紀(jì)祥娟，劉 濤，徐瑞萍，王 麗，尹慧君

（魯南煤化工研究院，山東 濟(jì)寧 272000）

環(huán)境和食品中微量有毒成分即可對(duì)人體產(chǎn)生強(qiáng)烈毒性。在檢測(cè)樣品中的有毒成分時(shí)，若其含量超過(guò)儀器（如色譜儀）檢測(cè)限，則需對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，即對(duì)分析物進(jìn)行有效濃縮和富集[1]。傳統(tǒng)的樣品預(yù)處理技術(shù)較多，如液-液萃取、超聲波萃取、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)等，但這些方法存在缺點(diǎn)，需要大量有機(jī)溶劑，操作步驟煩瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

作為新型樣品預(yù)處理技術(shù)——微萃取技術(shù)，于20世紀(jì)90年代興起，先后經(jīng)歷了固相微萃取[SPME（Solid Phase Micro-Extraction）][2]和攪拌棒吸附萃取[SBSE（Stir Bar Sorptive Extraction）][3-4]的發(fā)展，此類技術(shù)適合于痕量物質(zhì)分析，其裝置已被商品化。

SBSE分析仍存在一些問(wèn)題，如吸附萃取攪拌棒（以下簡(jiǎn)稱攪拌棒）價(jià)格昂貴、涂層種類單一，溫度高于250 ℃時(shí)固定相涂層流失明顯，易造成色譜出現(xiàn)鬼峰[5-6]。國(guó)內(nèi)目前側(cè)重于SBSE分析攪拌棒固定相涂層種類、制備方法、解析方式等方面的研究[7-12]，并取得一定成效，但仍然存在攪拌棒固定相體積較小、萃取能力有限等問(wèn)題[13-14]。

本工作采用溶膠-凝膠-硫化法，以甲基乙烯基硅橡膠（MVQ）、乙烯基封端硅橡膠（VTQ）和甲基硅橡膠（MQ）為主體材料，制備SBSE分析攪拌棒固定相涂層，以期在用氣相色譜和液相色譜檢測(cè)樣品痕量物質(zhì)方面具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要儀器和試劑

8002型掃描電子顯微鏡（SEM），日本日立公司產(chǎn)品；熱重分析（TG）儀，德國(guó)Perkin-Elmer Diamond公司產(chǎn)品；GC-14C氣相色譜儀、FID檢測(cè)器，日本島津公司產(chǎn)品；MVS2-1旋渦振蕩器，北京金紫光科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

攪拌棒載體：毛細(xì)玻璃管，內(nèi)徑為0.9～1.1 mm，外徑為1.2～1.3 mm。

MVQ，VTQ和MQ，工業(yè)級(jí)，山東萊州鑫泰化工有限公司產(chǎn)品；硅烷偶聯(lián)劑KH-560，分析純，湖北武大有機(jī)硅新材料有限公司產(chǎn)品；過(guò)氧化二異丙苯（DCP），分析純，天津市巴斯夫化工有限公司產(chǎn)品；二氯甲烷，分析純，徐州試劑二廠產(chǎn)品；甲醇，HPLC級(jí)，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。

1.2 攪拌棒制備

正交試驗(yàn)優(yōu)化出攪拌棒涂層各組分質(zhì)量比，MVQ/VTQ/MQ/DCP質(zhì)量比為6/24/12/1。

2 結(jié)果與討論

2.1 攪拌棒萃取體積

試驗(yàn)制備的攪拌棒長(zhǎng)度為25 cm，涂層厚度為150～250 μm，經(jīng)計(jì)算硅橡膠固定相的萃取體積約為25 μL，比溶膠-凝膠法制備的攪拌棒涂層和玻璃萃取微球萃取體積增大3～5倍。

2.2 攪拌棒涂層SEM和TG分析

攪拌棒涂層SEM照片見圖1。

圖1 攪拌棒涂層SEM照片

從圖1可以看出，涂層表面形貌均一，呈多孔狀，且無(wú)裂痕，這是因?yàn)楣柘鹉z為線性結(jié)構(gòu)，在硫化過(guò)程中其側(cè)鏈上的甲基、乙烯基分別發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)一方面增大了涂層的表面積，即增大了其與被萃取物的接觸面積，另一方面增大了涂層體積，進(jìn)一步增大了被萃取物在涂層中的吸附量。

攪拌棒涂層TG分析結(jié)果見圖2。

圖2 攪拌棒涂層TG曲線

從圖2可以看出，在氮?dú)鈿夥障拢瑪嚢璋敉繉拥臒岱纸鉁囟容^高，在300 ℃以上，而通常熱解析溫度為280 ℃，因此硅橡膠涂層可以用于一般有機(jī)物的氣相分析。

2.3 攪拌棒涂層成型的影響因素

2.3.1 硅烷偶聯(lián)劑加入方式

硅烷偶聯(lián)劑加入方式對(duì)攪拌棒涂層成型的影響如下。

玻璃棒經(jīng)酸堿等處理后，直接放入硅橡膠溶液中，結(jié)果為：成品攪拌棒經(jīng)過(guò)索氏提取，涂層質(zhì)量有損失。

硅烷偶聯(lián)劑和硅橡膠一起放入二氯甲烷中溶解，將經(jīng)酸堿處理的玻璃棒放入其中，結(jié)果為：硅橡膠在溶液中呈膠狀物，即使攪拌亦不溶解，無(wú)法對(duì)玻璃棒進(jìn)行涂層。

先將硅橡膠在二氯甲烷中溶解，然后再加入硅烷偶聯(lián)劑，結(jié)果為：可形成均勻溶液（外觀無(wú)異常），但攪拌棒上涂層顏色發(fā)白。

硅烷偶聯(lián)劑配成一定濃度溶液，水解一定時(shí)間，將經(jīng)酸堿處理的玻璃棒放入一定時(shí)間，再放入硅橡膠溶液中，結(jié)果為：成品攪拌棒經(jīng)索氏提取后，表面仍較為均勻、透明，質(zhì)量無(wú)變化。

攪拌棒涂層制備時(shí)需要注意以下兩點(diǎn)。一是硅烷偶聯(lián)劑的作用。玻璃棒的表面經(jīng)過(guò)酸堿處理后，表面產(chǎn)生羥基，若直接放入溶解的硅橡膠溶液中，硅橡膠側(cè)鏈上的亞甲基自由基和乙烯基自由基雖然能夠與玻璃表面的羥基結(jié)合，但結(jié)合不牢固，因此該方式成型的攪拌棒經(jīng)索氏提取后，涂層會(huì)存在質(zhì)量損失，而硅烷偶聯(lián)劑具有一端連有機(jī)相、另一端連無(wú)機(jī)相的作用，可使涂層結(jié)合牢固。二是試劑加入順序。硅烷偶聯(lián)劑必須先與經(jīng)酸堿處理好的玻璃表面進(jìn)行反應(yīng)鍵合，再將鍵合好的玻璃棒放入溶解的硅橡膠溶液中，使裸露的硅烷偶聯(lián)劑另一端與硅橡膠的側(cè)鏈基團(tuán)發(fā)生鍵合，最終形成牢固的涂層。如果先將硅烷偶聯(lián)劑與硅橡膠溶解在一起，二者之間直接發(fā)生鍵合，就不會(huì)形成穩(wěn)定的涂層。

硅烷偶聯(lián)劑KH-560在酸性條件下先發(fā)生水解，其水解機(jī)理如下：

玻璃棒表面經(jīng)過(guò)氫氧化鈉溶液和鹽酸處理后，表面產(chǎn)生活性羥基。溶解后的硅橡膠側(cè)鏈上有亞甲基自由基和乙烯基自由基，它們分別與水解后的硅烷偶聯(lián)劑KH-560發(fā)生如下反應(yīng)：

2.3.2 硫化方式

硫化方式對(duì)攪拌棒涂層成型的影響如下。

單階升溫至150 ℃硫化，結(jié)果為：涂層不能成膜，發(fā)粘。

單階升溫至200 ℃硫化，結(jié)果為：涂層不能成膜，發(fā)粘、發(fā)黃。

硅橡膠是一種直鏈狀高相對(duì)分子質(zhì)量聚硅氧烷，在交聯(lián)劑或催化劑存在的條件下進(jìn)行硫化，能從直鏈狀結(jié)構(gòu)變成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而大大提高彈性、耐磨性能、耐高溫性能。采用DCP作為硅橡膠交聯(lián)劑，其反應(yīng)機(jī)理如下。

（1）DCP裂解為兩個(gè)自由基：

（2）生成的自由基撞擊硅橡膠側(cè)鏈上的甲基，產(chǎn)生亞甲基自由基：

（3）兩個(gè)硅橡膠側(cè)鏈的亞甲基自由基結(jié)合，形成長(zhǎng)鏈或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：

（4）DCP產(chǎn)生的自由基撞擊側(cè)鏈上的乙烯基，產(chǎn)生乙烯基自由基：

（5）硅橡膠側(cè)鏈上的亞甲基自由基和乙烯基自由基結(jié)合，形成長(zhǎng)鏈或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：

2.3.3 老化方式

老化方式對(duì)攪拌棒涂層成型的影響如下。

在烘箱內(nèi)高溫老化10 min，結(jié)果為：涂層出現(xiàn)龜裂。

在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下，控制升溫速率，進(jìn)行分階段升溫老化，制得的攪拌棒涂層表面形貌較好，透明，無(wú)龜裂現(xiàn)象。

2.4 攪拌棒的應(yīng)用

藥物中的殘留溶劑是在原料中存在以及在生產(chǎn)過(guò)程中使用或產(chǎn)生，在工藝中難以除盡的有機(jī)揮發(fā)性化合物。這些溶劑的存在可能會(huì)改變藥物晶形，增大藥物吸潮作用，從而影響藥物質(zhì)量和功效，尤其是近年來(lái)殘留溶劑的毒性和致癌作用已引起相關(guān)部門高度重視。按照藥品生產(chǎn)工藝流程，選甲醇、乙醇、乙醚、乙腈、二氯甲烷、四氫呋喃、吡啶、N，N-二甲基甲酰胺8種有機(jī)溶劑混合液分析作為對(duì)象，進(jìn)行氣相色譜測(cè)試。試驗(yàn)萃取溫度為90 ℃，萃取平衡時(shí)間為30 min，F(xiàn)ID檢測(cè)器溫度為250 ℃，進(jìn)樣口溫度為230 ℃，各檢測(cè)段溫度為：40 ℃（4 min）140 ℃（1 min）220 ℃（3 min），結(jié)果如圖3所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)溶劑混合液氣相色譜

利用制得的攪拌棒對(duì)藥品胸腺五肽中殘留有機(jī)溶劑進(jìn)行富集并進(jìn)行氣相色譜測(cè)試，結(jié)果如圖4所示。

圖4 胸腺五肽中有機(jī)溶劑氣相色譜

從圖4可以看出，胸腺五肽中有機(jī)溶劑二氯甲烷和四氫呋喃存在。該測(cè)試結(jié)果符合我國(guó)藥典中對(duì)此類樣品中有機(jī)溶劑進(jìn)行定性和定量分析的要求。經(jīng)試驗(yàn)得出，攪拌棒使用壽命可達(dá)150次。

3 結(jié)論

采用溶膠-凝膠-硫化法制備的硅橡膠吸附萃取攪拌棒對(duì)樣品痕量物質(zhì)進(jìn)行富集并用氣相色譜對(duì)富集物進(jìn)行檢測(cè)，可有效測(cè)試樣品的痕量物質(zhì)。但攪拌棒制備過(guò)程中，由于硅橡膠溶液具有粘性，玻璃棒涂層后不易取出，致使攪拌棒制備的重復(fù)性較差，此為后續(xù)研究中需要解決的問(wèn)題。