石墨烯量子點磁性復合納米粒子分散固相微萃取

發布時間：2019-10-24 18:38 原文鏈接：石墨烯量子點磁性復合納米粒子分散固相微萃取

石墨烯量子點磁性復合納米粒子分散固相微萃取-毛細管電泳法測定肉桂酸及其衍生物

肉桂酸及其衍生物是一種重要的香料, 廣泛存在于多種中藥材中, 是健胃、袪風、抗糖尿病的有效成分^[1], 同時具有抗氧化性、抗微生物活性、抗癌性等重要的臨床應用價值, 已被廣泛應用于醫藥品和食品添加劑中^[2, 3]。由于醫藥品、食品等樣品中肉桂酸及其衍生物的含量較低, 且樣品基質復雜, 需要對樣品進行前處理, 以消除基質干擾, 從而提高檢測靈敏度。磁性納米顆粒作為一種新型的萃取材料, 因具有較大的比表面積和外加磁場下的可操控性, 被越來越多地應用于樣品前處理中^[4]。目前, 通過修飾和包覆磁性納米材料表面使其具有吸附特性是制備磁性萃取材料最常用的手段。

石墨烯量子點(GQDs), 作為一種新型量子點, 其獨特性質由石墨烯和量子點的性質共同決定。GQDs的粒徑小于100 nm, 厚度為0.5~1.0 nm, 表面含有羥基、羧基、烷氧基等含氧基團, 具有良好的水溶性^[5-8]。當GQDs的粒徑減小到10 nm時, GQDs擁有顯著的量子限制效應和邊緣效應^[9, 10], 并能夠使GQDs產生光致發光性能和上轉換發光性能等新的理化性質^[11]。目前關于GQDs的研究熱點主要集中在物理性質方面, 特別是電子結構和電學性質, 并在生物成像^[12-15]、光電器件^[16, 17]、生物傳感^[18, 19]等領域展現出了廣闊的應用前景。由于GQDs結構中含有離域的π電子體系, 可以和苯環形成強的π -π作用力, 預示著它可能是一種對含有苯環的物質具有較強吸附作用的吸附劑。

基于GQDs和磁性納米粒子的優點, 本研究以具有良好順磁性的Fe₃O₄納米粒子作為GQDs的固相載體, 采用一步化學共沉淀法合成了Fe₃O₄-GQDs磁性復合納米粒子, 并將其用作分散固相微萃取劑, 以快速富集5種肉桂酸及其衍生物(肉桂酸、3, 4-二甲氧基肉桂酸、4-甲氧基肉桂酸、阿魏酸、反-4-羥基肉桂酸), 并采用毛細管電泳法(CE) 進行定量分析。通過優化影響萃取效率的關鍵因素(包括吸附時間、吸附劑用量、樣品pH、脫附時間), 發展了一種快速、高效的肉桂酸及其衍生物的檢測方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

IFS120HR傅里葉變換紅外光譜儀(Bruker, 德國); 449F3同步熱分析儀(Netzsch, 德國); VairoEL元素分析儀(Elementar, 德國); 7410振動樣品磁強計(Lake Shore, 美國); 貝克曼P/ACE MDQ毛細管電泳系統(Fullerton, CA, USA); 熔融石英毛細管(75 μ m i.d.，375 μ m o.d.，總長48 cm，有效長度40 cm, 河北永年縣銳灃色譜器件有限公司)。

鱗片石墨粉、磷酸二氫鉀、十水合四硼酸鈉、氯化鋇購自國藥集團化學試劑有限公司; 濃硫酸、濃硝酸、濃鹽酸、氫氧化鈉、氨水均購自天津市百世化工有限公司; 大孔樹脂柱購自西安藍曉科技新材料股份有限公司; 六水合三氯化鐵(FeCl₃·6H₂O)、四水合氯化亞鐵(FeCl₂·4H₂O) 均購自成都市科龍化工試劑廠; 肉桂酸(純度99%)、3, 4-二甲氧基肉桂酸(純度99%)、4-甲氧基肉桂酸(純度98%)、阿魏酸(純度99%)、反-4-羥基肉桂酸(純度98%) 均購自百靈威科技有限公司。

分別稱取20 mg肉桂酸、3, 4-二甲氧基肉桂酸、4-甲氧基肉桂酸、阿魏酸、反-4-羥基肉桂酸, 置于100 mL燒杯中, 加入20 mL甲醇溶解, 然后轉移至100 mL容量瓶中, 用去離子水定容至刻度, 配制質量濃度為200 mg/L的肉桂酸及其衍生物的混合標準溶液。

1.2 石墨烯量子點的制備

根據本課題組的前期工作制備GQDs^[20]。稱取1.5 g鱗片石墨粉于圓底燒瓶中, 加入120 mL濃硫酸-濃硝酸混合溶液(5 : 1, v/v), 于140 ℃攪拌30 h, 得到紅棕色分散液, 待冷卻至室溫后, 用飽和NaOH溶液調節反應溶液的pH值至7.0。隨后, 于0 ℃析出反應液中的Na₂SO₄, 抽濾, 得到少鹽的石墨烯量子點分散液。將100 mL少鹽的石墨烯量子點分散液通過已預處理好的2 L大孔樹脂柱, 進行動態吸附。首先使用去離子水進行洗脫, 并向流出液中滴加1 mol/L BaCl₂溶液, 檢查流出液中是否含有鹽, 直至反應無沉淀產生, 開始收集棕黃色的流出液; 當流出液顏色變為淡黃色時, 說明去離子水對吸附在大孔樹脂上的GQDs的洗脫能力變弱, 此時采用80%(v/v) 乙醇溶液進行洗脫, 收集流出液; 最后, 合并兩種流出液后, 進行旋蒸、干燥, 得到棕色的GQDs。

1.3 Fe₃O₄-GQDs磁性納米粒子的制備

采用一步化學共沉淀法制備Fe₃O₄-GQDs磁性納米粒子^[2]。稱取5.2 g FeCl₃·6H₂O、2.0 g FeCl₂·4H₂O、0.85 mL濃鹽酸、0.3 g GQDs于25 mL去離子水(N₂除氧) 中, 超聲處理至少15 min, 直至鐵鹽溶解, 于80 ℃向上述溶液中滴加氨水, 用機械攪拌器劇烈攪拌(非磁力攪拌), 直至溶液的pH值為9.0~10.0, 整個反應過程均在N₂保護下。在外磁鐵作用下, 用去離子水洗滌, 至溶液的pH值為7.0, 最后將Fe₃O₄-GQDs磁性納米粒子干燥, 備用。

1.4 樣品前處理

精密稱取15 g補中益氣丸, 加入50 mL 70%(v/v) 乙醇溶液, 于80 ℃加熱回流2 h, 冷卻至室溫后過濾, 將得到的上清液旋蒸濃縮至30~40 mL, 用乙醇定容至50 mL, 搖勻, 備用。

稱取150 mg Fe₃O₄-GQDs磁性納米粒子于10 mL樣品管中, 加入6 mL預處理過的補中益氣丸樣品溶液或200 mg/L肉桂酸及其衍生物的混合標準溶液, 于室溫下靜置吸附50 min; 用磁鐵將Fe₃O₄-GQDs磁性納米粒子分離, 收集于離心管底部, 棄去樣品廢液。加入0.5 mL去離子水, 洗滌Fe₃O₄-GQDs磁性納米粒子, 然后加入10 mL甲醇洗脫30 min, 富集吸附在Fe₃O₄-GQDs磁性納米粒子上的目標物, 收集洗脫液, 待CE分析。

1.5 毛細管電泳的分離條件

毛細管在每次使用前用0.1 mol/L NaOH在高壓(20 kPa) 下清洗5 min, 然后用水沖洗5 min, 再用電泳緩沖液沖洗5 min。

最佳分離條件:分離電壓為15 kV; 電泳緩沖液為NaOH-硼砂緩沖溶液(50 mmol/L, pH 9.55);檢測波長為288 nm。

2 結果與討論

2.1 Fe₃O₄-GQDs磁性納米粒子的表征

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