细川护熙
四氧化三铁／单壁碳纳米管磁性复合纳米粒子分散固相微萃取-高效液相谱法测定牛奶中的香精添加剂党内立法法李海芳;杨红云;张英;王培龙;林金明
【摘 要】通过化学键合的方法制备单壁碳纳米管包覆的四氧化三铁（ Fe3 O 4/ CNTs）磁性复合纳米粒子。首先用水热法合成磁性 Fe3 O4纳米粒子，并进行硅烷氨基化处理，羧基化的单壁碳纳米管通过1-（3-二甲基氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺（EDC）和 N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）交联剂反应修饰到 Fe3 O 4纳米颗粒表面。合成的 Fe3 O 4/ CNTs 复合纳米粒子具有很高的磁响应度和很好的分散能力，是一种很好的分散固相萃取剂。本研究将合成的 Fe3 O 4/ CNTs纳米粒子用于分散固相微萃取富集牛奶中的香精添加剂，并与高效液相谱分析联用，实现了香兰素和乙基香兰素的快速高效富集和高灵敏度检测，两者的检出限达10μg / L，回收率大于92％。本研究表明，合成的 Fe3 O 4/ CNTs磁性复合粒子是一种很好的奶制品中香兰素添加剂的样品前处理富集材料。%Magnetic nanoparticles of ferroferric oxide / carbon nanotubes( Fe 3 O 4 / CNTs)were synthesized by chemically bonding single-walled carbon nanotubes( SWCNTs) to the Fe 3O 4 nanoparticles. The pretreated carboxyl SWCN Ts were modified on the surface of amino-func-tioned Fe3 O 4 nanoparticles through the cross-linking reaction between 1-ethyl-3-( 3-dimethyl-aminopropyl)carbodiimide(EDC)and N-hydroxysuccinimide(NHS). The synthesized Fe 3O 4 /CNTs nanoparticles presented high super paramagnetic property and good dispersion ability, and were considered as good candidate adsorbents for dispersive solid phase microextraction. In this work,the synthesized Fe 3 O 4 / CNTs nanoparticles were applied to the extraction of vanil-lin additives,which was combined with high performance liquid chromatography(HPLC)anal-ysis. The rapid and efficient preconcentration of vanillin and ethyl vanillin from different milk samples were successfully obtained with the detection limits of 10 μg / L and satisfactory recov-eries of more than 92% . The results indicated that Fe 3 O 4 / CNTs magnetic nanoparticles were good pretreatment alternatives for the concentration of vanillin additives in milk products.
【期刊名称】《谱》
【年(卷),期】2014(000)004
【总页数】jgdy6页(P413-418)
【关键词】磁性纳米粒子;四氧化三铁;单壁碳纳米管;高效液相谱;香精添加剂;牛奶
【作 者】李海芳;杨红云;张英;王培龙;林金明
【作者单位】清华大学化学系，北京 100084;国家人造板与木竹制品质量监督检验中心，北京 100091;清华大学化学系，北京 100084;中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，北京 100081;清华大学化学系，北京 100084
【正文语种】中 文
【中图分类】O658
磁性纳米颗粒作为一种新型的样品前处理萃取材料，因具有大的比表面积和外加磁场下的操控性，被越来越多地应用于样品前处理［1，2］。目前，通过修饰和包覆磁性纳米材料表面使其具有吸附特性是制备磁性萃取材料最常用的合成方法［3］。碳纳米管(carbon nanotubes，CNTs)由于其表面特殊的物理化学性质，具有很强的吸附性能，在样品前处理
方面具有很好的应用前景［4，5］，近年来已被尝试用于环境污染物的富集［6，7］。合成的 CNTs水溶性差，也难溶于有机溶剂，在溶液中容易发生团聚，这些缺点使得CNTs直接用于样品前处理特别是液态基质样品受到很大的限制。为了克服这些缺点，将CNTs修饰在纳米或微米级的硅胶或磁性颗粒上，能够很好地增强CNTs的操控性和溶剂分散性［3，8，9］。本研究以具有良好顺磁性的 Fe3O4 纳米颗粒为CNTs的固相载体，合成了复合性纳米粒子Fe3O4/CNTs，并用于微量、痕量组分的分散固相微萃取富集。
内窥镜检查在奶制品加工过程中，为了提高香浓性，同时为了掩盖奶源由于供应季节性变化和地区不同的差异性，具有奶香味的香精常作为添加剂。香兰素与乙基香兰素具有香荚兰香气及浓郁的奶香，在食品工业中作为香精添加剂被广泛使用。对香兰素和乙基香兰素生物化学毒性的研究已有大量文献报道，超剂量的香兰素和乙基香兰素会损害身体健康［10］。根据国家标准GB2760-2011的规定，凡使用范围涵盖0至6个月婴幼儿的配方食品不得添加任何食用香料，较大婴儿和幼儿的配方食品中香兰素和乙基香兰素最大使用量为50 mg/L。监控婴幼儿配方食品特别是奶制品中香精添加剂的含量是非常必要的。由于奶制品的基质非常复杂，含有大量的蛋白质、脂肪、糖类、磷脂、维生素和无机盐等，进行微量目标物的测定常需要进行样品前处理［11］。关于牛奶中香兰素和乙基香兰素的富集与测定已有不
少文献报道，包括中空纤维液相微萃取［12］、固相微萃取［13］、离子液体萃取［14］、分子印记［15］等样品前处理方法。
本文通过化学键合的方法制备了单壁碳纳米管包覆的Fe3O4/CNTs纳米粒子，将其用作分散固相微萃取剂快速富集牛奶中的香兰素和乙基香兰素，并采用高效液相谱法进行定量分析。通过优化影响萃取效果的关键因素(包括洗脱溶剂、样品pH值、样品离子强度等)，发展了一种快速、高效的牛奶香精添加剂的检测方法。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
Hitachi L2000液相系统，配紫外检测器;傅里叶变换显微红外光谱仪(Nicolette 5DXB FT-IR)。
香兰素和乙基香兰素标准品，乙二醇、无水醋酸钠、氨丙基三乙基硅烷化试剂(3-aminopropyltriethoxysilane，APTES)和聚乙二醇均购自 Sigma-Aldrich公司。正己烷、二氯甲烷、苯、甲苯和甲醇购自J.T.Baker公司。1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(1-eth
yl-3-(dimethylaminopropyl)carbodiimide，EDC)和 N-羟基琥珀酰亚胺(N-hydroxysuccinimide，NHS)购自吉尔生化(上海)有限公司。FeCl3·6H2O、磷酸、浓硫酸和硝酸由北京试剂厂生产。单壁碳纳米管(直径1～2 nm，长度约20 μm，比表面积＞380 m2/g)购自中国科学院成都有机化学有限公司。
1.2 磁性复合纳米粒子Fe3O4/CNTs的制备
在参考文献［16］的基础上，按照图1所示的基本原理制备磁性复合纳米粒子Fe3O4/CNTs。首先采用水热法制备Fe3O4磁性纳米颗粒，并采用APTES硅烷化试剂对Fe3O4颗粒表面进行氨基化修饰。同时，用强酸对单壁碳纳米管进行酸化处理使其表面带上羧基。最后，将羧基化的CNTs通过交联剂修饰到氨基化的Fe3O4磁性纳米颗粒表面。
1.2.1 磁性纳米材料Fe3O4的制备及表面氨基化
磁性纳米材料Fe3O4的制备采用水热还原法［17，18］。利用乙二醇将 FeCl3还原为 Fe3O4;加入静电稳定剂无水醋酸钠和表面活性剂聚乙二醇，防止颗粒团聚。具体反应条件为:称取1.35 g FeCl3·6H2O溶于40 mL乙二醇中，磁力搅拌下加入3.6 g无水醋酸钠和1.0 g
聚乙二醇，在60℃下剧烈搅拌至完全溶解，然后将混合溶液转入50 mL的反应釜中，在200℃下反应12 h，然后冷却至室温。对合成的Fe3O4纳米颗粒用水与无水乙醇交替清洗，在80℃下真空烘干备用。
称取150 mg Fe3O4纳米颗粒于乙醇中超声分散，然后转至250 mL三口烧瓶中，搅拌升温至60℃，再缓慢匀速滴加300 μL的 APTES，升温至80℃，冷凝回流反应6 h。过滤收集固体反应产物，用无水乙醇与去离子水反复洗涤后，得到Fe3O4-NH2磁性纳米颗粒。
图1 Fe3O4/CNTs磁性纳米颗粒的制备Fig.1 Preparation of Fe3O4/CNTs
1.2.2 CNTs的表面羧基化
称取CNTs 100 mg加入装有H2SO4/HNO3(3∶1，v/v)混合酸的50 mL离心管中，于60℃下超声8 h，冷却后倒入冰水中，于10 000 r/min下离心分离10 min，收集下层的CNTs-COOH产物并反复用蒸馏水洗涤至中性，于80℃真空干燥箱中烘干备用。
1.2.3 Fe3O4/CNTs材料的制备
专用小学生校车安全技术条件
取130 mL 0.1 mol/L磷酸缓冲溶液(pH 7.0)，置于500 mL三口烧瓶中，加入50 mg的 CNTs-COOH，充分搅拌(500 r/min)。准确称取50 mg EDC、100 mg NHS分别溶解于10 mL磷酸缓冲溶液(pH 7.0)中，然后将二者加入到三口烧瓶中剧烈搅拌(500 r/min)30 min，使CNTs-COOH充分活化。最后加入200 mg的Fe3O4-NH2磁性纳米颗粒，充分反应2 h后终止反应。将最终反应物Fe3O4/CNTs用蒸馏水和无水乙醇反复清洗，将其放入80℃真空干燥箱中烘干备用。
1.3 液相谱定量分析岳德荣
采用外标曲线法定量。分别配制1 000 mg/L香兰素和乙基香兰素标准品的甲醇储备液，采用逐级稀释的方法配制浓度梯度为 200、100、50、5、0.1、0.01 mg/L的系列标准溶液，做外标曲线。考察检出限、定量限和相对标准偏差(RSD)。
谱分离采用Lichrospher ODS-BP谱柱(250 mm ×4.6 mm，5 μm)，柱温为 40 ℃，进样体积为10 μL，流动相为甲醇/水(60/40，v/v)，流速为 0.8 mL/min，紫外检测波长为293 nm。
