（有机化学专业论文）用于三唑类杀菌剂多残留同时测定的分子印迹固相萃取研究.pdf

南开大学学位论文使用授权书 根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法，我校的博士、硕士学位获 得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。 本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在 著作权法规定范围内的学位论文使用权，即：( 1 ) 学位获得者必须按规定提交学位论文( 包 括纸质印刷本及电子版) ，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生学位论文， 并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库；( 2 ) 为教学和科研目的，学校可以将公开 的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检索、文 摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务；( 3 ) 根据教育部有关规定，南开大学向教育部 指定单位提交公开的学位论文；( 4 ) 学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所和中国学 术期刊( 光盘) 电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文数据库， 通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至校图书馆网站：h t t p ：2 0 2 1 1 3 2 0 1 6 1 ：8 0 0 1 i n d e x h t m 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩； 提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆留存。 作者暨授权人签字：割缝组 2 0 1 0 年5 月2 8 日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目用于三唑类杀菌剂多残留同时测定的分子印迹固相萃取研究 姓名刘维娟学号 2 1 2 0 0 7 0 5 5 8 答辩日期2 0 1 0 年5 月2 8 日 论文类别博士口学，阿颐士口硕士专业学位口高校教师口同等学力硕士口 院僳惭化学学院 专业 有机专业 联系电话 1 3 8 2 0 3 1 6 5 8 3e m a i l l i u w e i j u a n l 9 8 4 0 9 y a h o o c r l 通信地址( 邮编) ：西区公寓5 - 4 3 0 3 备注：是否批准为非公开论文否 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写( 一式两份) 签字后交校图书 馆，非公开学位论文须附南开大学研究生申请非公开学位论文审批表。 5m 4m 1m 8 m 1舢y 。擎硪审革拱科毒甚妤非戥申千箪搬毒￥妊掣驯鹭萃孤珥素拦妤非氍 锋囤群萃詈专恶( 粉丝箪一) 皇蕈f 晕卦甲。萃孤珥毒明千逊、千簟l 晕蚶明士群群椠崮兽锋砰斟卓：蕃 旦 茸观妊汤非华敢排曼瞽 ：露母 乱穆一舌一争骂, 7 , v 3 3 毋嘉￥丝挲：( 嘴卿) 弭雨哥娶 l ，7 。罗? 唧删弦叫 坳卿 i ! b m 龋l 乞睨g 乇i 县印当油 南砂砷萝 而牟j当鲋显翱 o - t 递华杀舄刨口蛳辚弭簟口砑杀而牟千煎周千班鲥亲 口千科略椠茸砚 b 鼠甚每电q q 乙 f l f 目铤嚣 辆。圆睨亿 鲁杀黔殇哔矽珊 骂蚜遏妻鼬骶曲 眵田鼋诺 萋b 圈爵鞋的i 婆萼氇辆善瞄目骆茸观 冒哥晕勤茸拱珥毒鬲箪控毒￥妊掣 e l 了日9 由0 7 0 乙 1 掰霸f t f 3 古霭y 砰群磊岩勒 。型禺勘沣囤哇鞠币延地甲粉丝摹一蔷焉斗辞旃卓。犁群承丁皋瓤晕刨y 卓 。面目y 章甲酱g 智业疆亲刨业图蹲鹾一站掣朝茸砚卓骂掳与列士胃茸砚珥杀朝尊群 。挺嚣茸砚辩觋目冀智勒明貊毕勤旧刨隧区杀杀￥g 单翠瞽茸砚再赤朝y 卓：粜凄y 章 。嘲x o p u l i 0 0 8 ：1 9 1 0 7 ；ii 乙o 驯：如t l 。宾豳勘津囤珥要覃暂硝士宵覃拱 。茸拱妊影刨暂酣哇蕈篱g 晕鹄暂砷希篱哇蕈鬻* 叫业甲刮酶毋苛茸砚再杀妊移非 。唑辞朝茸砚擎髯勒新耐髯翠禺哿y 卓翱刨。暂邵冒身身檠蟛牲辚豳￥醉嚣骚雹f 犁辫壕茸砚再秦珂群y 劲冀硎壬印葺强茸拱再亲朝函弹军群蕈瞥穗狲印士审( 霉咪) 吐酶半 杀国审哇蝈延搬冒兽辑性国七b 掣罂嘉砰群某勤茸砚砑杀( 哥) 。茸砚砑杀朝妊汤迈瞥珥责羊群 勰旦辚叫杀￥拦阜犁辞* 单蜾基磷群群( ) 2 暂砷冒署龋丐岛禧i 、靳嗽茸弓茸砚谣询麟 茸、肇弭咨目覃砚希瞥丁豳圉醉翠强唧雨断掣群静鬻蝈瞬翕勘件囤翠僻疆紧勘茸砚珥杀朝 妊好琳相且辫杀明目搬性咄杀磷鬃( z ) 2 窜警磲茸弓茸砚珥杀千照斟杀￥妊掣y 崂冀 茸砚砑杀苇延抱晕哿硝士陴暂耐鹭疆由黪、【j j 缮目卷伯乜辫秦( 硝士审暂卓嘈【| j 驺携辨 回) 茸砚再赤萃瞥犁群群蟛何第彭罪珥秦( i ) ：d 首砰甘现茸观砑秦朝掣圈群犁群餮碑勒凳 翠阜啡杀￥妊掣。犁群甚舄朝出陛咄诺劲茸拱再嘉甭延抱* 单杀￥拦掣缚上弓毕y 牢 。銎f 士印珂醉谣章驾撕茸砚砑杀明y 卓萃瞥杀￥妊单掣蟛瞬岩勘 罪码杀千盗、千斛明辫禧群哗噩舄茸胜哇姑劲茸砚码杀雨延地壬* 杀￥甚单辫斟 斗砰群甘科萃歌斟毒毒￥拦掣 广j 。 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：割维娟2 0 1 0年5 月2 8 日 非公开学位论文标注说明 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 申请密级口限制( 2 年) 口秘密( 1 0 年)口机密( 2 0 年) 保密期限 2 0 年月 日至2 0 年月 日 审批表编号批准日期 2 0 年月日 限制2 年( 最长2 年，可少于2 年) 秘密1 0 年( 最长5 年，可少于5 年) 机密2 0 年( 最长1 0 年，可少于1 0 年) 中文摘要 中文摘要 本研究以三唑醇为模板，采用本体聚合法合成了对三唑酮等七种三唑类农 药分子具有识别能力的分子印迹聚合物( m i p ) 。我们还对m i p 的性能进行了研 究。最终将基质固相分散( m s p d ) 与以m m 为吸附剂的分子印迹固相萃取( m i s p e ) 联用，用于土壤和葡萄样品的前处理，建立了三唑类杀菌剂多残留同时测定的 分析方法。主要研究内容包括： 1 ) m i p 的合成条件优化及其性能研究： 分别对功能单体，模板、功能单体和交联剂的比例，致孔剂类型及量，合 成方法进行了优化。最终确定以三唑醇为模板，甲基丙烯酸为功能单体和甲苯 为致孔剂，采用本体聚合法合成了对三唑类农药印迹的聚合物。本文采用振荡 平衡法对该聚合物的结合特性进行了评价。我们对振荡时间和评价溶液进行了 优化。结果表明振荡时间对m i p 的特异性吸附影响不大，而评价溶液对其影响 较大。这说明m 口的特异性吸附速度较快，很快就能达到平衡。 通过静态吸附实验，采用f r e u n d l i e h 吸附等温线拟合来确定m i p 的吸附位 点类型。最终确定m i p 对模板分子三唑醇的结合位点是非均一性的。 2 ) 分子印迹固相萃取研究 以对模板分子印迹效果最好的m i p 为吸附剂装成m i s p e 柱，优化了淋洗和 洗脱溶剂的类型和量。对模板分子的特定选择性是m i p 最重要的特点之一。本 研究以累积吸附法考察m i p 的动态选择性。结果表明，三唑酮在m i s p e 上的累 积吸附量受其余三唑类农药的影响较大，而其余三唑类农药的竞争能力较强， 主要原因是三唑酮不含有羟基，所以与m i p 间的作用力比其余含有羟基的三唑 类农药弱一些。 3 ) m s p d m i s p e 联用 我们采用仅有一篇文献报道的m s p d m i s p e 联用技术提取土壤样品中的三 唑类杀菌剂。对m s p d 条件进行优化，确定m s p d 条件为：2 0g 土壤或葡萄基质， 1 6g 硅胶作分散剂，8m l 水失活硅胶，3 0m l 乙酸乙酯作洗脱溶剂。将m s p d 与以 m i p 为吸附剂的m i s p e 联用，仅用6m l 甲苯作m i s p e 的淋洗条件，用于土壤样品 前处理。实验结果表明，上述淋洗条件的m i s p e 起到了很好的净化作用，有效地 去除了m s p d 提取液中影响随后色谱分析的杂质干扰，同时选择性地提取了目标 中文摘要 农药分子。6m l 甲苯作m i s p e 淋洗溶剂，三种不同类型的土壤样品中各分析物的 回收率分别为8 3 l1 6 ，7 9 1 0 2 和8 1 l l1 ，相对标准偏差分别为1 6 ， l 4 和1 5 ( n = 5 ) 。葡萄样品中各分析物的回收率为8 3 1 0 0 ，相对标准偏 差为1 6 。 通过用m s p d m i s p e 方法检测老化土壤样品中的三唑类分析物的含量来验 证该方法的稳定性，实验结果表明，老化土壤样品中三唑类分析物的回收率和 相对标准偏差与添加土壤样品中的相差不大，说明该方法适用于实际样品检测。 这三种不同类型的土壤和一种葡萄样品中，所用的m s p d m i s p e 方法的所 有条件都一致，这说明该方法适用比较广泛。该方法结合了m s p d 的快速提取 和m i s p e 的高选择性的特点，回收率高，净化效果明显，而且溶剂用量小，操 作简单快速，具有较好的应用前景。 关键词：三唑类农药分子印迹聚合物基质固相分散分子印迹固相萃取 i i a b s t r a c t a b s t r a c t a m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r ( m i p ) f o rs e l e c t i v er e c o g n i t i o no fs e v e n t r i a z o l ef u n g i c i d e s ( t r i a d i m e f o n , d i n i c o n a z o l e ，p a c l o b u t r a z o l ，u n i c o n a z o l e ， t e b u c o n a z o l e ，t r i a d i m e n o la n db i t e r t a n 0 1 ) w a sp r e p a r e dt h r o u g hb u l kp o l y m e r i z a t i o n , u s i n gt r i a d i m e n o la sat e m p l a t e ，m e t h a c r y l i ca c i da sf u n c t i o n a lm o n o m e ra n dt o l u e n e a sp o r o g e n ，e t h y l e n eg l y c o ld i m e t h a c r y l a t e 嬲c r o s s l i n k e ra n da z o b i s i s o b u t y r o n i t r i l e 弱i n i t i a t o r i nt h es t u d y , w eo p t i m i z e dt h e s es y n t h e s i sc o n d i t i o n so fm i p t h e s e l e c t i v i t ya n da f f i n i t yo ft h em i pw a se v a l u a t e db ye q u i l i b r i u ma d s o r p t i o na n d g c - 旺c de x p e r i m e n t s ，w h i c hd e m o n s t r a t e dt h a tt h em i ph a ds p e c i f i ca f f i n i t yf o rt h e t e m p l a t e t h ec h a r a c t e r i z a t i o no fb i n d i n gs i t e si nm i pw e r ed e t e r m i n a t e db yt h ef i t t i n go f e x p e r i m e n t a ld a t a st of r e u n d l i c hi s o t h e r mm o d e l s t h er e s u l ts h o w st h a tt h et y p eo f c a v i t yo fm i p f o rt r i a d i m e n o li sh e t e r o g e n o u s t h ep o l y m e rw a su s e da s t h es o r b e n tf o rs o l i d - p h a s ee x t r a c t i o n f o rt h e m o l e c u l a r l yi m p r i n t e ds o l i d - p h a s ee x t r a c t i o n ( m i s p e ) p r o c e d u r e ，t h ew a s h i n ga n d e l u t i o nc o n d i t i o n sw e r eo p t i m i z e d w es t u d i e dt h eg i v e na d s o r p t i o no fm i pf o r t r i a d i m e n o lb yc u m u l a t e dt r i a d i m e n o la m o u n tb i n d i n gt om i s p e as i m p l es a m p l ep r e p a r a t i o nm e t h o df o rt h ed e t e r m i n a t i o no ft h et r i a z o l e f u n g i c i d e si n s o i la n dg r a p e s ，c o m b i n i n gm a t r i xs o l i d - p h a s ed i s p e r s i o n ( m s p d ) a n d m o l e c u l a r l yi m p r i n t e ds o l i d - p h a s ee x t r a c t i o n ( m i s p e ) ，h a sb e e np r o p o s e d f o r m s p d p r o c e d u r e ，t h es o l i d p h a s ed i s p e r s a n ta n dt h ee l u t i n gs o l v e n tw e r eo p t i m i z e d a n dd i s c u s s e d u n d e rt h ep r o p o s e dm s p dc o n d i t i o n s ，t h ee x t r a c tf r o ms o i la n dg r a p e s h a ss o m em a t r i xi n t e r f e r e n c e s m i s p ep r o c e d u r e sw e r ea p p l i e dt ot h ec l e a n - u po ft h e m s p de x t r a c t s ah i g ld e g r e ec l e a n - u pw a so b t a i n e d r e c o v e r i e so ft h et r i a z o l e f u n g i c i d e si nb o t l lm s p d - m i s p ee x t r a c t sf r o m s o i ls a m p l e sa n dg r a p e ss a m p l e s s p i k e da td i f f e r e n tl e v e l sw e r e7 9 1 11 a n d8 3 10 0 ，晰t l lg o o dp r e c i s i o n ( r s d = 1 6 ，n = 5 ) w em o r ev a l i d a t e df e a s i b i l i t yo fm s p d m i s p eb yd e t e r m i n a t i o no ft r i a z o l e f u n g i c i d e si na g e ds o i l t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h er e c o v e r i e sa n dr s d s o ft r i a z o l e si n i i i a b s t r a c t a g e ds o i lw e r ca n a l o g o u st ot h e mi ns p i k es o i l t h i ss t u d yh i g h l i g h t st h ep o t e n t i mo f t h en o v e lm e t h o dc o m b i n i n gt h es i m p l i c i t yo fm s p dw i t l lt h eh i g hs e l e c t i v i t yo f m i s p ef o re x t r a c t i o no ft r a c ec o m p o u n d sf r o mc o m p l e xm a t r i c e s k e yw o r d s ：t r i a z o l ef u n g i c i d e s ；m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r ；m o l e c u l a r l y s o l i d p h a s ee x t r a c t i o n ；m a t r i xs o l i d - p h a s ed i s p e r s i o n i v 目录 目录 中文摘要1 a b s t r a c t i i i 目录v 第一章前言l 第一节分子印迹聚合物1 1 1 1 分子印迹技术简介1 1 1 2 分子印迹聚合物合成条件的选择4 第二节分子印迹固相萃取l o 1 2 1 分子印迹固相萃取简介1 0 1 2 2 分子印迹固相萃取的应用1 l 第三节基质固相分散1 3 1 3 1 基质固相分散简介。1 3 1 3 3m s p d 法中影响因素1 4 1 3 4m s p d 与其它样品前处理方法的联用1 6 1 3 5m s p d 的优点l8 1 3 6m s p d 法的应用18 第四节三唑类农药在环境中的残留提取方法研究进展1 9 1 4 1 三唑类农药概况。1 9 1 4 2 三唑类农药的残留提取方法。2 0 第五节论文立题依据及基本设想2 2 第二章分子印迹聚合物的合成及其性能研究2 4 第一节实验部分2 4 v 2 2 2 分子印迹聚合物评价条件的优化3 6 2 2 3 聚合物的性能研究3 7 第三节小结4 1 第三章分子印迹固相萃取研究4 3 第一节实验部分4 3 3 1 1 仪器与试剂。4 3 3 1 2 气相色谱条件。4 3 3 1 3m i 的合成4 4 3 1 4m i s p e 柱的制备。4 4 3 1 5m i s p e 操作步骤。4 4 3 1 6m i s p e 条件的优化4 4 3 1 7 柱容量研究4 5 第二节结果与讨论4 5 3 2 1m i s p e 条件的优化4 5 3 2 2m i s p e 柱容量研究4 9 第三节小结5 0 第四章基质固相分散与分子印迹固相萃取联用5 2 第一节m s p d 条件的优化5 2 4 1 1 实验部分5 2 4 1 2 结果与讨论5 3 v i 致 射8 2 个人简历及在学期间发表的学术论文与研究成果8 3 v n 第一章前言 第一章前言 第一节分子印迹聚合物 1 1 1 分子印迹技术简介 分子印迹技术又称分子烙印技术( m o l e c u l a ri m p r i n t i n gt e c h n o l o g y ，m i t ) ，是 一种制备对特定目标分子具有高选择性聚合物的技术。其理论基础是f i s c h e r t u 的酶与底物相互作用的“锁与钥匙模型”、p a u l i n g1 2 提出的抗体形成学说、以及 d i c k e y t 3 】的“特异性吸附理论”。受以上理论的启发，1 9 7 2 年w u l f f 等人【4 5 j 利用 酶和抗体具有分子形状和空间结构选择性的特点，发展了用于色谱手性拆分的分 子印迹聚合物( m i p ) ，又称模板聚合物。8 0 年代，m o s b a c h l 6 1 通过模板分子( 目标分 子或印迹分子) 的应用，使目标分子在聚合物中的特异识别位点或催化位点得以 形成，主要用于小分子物质如多肽或辅酶的分离纯化。1 9 9 5 年k e m p e t t l 3 l 撇 术用于蛋白质的分离纯化，使该技术得到了进一步的发展。 由于它具有预定性、识别性和实用性三大特点，因此在近年来发展非常迅速。 与生物抗体相比，m i p 的制备简单，具有抗恶劣环境的能力，表现出高度的稳 定性和使用寿命长等优点。因此，在许多领域如手性分离、固相萃取、化学与 生物传感器、不对称催化和模拟酶等方面具有广泛的应用前景。 8 - 1 2 】 1 1 1 1 分子印迹技术原理 分子印迹技术是通过以下步骤实现的( 图1 1 ) i l 列： 一、在适当的介质中，具有适当功能基团的功能单体与模板分子相互作用， 在一定时间内形成稳定的模板单体预聚复合物，这个过程称为预聚合过程。 二、模板单体预聚复合物的不饱和基团与过量的交联剂发生共聚合，形成 m i p ，从而使功能单体上的功能基团在特定的空间取向上固定下来。 三、通过物理或化学方法将模板分子脱除，这样就在m i p 内留下与模板分子 官能团位置、结构形状大小都相匹配的空穴。因此m i p g 邑够重新选择性结合模板 分子及其结构类似物。 第一章前言 1扩 - v n _ 嗍 s 0 口嘲嘲- mn 岫删b t i a 一 o 一j a臻坚固 星园罢园 图1 1 分子印迹技术的一般过程 1 1 1 2 印迹类型 根据模板与单体的结合方式不同，印迹方法可分为三种【1 4 1 ，即共价、非共 价和半共价的方法。 对于共价方法，单体与模板通过共价作用结合，然后单体与交联剂共聚合 得到印迹聚合物( 图1 2 ) 。共价键方法的优点是能在聚合物中获得精确的在空 间上固定排列的结合基团。但是，由于共价键作用一般较强，在印迹分子自组 装或者识别过程中结合和解离速度慢，难以很快地达到热力学平衡，不适于快 速识别，而且其识别能力和生物识别也差别甚远，因此这种方法发展缓慢。迄 今为止，人们使用的共价键包括硼酸酯、西弗碱、缩醛酮等化学键。其中硼酸 酯键的代表性较强：在碱性水溶液或有氮原子( n h 3 、哌啶) 存在的介质中转化 成四角形的硼酸酯，这种酯与二醇能很快地达到平衡，达到平衡的速度与非共价 键作用的相纠1 5 】。m i p 中的孔穴中含有两个硼酸基团时用于拆分糖类化合物消旋 体呈现出很高的选择性l l 引。 非共价方法依赖模板分子与功能单体之间的单个或多个非共价作用力来形 成印迹效果( 图1 3 ) 。通常可用的非共价作用力有几种：静电作用、氢键作用、 觚堆积作用、电荷转移作用、范德华力、金属螯合和疏水作用等。其中以静电 作用为最强，其次为氢键作用，即就识别效果而言，基于静电作用的识别过程 最为明显有效，氢键次之。在研究过程中，氢键作用应用的最多。这可能是由 2 第一章前言 于很多分子都带有可形成氢键的氧或氮原子等，因此应用起来比较方便，其印 迹效果也易于预测。非共价型印迹简单易行，模板分子易于除去，是目前广为 流行的方法，其分子识别过程也更接近于那些天然的分子识别系统。但是，由 于非共价作用力相对较弱，在聚合过程中预聚复合物容易受聚合环境的影响。 半共价方法【l7 1 ，即聚合时单体与模板分子间作用力是共价键，在聚合物中 获得精确的在空间上固定排列的结合基团。而在识别过程中，依靠的是非共价 键作用，功能单体和印迹分子的结合与离解速度较快，操作简单，适于快速识 别，并且其识别机理和生物较接近。半共价方法是f l 了m i c h e a l 等人【l 驯最早用于分 子印迹的( 图1 4 ) 。首先，他们将4 乙烯基苯酚与氯甲酸酯反应得到单体4 乙烯 基苯基羧酸酯醚，这种单体再与模板分子胆固醇反应得到模板与单体的共价化 合物，这种化合物与交联剂进行共聚合得到m i p 。用n a o h 的醇溶液对m i p 进行 索氏提取将模板分子去除，并伴随着脱去二氧化碳，从而作用位点上只留下羟 基。在m i p 对胆固醇的再结合过程中，作用位点上的羟基与胆固醇所带的羟基形 成非共价的氢键，从而实现选择性的吸附。e s t e r 等人【1 7 】在对水相中的4 硝基苯 酚进行分子印迹固相萃取时，分别以非共价方法和半共价方法合成印迹聚合物， 发现以非共价方法得到的m i p 对样品选择性好，而以半共价方法得到的m 口对样 品的回收率高。这可能是由于半共价方法从为目标分子“量身定做 的印迹孔 穴内脱去二氧化碳，使得印迹孔穴与目标分子在形状上的匹配性降低，从而选 择性降低。同时，共价键作用使得聚合过程中单体模板复合物较少被破坏，从 而形成的作用位点较多，因而对样品回收率高。 图1 2 以共价作用合成分子印迹聚合物的过程 3 第一章前言 图1 3 以非共价作用合成分子印迹聚合物的过程 竹。一 l 斗卟 图1 4 以半共价作用合成分子印迹聚合物的过程 1 1 2 分子印迹聚合物合成条件的选择 分子印迹聚合物的设计和制备通常包括以下步骤：模板分子的选择；单体 的选择；交联剂的确定；致孔剂的选择；聚合方式的确定等。 1 1 2 1 模板分子的选择 制备非共价型印迹聚合物几乎对模板分子没有限制，碳水化合物、有机胺 类、羧酸类、甾醇类、氨基酸、核酸、蛋白质乃至金属离子均可被用于制备m i p 。 但是更大分子如细膨1 9 】、金属晶体作模板分子，虽有报道，但制备仍有一定困 难。一般地，分子中含有强极性基团的化合物易于制备高效能的m i p 。如氢键具 有方向性和饱和性，作用力较强，因此能与功能单体间形成氢键的印迹分子往 往能制备高选择性能的m i p 。考虑到聚合反应为自由基反应，模板分子应在聚合 条件下保持惰性，因此能参与自由基聚合反应的分子不适于用来印迹。一般来 4 & 第一章前言 说，选择模板分子应该考虑几个因素：1 ) 模板分子是否带有可聚合基团；2 ) 模板分子是否带有能够抑制或阻碍自由基聚合反应的基团( 如硫醇或对苯二酚 基团) ；3 ) 模板分子在聚合温度下是否稳定( 如使用a i b n 作为自由基聚合引发 剂时温度为6 0 ) 。 1 1 2 2 单体的选择 单体通常是有着若干功能基团的不饱和化合物，功能基团提供识别位点， 即通过特定功能基团与特定分子的作用，达到识别效果。通常可用的非共价键 有如下五种：静电作用、氢键作用、相互作用、电荷转移作用、范德华力。 其中以静电作用为最强，其次为氢键作用，也就是说，就识别效果而言，基于 静电作用的识别过程最为明显有效，氢键次之，但是在另一方面，仅仅基于一 个作用位点的识别，无论这是什么作用，对于非共价键型的分子识别来说，都 是不科学的，通常需要三个以上的作用位点协同才会有比较理想的识别效果。 综上原因，这些单体常常具有氨基、羧基之类的酸碱基团，羰基、羟基、氟、 氯之类成氢键基团。 常用的功能单体如下【2 0 】： 。 h 3 c 、，o h 八 1 人k “h h h 帅h州 h h 弋3 h 23 4 56 酸性 l ：甲基丙酸烯；2 ：对乙烯基苯甲酸；3 ：丙烯酸： 4 ：甲叉丁二酸；5 ：2 一三氟甲基丙 烯酸： 6 ：丙烯酸氨基一( 2 一甲基)一丙烷磺酸 而由凡纩q 一 789 1 0 1 l 5 r ，c h 3 q 第一章前言 h 3 对n c 皆h 3 纩移 c h 3l 1 3 1 4 1 5 1 61 7 碱性 7 ：4 一乙烯基吡啶；8 ：2 一乙烯基吡啶；9 ：4 一( 5 ) 一乙烯基咪唑；1 0 ：卜乙烯基咪唑； 1 1 ： 丙烯胺；1 2 ：朋胪二乙基氨乙基甲基丙烯酸酯；1 3 ： l ( 2 一氨基乙基) 一甲基丙烯酰胺；1 4 ： 属胪二乙基一4 一苯乙烯基脒：1 5 ：以朋彤一三甲基氨乙基甲基丙烯酸酪；1 6 ：胪乙烯吡咯烷 酮：1 7 ：眯唑丙烯酸乙基酯。 1 92 0 2 3 c h 3 2 l 厂。心呲 2 4 2 5 中性 1 8 ：丙烯酰胺；1 9 ：甲基丙烯酰胺；2 0 ：2 一羟乙基甲基丙烯酸盐：2 1 ：反一3 一( 3 一吡啶) 一 丙烯酸酯；2 2 ：丙烯腈；2 3 ：甲基丙烯酸甲酯；2 4 ：苯乙烯；2 5 ：甲基苯乙烯。 图1 5 常见功能单体 最常用的单体通常为丙烯和乙烯基化合物，因为这些基团的聚合过程直接 方便，又可以方便地找到多种单体。例如，碱：乙烯基吡啶；酸：甲基丙烯酸； 带电荷物：n ，n ，n 一三甲基氨基乙醇丙烯酸酯；氢键：丙烯酰胺；疏水作用： 苯乙烯。随着印迹方法的发展和改进，近年来也出现了一些新型单体。随着溶 6 n h n 体厂勉 第一章前言 胶凝胶技术在分子印迹技术中的应用与发展，出现了诸如二异氰酸盐【2 i 】和有机 硅之类的单体。这类单体主要用于缩合聚合，合成基于无机骨架的m i p 。还有一 些对常见单体进行修饰的新型单体【2 2 1 ，j t l m a r t h a 等人【2 3 1 将三分子丙烯酰胺反应 生成一分子的交联单体，该交联单体带多个侧链，每个侧链上都带有功能基， 合成的m i p 可用于模板分子的手性分离。也有人利用金属配位作用得到了一系列 新型的金属配位的单体。这类单体具有许多优点【2 4 】，如：配位作用力的大小易 于调控，而且能用于水相；所得到的聚合物热力学稳定，作用位点灵活多变， 可实现配体之间的快速转换；可通过光学方法对配合物进行分析等。 单体的种类和用量对印迹效果影响很大，因此需要通过一系列优化以得到 预期的效果。传统单体的优化过程是合成一系列聚合物，通过吸附平衡实验进 行分析，逐一地排除，这个过程是复杂烦琐的。近年来人们发展了一些新的单 体优化方法【2 5 1 ，如光谱方法【2 6 - 2 7 1 、计算机模拟方法【2 8 。3 们、组合化学方法【3 1 3 2 1 等 等。 1 1 1 3 交联剂的选择 在印迹聚合物的制备过程中，交联剂一般具有三个作用：1 ) 控制聚合物的 形态，如凝胶状或块状；2 ) 稳定印迹作用位点：3 ) 有助于聚合物母体的机械 稳定性。从聚合的角度考虑，为维持良好的特定空间构型，一般需要控制较高 的交联度( 通常高达8 0 ) 。常用的双功能团的交联剂【3 3 】如图1 6 所示。 1 嚣0 * 。 9 h 3 。 o 鸯锚。斟弋 l ：对二乙烯基苯； 2 ：1 , 3 二异丙烯基苯： 3 ：乙烯乙二醇二甲基丙烯酸酯；4 ：四亚甲基- - e p 基丙烯酸 醣；5 ：n n 一四亚甲基二甲基丙烯酰胺；6 ：n 。n _ - 六亚甲基二甲基丙烯酰l7 ：脱水丁四醇二甲基丙烯酸 酯 图1 6 常见交联剂 也有人不使用交联剂。s i m o n 等人a 4 1 报导了以n o b e ( n ，0 b i s m e t h a e r y l o y l 7 第一章前言 e t h a n o l a m i n e ) 作为交联单体、不添加交联剂获得印迹聚合物的情况。这个方法 就不存在单体与交联剂之间的相互作用，非特异性作用位点少。但是，早期的 研究表明，随着底物浓度的升高，这类聚合物用作色谱固定相时对底物的容量 因子和分离因子都降低，分离效果不明显。他们分别以m 枷g d m a 和n o b e 合成聚合物，用色谱方法对存在交联剂和不加交联剂的体系进行了比较分析。 发现交联剂存在时，粒径在2 5 岬以上的m i p 的分离因子较大，对目标分子的对 映选择性好，而2 0 一2 51 t m 的粒子的理论塔板数和分离度等色谱常数很高。而使 用交联单体时，在粒径大于2 0p a n 时，理论塔板数和分离因子随粒径的变化很小， 3 8 4 5 岬的粒子使用效果最佳。 1 1 1 4 致孔剂 致孔剂在聚合过程中有两个作用：一是使聚合反应体系溶解成均相，二是 作为聚合反应的致孔剂。致孔剂的种类和用量的会影响到聚合物的形态和孔容 的大小。通常是致孔剂越多，所得的孔容越大。对于非共价键聚合物，致孔剂 的多少还会影响预聚合的好坏，通常较少的致孔剂( 也即较高的聚合物浓度) 有利于单体与模板间的作用，另外有证据表明热力学性能好的致孔剂可得到较 好的孔结构和较为精确的表面积f 3 5 i 。致孔剂对非共价分子印迹的影响还表现在 其极性对于单体与模板之间的作用的影响，非极性致孔剂有利于氢键、静电作 用，故介电常数低的溶剂被广泛使用，如苯、甲苯、二甲苯、氯仿、二氯甲烷 等。而极性的溶剂则有利于疏水作用【3 6 1 ，也有作者采用乙腈、n ，n 二甲基甲酰 胺、四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯甚至甲醇、乙醇及醇和水的混合液做溶剂合成 m i p s ，在水相中形成分子印迹聚合物一直是分子印迹技术的发展目标之一，疏 水作用的应用有助于这个目标的实现。 1 1 1 5 引发方式及引发剂 制备m i p 的引发方式有：自由基聚合、辐射聚合、加压聚合和电化学聚合等。 自由基聚合是m i p $ 1 备的常用的引发方式，包括热引发聚合【3 7 铷】和光引发聚合 3 9 - 4 0 】。研究发现低温下紫外光引发聚合，所制备m i p 的性能要优于用热引发制备 的m 1 p 。最近，m i l o j k o v i c 等人【4 l 】尝试用y 射线来引发聚合反应，但是制得聚合 物热稳定性及性能较差，还需进一步完善。p a n a s y u k 等 4 2 j 最先采用电化学聚合制 备了用于检测苯丙胺酸的m m 。 8 l 、偶氮二异丁腈：2 、偶氮二甲基戊腈；3 、二甲氧基二苯乙二酮； 4 、过氧苯甲酰；5 、4 , 4 - 偶氮( 4 - 腈基戊酸) 图1 7 常见引发剂 1 1 1 6 合成方式 目前采用的印迹聚合方法大体上分为三种：第一类是模板、单体、交联剂 均溶解在致孔剂中聚合生成一整体聚合物，如本体聚合法【4 3 删、原位聚合1 4 5 。4 6 】； _ 一i 一：? 乏 图1 8 本体聚合方法及得到的聚合物形态 囟一聃 口- _ _ _ 呻_ 图1 9 悬浮聚合法及得到的聚合物形态 9 第一章前言 第二类是表面印迹的方法【3 3 1 ，在一个已经制备好的大孔固定相载体的表面上， 先通过接枝、螯合或弱相互作用等手段接上单体，再和其他原料进行聚合；第 三类是悬浮【4 7 4 引、乳液4 9 踟1 或者分散沉淀聚合【5 1 - 5 2 】方式，能得到良好形态的球 形粒子产物。随着分子印迹技术的不段发展，也将会有新的合成方法出现。 第二节分子印迹固相萃取 1 2 1 分子印迹固相萃取简介 1 9 9 4 年，s e l l e r g r e n 5 3 - 5 4 】首次报道了将以甲基丙烯酸为单体合成的m i p 应用于 戊双脒的固相萃取后，分子印迹固相萃取( m i s p e ) - - 直是人们的研究热点。欧盟 推出了m i c a ( m o l e c u l a ri m p r i n t i n gt e c h n i q u e sf o re 伍c i e n tm e t h o d si nc h e m i c a l a n a l y s i s ) 计划，支持欧盟各国科学家进行m i p 作为s p e 材料( m i s p e ) 的合作研究。 m i s p e 有在线和离线两种操作模式。在线模式是将m i s p e 柱与其它仪器相 连，富集、分离和检测过程自动化。此种模式一般有两种方式，一是与检测器 直接相连【5 5 l ，另一种是与色谱柱连接后再连接检测器【5 6 j 。在线固相萃取通过同 时使用几个输液泵和几个六通阀连成一套比较复杂的系统，可以让上样、清洗、 洗脱、检测自动进行，且在系统中可以加入其它预柱，以更好地对样品进行分 离。 龟熊夸。 一，耻可一百 由于在线模式操作比较复杂，成本较高，可选用的溶剂以及添加剂种类较少， 1 0 第一章前言 因此目前m i s p e 采用最多的还是离线模式【5 6 1 。离线模式一般分为四个步骤( 见 图1 1 0 ) ，一是平衡( c o n d i t i o n i n g ) ，即在上样之前用一定的溶剂洗脱上一次使用 后可能残留在萃取柱上的物质，确保不会干扰下一次测量，同时用上样溶剂平 衡萃取柱，使其在上样时能更好地吸附样品；二是上样( 1 0 a d i n g ) ，上样对固相萃 取是很重要的一步，上样溶剂应使目标物不穿漏，而干扰物尽可能地不吸附或 少吸附；三是淋洗( w a s h i n g ) ，淋洗是固相萃取中最关键的步骤，目的是洗去吸 附在萃取柱上的杂质但又不要影响目标物的吸附。m i p 本身具有很好的专一性， 只要找到适合的淋洗条件就能达到很好的分离效果；四是洗脱( e l u t i n g ) ，它要求 用尽量少的溶剂回收吸附在萃取柱上的目标物，洗脱溶剂多为强极性溶剂，可 加入少量强酸或强碱的添加剂，如三氟乙酸、三乙胺、乙酸等，以获得高的回 收率。 1 2 2 分子印迹固相萃取的应用 m i s p e 对目标物具有高选择性，能部分或者完全去除复杂样品中目标物的 干扰物，从而极大地降低目标物的检测限。目前，m i s p e 主要应用于环境样品 分析、药物分析与分离、生物样品分析及其他如食品安全检测等方面。 1 2 2 1 环境监测与分析 m i s p e 在环境样品分析中的应用一般为水、土壤等样品中微量或痕量污染 物、药物的分析。对于环境水样，可用m i s p e 直接萃取目标物。首先目标物及基 质通过非特异性的疏水作用被吸附在m i s p e 柱上，然后用合适的溶剂进行淋洗， 目标物在m i s p e 上被选择性的保留，而杂质被淋洗下来。通常淋洗溶剂为合成 m i p 的致孔剂，因为m i p 在相应的致孔剂中具有最佳的选择吸附性能。最后用合 适的溶剂进行洗脱，将目标物从m i s p e 柱上洗脱下来。通常所用的洗脱溶剂为极 性较大的质子型溶剂，能破坏目标物与m i s p e 之间的特异性吸附。z h u 等人【5 7 l 以久效磷为模板得到m i p ，并用离线m i s p e 法分离、富集水样中久效磷、磷君、 磷胺和氧化乐果四种有机磷农药，以二氯甲