聚苯乙烯萃取材料的制备及吸附性能测定毕业论.doc

贵州师范学院毕业论文（设计） 学科分类号15045 本 科 毕 业 论 文 题 目 聚苯乙烯萃取材料的制备及吸附性能测定 姓 名 xx 学 号 xxxxxxxx 院 （系） 化学与生命科学学院 专 业 化 学 年 级 2010级 指导教师 xxxxxx 职 称 教授 二一四 年 五 月 贵州师范学院本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文作者签名： 年 月 日 目录摘要11、前言22、材料与方法32.1仪器与试剂32.2材料的制备42.2.1活化硅胶42.2.2乙烯基硅胶的制备42.2.3印迹材料的制备42.3 材料吸附性能测试52.3.1丹参素含量标准曲线52.3.2吸附量-不同底物浓度的变化关系（静态吸附）52.3.3吸附量-不同时间的变化关系（动态吸附）52.3.4吸附量-不同温度下的变化关系62.3.5印迹聚合物的选择性试验63结果与分析63.1红外光谱解析63.2 吸附性能研究73.2.1 丹参素含量标准曲线的绘制和曲线方程7 3.2.2静态吸附曲线的绘制与分析.83.2.3.动态吸附曲线的绘制与分析83.2.4.吸附量随温度变化曲线的绘制与分析93.2.5 MIP选择性吸附试验分析104结论114.1 印迹材料的合成过程114.2印迹材料吸附性能11参考文献：11致 谢.13摘 要在硅胶的表面接枝在硅胶表面接枝乙烯基三乙氧基硅烷得到接枝硅胶。以丹参素为模板分子、苯乙烯为功能单体、乙二醇二甲基丙烯酸酯为胶黏剂、采用沉淀聚合技术，在硅胶表面制备丹参素印迹材料，用红外光谱对材料性能进行表征。结果表明，在硅胶表面合成一层稳定均匀的印迹材料，用紫外光谱研究该印迹材料的吸附动力学及吸附容量，获得吸附条件为温度是150C，吸附时间为30分钟，吸附浓度为3.71mg/ml时；吸附量能够达到350mg/g,对丹参素具有较好的选择吸附性能，可用于丹参素的分离和富集。关键词 ：硅胶; 分子印迹; 丹参素; 吸附性能Abstract Grafted silica gel to get onto the surface of silica gel is grafted on the silica surface of three ethyl vinyl silane. In order to Danshensu as template molecule, styrene as monomer, two glycol methacrylate as adhesive,the precipitation polymerization technology, the preparation of Dan shensu imprinted material on the surface of silica gel,on the properties of the materials were characterizedby infrared spectra, results show that,in the imprinted material grafted silica gel surface with a layer of stable, uniform,the. The adsorption kinetics and adsorption capacity of the imprinted material, by UV spectra showed that,in the temperature is 150C, adsorption time is 30 minutes,when the concentration of 3.71mg/ml adsorption,adsorption capacity can reach 350mg/g,element has good adsorption performance of Salvia miltiorrhiza，available Yu Dan separation and enrichment of danshensu.Keywords:silica gel; molecular imp rinting; danshensu; adsorption performance1、前言丹参（Salvianic acid A,SAA)为唇形科植物的干燥根及根茎，具有祛瘀止痛血通经、清心除躁之功效。现代药理学研究表明，丹参能够增加冠状动脉血流量、降血脂、抑制血栓形成或抗血栓、改善微循环1。丹参主要有效成分为水溶性酚性酸类、脂溶性二萜醌类2。分子印迹技术(Molecular imprinting technology，MIT )来源于生物化学、免疫学，是模仿生物体内抗原与抗体、底物与酶等分子之间的识别过程，合成对某种分子具有专一识别性的聚合的方法。MIT 被形象地描绘为制造识别“分子钥匙”的“人工锁”的技术3-4。分子印迹技术又称为分子烙印技术5-7是在模仿生物体内抗原与抗体相互识别的原理上发展起来的新型技术， 一般由三个步骤实现：弟一是印迹过程， 以目标分子为模板， 选择适当的功能单体， 使两者之间通过共价键或非共价键作用形成模板分子与功能单体的复合物; 弟二是聚合过程，在模板分子与功能单体复合物中加入引发剂和交联剂，由聚合反应在模板分子的周边形成高度交联的高分子聚合物; 第三是萃取过程，采用合适的方法将模板分子从聚合物中抽提出来，在聚合物上就留有模板分子的模型，其在空间结构上与模板分子能很好的结合且专一性识别该模板分子，这样的聚合物称之为分子印迹聚合物(molecular imprinted polymers,MIP)。具有构效预定性、特异识别性(specific recognition)和广泛实用性等8三大特点。MIP是一种基于三维空间聚合网格的聚合物，在每个网格中包含有对模板分子具有特殊亲和力的活性识别位点，因此对模板分子具有特异的“记忆”功能，表现出特殊的亲和性、高度的选择性及卓越的分子识别性能，再加上制备简单、性质稳定等特点，有“塑料抗体”之称， 目前已被广泛用于仿生传感器、酶样催化剂、药物的发现与传递以及复杂体系中样品的制备分离、分析等领域，特别是作为固相萃取的吸附剂以及高效液相色谱的柱填料用于分离、富集及分析特定的目标分子如环境中的污染物、生物样品中的药物以及中药中的有效成分等9。本实验以丹参素为模板分子制作印迹材料，用于对丹参素的提取与分离。2、材料与方法2.1仪器与试剂 采用德国布鲁克公司VECTOR22 型红外光谱测定仪分析SMIP结构，日本岛津仪器(苏州)有限公司UV-2450型紫外可见分光光度计测定丹参素含量，上海冠特超声仪有限公司超声波清洗器超声处理反应液，金坛市开发区吉特实验仪器厂SHZ-82A型水浴恒温振荡器振动处理反应物，天津泰斯特仪器有限公司DZ-2BC型电热恒温真空干燥箱干燥产品，郑州南北仪器设备有限公司FA1004N型电子天平称取物质质量。苯乙烯，分析纯，国药集团有限公司；柱层析硅胶(200-250目)，化学纯，青岛海洋化工厂；乙二醇二甲基丙烯酸酯( EGDMA)，分析纯，上海海曲化学有限公司；丹参素(SAA)，98%，西安鸿生生物技术有限公司；N,N-二 甲基甲酰胺（DMF），分析纯，广东光华科技有限公司；过硫酸铵，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；磺基水杨(5-Sulfosalicylic acid dehydrate，SAD)，四氢呋喃(THF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈、甲醇、冰乙酸等均为国产分析纯试剂；实验用水为一次蒸馏水。2.2材料的制备2.2.1活化硅胶称取6g硅胶先用100ml HCl浸没3h， 以除去硅胶中少量的无机杂质并增加硅胶表面的羟基数目，漏斗抽滤， 用蒸馏水洗至近中性，再用1mmol/l EDTA-Na2 溶液浸没3h， 用蒸馏水洗至近中性，真空干燥24h。2.2.2乙烯基硅胶的制备取活化硅胶6 g和DMF 60ml放入100ml三颈烧瓶中，氮气保护下，加入乙烯基三乙氧基硅烷(CG-V151)10ml，回流装置中，60反应16 h，反应结束后抽滤， 经乙醇洗涤后，60真空干燥， 得乙烯基硅胶。2.2.3印迹材料的制备10取1mmol丹参素加入50%的乙醇水溶液50ml，搅拌、溶解过后。再依次加入苯乙烯 5 m mol、1mmol 聚乙二醇400，EGDMA 20mmol、活化硅胶3 g，过硫酸铵 1mmol 和溶液通氮气10 min 后将反应器密封。超声10 min，静置1 h之后，在60恒温水浴下振荡反应12 h。聚合物冷却至室温。再用40%醋酸甲醇溶液索式提取去除模板分子和未聚合的功能单体和交联剂，在60下真空干燥24 h，得到MIP。空白印迹材料的合成除了不加模板分子之外，其他的步骤和模板分子印迹材料的相同。用红外光谱分析分子印迹聚合物结构。2.3 材料吸附性能测试2.3.1丹参素含量标准曲线称取10 mg丹参素加入1ml1%的HNO3溶液进行溶解，再转移到10ml溶量瓶中，取0，10，20，30，40，50 g/l的丹参素溶液用甲醇进行定容，甲醇为空白测定其吸光度，用吸光度对浓度作图得到标准工作曲线（图2），标准工作曲线方程为:y=0.0141x0.0013，r2= 0.9999。同法得到水杨酸工作曲线方程：y=46.257x0.0106，r2= 0.9996；磺基水杨酸工作曲线方程：y=0.1653x0.0120，r2=0.9986。2.3.2吸附量-不同底物浓度的变化关系（静态吸附）在25 ml的锥形瓶中加入30mg印迹聚合物(产品)，取5.3mg/ml丹参素甲醇溶液1-10ml分别加入到锥形瓶中，用蒸馏水补足至10 ml，振荡12 h离心，取上层清液0.2mL稀释至10 ml测定A，用公式（Q = (C0-CV)V/m）计算吸附量,Q。在25 ml的锥形瓶中加入30mg印迹聚合物(空白)，取5.3mg/ml丹参素甲醇溶液1-10 ml分别加入锥形瓶中，用蒸馏水补足至10 ml，振荡12 h，离心，取上层清液0.2ml稀释至10 ml 测定A，用公式（Q = (C0-CV)V/m）计算空白印迹聚合物的吸附量。2.3.3吸附量-不同时间的变化关系（动态吸附）250C下在25 ml的锥形瓶中加入30mg 印迹聚合物(产品)，取5.3mg/ml丹参素甲醇水溶液 5ml分别加入锥形瓶中，用蒸馏水补足至10 ml，分别震荡20、30、40、50、60、100、150、210、270分钟，用离心机离心，取上层清液0.2ml用甲醇稀释10 ml测定A，用公式（Q = (C0-CV)V/m）计算吸附量Q。2.3.4吸附量-不同温度下的变化关系在25 ml的锥形瓶中加入30 mg 印迹聚合物(产品)，取5.3mg/ml丹参素甲醇水溶液5ml分别加入锥形瓶中，用蒸馏水补足至10 ml，振荡1h，用离心机离心，取上层清液1ml用甲醇稀释至10 ml 测定其吸光度A，用公式（Q = (C0-CV)V/m）计算吸附量Q。2.3.5印迹聚合物的选择性试验 在最佳浓度、时间、温度下，在25 ml的锥形瓶中加入30mg印迹聚合物(产品)，分别取3.71 mg/ml丹参素（水杨酸、磺基水杨酸、苯甲酸）乙醇水溶液1 ml加入锥形瓶中，用蒸馏水补足至10ml，振荡0.5 h，用离心机离心，取上层清液1ml稀释至10 ml测定A，用公式（Q = (C0-CV)V/m）计算吸附量Q。3 结果与分析3.1红外光谱解析下图为硅胶、空白、印迹材料的红外光谱图，图中3567cm-1是亚甲基的碳氢键之间的伸缩振动峰，他的峰值比较大，这证明聚苯乙烯的聚合作用使碳碳双键全部打开成为单键使分子间发生聚合，在1455cm-1到1740cm-1是苯环中碳碳键的伸缩振动峰，812cm-1是苯环上的碳原子和与之所连结的氢原子之间的变形振动峰，由此证明在硅胶的表面成功合成了功能单体聚苯乙烯。图1 红外光谱图3.2 吸附性能研究3.2.1 丹参素含量标准曲线的绘制和曲线方程取0，10，20，30，40，50 g/ml的丹参素溶液用甲醇进行定容，甲醇为空白测定其吸光度，用吸光度对浓度作图得到标准工作曲线（图2），标准工作曲线方程为:y=0.0141x0.0013，r2= 0.9999。同法得到水杨酸工作曲线方程：y=46.257x0.0106，r2= 0.9996；磺基水杨酸工作曲线方程：y=0.1653x0.0120，r2=0.9986。图2丹参素含量标准曲线3.2.2动态吸附曲线的绘制与分析图3分子印迹聚合物及空白对丹参素的静态吸附曲线图3为分子印迹聚合物及其空白对丹参素的静态吸附的实验结果，由图3可知，随着丹参素浓度的不断增加，吸附量不断增大，在3.0mg/ml时达到最大值，最后趋于平稳，这是因为在一定的浓度范围之内聚合物表层的孔穴吸附丹参素的量与其浓度成正比，当到达临界值3.0mg/ml 时，聚合物表层的孔穴趋于饱和，吸附值达到平衡状态。由图3可以看到，空白的最大吸附量为170mg/g，而印迹材料的最大吸附值为340mg/g，由此可以得出，印迹材料的吸附性能远远大于空白。3.2.3.动态吸附曲线的绘制与分析 图4 丹参素印迹聚合物对丹参素的动态吸附图图4为吸附实验结果。结果表明:该材料初始吸附速率较快，之后逐渐减慢由394 mg/g降为358.9mg/g，1h左右基本达到吸附平衡。这主要是因为在初始阶段，丹参素易被聚合物表层的孔穴所吸附，孔穴被占据后，丹参素到达内部的孔穴需要更长的时间。在特异性吸附的同时伴有聚合物表面的非特异性附，随着时间的增长，非特异性吸附逐渐降低，因此表观吸附量出现了极大值后再减小11。3.2.4.吸附量随温度变化曲线的绘制与分析图5吸附量在不同温度下的变化关系曲线图5是在10，15，20，25，30，35，系列温度下恒温振荡0.5h后，印迹材料吸附数据，结果表明：随着温度的升高丹参素分子印迹聚合物对丹参素的吸附量呈下降趋势。在150C时吸附量为308.2mg/g，随着温度的升高，吸附量不断地下降，到350C时吸附量仅223.8mg/g。从分子运动论可以解释：温度低时分子运动速率较低，容易被吸附而稳定在吸附剂上；而温度高时分子运动速率加快，难于稳定下来，对吸附不利。可见低温有利于吸附，但降温需要消耗能源，图5中在10-15之间下降趋势较小，吸附量也较高，所以，丹参素分子印迹聚合物吸附过程可在10-15下进行14。3.2.5 MIP选择性吸附试验分析在相同条件下。印迹材料对丹参素的吸附量为390.8mg/g，对水杨酸的吸附量为210.1mg/g，对磺基水杨酸的吸附量为180.4mg/g。由此可见丹参素印迹材料对模板分子丹参素的吸附量高于其对丹参素结构类似物水杨酸、磺基水杨酸的吸附，它们都接近于两倍。则设计制备的丹参素印迹材料，由于模板分子丹参素的存在，经洗脱后在丹参素印迹材料表层留下了与丹参素相匹配的特定空穴和识别位点，当底物溶液中丹参素靠近印迹材料时，丹参素与空穴及识别位点的功能基团发生相互作用，很容易被印迹材料表层的三维空间立体结构的空穴吸附，实现丹参素印迹材料丹参素的选择性吸附；对结构相似的水杨酸、磺基水杨酸，然有相似基团和结合位点相对应，由于空间结构不相匹配，相互作用不能产生，故其吸附量较小。图6 印迹材料对丹参素与苯甲酸、磺基水杨酸的吸附量的比较4结论 4.1 印迹材料的合成过程本实验采用表面分子印迹技术，以丹参素作模板分子，苯乙烯作功能单体，在交联剂的作用下，在硅胶表面形成三维空穴，从而使印迹聚合物具有一定的识别功能，在合成的过程中，经过大量的实验和方案的修改，找出合成的最佳温度为60下的恒温水浴，最佳反应时间为12小时。4.2印迹材料吸附性能 实验以硅胶活化为固体基质，接技乙烯基三乙氧基硅烷后，在其表面经模板分子、功能单体、交联剂等共同作用得到丹参素分子印迹聚合物颗粒，该聚合物颗粒对丹参素具有较大的吸附容量、较短的吸附时间和良好的结合亲和性，在最佳条件下，印迹聚合物对丹参素的吸附量最大可达到394mg/g，而空白聚合物对丹参素的最大吸附只有183.9mg/g。印迹聚合物对模板分子的吸附最大可达到390.8mg/g，对和其结构类似物水杨的吸附量为210.8mg/g，对磺基水杨酸的吸附为180.4mg/g，由此可知此聚合物具有很好的识别功能可作为新型固相萃取填料，对SAA进行分离和富集，分离纯化工艺为丹参素浓度为3.0mg/mL、吸附温度为15-20、时间0.5h。 参考文献：1 马丙祥, 段晓颖, 王志超. 双花喷雾剂治疗小儿上呼吸道感染临床与实验研究J. 中国中西医结合杂志, 2000, (09):653-655.2 张玉祥, 陈静君, 陈优生. 丹参提取工艺研究J. 中国中医药信息杂志, 2007, (06):50-51.3 Mosbach, Klaus. Molecular imprintingJ. Trends in Biochemical Sciences， 1994，19(1): 9-144 张晓旭, 游慧珍,李伟.分子印迹材料的制备与应用J.广州化 工,2012,09:6-10.5 朱全红,冯建涌,罗佳波.分子印迹聚合物在中药研究中的应用J.中草药,2008,02:2