掃描電鏡進(jìn)一步觀察不同有機(jī)溶劑浸泡下涂層的表面形貌，如圖2所示 .由圖2可知：浸泡前后，涂層表面無明顯變化，說明涂層具有良好的耐有機(jī)溶劑性能.這種特性源自該聚合物涂層獨(dú)特的結(jié)構(gòu) .即涂層制備采用三元交聯(lián)劑TMPTMA，因此涂層呈高度交聯(lián)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，涂層本身不易溶于有機(jī)溶劑，而且涂層與纖維之間存在很強(qiáng)的化學(xué)鍵，使涂層不易于脫落.

2.3 涂層的機(jī)械強(qiáng)度

涂層的機(jī)械強(qiáng)度對(duì)涂層壽命有直接影響.將制備的聚合物涂層分別置于純水、乙腈和pH＝2的鹽酸溶液中，超聲處理30min（300W，40kHz）后，用掃描電鏡觀察涂層表面形貌，結(jié)果如圖3所示.

圖2 不同有機(jī)溶劑浸泡下有機(jī)聚合物SPME涂層的掃描電鏡圖Fig.2 SEM micrographs of the organic polymer SPME coating fiber dipping in different organic solvent

由圖3可知：涂層表面無明顯變化.說明超聲處理并未造成涂層的脫落.這同樣得益于該聚合物涂層高度交聯(lián)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以及涂層與纖維之間強(qiáng)的化學(xué)鍵作用.

圖3 有機(jī)聚合物SPME涂層的掃描電鏡圖Fig.3 SEM micrographs of the organic polymer SPME coating fiber

2.4 農(nóng)藥萃取性能考察

用自制的涂層纖維對(duì)農(nóng)藥混合溶液進(jìn)行萃取后用高效液相色譜（HPLC）檢測(cè)，然后與將農(nóng)藥混合溶液不經(jīng)萃取直接用HPLC檢測(cè)（進(jìn)樣量為10μL），所得色譜圖進(jìn)行比較，結(jié)果如圖4所示.

由圖4可知：在0.1μg·mL-1的農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品溶液直接進(jìn)樣時(shí)，幾乎無響應(yīng)；而相同濃度的溶液經(jīng)萃取后則有較高的響應(yīng)，且響應(yīng)與直接進(jìn)樣20μg·mL-1標(biāo)準(zhǔn)品溶液時(shí)相當(dāng)，說明自制涂層對(duì)農(nóng)藥有較高的富集效率.

圖4 萃取前后農(nóng)藥的HPLC色譜圖比較Fig.4 HPLC chromatograms of pesticides before and after extraction

2.5 涂層的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性

用同根萃取纖維連續(xù)5次萃取進(jìn)樣，考察根內(nèi)涂層的萃取重現(xiàn)性 .結(jié)果表明：5次平行實(shí)驗(yàn)峰面積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在7.0%～10.8%之間 .從不同批次的纖維中任選一根進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)，考察不同根纖維間的重現(xiàn)性，峰面積的RSD從4.9% 到13.3%.結(jié)果表明：自制聚合物涂層重現(xiàn)性良好.此外，在6個(gè)月內(nèi)，用涂層進(jìn)行120次萃取，萃取效率無明顯變化，說明自制涂層有較長(zhǎng)的使用壽命（商品化涂層的使用壽命一般為70～140次）.

2.6 涂層pH值耐受性

涂層的應(yīng)用有時(shí)會(huì)受到pH值的限制，大部分商品化涂層的pH值適用范圍為2～11，部分涂層如CW／DVB纖維pH值適用范圍為2～9.為考察纖維的pH值耐受性，將纖維涂層分別置于pH＝2的鹽酸和pH＝12的NaOH溶液浸泡2h，然后對(duì)農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品溶液進(jìn)行萃取，比較浸泡前后的萃取結(jié)果，結(jié)果如圖5所示.由圖5可知：經(jīng)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液浸泡后，自制聚合物涂層的萃取能力沒有明顯的改變，說明該涂層的pH值適用范圍為2～12.

圖5 強(qiáng)酸和強(qiáng)堿處理對(duì)農(nóng)藥信號(hào)的影響Fig.5 Effect of strong acid-base treatment on pesticides singals

3 結(jié)束語(yǔ)

采用原位聚合技術(shù)制備新型的有機(jī)聚合物SPME涂層.該涂層呈三維多孔結(jié)構(gòu)，以化學(xué)鍵與纖維基底緊密結(jié)合，具有良好的有機(jī)溶劑耐受性、pH值耐受性、機(jī)械性能和萃取性能，重現(xiàn)性好，穩(wěn)定性高.涂層的各種特性表明，其在SPME-LC研究中有較高的應(yīng)用價(jià)值，若能結(jié)合其他萃取技術(shù)如固相微萃取攪拌棒、管內(nèi)固相微萃取，將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景.

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