单壁碳纳米管磁性复合纳米粒子分散固相微萃取

四氧化三铁/单壁碳纳米管磁性复合纳米粒子分散固相微萃取-高效液相色谱法测定牛奶中的香精添加剂色谱

磁性纳米颗粒作为一种新型的样品前处理萃取材料,因具有大的比表面积和外加磁场下的操控性,被越来越多地应用于样品前处理^[ 1,2]。目前,通过修饰和包覆磁性纳米材料表面使其具有吸附特性是制备磁性萃取材料最常用的合成方法^[ 3 ]。碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)由于其表面特殊的物理化学性质,具有很强的吸附性能,在样品前处理方面具有很好的应用前景^[ 4,5 ],近年来已被尝试用于环境污染物的富集^[ 6,7 ]。合成的CNTs水溶性差,也难溶于有机溶剂,在溶液中容易发生团聚,这些缺点使得CNTs直接用于样品前处理特别是液态基质样品受到很大的限制。为了克服这些缺点,将CNTs修饰在纳米或微米级的硅胶或磁性颗粒上,能够很好地增强CNTs的操控性和溶剂分散性^{[ 3, 8, 9 ]}。本研究以具有良好顺磁性的Fe₃O₄纳米颗粒为CNTs的固相载体,合成了复合性纳米粒子Fe₃O₄/CNTs,并用于微量、痕量组分的分散固相微萃取富集。

在奶制品加工过程中,为了提高香浓性,同时为了掩盖奶源由于供应季节性变化和地区不同的差异性,具有奶香味的香精常作为添加剂。香兰素与乙基香兰素具有香荚兰香气及浓郁的奶香,在食品工业中作为香精添加剂被广泛使用。对香兰素和乙基香兰素生物化学毒性的研究已有大量文献报道,超剂量的香兰素和乙基香兰素会损害身体健康^[ 10 ]。根据国家标准GB2760-2011的规定,凡使用范围涵盖0至6个月婴幼儿的配方食品不得添加任何食用香料,较大婴儿和幼儿的配方食品中香兰素和乙基香兰素最大使用量为50 mg/L。监控婴幼儿配方食品特别是奶制品中香精添加剂的含量是非常必要的。由于奶制品的基质非常复杂,含有大量的蛋白质、脂肪、糖类、磷脂、维生素和无机盐等,进行微量目标物的测定常需要进行样品前处理^[ 11 ]。关于牛奶中香兰素和乙基香兰素的富集与测定已有不少文献报道,包括中空纤维液相微萃取^[12 ]、固相微萃取^[ 13 ]、离子液体萃取^[ 14 ]、分子印记^[ 15 ]等样品前处理方法。

本文通过化学键合的方法制备了单壁碳纳米管包覆的Fe₃O₄/CNTs纳米粒子,将其用作分散固相微萃取剂快速富集牛奶中的香兰素和乙基香兰素,并采用高效液相色谱法进行定量分析。通过优化影响萃取效果的关键因素(包括洗脱溶剂、样品pH值、样品离子强度等),发展了一种快速、高效的牛奶香精添加剂的检测方法。

1 实验部分跳转到：本文顶部　1 实验部分　    1.1 仪器与试剂　    1.2 磁性复合纳米粒子Fe3O4/CNTs的制备　        1.2.1    磁性纳米材料Fe3O4的制备及表面氨基化 　        1.2.2    CNTs的表面羧基化 　        1.2.3    Fe3O4/CNTs材料的制备 　    1.3 液相色谱定量分析　    1.4 基于Fe3O4/CNTs的分散固相微萃取　        1.4.1    牛奶样品的预处理 　        1.4.2    牛奶样品的Fe3O4/CNTs分散固相微萃取 　2 结果与讨论　    2.1 Fe3O4/CNTs的表征与性能评价　        2.1.1    红外光谱表征 　        2.1.2    纳米颗粒的粒度与分散性 　    2.2 Fe3O4/CNTs分散固相微萃取条件的优化　        2.2.1    吸附容量的测定 　        2.2.2    洗脱溶剂的选择 　        2.2.3    样品溶液pH值的影响 　        2.2.4    样品溶液离子强度的影响 　        2.2.5    萃取时间的影响 　    2.3 富集效果与分析方法的性能评价　    2.4 实际样品检测　3 结论　参考文献跳转到：本文顶部　1 实验部分　    1.1 仪器与试剂　    1.2 磁性复合纳米粒子Fe3O4/CNTs的制备　        1.2.1    磁性纳米材料Fe3O4的制备及表面氨基化 　        1.2.2    CNTs的表面羧基化 　        1.2.3    Fe3O4/CNTs材料的制备 　    1.3 液相色谱定量分析　    1.4 基于Fe3O4/CNTs的分散固相微萃取　        1.4.1    牛奶样品的预处理 　        1.4.2    牛奶样品的Fe3O4/CNTs分散固相微萃取 　2 结果与讨论　    2.1 Fe3O4/CNTs的表征与性能评价　        2.1.1    红外光谱表征 　        2.1.2    纳米颗粒的粒度与分散性 　    2.2 Fe3O4/CNTs分散固相微萃取条件的优化　        2.2.1    吸附容量的测定 　        2.2.2    洗脱溶剂的选择 　        2.2.3    样品溶液pH值的影响 　        2.2.4    样品溶液离子强度的影响 　        2.2.5    萃取时间的影响 　    2.3 富集效果与分析方法的性能评价　    2.4 实际样品检测　3 结论　参考文献

1.1 仪器与试剂跳转到：本文顶部　1 实验部分　    1.1 仪器与试剂　    1.2 磁性复合纳米粒子Fe3O4/CNTs的制备　        1.2.1    磁性纳米材料Fe3O4的制备及表面氨基化 　        1.2.2    CNTs的表面羧基化 　        1.2.3    Fe3O4/CNTs材料的制备 　    1.3 液相色谱定量分析　    1.4 基于Fe3O4/CNTs的分散固相微萃取　        1.4.1    牛奶样品的预处理 　        1.4.2    牛奶样品的Fe3O4/CNTs分散固相微萃取 　2 结果与讨论　    2.1 Fe3O4/CNTs的表征与性能评价　        2.1.1    红外光谱表征 　        2.1.2    纳米颗粒的粒度与分散性 　    2.2 Fe3O4/CNTs分散固相微萃取条件的优化　        2.2.1    吸附容量的测定 　        2.2.2    洗脱溶剂的选择 　        2.2.3    样品溶液pH值的影响 　        2.2.4    样品溶液离子强度的影响 　        2.2.5    萃取时间的影响 　    2.3 富集效果与分析方法的性能评价　    2.4 实际样品检测　3 结论　参考文献跳转到：本文顶部　1 实验部分　    1.1 仪器与试剂　    1.2 磁性复合纳米粒子Fe3O4/CNTs的制备　        1.2.1    磁性纳米材料Fe3O4的制备及表面氨基化 　        1.2.2    CNTs的表面羧基化 　        1.2.3    Fe3O4/CNTs材料的制备 　    1.3 液相色谱定量分析　    1.4 基于Fe3O4/CNTs的分散固相微萃取　        1.4.1    牛奶样品的预处理 　        1.4.2    牛奶样品的Fe3O4/CNTs分散固相微萃取 　2 结果与讨论　    2.1 Fe3O4/CNTs的表征与性能评价　        2.1.1    红外光谱表征 　        2.1.2    纳米颗粒的粒度与分散性 　    2.2 Fe3O4/CNTs分散固相微萃取条件的优化　        2.2.1    吸附容量的测定 　        2.2.2    洗脱溶剂的选择 　        2.2.3    样品溶液pH值的影响 　        2.2.4    样品溶液离子强度的影响 　        2.2.5    萃取时间的影响 　    2.3 富集效果与分析方法的性能评价　    2.4 实际样品检测　3 结论　参考文献

Hitachi L2000液相系统,配紫外检测器;傅里叶变换显微红外光谱仪(Nicolette 5DXB FT-IR)。

香兰素和乙基香兰素标准品,乙二醇、无水醋酸钠、氨丙基三乙基硅烷化试剂(3-aminopropyltriethoxysilane,APTES)和聚乙二醇均购自Sigma-Aldrich公司。正己烷、二氯甲烷、苯、甲苯和甲醇购自J. T. Baker公司。1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(1-ethyl-3-(dimethylaminopropyl) carbodiimide,EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(N-hydroxysuccinimide,NHS)购自吉尔生化(上海)有限公司。FeCl₃·6H₂O、磷酸、浓硫酸和硝酸由北京试剂厂生产。单壁碳纳米管(直径1～2 nm,长度约20 μ m,比表面积＞380 m²/g)购自中国科学院成都有机化学有限公司。

1.2 磁性复合纳米粒子Fe₃O₄/CNTs的制备跳转到：本文顶部　1 实验部分　    1.1 仪器与试剂　    1.2 磁性复合纳米粒子Fe3O4/CNTs的制备　        1.2.1    磁性纳米材料Fe3O4的制备及表面氨基化 　        1.2.2    CNTs的表面羧基化 　        1.2.3    Fe3O4/CNTs材料的制备 　    1.3 液相色谱定量分析　    1.4 基于Fe3O4/CNTs的分散固相微萃取　        1.4.1    牛奶样品的预处理 　        1.4.2    牛奶样品的Fe3O4/CNTs分散固相微萃取 　2 结果与讨论　    2.1 Fe3O4/CNTs的表征与性能评价　        2.1.1    红外光谱表征 　        2.1.2    纳米颗粒的粒度与分散性 　    2.2 Fe3O4/CNTs分散固相微萃取条件的优化　        2.2.1    吸附容量的测定 　        2.2.2    洗脱溶剂的选择 　        2.2.3    样品溶液pH值的影响 　        2.2.4    样品溶液离子强度的影响 　        2.2.5    萃取时间的影响 　    2.3 富集效果与分析方法的性能评价　    2.4 实际样品检测　3 结论　参考文献跳转到：本文顶部　1 实验部分　    1.1 仪器与试剂　    1.2 磁性复合纳米粒子Fe3O4/CNTs的制备　        1.2.1    磁性纳米材料Fe3O4的制备及表面氨基化 　        1.2.2    CNTs的表面羧基化 　        1.2.3    Fe3O4/CNTs材料的制备 　    1.3 液相色谱定量分析　    1.4 基于Fe3O4/CNTs的分散固相微萃取　        1.4.1    牛奶样品的预处理 　        1.4.2    牛奶样品的Fe3O4/CNTs分散固相微萃取 　2 结果与讨论　    2.1 Fe3O4/CNTs的表征与性能评价　        2.1.1    红外光谱表征 　        2.1.2    纳米颗粒的粒度与分散性 　    2.2 Fe3O4/CNTs分散固相微萃取条件的优化　        2.2.1    吸附容量的测定 　        2.2.2    洗脱溶剂的选择 　        2.2.3    样品溶液pH值的影响 　        2.2.4    样品溶液离子强度的影响 　        2.2.5    萃取时间的影响 　    2.3 富集效果与分析方法的性能评价　    2.4 实际样品检测　3 结论　参考文献

在参考文献^[ 16 ]的基础上,按照图1所示的基本原理制备磁性复合纳米粒子Fe₃O₄/CNTs。首先采用水热法制备Fe₃O₄磁性纳米颗粒,并采用APTES硅烷化试剂对Fe₃O₄颗粒表面进行氨基化修饰。同时,用强酸对单壁碳纳米管进行酸化处理使其表面带上羧基。最后,将羧基化的CNTs通过交联剂修饰到氨基化的Fe₃O₄磁性纳米颗粒表面。

图 1 Fe3O4/CNTs磁性纳米颗粒的制备Fig. 1 Preparation of Fe3O4/CNTs

1.2.1 磁性纳米材料Fe₃O₄的制备及表面氨基化跳转到：本文顶部　1 实验部分　    1.1 仪器与试剂　    1.2 磁性复合纳米粒子Fe3O4/CNTs的制备　        1.2.1    磁性纳米材料Fe3O4的制备及表面氨基化 　        1.2.2    CNTs的表面羧基化 　        1.2.3    Fe3O4/CNTs材料的制备 　    1.3 液相色谱定量分析　    1.4 基于Fe3O4/CNTs的分散固相微萃取　        1.4.1    牛奶样品的预处理 　        1.4.2    牛奶样品的Fe3O4/CNTs分散固相微萃取 　2 结果与讨论　    2.1 Fe3O4/CNTs的表征与性能评价　        2.1.1    红外光谱表征 　        2.1.2    纳米颗粒的粒度与分散性 　    2.2 Fe3O4/CNTs分散固相微萃取条件的优化　        2.2.1    吸附容量的测定 　        2.2.2    洗脱溶剂的选择 　        2.2.3    样品溶液pH值的影响 　        2.2.4    样品溶液离子强度的影响 　        2.2.5    萃取时间的影响 　    2.3 富集效果与分析方法的性能评价　    2.4 实际样品检测　3 结论　参考文献跳转到：本文顶部　1 实验部分　    1.1 仪器与试剂　    1.2 磁性复合纳米粒子Fe3O4/CNTs的制备　        1.2.1    磁性纳米材料Fe3O4的制备及表面氨基化 　        1.2.2    CNTs的表面羧基化 　        1.2.3    Fe3O4/CNTs材料的制备 　    1.3 液相色谱定量分析　    1.4 基于Fe3O4/CNTs的分散固相微萃取　        1.4.1    牛奶样品的预处理 　        1.4.2    牛奶样品的Fe3O4/CNTs分散固相微萃取 　2 结果与讨论　    2.1 Fe3O4/CNTs的表征与性能评价　        2.1.1    红外光谱表征 　        2.1.2    纳米颗粒的粒度与分散性 　    2.2 Fe3O4/CNTs分散固相微萃取条件的优化　        2.2.1    吸附容量的测定 　        2.2.2    洗脱溶剂的选择 　        2.2.3    样品溶液pH值的影响 　        2.2.4    样品溶液离子强度的影响 　        2.2.5    萃取时间的影响 　    2.3 富集效果与分析方法的性能评价　    2.4 实际样品检测　3 结论　参考文献

磁性纳米材料Fe₃O₄的制备采用水热还原法^[ 17,18 ]。利用乙二醇将FeCl