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

摘  要：為了简单、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@Fe3O4），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@Fe3O4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@Fe3O4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@Fe3O4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@Fe3O4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

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 functionalized magnetic covalent organic framework material （B（OH）2@MATP@Fe3O4） by the hydrothermal method， applied it to the enrichment of catecholamines， and characterized the appearance of B（OH）2@MATP@Fe3O4 materials by Fourier infrared spectrometer （FT-IR）， X-ray diffraction （XRD） and thermogravimetric analysis （TG）. The norepinephrine （NE）， epinephrine （E） and dopamine （DA） of catecholamines were used as model substances to extract B（OH）2@MATP@Fe3O4， and then detection and analysis were carried out in combination with high performance liquid chromatography （HPLC）. The results showed that B（OH）2@MATP@Fe3O4 materials could show good enrichment effects on NE、E、DA and the established B（OH）2@MATP@Fe3O4 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

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，它被称为“有机沸石”。 C?T? A 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結晶材料。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 JY[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]等使用多巴胺作为模板分子合成磁性分子印迹化合物对尿中的儿茶酚胺（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Fe3O4@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  试剂及设备

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。

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@Fe3O4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@Fe3O4。

1.2.2  B（OH）2@MATP@Fe3O4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@Fe3O4，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@Fe3O4）。

1.3  B（OH）2@MATP@Fe3O4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 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5×10-5 mmol/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@Fe3O4材料的萃取过程

称取5 mg B（OH）2@MATP@Fe3O4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小时后，进行磁力分离。洗脱3次后通过0.45μm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@Fe3O4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，1630 cm-1处的吸收峰是Fe3O4表面-OH弯曲振动峰。图中b线表明在827 ㎝-1处是C-H面外彎曲振动的特征峰，在1460 cm-1处为C=C骨架伸缩振动吸收峰，表明在Fe3O4纳米粒子表面成功修饰了C=C。c线可知在1340 cm-1处为-B（OH）2的特征吸收峰，说明苯硼酸已经成功地附到粒子表面。图1（b）是TG谱图，图中Fe3O4、MATP@Fe3O4、和B（OH）2@MATP@Fe3O4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%。线c可以看出B（OH）2@MATP@Fe3O4在300 ℃～650 ℃之间失重，由于-B（OH）2的分解，失重率大约为70%。最终Fe3O4、MATP@Fe3O4、和B（OH）2@MATP@Fe3O4含量分别为95%、52%和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Fe3O4的（111）、（220）、（311）、（400）、（422）、（511）、（440）晶面位置相对应，由此可知Fe3O4粒子结晶完整。在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Fe3O4粒子。在c线上对应Fe3O4和C=C处的特征峰显著低于Fe3O4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。

（a）FT-IR谱图                                                                       （b）XRD谱图

（b）TG谱图

a- Fe3O4；b- MATP@Fe3O4； c- B（OH）2@MATP@Fe3O4

图1  表征图

2.2  B（OH）2@MATP@Fe3O4对模型物质的HPLC分析

图2是以NE、E、DA为模型物质对制备的B（OH）2@MATP@Fe3O4材料进行萃取的HPLC色谱图。图中a线（上样液）可知配制的三种模型物质浓度未检测出模型物质。上清液（b线）三种模型物质的峰高也比较低。c线洗脱液对应的三种模型物质的峰高都有了显著的升高，说明该材料对这三种物质具有良好的吸附和洗脱效果。实验表明B（OH）2@MATP@Fe3O4纳米粒子对NE、E、DA这为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@Fe3O4，最后将硼酸基团修饰到表面得到了B（OH）2@MATP@Fe3O4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@Fe3O4纳米粒子的性能良好，且对3种模型物质的富集效果较好。

参考文献[1] C?T? A P， BENIN AI， OCKWIG N W， et al. Porous， Crystalline， Covalent Organic Frameworks[J]. Science， 2005，310 （5751）：1166-1170.

[11] YADAV S K， AGRAWAL B， OYAMA M， et al. Graphene Modified Palladium Sensor for Electrochemical Analysis of Norepinephrine in Pharmaceuticals and Biological Fluids[J]. Electrochimica Acta， 2014，125：622-629.