离子液体-石墨烯/碳纳米管-管尖固相萃取-液相色谱法测定尿样中(顺)-3-(氯代亚甲基)-6-氟-硫色满-4-酮
陈欢欢，苑亚楠，闫宏远*
（药物化学与分子诊断教育部重点实验室，河北大学预防医学与卫生事业管理系，保定 071002）
离子液体是一种环境友好的新型溶剂，可以增加材料的机械性能[1]，用作吸附材料时起到离子交换作用。石墨烯是一种二维结构的碳材料，比表面积大，传质速率快[2]，制备方法简单。碳纳米管能在一定程度上减少石墨烯片层之间的堆叠[3]，增加吸附位点的数量。管尖固相萃取是固相萃取的衍生形式，所需填料用量少，分析过程快，适用于微量分析。本课题通过物理掺杂法和化学法合成了IL-G/MWCNTs，通过管尖固相萃取-高效液相色谱分离检测血样中的(顺)-3-(氯代亚甲基)-6-氟-硫色满-4-酮（CFO）。
1 实验部分
1.1 仪器和试剂
Sorvall全能台式高速冷冻离心机（赛默飞科技有限公司，美国），真空干燥箱（DZF-6020，上海飞越有限公司，上海），高效液相色谱仪（LC-20A，岛津有限公司，日本），C18分析柱（5μm，250×4.6mm ID，博纳艾杰尔科技有限公司，中国），扫描电子显微镜（Phenom Pro，Phenom-World有限公司，美国），傅里叶变换红外光谱仪（VERTEX70，德国Brooke有限公司，德国）。
石墨粉、三氯乙酸（天津福晨化学试剂有限公司，天津），多壁碳纳米管（中国科学院成都有机化学有限公司，成都），氯化1-胺丙基-3-甲基咪唑盐酸盐（上海成捷化学有限公司，上海），甲醇、乙腈（色谱纯，上海星可生化有限公司，上海），高锰酸钾、80%水合肼、甲醇、乙腈、丙酮（分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司，天津），硫酸、过氧化氢（天津华东化学试剂有限公司，天津）。
1.2 实验过程
1.2.1 IL-G/MWCNTs制备
氧化石墨由改进的Hummers法[4]制备。称取200mg氧化石墨和200mg o-MWCNTs置于500ml三口烧瓶中，加入200ml水，超声2h。用两个5ml的烧杯分别称取700mg NaOH和20mg氯化1-胺丙基-3-甲基咪唑盐酸盐，量取50ml水，将两者溶解于100ml烧杯中，然后倒进上述三口瓶中，超声20min。将三口瓶置于80℃水浴中，在500r/min搅拌下反应12h。加入2.0ml 80%水合肼，继续反应2h。移出水浴锅，在500rpm搅拌下放冷过夜。用布氏漏斗和0.45μm水膜过滤，用水洗涤至中性。冷冻干燥得到最终材料。
1.2.2 IL-G/MWCNTs-PT-SPE过程
称取1.0mg材料于100μl管尖中，两端用棉花堵住，然后将削去尖端的1ml管尖和装载材料的100μl管尖组装起来。用2ml水活化管尖固相萃取小柱。在避光条件下配制5μg/ml CFO加标尿样，分别取1.0ml上样，0.5ml 30%甲醇溶液淋洗，1.0ml 10%甲酸-丙酮溶液洗脱，洗脱流出液用于HPLC分析。
2 结果与讨论
2.1 IL-G/MWCNTs表征
IL-G/MWCNTs使用扫描电镜［图1（a）］、红外光谱［图1（b）］进行表征。扫描电镜图［图2（a）］显示层层剥离的石墨烯片层之间掺杂了多壁碳纳米管。图2（b）中2930cm−1、2853cm−1、1630cm−1、1385cm−1分别为-C-H（CH3）、C-H（CH2）、咪唑环、C-H（咪唑环）的吸收峰，表明离子液体氯化1-氨丙基-3-甲基咪唑盐酸盐与石墨烯已经结合。静态吸附数据如图1（c）所示，吸附容量在实验浓度范围（5～70μg/ml）内未达到平衡，表明材料有很大的潜在吸附能力。
图1 IL-G/MWCNTs表征图：（a）扫描电镜图；（b）红外谱图；（c）静态吸附
2.2 IL-G/MWCNTs-PT-SPE条件优化
本实验对不同的参数，如淋洗剂种类（水、10%甲醇溶液、10%乙腈溶液、30%甲醇溶液、30%乙腈溶液、50%甲醇溶液、50%乙腈溶液）、淋洗剂体积（0.3～1.2ml）、洗脱剂种类（甲醇、10%甲酸-甲醇、丙酮、10%甲酸-丙酮、乙腈、10%甲酸-乙腈）、洗脱剂体积（0.3～1.5ml）进行考察，通过优化得到：淋洗剂为0.5ml 30%甲醇溶液，洗脱剂为1.0ml 10%甲酸-丙酮溶液时，IL-G/MWCNTs-PT-SPE对尿样有好的净化能力，对CFO有较高的回收率。
2.3 IL-G/MWCNTs-PT-SPE萃取分离应用
在优化的IL-G/MWCNTs-PT-SPE萃取条件下对加标尿样中的CFO进行测定，图2显示IL-G/ MWCNTs-PT-SPE能有效地除去样品中大量的干扰杂质，表明了有较好的净化能力；并且对CFO有较高的回收率。
图2 加标尿样（a）和洗脱流出液（b）色谱图
制备的IL-G/MWCNT吸附不同的目标物，结果如图3所示。CFO具有共轭结构和富电子集团，竞争性吸附结果表明材料对CFO有更好的吸附能力。
图3 不同目标物竞争性吸附
3 结论
在IL-G/MWCNTs复合材料中，石墨烯片层之间成功掺杂了碳纳米管，减弱了石墨烯片层的团聚现象，更加有利于材料吸附目标物；离子液体的末端氨基通过化学法与石墨烯片层相结合，能在一定程度上增加材料对富电子化合物的吸附性，而且可以通过离子交换作用将目标物从材料上洗脱下来。在PT-SPE条件优化下，对尿样有良好的去杂能力，并且可以高效吸附尿样中CFO。
参考文献
[1] González-Álvarez J, Blanco-Gomis D, Arias-Abrodo P, et al. Anal Chim Acta, 2012, 721: 173-181.
[2] Notley SM, Evans DR. Adv Colloid Interf Sci, 2014, 209: 196-203.
[3] Wimalasiri Y, Zou L. Carbon, 2013, 59: 464-471.
[4] Huang K, Liu G, Lou Y, et al. Angew Chem Int Ed, 2014, 53(27): 6929-6932.
基金项目：河北省自然科学基金（B2015201132），河北省研究生创新资助项目（S2015021）
作者简介：闫宏远, 男, 教授, 博士生导师，Tel : +86-312-5079788, E-mail：yanhy@hbu.edu.cn