Металоорганічний каркас PCN-222 - селективний та високоефективний сорбент для вилучення

Анотація

високоефективний

Вступ

Аспартам (ASP; N-L-a-аспартил-1-фенілаланін-1-метиловий ефір), штучний підсолоджувач, в основному використовується у харчових продуктах, безалкогольних напоях, дієтичних продуктах та консервованих фруктах для підвищення якості продукції та терміну зберігання [1]. Існує кілька свідків, які підтверджують наявність взаємозв'язку між прийомом АСП та шкідливими проблемами здоров'я, такими як ожиріння, карієс зубів, канцерогенність, неврологічні проблеми, ризик пухлинних захворювань мозку та лейкемія [2, 3]. Тому необхідно розробити швидкий, простий і чутливий аналітичний метод виявлення ASP у харчових продуктах. За даними спільної продовольчої та сільськогосподарської організації, Всесвітньої організації охорони здоров’я та Експертного комітету з харчових добавок, допустима добова норма споживання ASP становить від 0 до 40 мг/кг маси тіла на день [4].

Спектроскопія (спектрофотометрія, колориметрія та хемілюмінесценція) [5,6,7], електрохімічні методи [8] та хроматографія [9] - найважливіші аналітичні методології, розроблені для визначення ASP. Серед них високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ) є найпоширенішою методикою, що застосовується для визначення підсолоджувачів, включаючи ASP; але цей метод страждає від високотоксичних органічних розчинників, тривалого часу аналізу та високої вартості.

Спектрофотометрія - приваблива загальноприйнята техніка з перевагами, що включають високу точність, високу точність та низьку вартість аналізу [10], яка підходить для визначення багатьох органічних та неорганічних сполук. Основними недоліками, пов’язаними з цією методикою, є відсутність селективності та нездійсненність виявлення низьких концентрацій аналітів [11]. Ці проблеми можна подолати, застосувавши відповідну техніку екстракції до проведення спектрофотометрії.

Екстракція в твердій фазі (SPE) є одним з найважливіших методів підготовки зразків, який широко застосовується для цієї мети для розділення та попереднього концентрування харчових добавок та штучних підсолоджувачів у різноманітних матрицях зразків [12]. Переваги цього методу включають високу селективність, високу віддачу, хорошу відтворюваність, піддається автоматизації та низьку потребу в органічних розчинниках [13, 14]. У СПЕ сорбент є найважливішою частиною, яка безпосередньо впливає на точність, вибірковість та чутливість вилучення, і багато досліджень зосереджено на вдосконаленні сорбентів СПЕ [15].

Тому ми вирішили підготувати, охарактеризувати та застосувати PCN-222 (Fe) MOF як сорбент для SPE аспартаму, молекули функціональної групи, що містить карбонову кислоту, із зразків з різними матрицями. Були вивчені та оптимізовані експериментальні фактори, що впливають на вилучення.

Експериментальний

Хімікати

Всі реагенти були аналітичного класу і використовувались без подальшого очищення. Хлорид цирконію (IV) (ZrCl4), метил 4-формилбензоат (C9H8O3), пірол (C4H5N), бензойна кислота (C7H6O2), тетрагідрат заліза (II) хлориду (FeCl2 · 4H2O), пропіонова кислота (C3H8O2) хлорхлорид (хлороформ) етанол (C2H6O), метанол (CH4O), глюкоза, сахароза, фруктоза, аскорбат натрію, цикламат, соляна кислота (HCl), N, Nʹ-диметилформамід (DMF), гідроксид натрію (NaOH) і тетрагідрофуран (THF) були отримані від Sigma-Aldrich Chemical Company (MO, США). Аспартам марки реагенту був отриманий від Merck KGaA (Дармштадт, Німеччина). Воду Milli-Q ® (Merck-Millipore, MA, США) використовували (18,3 МОм см -1) протягом усіх експериментів. Основний стандартний розчин аспартаму (1000 мг L -1) готували шляхом розчинення його 1 000 г у 1000 мл дистильованої води. Робочі стандартні розчини готували шляхом послідовних розведень вихідного розчину перед аналізом.

Приладобудування

Синтез MOF PCN-222 (Fe)

PCN-222 (Fe) MOF було синтезовано за допомогою п'ятиступеневого синтезу з комерційно доступного на основі раніше повідомленої процедури за допомогою п'ятиступеневого синтезу [26, 27].

Процедура вилучення твердої фази

Проводили пакетний метод SPE для вилучення ASP, використовуючи PCN-222 (Fe) MOF як сорбент. 250,0 мл розчину зразка переносили в мензурку і доводили його рН до 6,0 за допомогою додавання по краплях або 0,1 М розчину NaOH, або 0,1 М розчину HCl. До розчину додавали 7 мг адсорбенту і струшували на шейкері (200 об/хв, 10 хв), потім центрифугували при 4000 об/хв протягом 8 хв. Водну фазу повністю відкидали. 700 мкл розчину етанол-HCl (99: 1 об/об) додавали до твердої речовини і знову струшували на шейкері (200 об/хв, 15 хв). Нарешті, PCN-222 (Fe) MOF відокремлювали від розчину центрифугуванням при 4000 об/хв протягом 8 хв, а концентрацію ASP в елюції визначали за допомогою спектрофотометрії UV – Vis проти заготовки, приготовленої за тією ж процедурою.

Результати і обговорення

Характеристики PCN-222 (Fe) MOF

Рисунок порошкової рентгенівської дифракції (PXRD) підготовленого MOF PCN-222 (Fe) показаний на рис. 1. Можна помітити, що картина схожа на попередні звіти [26, 27]. Інтенсивні піки на рівні 2θ = 2,5, 4,9, 6,6, 7,1 та 9,9º відносяться до відбиттів (1 0 0), (2 0 0), (2 -1 1), (2 0 1), (4 0 0) та (4 -2 1), відповідно (CCDC No 893,545) [22, 27].

Шаблон PXRD синтезованого MOF PCN-222 (Fe)

Спектр інфрачервоного перетворення Фур'є (FTIR) PCN-222 (Fe) MOF показаний на рис. 2. Піки на рівні близько 1691 та 1417 см -1 пояснюються сильною розтягуючою вібрацією -COO (асиметрична) та -COO (симетрична) зв’язки карбоксилатних груп. Піки приблизно на 1570, 650 та 712 см -1 обумовлені вигином поза площиною C-Hs фенільних кілець [29]. Після сорбції ASP піки інтенсивності при 1700 см -1 і 1570 см -1 зменшувались, що призводило до зміщення в бік нижчих хвильових чисел.

FT-ІЧ-спектр PCN-222 (Fe) та PCN-222 (Fe) -ASP

Пористість підготовленого MOF вимірювали експериментами з адсорбції-десорбції азоту при 77 К. Отримано типову ізотерму типу IV та поверхню Брунауера – Еметта – Теллера (BET) 1650 м 2 г -1, коли процедуру активації було застосовується (рис. 3). Моделювання теорії функціональної щільності сорбції N2 показало, що номінальні MOF мають два типи пор, з розмірами