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开题报告

齐齐哈尔大学硕士研究生毕业论文

开题报告

年级：

2014级

学科、专业名称：

分析化学

论文题目：

聚合物基质混合型固相萃取小柱的

制备及其在农药残留检测中的应用

研究生姓名：

刘畅

指导教师姓名：

申书昌

填表日期2015年10月29日

填表说明

1.凡我校研究生在做论文前，都必须详细填写开题报告。

开题报告应正式填写一式两份，学院（部）和研究生处各存一份。

2.开题报告应包括以下内容：

（1）课题名称的来源及选题的依据，本课题在理论或实际应用方面的价值以及可能达到的水平。

（2）本课题的国内外研究现状和水平。

（3）课题研究拟采用的技术路线或研究方法（包括资料、实验、加工测试条件等）。

（4）研究中的主要难点以及解决问题的方法。

（5）论文的工作日程计划。

3.字体要求：

中文宋体，小四；英文：

TimesNewRoman.

一、选题的依据、意义和理论或实际应用方面的价值：

近年来，农业生产以及农副产品加工过程中滥用药物导致其在环境和食品中的残留现状已经引起人类的高度重视，关于这类药残的分离分析方法的研究显得极其重要。

虽然现代分析仪器有了很大的发展,但在进行实际样品中的痕量和超痕量组分分析时,由于方法的灵敏度不够及大量共存元素的干扰,直接测定往往非常困难。

所以在分析实践中,通常需要对样品进行预处理即分离富集以后才能进行准确测定。

在过去的二十多年中，固相萃取技术出现并逐渐发展成为一项有效的分离纯化手段，并在药物纯化、精细化学品制备、食品分析、环境分析、生命科学等多个领域发挥着不可或缺的作用。

由于样品前处理在整个监测中占据关键地位，直接关系着整个测定的准确性与精密度，使得快速、简便的前处理技术得到了迅速发展。

传统的前处理方法（液液萃取、树脂吸附、索氏提取等）存在诸多局限，已不能满足各个领域分析的自动化、网络化发展。

现代检测技术对样品的前处理提出了更高的要求，同时也推动了样品前处理技术的发展。

固相萃取（solidphaseextraction，SPE）是近年来发展迅速的样品前处理方法，它基于液相色谱原理，可近似看作一个简单的色谱过程。

原理是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱或加热解吸附，达到分离和富集目标化合物的目的。

固相萃取技术由于其溶剂使用量少、操作简单、选择性高、重现性好，已发展成为分离和浓缩各种样品中痕量分析物质的一种强有力的工具。

目前，在国外固相萃取技术已逐渐取代了传统的液液萃取而成为样品前处理的可靠而有效的方法，在我国SPE技术的应用也已经逐步的发展起来,在许多领域都有着广泛的应用前景，特别适用于环境检测方面如底泥分析、水质分析、空气质量分析等[1-4]。

固相萃取技术的核心是吸附剂，目前，我国在固相萃取样品处理技术应用中，主要是对进口小柱填料从事的样品分析方法的研究，对于固相萃取柱填料的开发与研制尚未见报道。

由于应用固相萃取技术进行的分析测试事项中所使用的吸附填料几乎全部是进口，而且材料应用的选择性及价格的原因，限制了我国固相萃取的研究和应用工作的开展，尤其是水果、蔬菜及食品中农药残留[5-7]、药品中有害物质的引入和水中重金属的污染的检测工作落后于某些国家[8,9]。

固相萃取常与高效液相色谱联用，高效液相色谱的特点是高压，高效，高速和高灵敏度，它在黄酮类化合物的分析分离，甙类化合物的测定以及食品行业中有广泛的应用。

高效液相色谱是目前各种色谱模式中应用最广的一个领域，世界上几百万种化合物中80%的化合物，包括大（高）分子化合物、离子型化合物、热不稳定型化合物以及有生物活性的化合物都可以用不同模式的HPLC进行分离分析，而现在通过与GC-MS联用，与核磁共振、高光敏度检测、电感偶合等离子体质谱、固相微萃取联用，使HPLC成为在药物研究所、检测所、药厂和临床检测中的主要分离分析工具。

今后，随着各种分析分离技术的出现及联用技术的发展，SPE将会被应用到更广的领域。

由于应用固相萃取技术进行的分析测试事项中所使用的吸附填料几乎全部是进口，而且材料应用的选择性及价格的原因，限制了我国固相萃取的研究和应用工作的开展。

商品固相萃取填料主要是硅胶基质吸附材料和高分子聚合物固相萃取填料。

硅胶基质吸附材料不适合于在碱性条件下使用，而高分子聚合物固相萃取填料机械强度较差。

为此,开发研制高性能的吸附材料已成为固相萃取技术发展的重要课题，使用无机基质/聚合物复合固相萃取填料是改善性能的有效途径，对于固相萃取技术的发展具有重要意义[10-12]。

本课题合成的多孔型聚合物基质固相萃取填料以甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯为原料[13,14]，二乙烯基苯为交联剂，偶氮二异丁腈为引发剂，聚吡咯烷酮为分散剂，乙醇和水为分散介质，采用分散聚合法制得[15-16]，该反应是一个交联聚合反应，在交联聚合过程中，引发剂偶氮二异丁腈受热分解为自由基，产生的自由基首先与单体加成生成初级自由基，再以它为增长点进一步引发聚合，从而制备出混合型固相萃取吸附填料，该填料粒子呈微米级的小球。

采用红外光谱仪对合成的填料的结构进行了检测，采用扫描电镜观察了合成填料粒子的形貌。

固相萃取技术所具有的高效萃取能力及简便的操作过程其在样品前处理中迅速发展起来，目前应用非常普遍，在环境分析、药物分析、食品分析方面具有较多应用。

固相萃取技术在环境分析中应用的对象主要有多环芳烃、农药残留和多氯联苯等[17-20]。

在药物分析方面也起着举足轻重的作用，其广泛应用于干扰成分多且药物浓度较低的人体生物样品分析，包括血浆、血清、全血和肝组织等样品中皮质激素类、抗肿瘤物以及抗生素类药物的测定[21-24]，用固相萃取分离皂角类物质都取得了良好的分离效果。

二、本课题在国内外的研究现状：

固相萃取（Solid-PhaseExtraction简称SPE）是近年发展起来一种样品预处理技术，由液固萃取柱和液相色谱技术结合发展而来，主要用于样品的分离、纯化和浓缩。

固相萃取技术自上世纪70年代后期问世以来，由于其高效、可靠及耗用溶剂量少等优点，在环境、药物分析等许多领域得到了快速发展。

目前在国际上SPE技术已在许多领域里逐渐取代LLE，在较复杂的有机化合物分析方面成为样品前处理的可靠而有效的方法，已被广泛用于药品、食品、环保、商检、化妆品、农业等领域。

SPE技术在我国的应用也已经起步，并显示出良好的发展前景。

美国的Waters公司、Varian公司、Agilent公司、Supelco公司、Agela公司等分别推出了商品化的固相萃取柱填料[25-28]，目前商品化的阳离子交换吸附剂主要由美国Waters公司、美国瓦里安公司和美国Agilent公司生产。

其中美国Waters公司生产的OasisMCX：

混合型阳离子交换反相吸附剂，对碱性化合物具有高选择性，比如检测止咳药中的吗啡、可待因、那可丁、罂粟碱等生物碱[29-32]。

美国瓦里安公司新近推出的BondElutePlexaTM高级聚合物固相萃取产品，是由瓦里安公司PolymerLabs部门研发的专门针对制药和新药临床研究中心（CRO）的新型SPE产品[33,34]。

BondElutPlexaPCX固相萃取小柱为聚合物阳离子交换吸附剂，通过将磺酸基团（-SO3H）键合在极性高聚物聚苯乙烯/二乙烯苯（PEP）吸附剂上，同时具有Plexa杰出的表面特性以及强阳离子交换特性。

PlexaPCX结合了优秀的表面亲水性，并在聚合物基体的羟基化表面键合了磺酰基，孔内部为疏水特性，这种独特的设计，在经过活化后，使得吸附剂具有独特的极性梯度表面，而且蛋白质的表面结合特性最小[35-37]。

使蛋白质和磷脂无法进入疏水性内孔中心，而又不会在亲水性的表面结合，从而有效降低离子抑制效应，离子交换机理可以去除样品基质中的中性和酸性干扰物，对碱性分析物萃取浓缩，可以有效提高方法的灵敏度，定量和分析能力[38-42]。

广泛应用在血样、尿样等生理体液中药物及其代谢产物的同时提取、环境分析、农药残留、食品分析及天然产物的提取等领域。

特别适合用于饲料、食品和牛奶中三聚氰胺的检测[43-46]。

美国Agilent公司AccuBONDIISCX固相萃取小柱为强阳离子交换吸附剂,适合于阳离子,抗菌素,药物,有机碱,氨基酸,儿茶酚胺,锄草剂,核酸碱,核苷,表面活化剂[47-50]。

周渊等[51,52]在交联的聚苯乙烯微球上，以丁二酸酐为酰基化试剂，并通Friedel-Crafts酰基化反应，制得脂肪族羧基弱酸型阳离子交换固相萃取填料。

该填料较芳香族羧基树脂填料的不足之处在于，它的位阻小，并且有一定的臂长，使得它易于和其它物质发生反应。

李妍等[53]制备了三种以二乙烯基苯为基质的亲水-疏水平衡固相吸附剂。

此类亲水-疏水平衡材料对芳香胺类极性化合物显示较强的保留，可以用于极性化合物的分离富集。

磺化后的吸附剂用于牛奶中三聚氰胺的分离富集并获得了较高的回收率。

相较于国标规定使用的苯乙烯基质的固相萃取填料，此种材料在使用过程中更加容易润湿，操作方便。

结合磁性固相萃取材料在高通量自动化样品预处理中的优势，我们又首次制备了具有磁响应性的亲水-疏水平衡聚合物微球，成功的将其应用于水溶液中微量芳香胺的分离富集。

相对于我制备的固相填料，它的先进性在于制备了具有磁响应性的亲水-疏水平衡聚合物微球，功能更全面。

申书昌等[54]偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，以玉米淀粉为分散剂，二乙烯基苯（DVB）为交联剂，并且在氮气的保护下，采用悬浮聚合法制备了交联苯乙烯-二乙烯苯（St-DVB）高分子微球，并且用浓硫酸进行磺化，制成了以St-DVB为基质的阳离子交换固相萃取填料。

不仅通过对比实验对搅拌速度对微球粒径及分布的影响进行了考察，而且还对固相萃取填料的结构和形貌进行了分析，使用的仪器有TEM，红外光谱仪，SEM/EDS。

除此之外，还制备了固相萃取柱，并用固相萃取柱对水中的莠去津进行了实验。

目前国内外都广泛开展了SPE的深入研究，SPE在萃取型式、新的吸附剂、操作自动化等方面均有了很大发展。

在吸附剂方面，最常用的吸附剂为反相十八烷基键合硅胶，但是为了满足人们对固相萃取的一些新要求，如能富集的样品极性范围尽可能的宽，选择性尽可能的好等，其它类型的吸附剂，如C8，氰基、氨基、苯基、双醇基填料、活性炭、硅胶、氧化铝、硅酸镁、高分子聚合物、离子交换剂、排斥色谱添料、亲合色谱填料和凝胶色谱填料等也被广泛用作固相萃取填料。

以Waters公司产品为例，该公司开发的高比表面积的碳基吸附剂和苯乙烯一二乙烯基苯的高聚物（PS-DVB）吸附剂解决了环境水样中的极性物质的萃取问题。

新一代的聚合物填料Oasis无需活化直接就可用于样品萃取，大大简化了操作步骤，且同一个小柱就可以萃取酸性、碱性、中性的分析物。

凝胶色谱填料的限进型萃取柱由于其孔径允许目标物进入吸附剂内部被保留，而诸如蛋白质等生物大分子物质不能进入，由于可有效地除去蛋白质等生物大分子，该柱特别适用于生物样品分析中的前处理。

如今已有分子识别（MoleculeReco娜tion）的吸附剂出现，一种是使用抗体，它的高选择性使萃取、富集和分离一步完成；另一种是分子印迹材料，预计抗体和分子印迹材料在不远的将来会得到快速发展。

三、课题研究拟采取的方法：

1、聚苯乙烯-二乙烯苯基质固相萃取填料的制备

（1）偶氮二异丁腈的提纯

在200mL烧杯中加入100mL无水乙醇，于水浴上加热至70℃。

迅速加入10g偶氮二异丁腈，摇荡、搅拌溶解，溶液趁热过滤，滤液冷却后得白色结晶。

用布氏漏斗抽滤，滤饼置于真空干燥箱中干燥24h，产品于棕色瓶中，低温保存备用。

（2）聚苯乙烯-二乙烯苯聚合物基质的制备

将苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯按一定比例混合置于三口瓶中，并加入交联剂二乙烯基苯，分散剂聚乙烯吡咯烷酮，分散介质乙醇和水，在氮气保护下加入偶氮二异丁腈引发反应。

反应结束后得到乳白色固体沉淀，离心过滤，洗涤，干燥，即得聚合物基质固相萃取填料。

观察和测试材料结构、形貌及元素组成。

（3）影响聚合物粒径大小因素的探究

通过改变反应搅拌速度、引发剂用量、分散剂用量、交联剂用量、单体的比例，选择最佳反应条件，以得到粒径大小适宜的萃取材料。

2、固相萃取填料性能测试

采用红外光谱测定填料的酯基含量，采用扫描电子显微镜测定填料的微观形貌，采用纳米粒度仪测定微球的粒径分布。

3、SPE小柱制备

制得的填料按照一定的密度和体积加入6mL的聚乙烯管中，并在两头加上滤片。

4、应用试验

与高效液相色谱联用，对农田中的残留农药和环境样品中的有机污染物进行萃取分析测试。

同时与商品萃取小柱进行性能比较。

四、课题研究中的主要难点以及解决的方法：

课题研究中的难点主要有以下几个方面：

1、聚合物制备条件的选择。

2、控制聚合物粒径大小均匀条件的选择。

3、聚合物吸附性能的测试。

解决方法:

1、改变反应条件，寻找反应原料的最佳比例，通过平行试验对比所得产物的粒径及性能。

2、通过对聚合物自身性质和理论的的研究，进行对农药的吸附测试，选择合适的填料。

五、论文工作日程计划：

2014年9月-2015年7月依据专业培养方向，结合导师研究课题，以及实验室具有科研条件，进行相关资料及文献查阅，确定毕业论文研究课题。

学习理论知识及基本实验操作技术。

2015年9月-2016年1月文献综述，开题报告，论证分析。

开始课题研究的实验工作，合成产物，产物结构表征及性能测试。

2016年3月-2016年7月混合型固相萃取填料的应用试验，结合结构表征及性能测试结果，确定最佳试验条件。

目标产物的应用实验，进行样品分析测试。

小结，发表学术论文。

2016年9月-2017年5月完善实验数据，建立样品分析方法，撰写毕业论文，答辩。

6、参考文献

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