一种花球状共价有机框架材料及其制备与应用的制作方法

本发明属于共价有机框架材料及分析检测领域，具体涉及一种花球状共价有机框架材料及其应用。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

喹诺酮类抗生素，作为防治感染性疾病药物和抗菌生长促进剂，在医疗、禽畜和水生动物养殖方面应用广泛。然而，不当或过量使用该类药物导致其在环境水体及食品中过量残留，对生态系统和人类健康造成严重威胁。如何有效地检测复杂样品中喹诺酮类抗生素仍然是分析化学领域的一个挑战。因此，开发有效、灵敏地喹诺酮类抗生素测定方法非常必要。

环境水及食品等实际样品基体复杂且喹诺酮类抗生素残留浓度较低，需要采用适当的样品前处理技术对喹诺酮类抗生素进行分离、富集。固相萃取(spe)具有操作简单、浓缩因子高、有机溶剂消耗少等诸多优点，是一种高效可靠的样品前处理技术。吸附剂的选择是影响固相萃取效率最重要的因素之一。共价有机框架(cofs)材料由轻质元素通过共价键连接形成的一类结晶性的有机多孔材料，具有高比表面积、低密度、良好热稳定性及高度有序性等特点，在气体吸附、非均相催化、能量存储及样品前处理等领域展现出良好的应用前景，但将cofs材料作为固相萃取吸附剂分离富集喹诺酮类抗生素的应用尚鲜有报道。

高温溶剂热法是制备共价有机框架材料的经典合成方法，该方法需要在惰性气氛、高温高压的密封耐压管中进行，具有能耗高，操作复杂，不利于规模化生产等局限性。因此，开发有效、便捷的共价有机框架材料合成方法对于推广并拓展其应用非常必要。室温法的优点在于突破了高温溶剂热法合成的瓶颈，具有规模化、产业化生产的巨大潜力，然而其对于单体的普遍适用性尚有待探索。

技术实现要素：

为了克服上述或其他潜在问题，本发明提供了一种花球状共价有机框架材料及其制备与应用。将制备的花球状共价有机框架材料作为固相萃取柱吸附剂，结合高效液相色谱串联质谱技术，实现了对环境水及食品中痕量喹诺酮类抗生素的高灵敏检测。

本发明的第一个方面在于：首次验证了以三(4-氨基苯基)胺(tapa)和1,3,5-三(4-甲酰基苯基)苯为单体(tfpb)，室温法制备具有良好结晶度的花球状共价有机框架材料的可行性。

本发明的第二个方面在于：发现了该花球状共价有机框架材料能提供π-π作用、疏水作用、氢键作用等多种作用力，对环境及食品样品中的喹诺酮类抗生素进行分离、富集。

本发明的第三个方面在于：构建了以花球状共价有机框架材料为固相萃取柱吸附剂，结合液相色谱串联质谱仪(lc-ms/ms)，灵敏检测喹诺酮抗生素的分析方法。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明中共价有机框架材料具有良好的结晶和纳米片堆叠的花球状结构，制备方法简易、温和。

(2)本发明研究发现花球状共价有机框架材料作为固相萃取柱吸附剂对喹诺酮类抗生素具有良好的吸附特性，可以重复使用，降低成本。

(3)本发明将花球状共价有机框架材料作为固相萃取柱吸附剂，结合液相色谱串联质谱仪，构建的喹诺酮类抗生素检测方法线性关系良好，具有较高的灵敏度及重现性，如表1所示。

表1喹诺酮类抗生素的线性范围，相关系数，检出限，定量限以及精密度

(4)本发明提供的检测方法稳定可靠，简单经济，适用于环境水及食品等复杂样品中痕量喹诺酮类抗生素的日常检测，具有重要的生产意义。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例1中花球状共价有机框架材料的扫描电镜图；

图2为实施例1中花球状共价有机框架材料的x-射线衍射图；

图3为实施例1中花球状共价有机框架材料的傅里叶变换红外光谱图；

图4为本发明花球状共价有机框架材料的制备及其作为固相萃取柱吸附剂检测喹诺酮类抗生素示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

一种花球状共价有机框架材料，该材料以三(4-氨基苯基)胺和1,3,5-三(4-甲酰基苯基)苯为单体，以均三甲苯和1，4-二氧六环为溶剂，在醋酸存在的条件下，通过室温法制备而成。本发明首次以三(4-氨基苯基)胺(tapa)和1,3,5-三(4-甲酰基苯基)苯为单体(tfpb)，通过室温法制备出具有良好结晶度的花球状共价有机框架材料，突破了现有高温溶剂热法合成的瓶颈，为其规模化、产业化生产提供了可行性依据。

在一些实施例中，所述均三甲苯与1,4-二氧六环体积比为1：1–4。

在一些实施例中，反应体系中，醋酸的摩尔浓度为0.3–0.6mol·l^-1。

在一些实施例中，室温法的反应温度为25±5℃，反应时间为48–90h。

本发明还提供了任一上述的方法制备的花球状共价有机框架材料。

扫描电镜结果显示，该花球状共价有机框架材料尺寸均一，形貌规整，呈现由纳米片组装成的花球状结构。

x-射线衍射数据中，该花球状共价有机框架材料在2θ为4.52°，7.72°，8.90°，12.05°和21.45°处均存在明显衍射峰。

本发明还提供了上述的花球状共价有机框架材料在喹诺酮抗生素痕量检测中的应用。

在一些实施例中，采用上述的花球状共价有机框架材料作为固相萃取柱吸附剂，干法装柱，经活化后，将样品溶液过柱，由洗脱剂洗脱，经氮吹，复溶，过滤后转移至进样瓶中，进行高效液相色谱串联质谱检测。

在一些实施例中，所述样品溶液ph在3–9之间，氯化钠含量在0.1–0.8mol·l^-1之间；洗脱剂为5％氨水-甲醇。

本申请中对高效液相色谱串联质谱检测条件并不作特殊的限定，只要能够保证对喹诺酮抗生素具有较高的灵敏度及重现性即可，因此，在一些实施例中，所述高效液相色谱串联质谱检测条件优选为：色谱柱为2.1mm×100mm×2.5μm的xbridgebehc18，柱温为35℃；流动相为0.1％甲酸水(c)和乙腈(d)；梯度条件为0–4.0min,10–50％d；4.0–4.1min,50–10％d；4.1–6.0min,10％d。质谱监测模式为多反应监测模式mrm；离子极性为正离子；离子源温度为500℃；电喷雾电压为5500v，以获得较好的线性关系和灵敏度，提高检测效率。

在一些实施例中，所述喹诺酮类抗生素为西诺沙星、诺氟沙星、环丙沙星、恩诺沙星或加替沙星。

在一些实施例中，所述喹诺酮类抗生素来自于自来水、泉水、鸡肉或鱼肉中。

在一些实施例中，检测五种喹诺酮类抗生素的母离子、定量离子、定性离子、去簇电压和碰撞能量等质谱工作参数如表2所示：

表2喹诺酮类抗生素的母离子、定量离子、定性离子、去簇电压及碰撞能量

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

实施例1.花球状共价有机框架材料的制备:

称取0.6mmol三(4-氨基苯基)胺和0.6mmol1,3,5-三(4-甲酰基苯基)苯于三口烧瓶中，加入6ml均三甲苯和6ml1,4-二氧六环，超声5min后，加入1.2ml6mol·l^-1醋酸，25℃反应72小时，离心洗涤干燥得到花球状共价有机框架材料。其扫描电镜图、x-射线衍射图和傅里叶变换红外光谱图分别如图1、图2和图3所示。

实施例2.花球状共价有机框架固相萃取柱的柱间及柱内重复性:

称取不同批次制备的花球状共价有机框架材料(采用实施例1的方法)装填至6ml空柱管内，筛板压实得到六支花球状共价有机框架固相萃取柱。调节超纯水中氯化钠浓度为0.1mol·l^-1，加入1ml25μg·l^-1的喹诺酮类抗生素混标，混匀后，加载至预先活化的固相萃取柱，由5％氨水-甲醇进行洗脱，将洗脱液氮吹至干，复溶后，过0.22μm滤膜，由高效液相色谱串联质谱检测。相对标准偏差在2.7％–9.8％之间，表明花球状共价有机框架固相萃取柱具有良好的柱间重复性。

采用六次重复提取的方法，即选取一支花球状共价有机框架固相萃取柱对其重复使用性进行评价。在下一次提取前，用超纯水清洗固相萃取柱。六次重复测定的回收率没有显著变化，相对标准偏差在3.3％–12.0％之间。这表明花球状共价有机框架固相萃取柱再生方法简易且良好，可实现多次重复使用。

实施例3.花球状共价有机框架固相萃取柱分析自来水样品:

自来水样经0.45的微孔膜过滤后，准确量取500ml自来水，调节氯化钠浓度为0.1mol·l^-1。以真空泵驱动自来水及加标自来水通过预先活化的花球状共价有机框架(采用实施例1的方法)固相萃取柱，由5％氨水-甲醇进行洗脱，将洗脱液氮吹至干，复溶，过0.22μm滤膜，高效液相色谱串联质谱检测。在自来水中未检出喹诺酮类抗生素。采用加标回收的方法考察方法的准确度。如表3所示，加标自来水样中喹诺酮类抗生素回收率在85.2％–103.5％之间，表明该方法准确，可靠，可用于自来水样中痕量喹诺酮类抗生素的分析。

实施例4.花球状共价有机框架固相萃取柱分析泉水样品:

泉水经0.45的微孔膜过滤后，准确量取500ml泉水，调节氯化钠浓度为0.1mol·l^-1。以真空泵驱动泉水及加标泉水通过花球状共价有机框架(采用实施例1的方法)固相萃取柱，由5％氨水-甲醇进行洗脱，将洗脱液氮吹至干，复溶，过0.22μm滤膜，高效液相色谱串联质谱检测。在泉水中未检出喹诺酮类抗生素。采用加标回收的方法考察方法的准确度。如表3所示，加标泉水中喹诺酮类抗生素回收率在85.9％–107.6％之间，表明该方法准确，可靠，可用于泉水中痕量喹诺酮类抗生素的分析。

实施例5.花球状共价有机框架固相萃取柱分析鸡肉样品:

鸡肉样品经高速组织捣碎机均匀捣碎，称取5.0g，置于50ml离心管中，加入15ml2％甲酸-乙腈溶液(v/v)，超声萃取15min后，离心收集上清液于另一干净的50ml离心管中，残渣中加入15ml2％甲酸-乙腈溶液(v/v)，重复提取一次，离心合并上清液后，氮吹近干。

加入含有0.1mol·l^-1氯化钠的超纯水溶解残渣，涡旋混匀后，以真空泵驱动样品通过花球状共价有机框架(采用实施例1的方法)固相萃取柱，由5％氨水-甲醇进行洗脱，将洗脱液氮吹至干，复溶，过0.22μm滤膜后，由高效液相色谱串联质谱检测。在鸡肉中未检出喹诺酮类抗生素。采用加标回收的方法考察方法的准确度。如表3所示，加标鸡肉中喹诺酮类抗生素回收率在81.6％–101.1％之间，表明该方法准确，可靠，可用于鸡肉中痕量喹诺酮类抗生素的分析。

实施例6.花球状共价有机框架固相萃取柱分析鱼肉样品:

鱼肉样品经高速组织捣碎机均匀捣碎，称取5.0g，置于50ml离心管中，加入15ml2％甲酸-乙腈溶液(v/v)，超声萃取15min后，离心收集上清液于另一干净的50ml离心管中，残渣中加入15ml2％甲酸-乙腈溶液(v/v)，重复提取一次，离心合并上清液后，氮吹近干。

加入含有0.1mol·l^-1氯化钠的超纯水溶解残渣，涡旋混匀后，以真空泵驱动样品通过花球状共价有机框架(采用实施例1的方法)固相萃取柱，由5％氨水-甲醇进行洗脱，将洗脱液氮吹至干，复溶，过0.22μm滤膜后，由高效液相色谱串联质谱检测。在鱼肉中未检出喹诺酮类抗生素。采用加标回收的方法考察方法的准确度。如表3所示，加标鱼肉中喹诺酮类抗生素回收率在80.0％–99.9％之间，表明该方法准确，可靠，可用于鱼肉中痕量喹诺酮类抗生素的分析。

表3自来水、泉水、鸡肉及鱼肉的分析结果及加标回收率

n.d.,未检出；加标含量为10ng·l^-1(a),50ng·l^-1(b),100ng·l^-1(c),1ng·g^-1(d),5ng·g^-1(e),10ng·g^-1(f)

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。