[发明专利]一种固相微萃取纤维的制备及用其组装的萃取装置

说明书

技术领域

本发明涉及固相微萃取技术，特别是一种固相微萃取纤维的制备及用其组装的萃取装置。

背景技术

固相微萃取（SPME）是1990年由加拿大Pawliszyn教授提出的一种无溶剂样品预处理技术。与传统技术相比，固相微萃取将采样、萃取、富集和进样融于一体，操作简单，易于实现自动化；与气相色谱、高效液相色谱等仪器联用，可快速有效地分析样品中痕量有机物。因此，SPME广泛应用在环境、食品、生物等各个领域。该技术的核心部件是表面涂覆有吸附材料的萃取纤维，目标物被纤维涂层从样品基质中提取出来，在纤维上得到浓缩和富集，然后进行解析分析。所以，纤维涂层的种类直接影响萃取效率和涂层的使用寿命。目前商品化的纤维涂层主要有聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚丙烯酸酯（PA）、碳分子筛（CW）、聚乙二醇（CAR）等高分子及其复合材料涂层。这些商品化萃取纤维已被广泛应用，但在使用过程中存在一些不可避免的缺点。例如，热稳定和耐溶剂稳定性差、涂层种类选择有限、价格昂贵等局限性。为了克服以上缺点，近年来人们发展了具有性能优良的SPME纤维涂层。

金属有机骨架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）材料亦称为配位聚合物（Coordination Polymers）材料，是由金属离子与有机配体通过共价键或其它分子内相互作用自组装形成的多孔材料。这类材料具有孔道规则均一、尺寸可控、可进行后修饰、良好的热稳定和化学稳定性等优点，目前广泛应用在气体存储、分离、催化、传感、成像、药物传递和释放众多领域，MOFs在固相微萃取领域也得到了良好的应用和发展。纤维涂层的使用寿命是固相微萃取技术中一个很重要的技术指标。以往MOFs涂层都是物理沉积方法制备到纤维基质表面，涂层和纤维基质之间的相互作用力很弱，导致涂层在使用过程中脱落，降低纤维的使用寿命。化学键和可以提高涂层与基质之间的作用力，涂层可以牢固地固定在基质纤维表面，从而解决了涂层脱落问题，提高了纤维的使用寿命。但是至今还没有报道采用化学键和方法来制备MOFs涂层应用在固相微萃取技术。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种固相微萃取纤维的制备及用其组装的萃取装置，该固相微萃取纤维的制备采用共价键和方法制备金属有机骨架（MOFs）材料作为萃取纤维的涂层，MOFs有机配体高度有序且可控的性质，通过主客体端基支链反应，使MOFs构建功能性共价材料成为可能。

本发明的技术方案：

一种固相微萃取纤维的制备，采用共价键和方法制备金属有机骨架（MOFs）材料作为萃取纤维的涂层，步骤如下：

1）中空石英纤维的预处理

将一根内径为250μm、长度为2-4cm的中空石英纤维，用火烧去外表面的聚酰亚胺保护层，放在浓度为1M的氢氧化钠溶液中活化，使表面的硅羟基大量暴露，然后水洗至中性，干燥备用；

2）中空石英纤维的3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）功能化

将上述预处理后的石英纤维浸于3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中12小时，取出后再在120°C温度下反应30分钟，重复上述两个反应两次以使石英纤维表面带有大量氨基基团，最后用甲苯和乙醇洗涤，干燥备用；

3）石英纤维表面键和金属有机骨架材料的制备

水热反应釜中放入N,N二甲基甲酰胺或乙醇作为溶剂，将无机金属盐硝酸锌和有机配体以1:1-2的摩尔比溶于溶剂中得到反应液，将步骤2）处理好的中空石英纤维放入水热反应釜的反应液中，在100-140°C温度下反应18-96小时，即可制得表面键和了金属有机骨架材料的固相微萃取纤维涂层。

所述有机配体为2-甲醛-咪唑、2-甲基-咪唑、1-硝基-咪唑和苯并咪唑中的一种或两种以上任意比例的混合物。

所述中空石英纤维的内径为250μm，键和在表面的金属有机骨架涂层的厚度为20μm。

一种用所制备的固相微萃取纤维涂层组装的固相微萃取装置，包括装置主体、微量进样器外管、微量进样器针头、推拉杆和带有涂层的萃取纤维，装置主体为中空玻璃管，微量进样器外管和微量进样器针头分别固定与中空玻璃管内；推拉杆为不锈钢丝，推拉杆设置于微量进样器外管内并与管内壁形成滑动配合，推拉杆的下端用王水溶液腐蚀后得到腐蚀末端，腐蚀末端插入带有涂层的萃取纤维，推拉杆的上端设有手柄。

所述微量进样器为气相色谱用5μL无死体积微量进样器。

本发明的优点是：

1）设计独特、结构新颖，化学键和金属有机骨架材料涂层纤维牢固的固定在腐蚀后的不锈钢丝末端，在使用过程中克服了石英纤维机械强度差的问题；