[发明专利]富氮型磁性纳米碳吸附剂及其制备和在分析上的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种环境和生物组织中微量药物以及代谢物的富集与分离方法，尤其涉及富氮型磁性纳米碳吸附剂及其制备，以及该吸附剂在富集与分离环境和生物组织中药物及其代谢物残留中的应用。

背景技术

与液-液萃取相比，固相萃取大大降低了有机溶剂的使用量，并能处理在水溶液中部分溶解的样品，因此是一种广泛应用的样品处理方法。随着环境科学和生物医学的发展，对分析技术提出了越来越高的要求，不仅要求测定原药，而且相应的代谢物残留也要求同时测定，因此需要研制各种不同类型的固相萃取方法以适应不同的分析对象。

现有的技术中，装填不同吸附剂的固相萃取小柱和薄膜是常见的两种类型，这两种技术的主要不足在于有限的流速，并且处理有悬浮物的样品时容易堵塞。而活性炭和碳纳米管两种碳纳米材料是目前常用的两种吸附剂，尽管多孔纳米特征有利于样品吸附，但是不利于样品的洗脱，因为样品分子容易包夹在纳米孔道中。此外，强疏水性碳吸附剂难于均匀分散于水相中，因此影响其样品的回收率。本发明将吡咯与磁性Fe₃O₄纳米颗粒充分混合，并引发原位聚合反应，使Fe₃O₄纳米颗粒被聚吡咯充分包覆，然后再在高温和氮气氛下碳化。这样制得的富氮型磁性纳米碳吸附剂不仅具有疏水性碳基质，并且还有亲水性的氮原子和纳米尺寸大小，因此能有效分散于水相中，并提高与样品分子的亲和能力。而这种吸附剂的磁性内核使其能在外加磁场下方便地与样品中其他组分分离，不会产生堵塞现象。环境和生物组织样品中常常会存在一些难溶颗粒悬浮物，特别是环境中的农药残留常常因为其难溶于水、难降解性而积累在脂肪组织中，常规固相萃取法不适合于此类样品，因为其悬浮的颗粒或共存的脂肪会使萃取柱或薄膜堵塞。实验证明本发明的富氮型磁性纳米碳吸附剂能有效处理该类样品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富氮型磁性纳米碳吸附剂及其制备和在分析上的应用。该吸附剂能富集和分离环境和生物组织中药物及其代谢物，对目标化合物的吸收力强，可用于环境和生物组织中药物及其代谢物的富集和分离，并能用适当溶剂洗脱，再被色谱-质谱分离和鉴定。

本发明的原理基于聚吡咯包覆磁性Fe₃O₄在氮气条件下，高温碳化而得富氮型磁性纳米碳吸附剂，该吸附剂同时具备疏水性碳基质，又具有亲水性氮原子，增强了吸附剂在水中的分散性以及对样品中缺电子原子的亲和能力，因此能够同时富集疏水性药物以及亲水性代谢物。

实现本发明的技术方案：

一种磁性纳米碳吸附剂，它为富氮型磁性纳米碳吸附剂，由富氮型碳包覆磁性纳米Fe₃O₄组成，该吸附剂粒度大小介于20～30纳米。

本发明的磁性纳米碳吸附剂，元素分析结果显示N：5.5％，C：18.6％，H：0.09％(w/w)，因此Fe₃O₄含量计算为75.81％(w/w)。

本发明的磁性纳米碳吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

1)、用浓度为2mol/L的HCl溶液配制浓度为1mol/L的FeCl₃和FeCl₂溶液；

2)、将10ml步骤1)得到的FeCl₃溶液与5ml步骤1)得到的FeCl₂溶液在室温下进行混合后，滴加氨水，直到溶液pH 11～12，并在室温下继续搅拌30分钟，得含固体颗粒溶液；

3)、将步骤2)得到的固体颗粒用磁铁进行分离，并用纯水和乙醇依次清洗不少于3次，除去弱磁性颗粒，得强磁性黑色纳米Fe₃O₄颗粒，粒度大小介于20～30纳米；这种颗粒保存在无水乙醇中，使用前用纯水清洗；

4)、将步骤3)所得磁性纳米Fe₃O₄颗粒用纯水清洗，悬浮在20ml纯水中，并超声5分钟，搅拌下滴加7.3mmol吡咯，再超声10分钟，使吡咯与磁性纳米Fe₃O₄颗粒充分混匀，加入3.6mmol过硫酸铵水溶液作吡咯聚合引发剂后，超声1小时，得聚吡咯包覆纳米Fe₃O₄颗粒；

5)、将步骤4)所得吡咯包覆纳米Fe₃O₄颗粒用纯水和乙醇依次清洗直到洗液pH～7，再在60℃烘干；