整体固相萃取材料的制备及应用研究

邱姗姗 何梓燊 钟东玲 蔡丹燕 卢小燕

（茂名市食品药品检验所 广东茂名 525000）

1 前言

固相萃取（SPE）发展于19 世纪80 年代，是一种高效、简便的样品前处理技术。常用的固相萃取材料有C18、PEP（Polar Enhanced Polymer）、亲水亲油平衡材料（HLB）等[1-3]。近十年来，整体柱材料不断创新发展，其中出现了氧化石墨烯接枝硅胶整体柱、温敏性整体柱、二氧化硅整体柱等新型整体柱[4，5]。 相较于传统的固相萃取材料，整体固相萃取具有制备方法简单、内部结构均匀、重现性好等优点，同时经优化的整体柱具有较高的柱效，可进行样品的快速分离。

2 材料与方法

2.1 仪器与试剂

试验仪器详见表1，试验试剂详见表2。

2.2 标准液配制

精准称量双酚A 标准品10 mg，溶于乙腈，移入100 mL 容量瓶中，定容至刻度，超声溶解，将其稀释为100、10、1、0.1、0.01、0.001 μg/L 浓度的标准溶液，于4℃的冰箱中保存备用，同理制得双酚F 与双酚Z。

表1 试验仪器表

表2 试验试剂

2.3 液相条件

选用岛津LC-2030C 高效液相分析仪，流动相为乙腈（ACN）/H2O（65/35，v/v），采用等度洗脱，分析时间为8 min，流速1 mL/min，柱温为35℃。

2.4 整体材料制备过程

整体柱制备主要有5 个步骤：称量、超声处理、填柱、氮吹、合成。首先，第一步准确称量整体柱各组分的含量，称量完成后混合溶液置于进样小瓶中进行超声处理，超声的目的是使整体柱的各组成成分充分混匀，避免由于混合溶液混合不充分而导致整体柱效低，萃取效果不理想。超声充分后将混合溶液填充进经热熔形成的封闭空间聚乙烯枪头内。

其次，进行氮吹，利用氮气的不活泼性，将枪头内的空气排出，此过程既能达到防止氧化的目的又能保证枪头内的混合溶液形成紧密、均匀的聚合体，可以大大降低气孔形成的几率。最后，用塑料膜将枪头密封，防止水浴活化过程中水进入枪头内从而影响整体柱材料的连续反应，整体柱材料置于60℃的条件下连续反应8 h 即可制得成品。 制备过程示意图详见图1。

图1 整体材料制备过程流程图

2.5 固相萃取步骤流程

固相萃取步骤分为4 步：活化/平衡、上样、淋洗、洗脱。 首先，将水浴活化的萃取枪头进行活化平衡，由于在水浴活化的过程中枪头两端呈密封状态，因此要先对枪头解封，使得有机试剂能顺利通过整体材料。 先以甲醇2 mL 湿润活化固相萃取柱，再先后以1 mL 纯净水和0.5 mL 甲醇冲洗。 样品经处理混匀后，加入已活化的枪头内，以2 mL 纯净水将极性强的干扰物洗去，弃去洗脱液。 最后，用强洗脱性的洗脱液将目标化合物从枪头内洗脱，得到的收集液过0.22 μm 滤膜后注入进样瓶， 最后使用高效液相色谱仪上机分析，固相萃取步骤详见图2。

图2 固相萃取步骤流程图

3 结果与讨论

3.1 整体柱制备过程优化

整体柱制备过程中溶剂、时间、温度等因素都会影响整体柱的柱效，直接或间接地影响萃取效果。本文使用异丁烯酸甲酯作为整体柱单体；乙二醇二甲基丙烯酸甲酯（EDMA）作为交联剂；异丙醇和1，4-丁二醇作为致孔剂；偶氮二异丁腈作为引发剂制备成新型固相萃取整体柱。 在萃取过程中采用不同的条件会影响整体柱的萃取效果。

整体柱的萃取效果、渗透性以及其他物理性能会被制备过程中的各成分的种类、含量比例所影响。对整体柱各组成部分进行优化探究，即对单体、交联剂、致孔剂的比例进行系统化的考察，最终以双酚类化合物的回收率作为评价萃取效果的标准，具体优化过程详见表3。

3.1.1 致孔剂组成比例优化

如表3 中H1～H3，H6 所示，保持单体与交联剂的质量比为43.74/56.26，在单体总量、致孔剂总量质量比不改变的条件下，改变异丙醇与1，4-丁二醇之间的比例。结果表明，随着异丙醇的含量增加，双酚A、双酚F、双酚Z 的回收率呈上升趋势。

3.1.2 单体交联体组合与致孔剂组合比例优化

表3 中的H4～H6 表明，保持单体、交联剂在组合内比例不变，2 致孔剂之间的比例不变，改变单体总量与致孔剂总量的质量比时， 随着单体组合的质量比上升，双酚类化合物的回收率呈上升趋势。 其中，单体总量与致孔剂比例为31.25/68.75 时，双酚类化合物回收率达到最大值。

表3 新型整体柱各成分比例优化（单位：%）

3.1.3 单体与交联剂比例优化

表3 中H4、H7、H8 表明，在保持单体交联剂组合与致孔剂组合质量比不变的条件下， 随着单体使用的增多，交联剂的含量下降，双酚回收率也随之上升。 在单体与交联剂的比例为43.74/56.26 时，双酚回收率达到最大值。

通过对整体柱各组成成分间的比例进行系统性的优化， 混合溶液中单体交联剂组合与致孔剂组合比例为31.25/68.75，致孔剂中异丙醇与1，4-丁二醇的比例为78.09/21.91，单体与交联剂的比例在43.75/56.25 的条件下，整体固相萃取材料对双酚类化合物的回收率最高。

3.2 整体柱对双酚类化合物的分离

采用上述经优化的条件， 制备新型固相萃取整体柱，根据固相萃取步骤对双酚类化合物进行检测。最终得到分离度高、峰型完整的色谱图，证明整体柱对双酚化合物的分离效果良好， 整体柱对双酚类化合物分离效果详见图3。

图3 双酚类化合物色谱图

由图说明双酚A、双酚Z、双酚F 分别在3.25、3.90、4.80 min 出峰， 三者之间分离度高， 色谱图清晰，由此可见整体柱对双酚类化合物分离效果良好。说明枪头整体固相萃取材料对双酚化合物的萃取效果良好。

3.3 实际样品的应用

本文以热引发聚合方法制备有机异丁烯酸甲酯的枪头整体柱，以双酚类化合物的回收来优化整体柱的系统，最终采用5 种不同品牌的矿泉水根据上

述固相萃取步骤进行富集、洗脱，并将收集的洗脱液与高效液相色谱仪联用， 结果样品中未发现双酚类化合物。

4 结论及展望

在本次试验中，遇到一些问题：（1）对新型材料整体柱的性能考究， 在本试验开始前此材料从未用作整体柱单体材料对双酚类污染物研究， 其内部整体结构的分析、成分比例、提纯效果等都需要进一步考察。在改变整体柱各成分比例时，发现了调整比例为5%浮动时， 回收率变化最为准确。 试验开始初期，采用3%的比例调整整体柱材料，发现样品回收率变化不大，对试验的考察效果不理想。 此后，又以8%的比例调整整体柱材料，结果变化太大，因此试验采用5%的调整比例，经不断试验证明，此比例调整结果最优，数据反应更加准确。 （2）新型材料整体柱的活化过程，由于整体柱需经水浴60℃活化8 h，期间此状态不可大幅调整，在本试验过程中，由于活化时间不足，水浴温度不符合要求导致整体柱性能不佳甚至整体柱无法使用问题均有出现。 解决方法是用薄膜包裹整体柱，同时严格控制活化时间与温度，使整体柱材料之间反应充足。（3）洗脱剂的选择，考虑到环境污染和经济性，使用良性洗脱剂对环境污染以及人体伤害比较少，符合绿色、健康、可持续发展的理念，在不影响试验结果的前提下，环保也是试验改良过程中的重要考量因素。

虽然本次试验探究了新型材料的相关性能、萃取效果，但是仍有许多问题需要解决。 例如，对新型材料的结构改良，通过改良单体、交联剂与致孔剂的类型、比例，使得固相整体柱的应用广泛性增加，性能更加优越。 在试验方法上，也有许多地方需要改进。 例如，试验过程中控制变量，日内测定以及日间测定数据不够准确。在新型材料相关性质不清楚，相关性能未稳定的条件下，检测数据有可能不准确，这个过程需要不断改进，不断优化。