Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱的制備研究

Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱的制備研究【摘要】目的：固相萃取技術(shù)是一種樣品前處理技術(shù)，發(fā)展至今已有不同種類的固相萃取技術(shù)。而固相萃取材料是固相萃取技術(shù)的研究熱點，其中的有機-無機雜化材料兼具有機聚合物整體材料和硅膠整體材料的優(yōu)勢。溶膠-凝膠法是制備有機-無機雜化材料應(yīng)用最廣泛的方法，該法可以簡單、高效、經(jīng)濟地制備出雜化材料。其中由TMOS和MPTMS所制備的雜化材料性能良好。本文旨在制備Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱，并將其應(yīng)用于亞甲藍的吸附。方法：合成Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱，通過考察pH值、緩沖鹽種類和緩沖鹽濃度對Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱吸附亞甲藍的影響，確定最優(yōu)吸附條件，考察脫附效果。結(jié)果：成功制備出了Poly（TMOS-co-MPTMS）硅膠整體柱，確立了最優(yōu)吸附條件。在pH為7.0的15mM的磷酸鹽緩沖液的條件下對亞甲藍吸附達82.1%。結(jié)論：制備的Poly（TMOS-co-MPTMS）硅膠整體柱在磷酸鹽緩沖液中對亞甲藍具有吸附能力，去除率為82.1%?？墒褂眉状紝ξ接衼喖姿{的Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱進行脫附，脫附率為73.1%?！娟P(guān)鍵詞】雜化硅膠整體柱；溶膠-凝膠法；亞甲藍PreparationofPoly(TMOS-co-MPTMS)MonolithicHybridSilicaColumn[Abstract]Purpose:Solid-phaseextractiontechnologyisapre-sampleprocessingtechnology,whichhasdevelopeddifferenttypesofsolid-phaseextractiontechnologysofar.Thesolid-phaseextractionmaterialisaresearchhotspotofsolid-phaseextractiontechnology.Amongthem,theorganic-inorganichybridmaterialshavetheadvantagesoforganicpolymermaterialsandsilicamaterials.Thesol-gelmethodisthemostwidelyusedmethodforpreparingorganic-inorganichybridmaterials.Thismethodcanpreparahybridmaterials,efficient,andeconomicallypreparedtoproducehybridmaterials.Amongthem,thehybridmaterialspreparedbyTMOSandMPTMShavegoodperformance.Thisarticleintendstopreparethemonolithichybridsilicacolumnofpoly(TMOS-co-MPTMS)andapplyitfortheadsorptionofMB.Method:Poly(TMOS-co-MPTMS)monolithicsilicacolumnwerepreparedfortheadsorptionofMB.ByinvestigatingtheeffectsofpHvalue,buffersalttypesandbuffersaltconcentrationonadsorptioncapacity,theoptimaladsorptionconditionsweredeterminedandthedesorptioneffectwasinvestigated.Result:Poly(TMOS-co-MPTMS)monolithichybridsilicacolumnweresuccessfullyprepared,andtheoptimaladsorptionconditionswereestablished.ThepercentageofMBadsorptionis82.1%in15mMphosphatebuffer,pH7.0.Conclusion:Thepreparedpoly(TMOS-co-MPTMS)monolithcanadsorbMBinphosphatebufferandthepercentageofMBadsorptionis82.1%.MBwaselutedfromthepoly(TMOS-co-MPTMS)monolithichybridsilicacolumnusingmethanol,withadesorptionrateof73.1%.[Keywords]MonolithicHybirdSilicaColumnSol-gelMethodMethyltltioniniumChlorid目錄TOC\o"1-3"\h\u1.前言 [19]。在水產(chǎn)品和病毒滅活血漿中只存在微量亞甲藍，分析濃度低于儀器的檢測限，這就需要使用固相萃取整體小柱對其進行富集處理后，將亞甲藍從固相萃取整體小柱上洗脫下來進行檢測分析。本文研究思路本文擬發(fā)展一種新型的巰基功能化的有機-無機雜化整體材料，在移液器吸頭中以四甲氧基硅烷（TMOS）和3-巰基丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）作為硅烷化試劑，通過溶膠-凝膠法，制備具有巰基功能化的poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱，以MB為模型藥物，主要考察溶液的pH值、緩沖鹽種類、緩沖鹽濃度對該材料吸附量的影響，建立MB的固相萃取方法。實驗部分本研究以四甲氧基硅烷（TMOS）和3-巰基丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）為前驅(qū)體，通過溶膠-凝膠法，在醋酸的催化下，以PEG20000和甲醇作為致孔劑將混合物于移液吸頭中制備成巰基硅膠整體柱，研究其對水中亞甲藍的吸附作用。試劑表2-1實驗試劑列表試劑規(guī)格生廠廠家聚乙二醇20000A.R.100g上海阿拉丁生物技術(shù)有限公司冰乙酸A.R.500ml天津市致遠化學(xué)試劑有限公司四甲氧基硅烷98%100g上海阿拉丁生物技術(shù)有限公司巰丙基三甲氧基硅烷97%100ml薩恩化學(xué)技術(shù)（上海）公司無水甲醇A.R.500ml天津市致遠化學(xué)試劑有限公司亞甲藍A.R.100g天津市致遠化學(xué)試劑有限公司碳酸氫鈉緩沖液A.R.500g天津市致遠化學(xué)試劑有限公司乙酰銨緩沖液A.R.500g上海阿拉丁生物技術(shù)有限公司磷酸氫二鈉緩沖液A.R.500g天津市致遠化學(xué)試劑有限公司磷酸二氫鈉緩沖液A.R.500g天津市永大化學(xué)試劑廠蒸餾水500ml屈臣氏儀器表2-2實驗器材列表實驗器材型號生產(chǎn)廠家恒溫磁力攪拌器DF-101S河南予華儀器有限公司分析天平HD-1004（B）上海浦春儀器有限公司十萬分之一天平EQUINOX55上海浦春儀器有限公司pH計PHS-25上海雷磁有限公司三頻數(shù)控超聲波清洗器KQ-200VDE昆山市超聲儀器有限公司常用款石英比色皿—譜析光學(xué)紫外分光光度計UV-2550Shimadzu實驗步驟Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱的制備（1）聚乙二醇乙酸溶液的配制稱取0.05g聚乙二醇20000（PEG20000）于西林瓶中，加入0.8g0.3mol/L乙酸溶液，超聲使其溶解成均一透明溶液。Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱的制備在上述溶液中加入0.5g四甲氧基硅烷（TMOS）和0.15g巰丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）,放入攪拌子，于0℃冰水浴攪拌1h，形成均一透明的共混液。取1000μL的移液吸頭置于10mL的EP管中，將上述共混液倒入EP管內(nèi)，待移液吸頭的液面于管外液面相平時，蓋好蓋子，用封口膜密封，將其放入47℃的油浴攪拌鍋內(nèi)，反應(yīng)18h，即得到Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱。Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱的吸附實驗（1）亞甲藍標準儲備液的制備稱取0.005g亞甲藍（MB），用蒸餾水溶解，轉(zhuǎn)移至100.0ml的容量瓶中，定容。（2）亞甲藍溶液標準曲線的建立精密移取0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL亞甲藍儲備液于25.0mL容量瓶中，以pH值為7.0，濃度為25mM的緩沖溶液定容。通過紫外可見分光光度計在664nm處對1.0μg/mL~5.0μg/mL濃度的亞甲藍標準溶液進行測定，以空白溶劑為對照。每個樣品測定3次，繪制標準曲線。（3）吸附實驗條件的優(yōu)化精密移取2.0mL亞甲藍標準儲備液于25.0mL容量瓶中，以緩沖溶液定容，使用紫外可見分光光度計在664nm處測定吸附前溶液的吸光度，吸附完成后，所得溶液用微孔濾膜過濾,測定所得溶液的吸光度。然后代入標準曲線，利用式（a）計算亞甲藍去除率（η）。η=c0-cc0×100%其中，c0和c分別為吸附前后亞甲藍的溶液濃度，V為溶液體積（ml）。（4）脫附實驗精密移取2.0mL亞甲藍標準儲備液于25.0mL容量瓶中，以緩沖溶液定容。將10.0mL上述溶液分次通過Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱萃取吸附，所得溶液用微孔濾膜過濾,在664nm波長下測定溶液的吸光度。然后甲醇沖洗柱床，得洗脫液，以甲醇為空白，測定吸光度。然后代入標準曲線，利用式（b）計算亞甲藍洗脫率（E）。E=n1n0×其中，n0為亞甲藍的吸附前濃度（μg/mL），n1為亞甲藍脫附后濃度（μg/mL）。結(jié)果與討論亞甲藍溶液標準曲線的繪制圖2-1亞甲藍紫外吸收光譜如圖2-1所示，亞甲藍溶液在664nm處吸收最大，故采用664nm作為本實驗亞甲藍溶液的吸收波長。如圖2-2所示，亞甲藍溶液在1.0μg/mL~5.0μg/mL內(nèi)濃度與吸光度的線性關(guān)系良好，y=0.2052x，R2為0.9991，相關(guān)系數(shù)R=0.9995。圖2-2亞甲藍溶液的標準曲線吸附實驗條件優(yōu)化（1）pH的優(yōu)化精密移取2.0ml亞甲藍標準儲備液于5個25.0mL容量瓶中，依次以pH值為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0的25mM磷酸鹽緩沖溶液定容。以pH=7.0的緩沖溶液作空白溶劑，測定吸附前溶液的吸光度；然后分別將10.0mL的溶液分次通過Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱萃取吸附，所得溶液用微孔濾膜過濾，在664nm處測定吸附后溶液的吸光度。結(jié)果如圖2-3所示。圖2-3pH對吸附性能的影響查閱相關(guān)文獻表明，pH值是影響吸附劑吸附性能的重要因素之一。在pH優(yōu)化實驗中，由圖2-3可看出當pH為7.0時，Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱的亞甲藍去除率最高，為70.0%；而隨后逐漸提高溶液的pH，亞甲藍去除率呈下降趨勢，pH增至8.0時，吸附量降到61.5%。這可能是因為當pH＜7.0時，雜化硅膠整體柱內(nèi)的巰基不解離，導(dǎo)致整體柱對亞甲藍的去除率降低；當pH=7.0時巰基去質(zhì)子化，帶負電荷，而亞甲藍帶正電荷，兩者靜電引力作用增強，使雜化硅膠整體柱對亞甲藍的去除率升高；而pH＞7.0時，亞甲藍質(zhì)子化程度降低，去除率降低。由于Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱在強堿條件下不穩(wěn)定，故不對pH＞8.0的強堿性條件進行吸附測定。因此，確定Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱吸附亞甲藍的最佳pH值為7.0，并選擇該pH值進行下一步實驗。（2）緩沖鹽溶液種類的優(yōu)化精密移取5.0mL亞甲藍標準儲備液于3個25.0mL容量瓶中，依次以一定pH的25mM的磷酸鹽緩沖溶液、碳酸氫鈉緩沖溶液、乙酸銨緩沖溶液定容，以一定pH的緩沖溶液作空白溶劑，在664nm處測定3份溶液的吸光度，然后分別將10.0mL溶液分次通過Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱萃取吸附，所得溶液用微孔濾膜過濾，在664nm處測定吸附后溶液的吸光度。圖2-4緩沖鹽溶液種類對吸附性能的影響結(jié)果如圖2-4所示，不同的緩沖鹽溶液種類對亞甲藍在Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱中的吸附的影響不同。在pH為7.0的條件下，可以看出整體柱對亞甲藍的吸附萃取在碳酸氫鈉緩沖溶液中效果最差，亞甲藍去除率僅為45.5%；乙酸銨緩沖溶液次之，亞甲藍去除率為47.9%；而磷酸鹽緩沖溶液對亞甲藍的吸附萃取最有效，亞甲藍的去除率為71.0%。因此我們選擇磷酸鹽緩沖溶液作為緩沖鹽溶液。（3）緩沖鹽濃度的優(yōu)化精密移取5.0ml亞甲藍標準儲備液于4個25.0mL容量瓶中，依次以一定pH的5mM、10mM、15mM、20mM的磷酸鹽緩沖溶液定容，在664nm處測定4份溶液的吸光度，然后分別將10.0mL溶液分次通過Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱萃取吸附，所得溶液用微孔濾膜過濾，在664nm處測定吸附后溶液的吸光度。圖2-5緩沖溶液濃度對吸附性能的影響結(jié)果如圖2-5所示，緩沖溶液的濃度對Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱的吸附效果有很大的影響。在緩沖溶液濃度為5~20mM的范圍內(nèi)，Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱對亞甲藍的去除率在濃度為15mM的緩沖溶液時達到最高，Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱表面的吸附效果最強，因此，確定Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱吸附亞甲藍的最佳緩沖溶液濃度為15mM，并選擇該條件進行后續(xù)實驗。脫附實驗精密移取2.0mL亞甲藍標準儲備液于25.0mL容量瓶中，用pH=7.0（選用最佳pH）的15mM磷酸鹽緩沖溶液（選用最佳緩沖溶液濃度）定容。然后將10.0mL溶液分次通過Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱萃取吸附，所得溶液用微孔濾膜過濾，在664nm處測定吸附后溶液的吸光度。然后用10.0ml甲醇分次通過Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱進行洗脫，以甲醇為空白，在664nm處測定所得溶液的吸光度。代入標準曲線y=0.2052x，利用步驟2.3.2中的公式分別計算亞甲藍去除率和洗脫率。所得數(shù)據(jù)見表2-3。表2-3最終優(yōu)化條件下脫附實驗結(jié)果優(yōu)化條件下的數(shù)據(jù)吸附前吸附后脫附后吸光度A0.3890.0700.286亞甲藍濃度C（μg/ml）1.900.341.39去除率&洗脫率（%）—82.173.1如表2-3所示，在最終條件下Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱對亞甲藍的去除率為82.1%，用甲醇洗脫后的亞甲藍脫附率為73.1%，由此可看出甲醇對Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱有較好的脫附作用。小結(jié)本實驗成功制備出Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱，且該雜化硅膠整體柱對亞甲藍具有吸附能力。在pH為7.0的15mM磷酸鹽緩沖溶液中,該雜化硅膠整體柱對亞甲藍的吸附達到最大，為82.1%。同時，可使用甲醇對吸附有亞甲藍的Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱進行脫附?？偨Y(jié)與展望本研究成功制備了Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱，并對其吸附亞甲藍的實驗條件進行了優(yōu)化。Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱對亞甲藍的最優(yōu)吸附條件為：pH為7.0、緩沖溶液種類為磷酸鹽，緩沖溶液濃度為15mM，可使用甲醇對吸附有亞甲藍的雜化硅膠整體柱進行脫附。本研究為后續(xù)檢測血漿或水產(chǎn)品中微量亞甲藍的富集及含量測定研究做鋪墊。雖然有機-無機雜化硅膠整體柱被眾多研究者分析研究，但目前對以移液吸頭為柱體的整體柱的研究較少，Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱未來發(fā)展可能存在以下幾個方面：①優(yōu)化Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱的制備條件，找出效率更高、吸附效果更好的制備方法；②后續(xù)對Poly（TMOS-co-MPTMS）雜化硅膠整體柱進行后期修飾以達到更佳的吸附效果。參考文獻范芳芳,魏寧果,鄒力,安瑜.新型固相萃取吸附技術(shù)在食品分析中的應(yīng)用[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報,2020,(14):4672-4677.王荻,申書昌,辛建嬌,鄭建華,王文波,隋麗麗.活性炭表面鍵合配位體固相萃取填料的制備及其對水中重金屬離子吸附性能的研究[J].黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報,2019,(05):590-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