（分析化学专业论文）基质固相分散（mspd）用ods的合成与表征.pdf

摘要 基质固相分散( m s p d ) 用o d s 的合成与表征 作者简介：余利军，女，1 9 7 7 年3 月出生，2 0 0 4 年9 月师从成都理工大学李崇 瑛副教授，于2 0 0 7 年6 月获硕士学位。 摘要 基质固相分散( m a t r i xs o l i d p h a s ed i s p e r s i o n ，m s p d ) 是一种快速样品处 理技术，大多m s p d 的固相分散剂使用反相材料，特别是十八烷基硅烷一o d s 键合相。 为得到一种廉价的m s p d 用o d s ，本文主要以经酸处理的大粒径无定形硅 胶为基质，让其在有机溶剂无水甲苯罩和十八烷基三氯硅烷 ( o c t a d e c y l t r i c h l o r o s i l a n e ，o t s ) 发生硅烷化反应，三甲基氯硅烷 ( t r i m e t h v l c h l o r o s i l a n e ，t m c s ) 进行封端处理，合成十八烷基硅烷 ( o c t a d e c y l s i l a n ，o d s ) 键合相；并用傅立叶变换红外吸收光谱( f o u r i e rt r a n s f o r l i l i n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ，f t i r ) 表征合成产物结构组成，将其装填成柱后用高效 液相色谱仪( h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ，h p l c ) 对其理论塔板高 度一流速曲线( h 一“曲线) 、塔板数、不对称因子、保留因子等因素予以色谱 性能评价，最后进行了m s p d 应用及经济可行性研究。 研究结果表明： 采用大粒径无定形硅胶为基质，选择十八烷基三氯硅烷为硅烷化试剂， 完整地合成了一种大颗粒、高表面积的o d s 键合相，合成的o d s 可作为基质固 相分散m s p d 的固相分散剂，用于样品的前处理。 经过硅胶表面化学修饰，硅胶表面的s i o h 和十八烷基三氯硅烷 ( o t s ) 发生了硅烷化反应，硅胶表面已键合上烷烃。即使受填料的粒度、均 匀性和装填的均匀性、致密性的影响，合成的o d s 对吡啶仍具有一定的分离能 力，获得了7 2 3 3 的每米理论塔板数的柱效，具有反相特性。 合成的o d s 作为基质固相分散m s p d 的固相分散剂分离了大米中的西 维因，使用h p l c 检测，在添加量为0 5 2 9 9 g 时获得的回收率为( 8 2 6 士3 8 ) ， 符合我国农业行业标准n y t7 6 1 - - 2 0 0 4 要求。 关键词：基质固相分散十八烷基硅烷键合相傅立叶变换红外吸收光谱高 效液相色谱 t h e s y n t h e s i sa n dc h a r a c t e r i z a t i o no fo d sf o rm s p d a bs t r a c t m a t r i xs o l i d - p h a s ed i s p e r s i o n ( m s p d ) i sa r a p i da l t e r n a t i v ee x t r a c t i o n c l e a n ，u p t e c h n i q u e m o s to fd i s p e r s e r sa r en o n p o l a rb o n d e dp h a s e s ，e s p e c i a l l yt h o s ew h i c h h a v et h eo c t a d e c y l s i l a n ( o d s ) b o n d e dp h a s e s i no r d e rt of i n da c h e a p n e s so d sf o rm s p d ，i nt h i sp a p e r ，al a r g ep a r t i c l es i l i c a t r e a t e db ya c i d r e a c t e dw i t h o c t a d e c y l t r i c h l o r o s i l a n e ( o t s ) i nd r yt o l u e n e ，t h e m o c t a d e c y l s i l a n ( o d s ) w a sp r o d u c e d i nt h i sr e a c t i o n ，t r i m e t h y l c h l o r o s i l a n e ，t m c s w a su s e dt oc a pt h ef r e eh y d r o x y lg r o u p s t h ep r o d u c tw a sc h a r a c t e r i z e db yf o u r i e r t r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s c o p y , ，f t i r t h et h e o r i z e dp l a t eh e i g h t f 1 0 wv e l o c i t v c u r v e s ，p l a t en u m b e r , a s y m m e t r yc o e 硒c i e n ta n dr e t e n t i o nc o e f f h c i e n to ft h ep r o d u c t w a se v a l u a t e dc h r o m a t o g r a p h i c a l l ya f t e rt h ep r o d u c tw a ss t u f f e di n t oa p o l eb yh i g h p e r f o r m a n c e l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y ，h p l c f i n a l l yt h ea p p l i c a t i o n o ft h e h o m e m a d eo d sf o rm s p da n dt h ee c o n o m i c a l a v a i l a b i l i t yo ft h ep r o d u c tw a s e v a l u a t , ：e d r e s u l t ss h o wa st h ef o l l o w i n g ： 1 i ti sa s i m p l em e t h o df o rt h ep r e p a r a t i o no fab o n d e do c t a d e c y lp h a s ew h i c h h a sl a r g ep a r t i c l ea n dh i g he x t e n to f c o v e r a g eo ft h eb o n d e dp h a s e 2 a f t e re m b e l l i s h e dc h e m i c a l l yt ot h es u r f a c eo fs i f i c a g e l ，t h es i o hi ni t s s u r f a c eh a sr e a c t e dw i t ho t s ，a n da l k a n eh a sb e e nb o n d e dt oi t s s u r f a c e c o m p a r e d w i t ht h ec o m m e r c i a l m a t e r i a l ，t h eh o m e m a d em a t e r i a l a p p r o x i m a t e s i ni t s c h r o m a t o g r a p h i cp r o p e r t i e saw i d e l ya v a i l a b l ec o m m e r c i a l 3 t h em s p d t e c h n i q u ew a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h ee x t r a c t i o no fc a r b a r y l f r o mt h er i c e t h er e c o v e r yo fc a r b a r y l w a s ( 8 2 6 + 3 8 ) i ti sp r o v e dt h a tt h e h o m e m a d em a t e r i a lc a nb eu s e da st h ed i s p e r s e rf o rm a t r i xs o l i d - p h a s ed i s p e r s i o n k e y w o r d s ：m a t r i xs o f i d p h a s e d i s p e r s i o n ，o c t a d e c y l s i l a nb o n d e dp h a s e ， f o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s c o p y , l i q u i dc h r o m a t o g r a p h y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛都理王态堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学雠文储聊虢扔决 一虢 东纠耳凋年歹月莎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛壑堡王太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛都理工太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 客利珥 fj 沙刁年 厂月 够7 日 第一章引言 1 1 研究现状 第一章引言 基质固相分散( m a t r i xs o l i d p h a s ed i s p e r s i o n ，m s p d ) 是b a r k e r 等”1 在1 9 8 9 年提出并给予理论解释的一种快速样品处理技术，是一种崭新的s p e 技术，可 同时分散和萃取固体、半固体样品。自提出以来，m s p d 在各个领域得到广泛 应用，尤其是在食品中药物、毒物的安全分析中，显示出独一无二的特性【2 】。 m s p d 处理样品耗时短、节省溶剂、样品用量少，引起分析界的广泛关注， 大多m s p d 的固相分散剂使用反相材料，特别是十八烷基硅烷( o c t a d e e y l s i l a n ， c 1 8 ，以下简称o d s ) 键合相和c 8 键合相，现有的报道【3 弗】中绝大多数使用的o d s 都是购买的成品；有些报道使用c n p r 和正相材料，后者为极性相，分离极性 分析物，而反相材料则分离亲脂性实体。毫无疑问，键合相的种类和性质在 m s p d 中具有重要作用。亲脂性键合相对样品的分离和分散发挥实质作用，它 可导致形成类似细胞膜双分子层集合的新相，赋予m s p d 独特的层析性质。 1 1 1m s p d 的常用固相分散剂及其合成方法 鉴于m s p d 萃取实质上是一种液相色谱的分离，故原则上讲，可作为液相 色谱柱填料的材料都可作固相分散剂。但是，由于液相色谱的柱压可以较高， 要求柱效较高，故其填料的粒度要求较严格，粒径一般为3 - 1 0 9 m 。对填料的 粒度分布要求也很窄。m s p d 柱上一般不加压或所加压都不大，分离目的只是 把目标化合物和基体分开即可，柱效要求一般不高，故作为m s p d 的固相分散 剂都较粗，一般4 0 9 m 即可用，粒径分布要求也不严格。常用的固相分散剂有： o d s 键合相、c 8 键合相、氰基键合相、硅胶、硅藻土、弗罗里硅土、a 1 2 0 3 等。 1 1 1 10 d s 分散剂的合成方法 硅胶的硅烷化表面修饰方法大体上可以分为3 种，即液相法、气相法、自 组装法【9 】。 ( 1 ) 液相法 液相法就是键合相硅胶的合成是在溶液中进行，按照反应介质是否有水的 存在，又可分为水体系法和非水体系法2 种。键合相硅胶的合成，可以在水相 成都理工大学硕士学位论文 中进行( 如以烷基硅烷为硅烷化试剂) ，也可在非水相中进行。但是，从分散剂 性能上讲，还是以非水相为好【1 0 1 。 水体系法 硅胶进行硅烷化时是在含水的介质中进行的，如水、水乙醇、水丙酮， 节省了大量溶剂，因此工业规模合成硅烷化化硅胶常用这种方法。水体系法反 应是硅烷化试剂中的卤素或烷氧基首先水解，自身缩合，再覆盖到硅胶表面。 水解生成的羟基与硅醇基形成氢键，在加热的条件下使氢键脱水即得到烷基键 合相，覆盖层分子可以在水平方向和垂直方向进一步发生聚合，最后得到具有 三维网状结构的硅胶键合相。水体系法过程难以控制且覆盖层厚度重复性差， 虽然在水介质中添加一些如乙醇、丙酮等有机溶剂可以得到改善，但效果不是 很明显，所以该法在实验室中不宜使用。 非水体系法【1 1 小l 该法一般在有机溶剂中进行，由于没有水的存在，硅烷化试剂不会因水解 而产生自身聚合，硅烷化试剂中的卤素或烷氧基直接与硅醇基反应，所得到的 产物具有良好的热和化学稳定性，且重复性好，操作过程简单，因此在实验室 中被广泛使用。在非水相有机溶剂中合成反相硅胶，通常包括硅胶预处理、溶 剂与试剂的预处理及硅烷化反应三个步骤【1 6 1 。在硅烷化时加入一些有机碱作为 催化剂，可促进硅烷化的进行，同时大大提高产物的碳键合量。对于含有氨基 的硅烷化试剂，由于其中的- n h 2 自催化作用，可不必再另加催化剂。 ( 2 ) 气相法 该法是指将一些易挥发的改性剂在一定压力和温度下挥发成气态，然后被 硅胶吸附进行反应，实现对硅胶的修饰。气相法又可因改性气体是否在硅胶表 面上流动而分为静态吸附法和动态吸附法。对于静态反应，改性气体相对于硅 胶表面没有流动，反应属于热力学控制，反应速率在一定压力下主要受平衡常 数的影响；而对于动态吸附，改性气体不断通过硅胶表面进行反应，具有动力 学特征，可通过反应温度和气体流速来调节反应速率。气相法比液相法更容易 得到重复性很好的键合相，而且仔细控制反应条件，可以得到“真正”单层键合 相，但所得键合相柱容量不高且反应不易操作，限制了其应用。 ( 3 ) 自组装法 自组装法是利用l a n g m u i r - - b l o d g e t t 成膜技术，即使一些极性较大的分子 在与其不互溶的溶剂表面上形成一层高度有序的液膜，然后把底物插入或浸入 溶剂中，则单分子层液膜自动吸附在底物上，形成一层致密的单分子膜。在自 组装实验过程中，底物的表面处理工作很关键，因为该方法的主要特征就是把 改性试剂从有机溶剂中“覆盖”到洁净的底物上。所以，要想在硅胶表面形成 2 第一章引言 一层光滑、完整的单分子改性层，需先把硅胶置于硝酸或过氧化氢硫酸溶液 中煮沸一段时间，以除去表面的有机物质及金属杂质。然后用二次去离子水漂 洗至中性，再用纯净氮气吹干。表面处理完后，严格控制湿度使洁净的硅胶表 面上吸附一层单分子水以确保硅烷化试剂只在硅胶表面上进行自身缩合反应， 最后过滤、清洗得到自组装产物。装得到的膜非常均匀，致密、有序，且硅醇 基被完全覆盖，因此，用自组装方法得到的填料具有很好的色谱性能，且在酸 性和碱性条件下稳定。如果引入的烷基链太长时，由于含碳量太高，会导致色 谱选择性下降，m a r y 等人用长链和短链的硅烷化试剂与硅胶混合反应，以降低 产物含碳量，这样既保留了自组装反应的优点，又提高了色谱选择性。 1 1 1 2 氰基键合相分散剂的合成方法 以硅胶为基质，键合以极性基团c n 而合成的分散剂称为氰基键合相。 其合成方法有表面修饰及整体修饰之分。在表面修饰路线中，与反相键合相不 同的是，氰基键合相的合成多采用硅胶与烷氧基硅烷的反应。合成分两步，第 一步为硅胶与烷氧基硅烷化试剂的反应，在硅胶表面引入适当的基团，第二步 则通过相应的取代反应引入氰基。由于反应系液一固反应，而且往往存在有较大 的位阻效应，所以取代的程度小于均相反应，配基浓度一般较低。 1 1 1 3 硅胶分散剂的合成 硅胶的合成通常是按照：反应一胶凝一老化一洗涤一浸泡一干燥一焙烧的 流程进行的。目前在国际上，由于h p l c 及高效催化等多项需要，硅胶等多孔 性微球的合成已得到广泛开发；自7 0 年代到9 0 年代初近2 0 年的时间里，先后 有5 0 多项关于多孔性硅胶微球的专利。根据硅胶合成的不同技术原理，可将它 们分为3 类：( 1 ) 堆积硅珠法；( 2 ) 溶胶凝胶法( s o l g e l ) ；( 3 ) 喷雾干燥法。但 生产出的产品，或粒径不均匀，或粒径分布过宽，工艺复杂，且需进行粒度分级。 u n g e r 等用水玻璃( 即硅酸钠的水溶液) 在一定条件下形成s i 0 2 的胶体溶液， 再以各种方法将其集聚成所需球形粒子并转化为干凝胶，即为多孔硅胶。此外， 还有人1 1 ”利用正硅酸酯的缩聚和s i 0 2 气溶胶水溶液的喷雾干燥法，制取高性能 的硅胶；刘国诠等人成功地利用尿素、甲醛相分离的堆积硅珠法，结合中途终 止工艺方法合成出粒径均匀的氧化物多孔微球。一般情况下，适当浓度的硅溶 胶与一定比例的尿素和甲醛配成水溶液，搅拌均匀令其产生缩聚反应，待反应 到一定程度后产生相分离而从水溶液中沉淀出聚集硅微珠与尿素甲醛树脂的复 合球，将这种复合球收集、洗涤并在高温炉中煅烧，令树脂等有机物分解逸去， 剩下的就是多孔硅胶微球。此外还可在醇溶液中，加入适当催化剂，通过硅酸 聚合成核和核心的生长，最终获得硅球。此法的关键是在已有生长过程中不再 产生新的生长核心【墉j 。 成都理工大学硕士学位论文 1 1 1 4 硅藻土分散荆的合成方法 在天然硅藻土中加入木屑及少量黏合剂于9 0 0 c 左右煅烧，就得到红色硅 藻土分散剂。如果将天然硅藻土经盐酸处理后干燥，再加入少量碳酸钠助熔剂 在1 1 0 0 c 左右煅烧，就得到白色硅藻土分散剂。 1 1 1 5a 1 2 0 3 分散剂的合成方法 通常，利用水合氧化铝的再沉淀工艺以合成不同化学组成和相组成的氧化 铝。将水合氧化铝溶于酸，再以碱中和，使氢氧化铝沉淀出来并与杂质得到部 分分离。以不同的煅烧工艺，可以得到具有不同水含量、不同相及不同孔结构 的氧化铝。用作吸附材料和色谱填料基质的氧化铝主要是y - 氧化铝，其热处理 温度小于6 0 0 。 1 1 2 分散剂的表征 分散剂，特别是反相材料的含碳量，常被用来表征表面化学修饰的程度。 现代的元素分析仪可用于化学键合硅胶中c 、h 和o 等含量的测定，其检测极限 约为0 2 - - 0 3 。 红外分光光谱技术曾用于研究硅胶及键合相硅胶。但收效甚微，直n 2 0 世 纪8 0 年代，利用傅立叶转换红外光谱( f t i r ) 大大提高了信噪比，才使得f t i r 技术真正能用于键合相硅胶的研究。 固体核磁用于反相材料的表征，始于1 9 8 0 年。m a c i e l 和s i n d o r y 首次以”s i c p m a sn m r 技术研究了硅胶的表面。利用2 9 s i 谱，可以清楚地显示硅胶表面 上的硅羟基以及不同种类的键合配基。除2 9 s i 谱外，1 3 c 谱，1 h 谱也经常用于硅 胶的表征。 除了进行分散剂的化学结构、化学性质的表征，还需进行色谱性能的评价。 考察在分散剂装柱后柱效( 理论塔板数或理论塔板高度) ，对指定溶质的峰的不 对称性以及保留因子等指标。 1 1 3m s p d 技术的研究现状 1 1 3 1m s p d 的原理 m s p d 方法是1 9 8 9 年首次提出是用来处理动物组织样品，该样品与涂溃有 o d s 等的各种聚合物担体固相萃取材料一起研磨，得到半干状态的混合物并将 其作为填料装柱，然后用不同的的溶液淋洗柱子，将各种待测物洗脱下来。其 依据是采用脂溶性材料( o d s ) 破坏细胞膜并将组织分散，o d s 充当分散剂。 4 第一章引言 在硅胶固相萃取材料表面键合有机相，与传统方法使用砂子做吸附剂类似， 在样品与固体材料搅拌的过程中，利用剪切力作用将组织分散。键合的有机相 犹如溶剂或洗涤剂一样，将样品组分溶解和分散在支持物表面。这大大增加了 萃取样品的表面积，样品按各自极性分布在有机相中，如非极性组分分散在非 极性有机相中，这受此过程的动力变化影响。小的、极性分子( 水) 与硅胶粒 子上的硅烷醇结合，也可与基质组分形成氢键；大的、弱极性分子则分散在多 相物质表面。显微扫描电镜观察可证明m s p d 方法对样品基质分离分散效果明 显【1 9 1 。 1 1 3 2m s p d 的优点 m s p d 是在常规s p e 基础上发展起来的，并很快实现了商品化，可以不用 萃取溶剂，是真正意义上的固相萃取。m s p d 依靠机械剪切力、o d s 键合相的 去垢效应和巨大的表面积使样品结构破碎并且在填料表面均匀分散，浓缩了传 统的样品前处理中所需的样品匀化、组织细胞裂解、提取、净化等过程，避免 了样品均化、沉淀、离心、转溶、乳化、浓缩等造成的被测物的损失，而且固 定相处理样品的比容量大，提取净化的效率较高。 m s p d 适用于农药的多残留分析，特别适合于进行一类化合物或单个化合 物的分离，内源物或外源物均可。除动物组织外，还适合于植物样品。m s p d 首先提高了分析速度，使现场监测成为可能，其次m s p d 更适用于自动化分析。 1 1 3 3m s p d 的萃取过程 m s p d 所需装置非常简单，粘性、半固体或固体样品与固体吸附材料在研 钵中充分的搅拌，达到完全分离分散。因为硅胶吸水，所以样品不会很稀，将 混合样品转移到层析柱或注射器中，进行层析洗脱，以分离目标分析物或其它 样品成分。这个基本方法已被证明可以在大范围的食品基质和不同类型分析物 中广泛应用【2 0 】。 m s p d 采用小样品容量( 大约0 5 9 ) 与2 9 固相吸附剂( 支持物：样品的比 例为4 ：1 ) 一同放入研钵中研磨，通常使用c 8 或o d s 材料，研钵与研棒应该用 玻璃的，因为瓷的或其它多孔渗水材料会使被分析物或样品损失。象牛奶或血 等粘稠样品，应放在试管中搅拌，用平勺或其它类似物将样品与支持物混合。 固体样品先匀浆均质后用类似方法处理。一旦m s p d 混合过程完成后，混合物 装入柱中，柱予由注射器或其它类似装置改装而成，柱底放一滤纸片，以免样 品损失。在样品上方放另一滤纸片，用注射器活塞将样品压紧。层析过程中经 典的理论仍适合于m s p d ，一是装柱时要防止起泡和缝隙的产生，二是避免过 分挤压柱中的材料。 m s p d 就其根源来说m s p d 是色谱的一种形式，符合其一般原则。但m s p d 与其它色谱形式如s p e 不同，它独特之处在于将样品中的成分分离分散在固体 5 成都理工大学硕士学位论文 表面键合的有机相中，随后作为填料装柱，目标分析物被溶剂洗脱。不象s p e 或其它层析形式，样品彻底分散在柱中，变成整个层析系统的一部分，本质上 m s p d 利用样品充分的分离分散过程，创造了独一无二的层析技术。 1 1 3 4m s p d 的应用 m s p d 在样品分离萃取中的应用相当普遍。它已被应用到人血、动物组织、 奶、苹果、桔子、梨、土豆、生菜等样品的安全分析中。m s p d 最频繁的使用 是从牛奶和动物组织中分离药物。最近m s p d 被发现应用在除草剂，农药和其 它果蔬及加工产品的污染物中。m s p d 技术被用来检测果蔬，牛奶，油等的农 药残留，m s p d 也被证明可在单一样品中分离一类或几类药物多残留。 1 1 3 4 1m s p d g c 奉夏平等【7 】采用一种新的样品前处理方法基质固相分散( m a t r i x s o l i d p h a s ed i s p e r s e ，m s p d ) 替代传统的液一液萃取、固相萃取，从蔬菜水果中 提取、净化三种类型3 1 种常用农药残留( 包括1 1 种有机氯、5 种拟除虫菊酯、 1 5 种有机磷) ，用g c 。e c d 和g c f p d 分析检测，用g c m s ( s i m ) 进行确证。 3 1 种农药的回收率在8 0 4 1 1 2 7 之间，相对标准偏差小于1 0 。申中兰 等【2 1 】建立了用弗罗里硅土作基质固相分散剂的加速溶剂萃取、并以灭蚁灵 ( m i r e x ) 为内标的快速、同时测定土壤中1 6 种有机氯农药的气相色谱法。加速 溶剂萃取仪在1 0 0 ，1 0 3 m p a 用正己烷和丙酮( 1 ：1 ，v 厂v ) 静态提取样品1 0 m i n ， 0 0 1 0 9 g 加标水平回收率为7 7 3 1 0 1 3 。 m u e e i o 等人阱】利用m s p d 对蔬菜水果中的1 3 种拟除虫菊酯类农药残留进行 提取净化，使用轻油- - 氯甲烷( 体积比为7 5 2 5 ) 进行淋洗，避免了其他分离 方法中经常出现的乳化现象，最后用g c e c d 进行检测，检出限为 o 0 8 - 0 8 2 m g k g 。 1 1 3 4 2m s p d g cm s 一种快速的、农药多残留检测方法m s p d - - g c m s 被a l b e r o 等1 2 3 1 研究， 并应用在胡萝卜汁、葡萄汁和多种蔬菜汁中的1 5 种农药残留检测上。他们以弗 罗里硅土作基质固相分散剂，讨论了使用乙酸乙酯作萃取剂超声波萃取对回收 率的影响。实验表明，采用超声波萃取果汁的回收率提高了4 - - 1 3 ，这种作 用在浓的果汁检测中尤为明显。 胡小钟等【2 4 】建立了浓缩苹果汁样品中2 2 种有机氯农药和1 5 种拟除虫菊酯 类农药的气相色谱质谱检测方法。采用基质固相分散技术进行样品前处理，用 气质联用仪在选择离子监测模式下进行快速定性定量分析，以双柱法对定性结 果进行确认。研究了一定浓度范围内农药峰面积与浓度的线性关系，相关系数 均好于o 9 9 。除六氯苯外其余3 6 种农药的添加回收率在7 0 4 - 1 0 8 3 的范围 6 第一章引言 内，相对标准偏差在2 1 之4 9 。 1 1 3 4 3m s p n - i c 杨容【2 5 】。【3 0 】等近年来研究了应用基质固相分散( m s p d ) 高效液相色谱法测 定小麦、水稻等食物中痕量呋喃丹、异丙威、溴氰菊酯、克百威、抗蚜威和双 甲脒残留物的新方法，并讨论了应用m s p d 技术进行前处理与传统残留分析的 区别。实验将m s p d 技术用于食物中呋喃丹等农药残留物的高效液相色谱分析， 并对定量检测条件作了详细的研究。 张素霞等【3 j 以基质固相分散( m s p d ) 和高效液相色谱为基础，建立了猪肌 肉组织中磺胺类药物多残留快速分析法。将o 5 9 猪肌肉组织与适量o d s 键合 相混合，研磨，制成半固态装柱，磺胺类药物经二氯甲烷洗脱后直接用反相高 效液相色谱测定( u v ：2 7 0 h m ) 。在0 1 o 5 m g k g 添加浓度范围内7 种磺胺类药 物的平均回收率为7 0 6 社2 0 3 ，检测限为0 0 1 - 4 ) 1 m g k g 。他们还建立了牛肌 肉组织中苯并咪唑类药物和牛奶中四环素类药物的m s p d h p l c u v 分析方法 【4 5 1 。 1 1 3 4 4m s p d l cm s f e m 锄d e z 【3 1 l 等在使用基质固相分散( m a t r i xs o l i d p h a s ed i s p e r s i o n ，m s p d ) 技术基础上，采用l c m s 联用分析了洋葱、西红柿、葡萄等水果蔬菜中的1 3 种氨基甲酸酯类农药，系统地比较了c 1 8 ( o d s ) ，c 8 ，氰基( c y a n o ) ，苯基 ( p h e n y l ) 和胺基( a m i n e ) 等基质柱对抗蚜威( p i r i m i c a r b ) 、灭虫威( m e t h i o e a r b ) 、 西维因( c a r b a r y l ) 、残杀威( p r o p o x u r ) 等氨基甲酸酯类农药的分散效果，并 讨论了h p l c m s 参数的优化。测得平均回收率为6 4 一1 0 6 ，平均检出限为 o 0 0 1 - - , 0 o l m g k g ，这比e u 的m r l s 要低1 0 1 0 0 倍。 s a r ab o g i a l l i 3 2 1 等报道了用热水作萃取剂的m s p d 技术与l c m s 联用相结 合测定牛奶中氨基甲酸酯类农药残留物。文中，他们研究了萃取剂的温度、体 积、流速等方面对样品回收率的影响。由于样品的绝对回收率在7 6 , - - 1 0 4 之 间波动，相对标准偏差不超过8 ，因此9 0 的热水是一种非常好的萃取剂。 当信噪比为1 0 时，残杀威( p r o p o x u r ) 和抗蚜威( p i r i m i e a r b ) 的定量限估计值 分别为o 0 0 3m e d k g ，o 0 0 8m g k g 。 r u i z 等【3 3 j 采用基质固相分散与h p l c e s m s 联用技术定性、定量检测了 生物制品中的微囊藻毒素。实验中，他们对m s p d 萃取条件进行了优化，得出 当以c 1 8 键合硅胶作固相分散剂，甲醇与水( 7 0 ：3 0 ，v ) 的混合液为洗脱液， 萃取5 0 0 r a g 的肝或肾样品时，能取得最佳的萃取效果。 1 1 3 4 5 小结 m s p d 可以避免l l e 的一些缺点，例如避免了大量有毒溶剂的使用，而且 7 成都理工大学硕士学位论文 还可以减少与农药一起流出的共萃物。它们具有分离效果好，分析速度快，样 品、萃取溶剂以及填料用量少等优点。在水果蔬菜的农药残留分析中，m s p d 已经逐步取代了l l e ，成为主要的提取净化方法。其应用情况见下表： 表1 1m s p d 的应用 检测限参考 被分析物基质固相分散剂洗脱剂 检测方法( , g k g 文献 农药桔子 c t s乙酸乙酯 g c - e c d2 - 1 7 03 4 杀菌剂和水果蔬c l s 杀虫剂菜 有机磷农水果 c 8 药 乙酸乙酯 g c e c d m s5 - 5 0 3 5 乙酸乙酯 g c m s 抗组胺药老鼠粪 c 1 s甲醇l c f l d 1 0 舢a s t i n e 便 磺胺药物鸡肉氧化铝乙醇，水( 7 ：3 ) l c u v 3 1 6 阿伏霉素 肾样品h y d r o m a t r i x 硅藻土+ 农药 x a d 7 树脂 ( 2 + 2 ) 桔子 c 8 酚酸类化香脂草 合物 黄曲霉索花生 黄酮类化 合物 黄烷酮、 氧杂蒽酮 紫云英 根 柘橙根 皮 c l s c t s c t s 砂土 3 6 3 7 3 8 e t o h 一2 1 5 h p l c - u v3 9 m m 磷酸三乙 基胺( 3 ：7 ) ， 7 5 ，5 m p a 二氯甲烷l c m s 3 1 0 04 0 甲醇水( 8 ：2 ) l c - u v p h 2 5 乙腈l c - f l d 4 0 - - 1 5 0 甲醇，水( 9 ：i ) l c u v m s 二氯甲烷l c u v 2 9 0 0 4 1 4 2 4 3 4 4 农药苹果汁 硅藻土正己烷一二氯 g c - m s2 1 84 5 1 2 研究意义 从上面对m s p d 应用的小结中可以看出，o d s 键合相是在m s p d 中最常使 用的固相分散剂，而现有的报道【3 吲中绝大多数使用的o d s 都是购买的成品，其 成品价格较高，对于一般实验室来说成本太高，不太适合。并且由于o d s 主要 应用于高效液相色谱，其粒径一般小于4 0 “m ，而m s p d 用o d s 使用最多的粒径 范围是4 旺1 0 0 岫。对于购买粒径大于4 0 “m 的o d s 商品也不方便，大粒径o d s 8 第一章引言 分散剂一般为进口产品，国产产品由于技术等原因一般不生产。商品o d s 价格 昂贵，其粒度使用受限，使得实验室合成大粒径的m s p d 用o d s 便具有了实用 意义。 通过本课题的研究不仅可使大粒径的m s p d 用o d s 以更经济、更实用的方 法在实验室合成，同时有利于m s p d 这一样品前处理方法的应用推广，实现固 体、半液体样品的分析自动化。 9 成都理工大学硕士学位论文 第二章实验内容 2 1 实验仪器及实验试剂 2 1 1 实验仪器 傅立叶变换红外吸收光谱仪( t e n s o r 2 7 ，b r u k e r ，德国) ； 岛津高效液相色谱仪：输液泵l c 一1 0 a t v p ( 2 台) 、检测器s p d m 1 0 a v p 、柱 温箱c t o 1 0 a s v p 、中央控制器s c l 1 0 a v p ，t 作软件c l a s s v p 6 o ； 调温电热套( 北京中兴伟业仪器有限公司) ； 精密增力电动搅拌器( j j 1 型，金坛市富华仪器有限公司) ； 手提式真空泵( a p 0 1 p 型，天津奥特塞恩斯仪器有限公司) ； 恒温干燥箱( 成都科析仪器成套公司) ； 电光分析天平( 精度1 1 0 0 0 0 0 ，北京科学仪器厂) ； 分析柱：y w g c 1 s ( 1 0 x 4 6 m mi d ，1 0 i t m ) ； 超声波清洗器( k q 2 2 0 0 d b 型数控超声波清洗器，昆山市超声波仪器有限 公司) 。 2 1 2 实验试剂及药品 柱层层析硅胶( 试剂级，1 0 0 1 4 0 目，粗孑l z c x i i ，青岛海洋化工厂分厂) ； 十八烷基三氯硅烷( o t s ，f l u o r o c h e m l t d ( 氟多多公司) ，英国) ； 三甲基氯硅烷( t m c s 。f l u o r o c h e ml t d ( 氟多多公司) ，英国) ； 西维因( 9 9 ，e h e m s e r v i c ei na m e r i c a ) ； 甲苯( 分析纯，成都市科龙化工试剂厂) 经无水氯化钙干燥后蒸馏备用； 硝酸( 分析纯，成都市露澄化工试剂厂) ； 硫酸( 分析纯，成都市露澄化工试剂厂) ；吡啶( 分析纯) ； 乙腈( 分析纯，上海陆都化学试剂厂) ；氢氧化钾( 分析纯) ； 高锰酸钾( 分析纯) ；无水氯化钙( 分析纯) ； 甲醇( 色谱纯，山东禹王实业有限公司禹城化工厂) ； 甲醇( 无水分析纯，天津化学试剂六厂三分厂) 蒸馏备用： 1 0 第二章实验内容 实验室用水为实验室自制重蒸水。 2 2 实验操作程序 2 2 1m s p d 用o d s 合成流程图 图2 1m s p d 用0 u s 合成流程图 成都理工大学硕士学位论文 本论文欲合成的m s p d 分散剂为o d s ，即c 1 8 键合相硅胶，其合成流程是 基于文献【1 1 】而建立起来的。原文献使用的基质是小粒径硅胶b ，而本实验为 合成m s p d 用o d s 使用的是大粒径的无定形柱层层析硅胶。 2 2 2 硅胶的酸处理过程 称取6 0 9 无定形硅胶( 试剂级，1 0 0 1 4 0 目，粗孔z c x i i ) ，再分别量取1 0 0 m l 浓硝酸和1 0 0 m l 浓硫酸加入( 先加浓硝酸后加浓硫酸) ，在装置有回流冷凝管 及桨式搅拌器的2 5 0 m l 三口烧瓶中迸行酸洗处理。于1 1 0 油浴加热回流，同时 搅拌，处理时间1 2 h 。处理完毕后，室温冷却，以4 “砂芯漏斗抽滤，用蒸馏水洗 涤至洗出液呈微酸至中性( p h ：5 5 7 o ) ，用4 0 砂芯漏斗抽滤，然后置于烘箱 中于1 1 0 c 于燥1 2 h , 冷却后保存于于燥器中备用。 2 2 3 溶剂与试剂的预处理 本实验以甲苯作为溶剂，故对甲苯进行了如下处理：把无水氯化钙加入甲苯 中进行干燥，静置2 4 h ，把经干燥处理后的甲苯倒入装置有回流冷凝管的圆底烧 瓶中，用调温电热套加热，在1 1 0 下回流。经过重蒸馏后的甲苯密封保存好以 备用。 2 2 4 硅烷化反应 把经酸处理的干燥硅胶放入置有回流冷凝管及桨式搅拌器的2 5 0 m l = 口烧 瓶中，量取1 6 0 m l 无水甲苯加入，再量取1 8 m l 十八烷基三氯硅烷( o t s ) 加入， 于11 0 c 油浴中加热回流，同时搅拌，反应1 4 h 。反应结束后室温冷却，用无水 甲苯少量多次洗涤至中性以除去过量o t s 以及副反应产物，过滤，弃去滤液。 2 2 5 封端反应 将硅烷化反应后的产物放k 2 5 0 m l 烧杯中，再加入5 0 乙腈永溶液( 溶液 呈棕黄色) ，室温下搅拌2 h 。反应完后用蒸馏水洗涤，抽滤，干燥。把经过水 解的干燥产物置于配有回流冷凝管及桨式搅拌器的2 5 0 m l 三口烧瓶中。分别量 取9 0 m l 无水甲苯和1 0 m l 三甲基氯硅烷( t m c s ) ，两者混合均匀后，加入到盛 有硅烷化产物的三口烧瓶中，于1 l o 油浴加热回流，同时搅拌，反应2 h 。反应 结束后室温冷却，依次以干燥的甲苯、未经干燥的甲苯和甲醇洗涤。最后置于 第二章实验内容 烘箱中于1i o c 干燥3 h , 冷却后保存于干燥器中备用。 2 2 6 红外吸收光谱表征 分别取些许干燥的经酸处理的硅胶、硅烷化产物、最终产物( 合成o d s ) 粉末，进行红外吸收光谱检测。 2 2 7 色谱性能准备实验 2 2 7 1 色谱柱的准备 使用有机硬管将色谱柱内的固定相取出来，然后用超声波清洗仪在水中清 洗3 小时，最后干燥备用。 2 2 7 2 色谱柱填装方法 采用干法填装制备液相色谱柱，首先三次每次加入相当于柱长三分之一量 的填料，然后在实验台上垂直轻轻磕二十几下，续加一些填料后，重复上述操 作，直至填装完成。 分别取适量以干燥原料、硅烷化产物、合成o d s 为填料，按上述方法填装 成色谱柱。 2 2 8 色谱性能测试 精密量取吡啶l m l 于5 0 m l 容量瓶中，用重蒸水定容得浓度为0 2 0 1 0 5 儿l l 的毗啶储备液。 移取l m l 吡啶储备液于1 0 0 m l 容量瓶中，用重蒸水定容得浓度为 0 2 0 x 1 0 3 “u l 的吡啶标准溶液。 2 2 8 1 流动相配比实验 流动相组成是甲醇和重蒸水，将甲醇浓度从5 0 依次增大到9 0 ，在每个 浓度的流动相平衡柱子后，进样1 0 l 浓度为o 2 0 x 1 0 3 p l l 的吡啶标准溶液，观 察实验结果。 2 2 8 2 最佳波长设定 采用色谱软件设定不同的检测波长比较吡啶最大吸收峰的变化情况。 2 2 8 3 流速实验 在最佳流动相配比下( 甲醇：水( v v ) = 8 0 ：2 0 ) ，在0 5m l m i n ，1m l m i n ， 1 5m l m i n 的流速下，进样1 0 皿浓度为o 2 0 x 1 0 3 肛l l 的吡啶标准溶液，观察 结果。 2 2 8 4 在最佳条件下获得相关参数的实验 1 3 成都理工大学硕士学位论文 将分别以干燥的硅胶、半成品、成品为填料，填装成的色谱柱为分析柱， 在最佳流动相配比甲醇：水( v v ) = 8 0 ：2 0 、温度3 0 c 、检测波长2 5 4 n m ，流 速为l m l m i n 条件下，进样1 0 “l 浓度为0 2 0 1 0 3 肛l l 的吡啶标准溶液，记录数 据，获得保留因子、不对称因子和塔板数等参数。 2 2 9m s p d 的应用实验 2 2 9 1 色谱条件 流动相：甲醇水( 5 0 5 0 ，v ) ；流速：1 0 m l m i m 检测温度：2 5 c ； 进样体积：2 0 “l ；d a d 检测波长：2 2 8 n m 。 2 2 9 2 标准曲线的绘制 准确称取0 0 0 5 2 9 西维因，用甲醇溶解配制成2 0 8 1 0 2 m g l 的储备液，并放 置在冰箱中4 c 下保存。用重蒸水将西维因储备液稀释，配制标准溶液系列为 ( m g l ) ：o 1 、o 2 、0 5 、1 0 、2 0 ，用以绘制标准曲线。 2 2 9 3 加标回收实验 2 2 9 3 1 样品制备 将汉中大米研碎，过1 0 0 1 4 0 目筛后，于干燥器中保存。称取2 9 0 d s 分散剂 置于玻璃研钵中，取0 5g 大米加至o d s 分散剂上，用玻璃杵轻轻研磨3 0 s ，使样 品与分散剂均匀混合；将样品放入5 m l 玻璃注射器中，上下各垫一滤纸片，然 后用注射器塞加压至最后