[发明专利]制备网络互穿的聚乙烯醇/二氧化硅复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备用于固相微萃取的复合涂层的方法，特别是一种用于制备网络互穿的聚乙烯醇（PVA）/二氧化硅（SiO₂）复合涂层的方法。

背景技术

固相微萃取（SPME）是90年代发展起来的一种简单、高效的样品前处理技术，通过纤维表面的高分子固相涂层，对样品中的有机分子进行萃取和富集，这种技术操作时间短，溶剂和样品用量少，广泛用于环境监测、食品、医药卫生等领域。涂层是固相微萃取技术的核心部分，选用的涂层首先要对待测物有较强的萃取富集能力，其次还需要有合适的分子结构，保证目标待测物在其中有较快的扩散速度，能在较短时间内达到分配平衡，并在解吸时能迅速脱离涂层。同时，由于有些目标待测物在高温下或溶剂洗脱条件下解吸，因此所选择的涂层还必须有良好的热稳定性和化学稳定性。

聚乙烯醇（PVA）是一种水溶性聚合物，可以通过反复冷冻-解冻方法制备交联的PVA凝胶，凝胶呈强韧的橡胶状，是一种矩阵式物理交联聚合物，其制备过程不需要加入任何引发剂，方法温和环保，将凝胶水分去除会形成多孔的高分子晶体结构。PVA凝胶具有良好的生物相容性、亲水性和低毒性等特性，这使其可广泛应用于生物医用材料。但将其作为固相微萃取材料来吸附相应的极性物质却鲜有报道，这是由于PVA凝胶自身的溶胀特性，使其不易于固定在玻璃或石英纤维表面。

发明内容

针对目前PVA很难固定在玻璃或石英纤维表面从而无法直接应用于生物萃取领域，本发明目的是提出一种制备网络互穿的聚乙烯醇（PVA）/二氧化硅（SiO₂）复合涂层的方法，所得复合涂层能够定向萃取含有羟基的极性化合物。

本发明采用的技术方案是：一种制备网络互穿的聚乙烯醇（PVA）/二氧化硅（SiO₂）复合涂层的方法包括以下步骤：

a.将质量分数为5-8%的聚乙烯醇水溶液所需聚乙烯醇的物质的量的聚乙烯醇加入质量分数为5-8%的聚乙烯醇水溶液所需水的物质的量的去离子水中，于80-100℃加热搅拌0.5-8小时,使聚乙烯醇完全溶解呈透明状，制得质量分数为5-8%的聚乙烯醇水溶液；

b.室温下将正硅酸乙酯与无水乙醇混合均匀，在磁力搅拌下加入去离子水和盐酸，反应2-72小时，制得二氧化硅溶胶，其中正硅酸乙酯、去离子水、无水乙醇、盐酸物质的量比为n(正硅酸乙酯):n(去离子水):n(无水乙醇):n(盐酸)=1:4:6:0.6；

c.将步骤b所述的二氧化硅溶胶滴加到步骤a所述的聚乙烯醇水溶液中，于30-60℃下回流搅拌反应2-10小时，得到黏稠透明的聚乙烯醇/二氧化硅溶胶，在所得聚乙烯醇/二氧化硅溶胶中，二氧化硅的质量分数为5%-80%；

d.将长度为2-10cm的石英纤维浸泡在体积比为7:3的浓硫酸/双氧水混合液中，于90℃下恒温处理0.5-4小时，除去纤维表面的聚酰亚胺保护层，使纤维表面硅羟基暴露，然后依次用去离子水和无水乙醇洗涤，氮气吹干，得到处理后的石英纤维；

e.将步骤d所述的石英纤维浸没在步骤c所述的聚乙烯醇/二氧化硅溶胶中10-120分钟，垂直取出，经零下10℃-零下25℃冷冻2-72小时，15℃-30℃解冻2-72小时，如此循环重复涂渍1-10次，即在石英纤维表面得到聚乙烯醇/二氧化硅涂层，涂有聚乙烯醇/二氧化硅涂层的石英纤维经蒸馏水和乙醇洗涤除去多余的盐酸后室温干燥。

本发明的有益效果是：这种用于制备能够定向萃取含有羟基的极性化合物的多孔聚乙烯醇（PVA）/二氧化硅（SiO₂）复合涂层的方法，与已有方法相比，重大改进是利用溶胶凝胶技术将PVA通过化学键合固定于石英纤维表面，且通过反复冷冻-解冻的方法形成了有机-无机交联网络互穿的结构，这使得涂层均匀，稳定性好，在各种溶剂中的质量损失均小于1%，且热分解温度可达到350℃。将其作为固相微萃取涂层进行应用，表现出了良好的选择性。同时，这种方法还将化学反应热力学、无机与高分子化合物复合生长动力学相结合，得到的产物在生物科学领域有广泛应用，这种将多种学科相融合的方法也必将带动相关学科的发展。

附图说明

图1是一种制备网络互穿的PVA/SiO₂复合涂层的X射线衍射谱图。

图2是该PVA/SiO₂复合涂层的热重曲线。

图3是涂有PVA/SiO₂涂层的石英纤维的扫描电镜照片。

图4是PVA/SiO₂涂层的高放大倍率的扫描电镜照片。