一种捕集苯丙胺类毒品的改性棉纤维及其制法和应用

本发明涉及一种改性棉纤维，尤其涉及一种捕集苯丙胺类毒品的改性棉纤维，还涉及上述改性棉纤维的制法及应用。

背景技术：

1、苯丙胺类毒品(ats)的滥用已成为世界范围内的一个主要公共卫生问题，频繁或长期使用ats可引起一系列负面身体或心理后果。在打击与毒品有关的犯罪的过程中，往往有必要在查获地点对使用过非法毒品的嫌疑人进行检测，以作为定罪和判刑的依据。

2、呼气分析已成为一种有吸引力的疾病诊断策略，由于其易于获取、易于采样和非侵入性而获得相当大的关注。呼出的气体含有多种挥发性和非挥发性化合物。非挥发性药物可能穿过血-气屏障，经肺部和呼吸道，以呼气颗粒物(ebp)形式存在于呼出气体中。现有技术中，常采用固相萃取柱、固相微萃取聚丙烯酸酯纤维、c18吸附膜盘和xad-2微珠等吸附剂以捕获呼气中的甲基苯丙胺、苯丙胺、美沙酮和thc；ullah等学者基于商业化的呼气颗粒物收集设备sensabues，建立并验证了lc-ms/ms分析呼吸颗粒物中28种滥用药物的方法。

3、然而，固相萃取盒、固相微萃取聚丙烯酸酯纤维、c18吸附膜盘和xad-2微珠等吸附剂用于呼出气体的捕集采集过程操作较为复杂。固相萃取盒和c18吸附膜盘会产生较大的气体阻力，因此捕集过程中需要膜泵辅助气体流动(约300ml/min)。此外，c18吸附膜盘在捕集结束后的前处理过程需要破碎膜盘(约5*5mm)后进行提取，复杂耗时。xad-2微珠在使用前，需在甲醇中震荡摇晃3小时，在180℃下用氮气流干燥。固相微萃取聚丙烯酸酯纤维在单位时间内通过的气体流量小，需要较长的采集时间。这些缺陷从而限制了它们在科研中的应用范围。此外，商用sensabues装置使用便捷，适用范围较为广泛。但该装置仅基于碰撞和过滤等物理机制筛选，从而过滤呼出气体中一定粒径范围的气溶胶，因此会带来较大基质干扰情况，同时成本高昂，难以实现大批量采集筛选。因此，亟待开发新型高效低成本、针对呼出气体中苯丙胺类毒品的捕集材料及捕集装置。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种高效捕集呼出气体中苯丙胺类毒品的改性棉纤维，还提供上述改性棉纤维的制法及应用。

2、技术方案：本发明的捕集苯丙胺类毒品的改性棉纤维，所述改性棉纤维为表面采用聚合物修饰的棉纤维，其结构如式v所示，其中，n为大于1的整数：

3、

4、其中，所述改性棉纤维为团状、片状或无规则形状。

5、上述改性棉纤维的制法，包括以下步骤：

6、(1)取棉纤维置于溶剂中，加入反应物料及催化剂进行酯化反应，反应结束洗涤干燥，得到中间产物；

7、(2)取中间产物置于溶剂中，加入反应物料及催化剂进行交联反应，反应结束洗涤干燥，即得捕集苯丙胺类毒品的改性棉纤维。

8、其中，步骤(1)中，所述反应物料为甲基丙烯酸、丙烯酸酐或丙烯酸；催化剂为4-二甲氨基吡啶，所述酯化反应，时间为6～18小时，温度为60～100℃。

9、其中，步骤(2)中，所述反应物料为巯基丁二酸；催化剂为偶氮二异丁腈，所述交联反应，时间为0.5～2小时，温度为85～120℃。

10、其中，所述溶剂为乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或二氯甲烷；所述洗涤为依次采用有机溶剂和超纯水清洗，所述干燥，温度为40～100℃，优选为60～100℃。

11、上述捕集苯丙胺类毒品的改性棉纤维还可以应用在制备苯丙胺类毒品捕集装置中。

12、其中，所述苯丙胺类毒品包括苯丙胺(amp)、甲基苯丙胺(ma)、亚甲二氧甲基苯丙胺(mda)和3,4-亚甲二氧基甲基苯丙胺(mdma)；所述捕集装置可用于呼气样本或大气样本中痕量苯丙胺类毒品的捕集。

13、发明原理：本发明捕集苯丙胺类毒品的改性棉纤维，通过对棉纤维材料进行修饰，在棉纤维材料的表面进行酯化及交联反应进而接枝捕集基团，达到高效捕集苯丙胺类毒品化合物的效果。改性棉纤维捕集机制主要与棉纤维表面功能化基团与之间苯丙胺类毒品的相互作用有关。一方面，棉纤维材料具有高孔隙率，可以过滤呼气颗粒物，吸附苯丙胺类毒品。另一方面，修饰的表面功能基团与待测物之间产生非共价相互作用，增强棉纤维材料对苯丙胺类毒品的捕集作用。该非共价相互作用主要包括：(1)功能化棉纤维表面羧基基团与苯丙胺类毒品氨基之间的静电相互作用与氢键作用；(2)功能化棉纤维表面氧原子与硫原子与苯丙胺类毒品苯环之间的孤电子对-π相互作用；(3)功能化棉纤维表面疏水碳链与苯丙胺类毒品苯环形成疏水相互作用。这些相互作用共同促进了功能化棉纤维与苯丙胺类毒品之间的整体吸附亲和力，促进了苯丙胺类毒品在功能化棉纤维上的捕集。

14、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：(1)本发明的改性棉纤维对呼出气体中苯丙胺类毒品具有良好的捕集效果，对呼出气体中苯丙胺、甲基苯丙胺、亚甲二氧甲基苯丙胺或3,4-亚甲二氧基甲基苯丙胺的捕获效率分别高达84％、93％、86％和90％，且具有良好的可重复性；(2)本发明的改性棉纤维用于捕集苯丙胺类毒品，其最低检测浓度可低至0.1ng/pag，显示出卓越的检测性能(3)本发明改性棉纤维的化学修饰简便，制备成本低，在制备苯丙胺类毒品捕集装置或智能响应性领域极具应用前景。

技术特征：

1.一种捕集苯丙胺类毒品的改性棉纤维，其特征在于，所述改性棉纤维，其结构如式v所示：

2.一种权利要求1所述改性棉纤维的制法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制法，其特征在于，步骤(1)中，所述反应物料为甲基丙烯酸、丙烯酸酐或丙烯酸；催化剂为4-二甲氨基吡啶。

4.根据权利要求2所述的制法，其特征在于，步骤(1)中，所述酯化反应，时间为6～18小时，温度为60～100℃。

5.根据权利要求2所述的制法，其特征在于，步骤(2)中，所述反应物料为巯基丁二酸；催化剂为偶氮二异丁腈。

6.根据权利要求2所述的制法，其特征在于，步骤(2)中，所述交联反应，时间为0.5～2小时，温度为85～120℃。

7.根据权利要求2所述的制法，其特征在于，所述溶剂为乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或二氯甲烷。

8.根据权利要求2所述的制法，其特征在于，所述洗涤为依次采用有机溶剂和超纯水清洗，所述干燥，温度为40～100℃。

9.一种权利要求1所述捕集苯丙胺类毒品的改性棉纤维在制备苯丙胺类毒品捕集装置中的应用。

10.根据权利要9所述的应用，其特征在于，所述苯丙胺类毒品包括苯丙胺、甲基苯丙胺、亚甲二氧甲基苯丙胺或3,4-亚甲二氧基甲基苯丙胺。

技术总结
本发明公开了一种捕集苯丙胺类毒品的改性棉纤维及其制法和应用；所述棉纤维为表面采用聚合物修饰的改性棉纤维；通过在棉纤维材料的表面进行酯化及交联反应进而接枝捕集基团即可简便且低成本的制得，对呼出气体中苯丙胺、甲基苯丙胺、亚甲二氧甲基苯丙胺或3,4‑亚甲二氧基甲基苯丙胺的捕获效率分别高达84％、93％、86％和90％，具有极好的捕集效果和可重复性；本发明发捕集苯丙胺类毒品的改性棉纤维在制备苯丙胺类毒品捕集装置或智能响应性领域极具应用前景。

技术研发人员：狄斌,苏梦翔,邵利涛,任梓润
受保护的技术使用者：中国药科大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5