211104665_硼酸功能化磁性COFs材料的合成及其用于儿茶酚胺类物质的富集效果研究

硼酸功能化磁性COFs 材料的合成及其用于
儿茶酚胺类物质的富集效果研究
林浩然 杨美凤 陆素芬
*
(河池学院化学与生物工程学院 广西宜州 546300)
摘
要： 为了简单、高效、快速地检测儿茶酚胺类物质，该文采用水热法制备了硼酸功能化磁性共价有机框架
材料（B （OH ）2@MATP@Fe 3O 4），并将其应用于儿茶酚胺类物质的富集，采用傅里叶红外光谱仪（FT-IR ）、X-射线衍射仪（XRD ）和热重分析（TG ）等方法对B （OH ）2@MATP@Fe 3O 4材料的样貌进行表征。

以儿茶酚胺类物质去甲肾上腺素（NE ）、肾上腺素（E ）和多巴胺（DA ）为模型物质对B （OH ）2@MATP@Fe 3O 4进行萃取，结合高效液相色谱法（HPLC ）进行检测和分析。

结果表明，B （OH ）2@MATP@Fe 3O 4材料对NE、E、DA 都能显示出比较好的富集效果。

建立的B （OH ）2@MATP@Fe 3O 4磁性粒子分离富集-高效液相色谱法对儿茶酚胺类物质具有一定的可操作性。

关键词： 共价有机框架材料 儿茶酚胺类物质 磁固相萃取 高效液相色谱法中图分类号： TB383.4
文献标识码： A
文章编号： 1672-3791(2023)06-0206-04
Research on Synthesis of Boric Acid Functionalized Magnetic COFs and Its Enrichment Effect Used to Catecholamines
LIN Haoran YANG Meifeng LU Sufen
*
(College of Chemistry and Biological Engineering, Hechi University, Yizhou, Guangxi Zhuang Autonomous
Region, 546300 China)
Abstract: In order to detect catecholamines simply, efficiently and rapidly, this paper prepared boric acid function‐alized magnetic covalent organic framework material(B(OH)2@MATP@Fe 3O 4) by the hydrothermal method, ap‐plied it to the enrichment of catecholamines, and characterized the appearance of B(OH)2@MATP@Fe 3O 4 materials by Fourier infrared spectrometer(FT-IR), X-ray diffraction(XRD) and thermogravimetric analysis(TG). The nor‐epinephrine(NE), epinephrine(E) and dopamine(DA) of catecholamines were used as model substances to extract B (OH)2@MATP@Fe 3O 4, and then detection and analysis were carried out in combination with high performance liquid chromatography(HPLC). The results showed that B(OH)2@MATP@Fe 3O 4 materials could show good en‐richment effects on NE、E、DA and the established B(OH)2@MATP@Fe 3O 4 magnetic particle separation and enrichment-high performance liquid chromatography method had certain operability for catecholamines.
Key Words: Covalent organic frame material; Catecholamines;Magnetic solid-phase extraction; High-performance liquid chromatography
DOI： 10.16661/ki.1672-3791.2208-5042-4797
基金项目： 广西高校中青年教师基础能力提升项目《功能化磁性COFs 材料在磺酰脉类除草剂残留草取中的应用
研究》（项目编号：2019KY0626）；河池市科技计划项目《龙江河复合污染的形态、转换条件和管控》（项目编号：2019025）；校级科研项目《广西龙江河段底泥—水体—土壤空间相关性研究与风险评估》（项目编号：XJ2017ZD07）；大学生创新训练项目（项目编号：202210605009、S202210605044）。

作者简介： 林浩然（2001—），男，本科，研究方向为化学材料的合成与分析。

通信作者： 陆素芬（1989—），女，硕士，讲师，研究方向为环境污染与防治，E-mail：********************。

共价有机框架材料（COFs）是一种具有复合功能结构的新型有机材料。

由于其均匀的孔分布、规则的结构和良好的晶体性质，被称为“有机沸石”。

CÔTÉA P[1]首先报道了一种新材料COF-1，它是一种具有独创性的新型有机多孔结晶材料。

此材料是比表面大且具有良好的热稳定性。

共价有机骨架材料通常具有非常高的结晶度，含磁性的有机骨架材料引起了研究团队的极大兴趣[2-3]。

神经递质是在突触传递过程中起信使作用的特殊化学物质，儿茶酚胺类物质作为一种神经内分泌物，会对人和动物的情绪产生重要影响，主要包含了去甲肾上腺素（NE）、肾上腺素（E）和多巴胺（DA）[4-5]。

儿茶酚胺类物质的检测方法主要有毛细管电泳法[6]、电化学检测法[7]及高效液相色谱法[8]等。

ZHANG J Y[9]通过毛细管电泳-激光诱导检测马齿苋中的NE和DA；该方法能够在5.5 min内实现目标物的分离并获得较低的检出限。

ZHOU T S [10]等建立了分区毛细管电泳分析，用于测定血清中的多巴胺和羟基丁酸盐等化合物。

电化学法具有较高的灵敏度、良好的选择性而且成本低、易制备等这些优点已经被许多人研究并报道[11-13]。

HE H B[14]合成了一种含硼酸的亲和磁性纳米多面体硅质复合材料，该材料被用于人尿中的儿茶酚胺的萃取取得显著的效果。

AN X Y[15]采用了一种简单、快速、有效的方法合成了硼酸聚合物来吸收生物体样品中的糖蛋白。

QIAO T[4]成了二巯代氨基甲酸酯包覆的磁性粒子和磺化二巯基琥珀酸包覆的磁性粒子，并对NE、E和DA的萃取效果进行比较。

BOURI M[16]等人使用多巴胺作为模板分子合成磁性分子印迹化合物对尿液中的儿茶酚胺（NE、E、DA）具有良好的萃取效果。

JIANG L W[17]合成了含有硼酸基团的Fe
3O
4
@APBA MNP
磁性纳米颗粒成功用于分离和提取单胺神经递质。

为了快速、简易地检测出人体中儿茶酚胺类物质的含量，该试验采用水热法制备硼酸功能化磁性共价有机框架材料并利用材料萃取样品进行预处理，并通过高效液相色谱检测和分析。

1 材料与方法
1.1 试剂与设备
1.1.1 试剂
乙醇、甲基丙烯酸酐（MA）、三醛基间苯三酚（TP）、三氯化铁、1,6-己二胺、对苯二胺、4-乙烯苯硼酸、偶氮二异丁氰（AIBN）、NE、E、DA、三（羟甲基）氨基甲烷、Tris 缓冲溶液。

1.1.2 设备
Agilent 1200高效液相色谱仪、MiniFlex 600 X射线衍射仪、TG/DTA 6300微分热重分析仪、NICOLET 6700傅立叶红外变换光谱仪。

1.2 硼酸功能化磁性共价有机框架材料磁性纳米粒子的制备
1.2.1 MATP@Fe
3
O
4
材料的制备
称取0.042 g TP于50 mL圆底烧瓶中，依次加入360 μL MA和35 mL四氢呋喃于60 ℃的条件下磁力搅拌48 h。

通过旋转蒸发仪蒸干，取出冷却至室温，容于乙酸乙酯溶液后用饱和盐水萃取，再无水硫酸镁进行干燥，收集到乙烯基化TP（MATP）。

称取1.350 g三氯化铁于烧杯中，加60 mL乙二醇和4.000g醋酸钠，磁力搅拌30 min后加4 mL 1,6-己二胺继续搅拌10 min。

将溶液转移至反应釜反应10 h （200 ℃），冷却后磁铁分离并用无水乙醇清洗3次后在50 ℃下真空干燥。

称取0.060 g氨基磁球和0.100 g对苯二胺分别用无水乙醇溶解，与MATP溶液混合后转入反应釜中，在180 ℃的条件下反应48 h。

用无水乙醇清洗后真空干燥，收
集得到MATP@Fe
3
O
4。

1.2.2 B（OH）
2
@MATP@Fe
3
O
4
材料的制备
分别称取0.100 g和0.015 g 4-乙烯苯硼酸和AIBN
用无水乙醇溶解后加入洗净的MATP@Fe
3
O
4
，在65 ℃条件下电动搅拌24 h。

冷却至室温后磁铁分离，用无水乙醇进行清洗，将所得的沉淀物在50 ℃下真空干燥12 h后收集，即收集得硼酸功能化共价有机框架材
料（B（OH）
2
@MATP@Fe
3
O
4
）。

1.3 B（OH）
2
@MATP@Fe
3
O
4
磁性纳米粒子对儿茶酚胺类物质的吸附实验
1.3.1 溶液的配制
将0.600 g三（羟甲基）氨基甲烷定容至100 mL容量瓶中并用稀盐酸将pH调节至9配置成0.05 mmol/L Tris缓冲溶液；上样液的配制：分别称取0.040 g、0.044 g 和0.032 g的NE、E和DA用Tris缓冲溶液定容到2 mL，再分别稀释NE 10000倍、E 10000倍和1000倍，配置成NE 和E的浓度为5×10-5mmol/L、DA的浓度为1×10-4 mmol/L 的溶液，于4 ℃下保存备用。

1.3.2 B（OH）
2
@MATP@Fe
3
O
4
材料的萃取过程
称取5 mg B（OH）
2
@MATP@Fe
3
O
4
磁性纳米粒子于10 mL离心管中，依次用甲醇、水、Tris缓冲溶液洗涤，加入配制10 mL上样液，在常温下振荡1.5 h，通过磁铁进行分离，上层液（上清液）过0.45 μm滤膜收集待测。

倒掉上清液后用无水乙醇洗涤2次，加入200 μL甲醇-醋酸洗脱剂，在室温下振荡2 h后，进行磁力分离。

洗脱3次后通过0.45 μm过滤器收集洗脱液通过HPLC检测。

1.3.3 分离条件分析
实验的色谱条件为：色谱柱：Agilent ZORBAX 300SB-C18(4.6×250，5 μg)；柱温：30 ℃；流速 0.6 mL/min；进样体积：15 μL；检测波长：263 nm；流动相：0.1%甲
酸水和甲醇（过膜并超声脱气15 min ）。

采用梯度洗脱，洗脱梯度如表1所示。

2 结果与讨论
2.1 B （OH ）2@MATP@Fe 3O 4磁性纳米粒子的样貌表征
分析
图1（a ）是FT-IR 谱图。

图中a 线可知，在582 cm -1
处的吸收峰是Fe-O 的伸缩振动峰，1 630 cm -1处的吸收峰是Fe 3O 4表面-OH 弯曲振动峰。

图中b 线表明在827 ㎝-1处是C-H面外弯曲振动的特征峰，在1 460 cm -1处为C=C 骨架伸缩振动吸收峰，表明在Fe 3O 4纳米粒子表面成功修饰了C=C。

根据图c 线可知，在1 340 cm -1处为-B （OH ）2的特征吸收峰，
说明苯硼酸已经成功地附着到粒子表面。

图1（b ）是TG 谱图，图中Fe 3O 4、
MATP@Fe 3O 4、和B （OH ）2@MATP@Fe 3O 4在0℃~300℃之间失重，由于失去表面水，失重率分别为2%、10%和15%。

b 线在300 ℃~550 ℃之间失重是由于双键的断裂，失重率大约为38%。

由图中c 线可以看出，B （OH ）2@MATP@Fe 3O 4在300 ℃~650 ℃之间失重，由于-B （OH）2的分解，失重率大约为原来的70%。

最终Fe 3O 4、MATP@Fe 3O 4、B （OH）2@MATP@Fe 3O 4含量分别为95%、52%、15%。

图1（c ）是XRD 谱图。

图中a 线分别在2θ=30.26°、35.56°、43.36°、54.26°、57.26°、62.76°处出现良好的特征衍射峰，分别与Fe 3O 4的（111）、（220）、（311）、（400）、（422）、（511）、（440）晶面
位置相对应，
由此可知Fe 3O 4粒子结晶完整。

图b 线中5°~20°之间的2θ具有一个明显的C=C 特征衍射峰。

由此可知，双键已修饰至Fe 3O 4粒子。

图c 线上对应Fe 3O 4和C=C 处的特征峰显著低于Fe 3O 4的特征峰，可能是C=C 和-B （OH ）2覆盖在表面使其衍射峰降低。

2.2 B （OH ）2@MATP@Fe 3O 4对模型物质的HPLC 分析
图2是以NE、E、DA 这几种为模型物质对制备的B （OH ）2@MATP@Fe 3O 4材料进行萃取的HPLC 色谱图。

图中a 线（上样液）可知配制的3种模型物质浓度未检测出模型物质。

上清液（图b 线）3种模型物质的峰高也比较低。

图中c 线洗脱液对应的3种模型物质的峰
表1 流动相的洗脱梯度
时间/min
058121518202228
0.1%甲酸水/%
100989592704020100100
甲醇/%025*********
2000
1500
1000500
102030405060
80T r a n s m i t t a n c e (%)
Wavenumbers (cm -1)
b
c
1630
1590582
827
13401460
a
（a ）FT-IR 谱图（c ）XRD 谱图
200
400600800
15
30
45607590
M a s s (%)
Temperature (℃)
a
b
c
（b ）TG 谱图
图1 表征图
a-Fe 3O 4；b-MATP@Fe 3O 4； c-B(OH)2@MATP@Fe 3O 4
高都有了显著的升高，说明该材料对这3种物质具有良好
的吸附和洗脱效果。

实验表明B （OH ）2@MATP@Fe 3O 4
纳米粒子对NE、E、DA 这些模型物质的萃取具有一定
的运用价值。

3 结语
该试验先合成具有双键的MATP 后，将其修饰到
磁球表面得到MATP@Fe 3O 4，最后将硼酸基团修饰到
表面得到了B （OH ）2@MATP@Fe 3O 4
材料。

将制备的材料作为固相萃取剂对儿茶酚胺类物质（NE、E、DA ）进行富
集，从上述实验数据和图像可以看出该材料对微量的
NE、E、DA具有较好的富集效果。

同时采用FT-IR、XRD、
TG等对其进行表征，从样貌、官能团、晶型、稳定性等多个
方面分析了该材料，最终得出B(OH)2@MATP@Fe 3O 4纳米
粒子的性能良好，且对3种模型物质的富集效果较好。

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24
68
14
A b s o r b a n c e (m A U )
Time (min)1
2
3
a
b c a-上样液；b-上清液；c-洗脱液；；2-E ；3-DA 图2 HPLC 色谱图。