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溶胶凝胶法制备烟嘧磺隆分子印迹固相微萃取搅拌棒及应用
司汴京，周杰*
（山东农业大学化学与材料科学学院，山东 泰安271018）
摘要：本实验采用溶胶-凝胶法制备了烟嘧磺隆分子印迹吸附萃取搅拌棒涂层。考察了其制备条件，并采用扫描电镜表征了涂层的性质，证明涂层表面形态均一，耐溶剂冲洗，稳定性好。实验表明自制涂层对烟嘧磺隆具有良好的萃取效率。实验还利用自制烟嘧磺隆固相微萃取搅拌棒，建立了搅拌棒吸附萃取-高效液相色谱-紫外检测（SBSE-HPLC-UV）联用分析测定水样中烟嘧磺隆的方法。方法的线性范围在1.0-10.0nmol/L检出限为0.7nmol/L。方法回收率为96.0%（RSD=2.7%）。
关键词：搅拌棒吸附萃取, 溶胶-凝胶法，分子印迹, 烟嘧磺隆
搅拌棒吸附萃取（Stir bar sorptive extraction, SBSE）是由Erik Baltussen等人于1999年提出的[1]，是在固相微萃取（Solid Phase Micro Extraction，SPME）基础上发展起来的一种新型样品预处理技术。该技术与固相微萃取一样集提取、净化、浓缩和进样为一体，具有简单、高效、快速、重现性好、绿色无溶剂等优点，并在萃取过程中吸附搅拌棒自身完成搅拌，避免了在Fiber SPME中搅拌子的竞争吸附，而且其萃取固定相的体积比SPME大50倍以上[2,3]，因此富集倍数明显提高，非常适合痕量分析。
在SBSE技术中，萃取固定相的制备非常重要[3]，因为萃取固定相，在萃取时要经过溶胀和摩擦，对目标分子要有特定的识别性能，制备过程十分困难。烟嘧磺隆是是一类新型、高效、广谱、安全的磺酰脲类除草剂[4]，由于这类化合物的特性，在环境痕量分析中成为一个重要的课题。本文利用分子印迹技术,以γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为交联剂，甲基丙烯酸为功能单体，烟嘧磺隆为印迹分子制备了对烟嘧磺隆具有特定识别性能的SBSE涂层，并对其性能进行评价。
1 实验部分
1.1.1试剂
烟嘧磺隆（99.5%，山东农业大学植物保护学院），甲基丙烯酸（MAA，99.0%天津巴斯夫化工有限公司）使用前减压蒸馏除去阻聚剂；乙腈（色谱纯 99.8%，天津市永大化学试剂开发中心），γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPTMS，分析纯, 曲阜市华荣化工新材料有限公司）使用前减压蒸馏除去阻聚剂；偶氮二异丁腈（AIBN，化学纯，天津市北联精细化学品开发有限公司）使用前重结晶。其他试剂均为色谱纯或分析纯。实验用水为二次重蒸水。
1.1.2 实验仪器：
KQ-50B型超声波振荡器，昆山市超声仪器有限公司； HJ-4多头磁力搅拌器，金坛市医疗仪器厂；RE-52AA旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂。UV-2450紫外可见分光光度计（日本岛津公司），恒温水浴（日本岛津公司）Waters 高效液相色谱仪，Waters 2487紫外检测器美国waters 公司。
1.1.3 色谱条件：
流动相：体积比50/50/0.1水/乙腈/三氟乙酸；流速：1.0ml/min；进样体积：10μL；检测波长:254nm;色谱柱:C18小柱
1.2 实验方法
1.2.1 萃取涂层配方
表1列出了在本文中的印迹溶胶-凝胶涂层所用的原料的名称和化学结构式。非印迹涂层成分除了不加印迹分子，其它成分和印迹涂层成分和比例均一样。
表1 印迹涂层配方
成分 | γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷 | 甲基丙烯酸 | 烟嘧磺隆 | 乙腈 | 偶氮二异丁腈 | 三氯甲烷 |
作用 | 交联剂 | 功能单体 | 模板分子 | 溶剂 | 引发剂 | 溶剂 |
用量 | 6.4mmol | 1.6mmol | 0.4mmol | 15.0ml | 20 mg | 2.0ml |
1.2.2烟嘧磺隆分子印迹搅拌棒的制备
将一内封铁芯1. 8 mm ×20.mm的玻璃管作为SBSE萃取固定相的载体,用CH2Cl2对该玻璃棒进行清洗,然后用1.0 mol/L的NaOH溶液处理8 h,使玻璃表面的硅羟基暴露;用0.1mol/L的盐酸溶液处理8 h。再用去离子水清洗至中性。将玻璃棒在N2 保护的条件下于100～190℃烘干备用。搅拌吸附棒涂层的制备方法为: 将MAA 137.6uL（1.6mmol），烟嘧磺隆0.1640g（0.4mmol）,MPTMS2.0ml（8.4mmol）,AIBN 40mg依次加入到15.0ml乙腈和2.0ml氯仿的混合溶剂中，超声波震荡助溶合脱气10min，，通N2 15min. 转入预先制备的容器中，超声10min 密封。放入水浴恒温槽中，60℃热引发聚合48小时。得烟嘧磺隆分子印迹固相微萃取搅拌棒.用5%的乙酸钠/甲醇搅拌洗去印迹分子,然后用甲醇将乙酸洗去,用紫外分光光度计检测是否洗净印迹分子和杂质.
非印迹搅拌棒出不加印迹分子外步骤完全相同.
1.3待测水样的处理
取实验室的自来水100ml,调节其ph为5.5,用其配制成浓度5.0×10-9mol/L的烟嘧磺隆农药水溶液,即增强水样;
1.4萃取实验过程
取25.0ml 放入两个50ml锥形瓶中,将印迹和非印迹搅拌棒置于瓶内,常温下搅拌吸附(600rpm)2小时后,用0.5%三氟乙酸乙腈溶液解析2小时.解析液经4号砂芯漏斗抽滤后旋转蒸发干,用1.00ml乙腈重新溶解,用HPLC检测.
2 结果与讨论
2.1萃取涂层的形貌表征
图1搅拌棒涂层扫描电镜图A）非印迹搅拌棒，B）印迹搅拌棒
从扫描电镜中可以看出，非印迹搅拌棒（A）的涂层表面聚合比较致密，平整，无明显裂痕。印迹搅拌棒(B)的涂层表面呈凸凹不平，并有孔状结构，这可能是由于印迹分子和功能单体作用留下的印迹位点，与非印迹搅拌棒相比具有较大的吸附表面积。有利于痕量物质的富集，同时也是搅拌棒和样品之间的接触面积增加，可以提高样品的萃取效率，且表面形貌没有裂痕。
2.2 SBSE实验条件优化
本实验以烟嘧磺隆作为自制分子印迹涂层搅拌棒的应用对象。在检测实际样品前，我们先以配制的烟嘧磺隆标准溶液为对象，采用高效液相色谱-紫外检测器（HPLC-UV）联用为检测手段，对实验的萃取解吸条件进行了优化实验。其优化实验结果为：
表2 SBSE实验条件优化
解吸溶剂 | 解吸时间 | 离子强度 | pH值 | 萃取温度 | 萃取时间 |
0.5%TFA/乙腈溶液 | 2h | 0 | pH=5.5 | 室温 | 2h |
2.3 方法的线性范围、检出限和精密度
23.1 方法线性范围：
分别配制浓度为1.0、2.5、5.0、7.5、10.0、15.0、20.0、30.0、50.0 nmol/L，以优化的萃取解吸条件进行了实验。下图印迹棒和非印迹棒的吸附效率图.
图2印迹和非印迹搅拌棒萃取效率图
本实验所用的水是二次重蒸纯水，对空白平行6次测量后，其峰面积平均值作为空白值，将以上浓度对应测得的峰面扣除空白值，再作标准工作曲线，检测下限>10S0/S（S0空白标准偏差，S为灵敏度，即工作曲线的斜率），见表3。
2.3.2 检出限
根据IUPAC定义，以三倍的空白标准偏差S0计算，检出限D.L.=3S0/S(其中为S为灵敏度，即工作曲线的斜率)，见表3。
2.3.3 精密度
配置浓度为10.0 nmol/L的烟嘧磺隆标准溶液，同上方法平行测定6次,测得方法的精密度为RSD=2.73%，见表3：
表3 方法工作曲线、线性范围、检出限及精密度
待测物 | 标准曲线回归方程 | 相关系数（R2） | 线性范围 （nmol/L） | 检出限 (nmol/L) | 相对标准偏差(%，n=6) |
烟嘧磺隆 | Y=26.80+785.19X | 0.9981 | 1.0～10.0 | 0.7 | 2.73 |
2.4水中烟嘧磺隆标准样的分析
按照实验优化条件，取实验室自来水样25.0ml，加入样品0.125nmol烟嘧磺隆农药标准样品进行回收率实验。烟嘧磺隆回收率在96.0% RSD为2.7%（n=3）实验结果重现性较好。
表4,水样中烟嘧磺隆加标回收率
Table 4 Average Recoveries (R,%) and Relative Standard Deviations (RSDs, %, n=3) obtained after Stirring Extraction of 25 mL of Tap Water Samples Spiked at 0.125nmol NS
|
| MISGSB-LC-UV |
sample | Spiked level (nmol) | Level found (nmol), mean (RSD, %) | R (%) |
Tap water (25 mL) | 0.125 | 0.120 (2.73) | 96.0 |
3.结论
本文通过溶胶-凝胶法制备了烟嘧磺隆分子印迹搅拌棒涂层，结合高效液相色谱，对自制的搅拌棒涂层的萃取性能进行了测试，结果表明，所制备的印迹搅拌棒对烟嘧磺隆具有较高的富集效率，能够用于水中痕量的烟嘧磺隆测定。其它条件的优化和性能考察，还有待于进一步研究。
参考文献
[1] Baltussen E, Sandra P, David F, et al, , J. Micro-column Separations, 1999, 11(10): 737-747.
[2] LIU wen min(刘文民)，WANG han wen(王涵文)，Guan ya feng(关亚风)，[J]Chinese journal of analytical chemistry (分析化学)，2005,33(1): 45–49.
[3] Wenmin Liu, Hanwen Wang, Yafeng Guan, , Journal of Chromatography A, 2004, 1045: 15–22.
[4]LIU Jin-sheng (刘金胜), KOU Jun-jie(寇俊杰), LIU Gui-long(刘桂龙). AGROCHEMICALS (农 药),2007,46 3:145-147
Preparation of Nicosulfuron imprinted Stir Bars for Sorptive Extraction by Sol-Gel method and Its Application
Si Bian-jing, ,Zhou Jie*
(College of Chemistry and Material Science,Shandong Agricultural University,Tai`an 271018,China)
Abstract:A novel nicosulfuron imprinted coating which was prepared with the sol-gel approach was successfully used to self-made stir bars for sorptive extraction. The self-made extraction coating showed very good extraction ability for nicosulfuron. Evidence was also presented by the SEM images of MIPSB and NMIPSB and a method of stir bar sorptive extraction coupling with high performance liquid chromatography which followed by UV detection was set up for the determination of nicosulfuron. in water samples. The linear range of 1.0-10.0nmol / L detection limit was 0.7nmol / L. The average recovery was 96.0% (RSD = 2.7%,n=3).
Keywords:Stir bar sorptive extraction; molecularly imprinted; sol-gel; nicosulfuron
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