（分析化学专业论文）分子印迹聚合物在固相萃取中的应用.pdf

中文摘要 1 9 4 0 年p a u l i n g 首次提出以抗原为模板合成抗体的假说，但直到上个世纪七十年代由 m o s b a c h 和w u l 疗等人在该领域作了丌创性工作以后，分子印迹技术才得到了蓬勃的发展。 分子印迹的原理为：首先印迹分子( 模板分子) 在单一或混合的溶剂中与功能单体形成复 合物：然后功能单体和交联剂在模板分子周围形成网状高分子聚合物：最后将模板从聚合 物中除去，此时聚合物上就留有与模板分子在三维空间上匹配且带有特定功能基团的空 穴，这些空穴可以选择性的识别模板分子。化学和物理性质非常稳定的分子印迹聚合物在 传感器、催化、有机合成、固相萃取、色谱分离、膜分离等方面都得到了很好的应用。其 中分子印迹聚合物作为固相萃取吸附剂所萃取的样品涉及到环境、药物、毒物和食品等领 域。对于实验室的分析工作者来说，固相萃取是一种常用的样品预处理的方法。近些年来 随着环境和生物等复杂样品的增多，急需种选择性高的固相萃取吸附剂来从复杂体系中 分离出我们感兴趣的化合物。 本论文主要是对分子印迹聚合物应用于固相萃取药物这一领域作了较为深入研究。论 文大致可分为两个方面：一方面是通过分子印迹聚合物对印迹分子以及其相似物的吸附和 脱附的研究，来探讨分子印迹聚合物对印迹分子识别的机理和一般规律；此外还制备了不 同形状的聚合物，并对其作为固相萃取吸附剂的优缺点进行了比较。另一方面，通过对固 相萃耿过程中上样、清沈和沈脱条件的优化，应用优化好的方案对市售药物和人尿样中的 印迹分子进行富集和分离。在最后一章中，我们还以中药中有效成分之一的化合物作为印 迹分子，通过优化萃取过程，应用该印迹聚合物对存在于中药中的印迹分子进行了萃取， 并得到了比较满意的结果。此章的研究为分离、检测中药中的活性成分提供了一个非常好 的方法。 分子印迹技术与固相萃取相结合可以为广大的分析工作者提供了一个有效的样品预 处理的方法。随着分子印迹技术的发展，其与固相萃取的结合必将有更广阔的应用前景。 关键词：分子印迹技术，分子印迹聚合物，固相萃取，萃取柱，药物，中药，高效液相 色谱，扑热息痛。异戊巴比妥，甲氧苄啶，秦皮乙素 a b s t r a e t i n19 4 0p a u l i n gn r s tp r o p o s e dt h eh y p o t h e s i st h a tt h ea n t i b o d yw a ss y n t h e s i z e da c c o r d i n gt o t h ea n t i g e na st h et e m p l a t e b u tm o l e c u l a r i yi m p r i n t i n gt e c m o l o g yd e v e l o p e dq u i c k l yu n t i lm e o r i g i n a t i n gw o r ki nt h i s 打e l dw a sa c c 。m p i i s h e db yw u l f fa n dm o s b a c hi nt 9 7 0 s t h ep r i n c i p l e o fm o l e c u l a r l yi m p r i n t i n gt e c h n o l o g yi sd e s c r i b e da st e m p l a t e sa r ef i r s ta u o w e dt of 0 衄 c o m p i e xw i t hf u n c t i o n a lm o n o m e r sb yn o n c o v a l e n tb o n d so rc o v a l e n tb o n d si nas o l v e n to r m i x e ds o l v e n t ss u b s e q u e n t l y 如n c t i o n a lm o n o m e r sa n dc r o s s l i n k e ra r ec r o s s 一1 i n k e da r o u n d t e m p i a t e s a r e rp o l y m e r i z a t i o n ，t e m p l a t e sa r er e m o v e df r o mt h ep o l y m e r s ，a n di e a v i n gm e s p e c i f i cc a v i t i e s i n r e g a r d t ot h es h a p ea n df u n c t i o n a l i t y 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 s ， c h e m i c a l l ya n dm e c h a n i c a l l ys t a b l e ，a r ea p p l i e di ns o m e i e l d ss u c ha ss e n s o r s ，c a t a l y s i s ，o r g a n i c s y n t h e s i s ，s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ，c h r o m a t o g r 印h i cs e p a r a t i o na 1 1 d e t c t h ea p p l i c a t i o no f m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp 0 1 y m e r su s e da ss o r b e n t si ns 0 1 i dp h a s ee x t r a c t i o nh a v eb e e nd e s c r i b e d i nt h ea r e a so fe n v i r o n m e n t ，d r u g s ，p o i s o n ，f o o da n de t c f o ra n a i y s t ss o l i d 曲a s ee x t r a c t i o ni sa c o m m o nm e t h o df o r p r e t r e a t i n gs a m p l e s i nr e c e n t y e a r s ， w i t hm ei n c r e a s e m e mo f e n v i r o n m e n t a la n db i 0 1 0 9 i cs a m p l e s ，i ti si m p e r a i i v et of i n dak i n do fs o r b e n tw i t l lh i g h s e l e c t i v i t yt oe nr i c ha n ds e p a f a t ec o m p o u n d s w h i c hw ei n t e r e s t e di nf r o mc o m p l e xm a t r i c e s i nt h i sp a p e r ，w em a i n l yg 。i n t ot h ea r e ao fm 0 1 e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r sa ss o r b e n t sf o r s o l i dp h a s ee x t r a c t i o nt oe n r i c ha n ds e p a r a t ep h a r m a c e u t i c a l s t h ec o n t e n t so ft h i sp a p e ri n c l u d e s t w os i d e s ，o n es i d ei st h a ta c e o r m n gt os t u d yo na d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o nd fm o l e c u l a 订y i m p r i n t e dm o i e c u l e sa n dt h e i ra n a l o g u e so nm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r s ，t h em e c h a n i s ma n d n o n n a lr u i e st h a tm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r sr e c o g n i z ei m p r i n t e dm o l e c u l e sa r ed i s c u s s e d ； i na d d i t i o nm 0 1 e c u l a r l yi m p r i m e dp o 】y m e r sw i 血d i 强：r e n ts h a p e sa r ep r 印a r e da n d 也e i r a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa ss o r b e n t sf o rs o l i dp h a s ee x t r a c t i o na r ec o m p a r e d t h eo t h e rs i d e i st h a tb yo p t i m i z i n gl o a d i n g ，w a s h i n ga n de l u t i n gc o n d i t i o n si n 山ep r o c e d u r eo fs o l i dp h a s e e x t r a c t i o n ，m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o j y m e r sa r ea p p l i e dt oe n r i c ha n ds e p a r a 把p h a m l a c e u t i c a l s f r o mr e t a i lm e d i c i n e sa n dh u m a nu r i n e i nt h ef i n a lc h a p t e r ，w es e l e c ta na c t i v ec o m p o n e n to f c h i n e s et r a d i t i o n a lm e d i c i n ea sa ni m p r i n t e dm 0 1 e c u l e ，b yo p t i m i z i n gt h ep r o c e d u r eo fs o l i d d h a s ee x t r a c t i o n ，m o l e c u l a r l yi m p r i n t c dp 0 1 y m e r sa r ea p p i i e dt oe x t r 献t h e 孔t i v ec o m p o n e n t f r o mc h i n e s et r a d i t i o n a lm e d i c i n e sa n ds a t i s f i e dr e s u l t sa r ea c q u i r e d 1 i i tm a yb ea g o o dm e t h o dt os e p a r a t ea n dd e t e r m i n ea na c t i v ec o m p o n e n tf r o mc h i n e s e 订a d i t i o n a lm e d i c i n e f o rm a n ya n a l y s t st 1 1 ec o m b i n a t i o no fm 0 1 e c u l a r l yj m p r i n t e dp o 】y m e r sa n d s o l i dp h a s ee x t r a c t i o ni sag o o dm e t h o df o rp r e t r e a t i n gs a m p l e s w i t ht h ed e v e l o p m e n to f m 0 1 e c u l a r l yi m p r i n t i n gt e c h n 0 1 0 9 y ，t h i sc o m b i n a t i o nw i l la c q u i r eb e t t e ra p p l y i n gp r o s p e c ti nt h e f b t u r e k e yw o r d s ：m o l e c u l a r l yi m p r i n t i n gt e c h n o l o g y ，m o l e c u l a r l yi m p r i n t i n gp o l y m e r s ，s 0 1 i dp h a s e e x t r a c t i o n ，e x t r a c t i o nc o l u m n ，p h a n n a c e u t i c a l ，c h i n e s et r a d i t i o n a lm e d i c i n e ，h i g hp e r f o r m a n c e l i q u i dc h r o m a t o 掣a p h y ，p a r a c e t a m o l ，a m o b a r b i t a l ，t r i m e m o p r i m ，e s c u l e t i n 1 1 第一章绪论 第一章绪论 1 _ 1 分子印迹技术 1 1 1 分子技术的发展概况 分子印迹最早的起源可追溯到f i s c h e r 的“锁和钥匙”、p a u l i n g 的“抗原和抗体”以及 d i c k e y 的“专一性吸附”的概念】。但直到二十世纪七十和八十年代，现代分子印迹技术 ( m o l e c u l a r l yi m p r i n t i n gt e c h n 0 1 0 9 y ，m i t ) 才有了真正的突破。特别是w u l 2 1 等人在共价 型分子印迹技术和m o s b a c h 3 】等人在非共价型分子印迹技术上的开拓性工作，使得分子印 迹技术得到了蓬勃的发展。自从m o s b a c h 等人在n a t u r e 上发表了有关茶碱分子印迹聚 合物( m o l e c u l a r i yi m p r i n t e dp o l y m e r s ，m i p s ) 的报道后，每年公开发表的论文几乎直线上 升。1 9 9 7 年，分子印迹协会( s o c i e t yo fm o l e c u l a r l yi m p r i n t i n g ，s m ih 卸： 晰m s m i d u - b e r l i n d e ) 正式成立。根据分子印迹协会互联网的登记表明，到目前为止，全 世界至少有1 0 0 个以上的学术机构和企事业团体在从事分子印迹聚合物的研究及开发工 作。目前主要从事分子印迹聚合物研究工作的有美国、英国、瑞典、日本、德国、中国、 西班牙、加拿大、意大利、法国、荷兰、印度、韩国、澳大利亚、新西兰、爱尔兰和以色 列等四十多个国家和地区，而从事这方面研究最多的是美国、英国、瑞典和日本。分子印 迹技术之所以发展的如此迅速，主要是因为它有三大特点：即预定性、识别性和实用性。 预定性决定了人们可以根据不同的目的制备不同的印迹聚合物，以满足各种不同的需要： 识别性表现为分子印迹聚合物是根据印迹分子( i m p r i n t e dm 0 1 e c u l e ) “量身”定做的，它具 有特殊的空间结构和固定的识别位点，能选择性地识别印迹分子；其实用性表现在它与天 然的生物分子识别系统如酶与底物、抗原与抗体、受体与激素相比，具有抗恶劣环境的能 力，表现出高度的稳定性和较长的使用寿命，且制备方法简单【4 1 。由于分子印迹聚合物具 有以上这些优点，它在许多领域，如色谱中对映体和异构体的分离、固相萃取、化学仿生 传感器、模拟酶催化、临床药物分析、膜分离技术等领域展现出良好的应用前景。 1 1 2 分子印迹的原理 分子印迹制备过程可分为三步：第一步，使印迹分子与带有烯键的功能单体( m o n o m e r ) 在溶剂中通过各自的功能集团形成非共价键( n o n c o v a l e n tb o n d ) 结合并使其在空间结构上 形成互补，即形成复合物；第二步，在复合物的溶液中加入具有两个或两个以上烯键的交 胡树国博士学位论文分子印迹聚合物在固相萃取中的应用 联剂( c r o s s l i n k e r ) 和引发剂( i n i t i a t o r ) ，通过紫外光或热来引发聚合反应，使功能单体与 交联剂在印迹分子周围形成网状商分子聚合物；第三步，通过一定手段( 如抽提，解离) 使印迹分子与聚合物分离，此时聚合物上就留有与印迹分子在三维空间上匹配且具有特定 识别位点的宅穴，如图1 所示。单体与印迹分子之间形成的非共价键作用主要有氢键、静 电引力( 离子交换) 、金属螯合、电荷转移、疏水作用以及范德华力等。印迹分子与功能 单体通过以上非若价键结合的过程即分子自组装过程，非共价键结合的强弱直接影晌印迹 聚合物的识别效果。影响非共价键强弱的因素主要是两个：1 非共价键的类型；2 溶剂 的极性。强作用力的非共价键以及弱极性的溶剂可以使印迹分子与功能单体更为有效的结 合，使得聚合物对印迹分子产生非常好的识别效果。因此功能单体与溶剂的选择是很重要 的，已使用的功能单体有甲基丙烯酸( m a a ) 、丙烯酰胺( a a ) 、三氟甲基丙烯酸( t f m a a ) 、 甲基丙烯酸酯( m a ) 、2 一丙烯酰胺基一2 一甲基1 一丙磺酸( a m p s ) 、2 一乙烯基吡啶( 2 一v p ) 、4 一乙烯基吡啶( 4 v p ) 、1 一乙烯基咪唑( 1 一v d a ) 、n ，n 一二甲基氨基乙基 一甲基丙烯酸酯( d m a ) 、咪唑一4 一丙烯酸乙酯( u a e e ) 、缩水甘油基甲基丙烯酸( g m a ) 、 f u n c t i o n a lm o n o m er s 霉苇莘 1 守口 t hr e e d i m e n s i o n a ic a v i t i e s p o i y m e r i z f c r o s s l i k i n 图1 分子印迹过程图解 第一章绪论 甲基驴搬 甲基帚歌徽甲酯 0 h 0 c h3 k 2 f 3 c h 0 3 s h n v 飞 o 2 一丙烯酰胺基一2 一甲基一l 丙磺酸 2 一乙烯基吡啶4 一乙烯基吡啶1 一乙烯基咪唑 n ，n 二甲基氨基乙基一甲基丙烯酸酯 0 缩水甘油基甲基丙烯酸酯 图2 功能单体的结构式 8 h 咪唑一4 一丙烯酸乙酯 甲基丙烯酰胺 胡树国博士学位论文分子印迹聚合物在固相萃取中的应用 o o o o 乙二醇二甲基丙烯酸酯 二乙烯苯 。一l c c h ，。一l l 兰c 心 | | i | i 一 ( 一c 一目一洲2广c c 一洲2 。一 二2 2 _ 。一f i 一；一吼邺_ h 2 一 二宇一。一f i i 一呲 川一i 一卜。一f i 一目一洲2 叱卜c 一广c _ 。一i 一 _ 洲2 i h 2 。 i h 2 。 c h 3 6 一i 目一洲2 。一6 一 _ 洲2 季戊四醇三丙烯酸酯 三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯 目、目 oo n n 亚甲基二丙烯酰胺 o h n h n o n n 1 。4 一亚苯基二丙烯酰胺 o h n c o o h h n 0 3 5 二丙烯酰胺基苯甲酸 o h n o l 一2 丙烯酰胺基苯丙醇丙烯酸酯 图3 交联剂的分子结构式 第一章绪论 甲基丙烯酰胺( m a a m ) 等( 图2 功能单体的分子结构式) ；常用的溶剂有乙腈、四氯化 碳、氯仿、二氯甲烷、甲苯、二甲亚砜、环己醇、甲醇、无水乙醇等。交联剂与功能单体 的比例对聚合物也有一定影响，交联剂比例太低时，聚合物的空穴容易变形导致识别能力 下降，因此分子印迹聚合物合成时都采用较高的交联度。最常用的交联剂是乙二醇二甲基 丙烯酸酯( e g d m a ) ，除此之外还有二乙烯基苯( d v p ) 、三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸甲 酯( t r i m ) 、季戊四醇三丙烯酸酯( p e t r a ) 、n ，n 亚甲基双丙烯酰胺( m b a a ) 、3 ， 5 一二丙烯酰胺基苯甲酸( b a b a ) 、n ，n 一l ，4 一亚苯基二丙烯酸酰胺( p b a ) 、l 一2 一 丙稀酰胺基苯丙醇丙烯酸酯( b a p 芦l ) 等( 图3 是交联剂的分子结构式) 。色谱研究表明， 选用p e t r a 和t r j m 做交联剂制备的分子印迹聚合物对印迹分子氨基酸衍生物和肽的柱 容量及选择性优于e g d m a 【5 6 。若以e g d m a 为交联剂时，聚合反应中模板分子与功能单 体及交联剂的摩尔比为1 ：4 ：2 0 时可达到最佳分离效果【2 ；若以t r i m 为交联剂时则l ： 4 ：4 为最佳【6j 。 1 1 3 分子印迹聚合物的应用 由于分子印迹聚合物具有高的选择性和较好的化学、机械稳定性等优点，使得其应用 范围很广，大致分为传感器【7 _ l7 1 、色谱分离【1 8 28 1 、固相萃取【2 9 。9 1 、有机合成【4 0 _ 5 0 1 、催化【5 1 6 l 】 和膜分离 6 2 _ 7 2 1 六个方面，见图4 。 1 2 分子印迹聚合物在固相萃取中的应用 1 2 1 固相萃取原理 固相萃取( s o l i d p h a s ee x t r a c t i o n ，s p e ) 是从溶液中萃取和分离分析物的一种技术， 始于二十世纪七十年代，是作为补充或取代液一液萃取( l i q u i d 1 i q u i de x t r a c t i o n ，l l e ) 而 发展起来的【7 “。由于其具有操作简单、使用灵活、回收率高、消耗溶剂少、易于自动化等 优点，因此被许多实验室和分析工作者所使用。固相萃取是一个柱色谱分离过程，分离机 理、吸附剂和溶剂的选择等方面与高效液相色谱( h p l c ) 有许多相似之处【7 5 i 。样品通过 填充吸附剂的萃取柱时，部分或全部被吸附在吸附剂上，然后用一种或几种混合溶剂进行 清洗，使杂质脱离萃取柱；最后再用少量的溶剂洗脱分析物。在萃耿过程中所用的溶剂有 水、缓冲溶液以及实验室常用的有机溶剂如甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、氯仿、二氯甲烷、 甲苯、己烷、乙酸乙酯等【7 6 1 。在萃取分析物之前，可以根据分析物的物理化学性质来选择 不同的溶剂和不同类型的吸附剂。根据吸附剂性质不同，固相萃取吸附剂可分为正相吸附 胡树国博士学位论文分子印迹聚合物在固相萃取中的应用 色 固相萃取 谱 分 离 分子印迹聚合物 传感器 图4 分子印迹聚合物应用的领域 膜 分 离 剂( 硅藻土、硅胶、氧化铝、硅酸镁等强极性化合物) 、反相吸附剂( c 8 、c 1 8 等非极性烷 烃类) 和离子吸附剂( 基质材料以聚苯乙烯，二乙烯苯类树脂为主的离子交换剂) 。同时还 有一些特殊吸附剂如免疫、聚合物吸附剂等。 1 2 2 应用于固相萃取中的分子印迹聚合物的合成 分子印迹聚合物作为固相萃取的吸附剂( m i p s e ) 可以弥补普通吸附剂选择性差的不 足，而且要比免疫吸附荆的稳定性好，还可以重复使用多次，因此在对复杂环境、生物等 体系中少量物质的富集分离以及药物的纯化方面都表现出很好的应用【7 3 7 7 8 7 1 ，表l 列出了 近些年来国内外有关m i s p e 应用的一些文献，图5 是分子印迹技术与固相萃取结合富集分 离样品过程的图解。本章后面部分详尽地总结了表1 中所列文献的工作，对文献中实验的 方法、设计和遇到的问题以及解决方法进行了阐述，对刚刚接触或从事本领域工作的科研 人员有一定的参考价值。 1 2 2 1 分子印迹聚合物制备方法 在作为固相萃取吸附剂时，分子印迹聚合物一般有下面几种合成方法：封管聚合 催化 有机合成 第一章绪论 图5 分子印迹技术与固相萃取结合萃取样品的过程图解 口 ( b u l kp o l y m e r i z a t i o n ) ，首先将要印迹的分子、功能单体、交联剂和引发剂按一定比例溶 解在惰性溶剂中，然后移入一玻璃安培瓶中，采用超声波脱气，然后通入氮气除去剩余溶 解在聚合溶液中的氧气，在真空下密封安培瓶，经加热或紫外光照射引发聚合得到块状聚 合物。块状聚合物经粉碎、研磨、筛选等过程获得合适粒径大小的聚合物颗粒，洗脱除去 模板分子。该方法制备的印迹聚合物的优点在于它具有满意的“记忆功能”，对印迹分子 有良好的选择性和识别性。而且操作条件易于控制，实验装置简单，便于普及，迄今为止 仍然为印迹聚合物的主要制备方法。但此方法必须经过研磨、粉碎和筛分等预处理，才能 得到所需大小的印迹聚合物颗粒。因此，该方法不但操作过程繁琐，而且会损失一部分聚 合物。此方法合成的印迹聚合物在作为固相萃取吸附剂分离样品时多被用于离线模式： 原位聚合( i ns i t u p o l y m e r i z a t i o n ) 【8 8 】，将模板分子、功能单体、交联剂、致孔剂和溶荆( 有 时致孔剂本身就是溶剂) 放在不锈钢管( p e e k 管、毛细管) 中直接聚合的方法。聚合物 不需要研磨、过筛和沉降等繁琐过程而直接与色谱柱相连或直接与检测器相连进行萃取检 测，该方法用于m i s p e 在线模式；悬浮聚合( s u s p e n s i o np 0 1 y m e r i z a t i o n ) 【2 9 ”j ，悬浮聚 合是制备球形高分子聚合物的主要方法，在工业生产中广泛用来生产树脂等高分子材料。 m o s b a c h 等人首先将悬浮聚合方法应用于分子印迹技术，并进行了系统研究。他们发现全 氟烷烃液体是制备印迹聚合物的良好分散剂，它不会干扰功能单体和印迹分子的相互作 胡树国博士学位论文分子印迹聚合物在固相萃取中的应用 用。通过改变乳化稳定剂的用量，可在直径5 5 0 岬范围内制备合适粒度的颗粒。此方 法合成的球状聚合物只需简单筛分不必研磨，离线和在线模式都可以使用。此法有减少劳 动量、较少损失聚合物和柱压低等优点，但我们发现1 3 2 1 以氯仿为溶剂所合成的球状印迹聚 合物在对印迹分子的吸附量和选择性方面要差于棒状印迹聚合物，原因可能是由于合成时 所采用的压力不同导致两种聚合物的孔容和比表面存在着差异；两步溶胀法【3 3 ，先合成 聚乙烯的科r 球，然后在室温下低速搅拌进行第一步溶胀，溶胀后加入模板分子、功能单体、 交联剂和引发剂在室温下进行第二步溶胀最后得到印迹聚合物微球；聚合物膜m 3 5 】，详 见下文。 1 2 2 2 功能单体的选择 功能单体方面最常用的是m a a ，其它的有4 一v p 【3 6 3 9 ，8 9 0 ，1 36 1 ，a a 【3 4 t 9 i 9 2 ，9 3 1 ， t f m a a 【9 4 。9 6 ，1 2 ”、m a a m 【9 ，a m p s f 3 4 1 0 0 1 ，2 一v p 例，n ，n 一二甲基氨基乙基甲基丙烯酸 酯( d m a ) ：此外还可以使用混合单体，如m z h a n g 8 8 等使用缩水甘油基甲基丙烯酸 酯( g m a ) 、m a a 和苯乙烯( s t ) 为功能单体，i c h i a l l e l l a 【1 等利用计算机进行分子模 拟，从分子动力学角度上对功能单体的种类以及与模板分子的配比进行筛选，从理论上找 出与模板分子结合能量最高的功能单体a m p s 和咪唑丙烯酸乙酯( u a e e ) ( a m p s ：u a e e 1 ：6 ) ，大大提高了分子印迹聚合物的选择性：w m m u l l e t t 1 0 剐等以不同比例的4 一v p 平m a a 合成了系列的化合物并比较了它们的吸附能力，发现4 一v p 和m a a 的比例为 1 ：1 时所合成的分子印逊聚合物对印迹分子的吸附和选择性最好：j j o d l b a u e r 们1 等尝试 了单独以及联合使用m a a 、a a 和4 一v p 等功能单体合成分子印迹聚合物，但都对模板 分子的选择性都不好，于是合成了以m a a 和a a 为母体的新功能单体q m a a 、q a a 和辅助功能单体t b u m a a 、t b u a a ，发现当新功能单体与辅助单体摩尔比在3 ：1 时所合成的印迹聚合物对印迹分子选择性最高。 1 2 2 3 交联剂的选择 交联剂常用的是e d m a ，还有t r i m 【9 1 9 6 ，呱眦1 2 ”，d v p l 9 5 】，m b a a l 9 8 】：m z h a ng 【8 8 】 等人曾使用d v b 和三烯丙基异氰尿酸酯( t a i c ) ( d v b ：t a i c2 ：1 ) 混合的交联剂合成 印迹聚合物。 1 2 3m i s p e 的操作模式 1 _ 2 3 1 在线模式( o n l i n e ) 13 第一章绪论 m i s p e 的在线模式指的是将m i s p e 柱( 或原位聚合柱) 与其它仪器相连，使富集、分 离和检测过程自动化。此种模式一般有两种方式： 1 m i s p e 柱与检测器直接相连呻6 ，9 4 ，1 0 1 ，1 2 1 ，1 3 0 j 3 2 1 川圳4 1 b s e l l e r g r e n 【1 4 l 】最早将分子印迹聚合物应用于固相萃取，在线富集了尿液中的一种抗 艾滋病药物喷他咪。周杰【”7 1 等将合成的甲氧苄啶棒状印迹聚合物装于色谱柱中，将色谱柱 的入口和出口分别接于输液泵和紫外检测器，对尿样中甲氧苄啶进行在线富集，回收率在 9 0 以上。j j o d l b a u e r 【1 0 1 】等选取褐黄曲霉素a 的三种相似物( 自己合成) 为模板，并以 自己合成的两种新功能单体和两种辅助功能单体为单体，合成了8 个印迹聚合物和6 个非 印迹聚合物，对十几种褐黄曲霉素a 的相似物进行识别，很好地分析了相似物上的基团以 及分子体积大小对相似物在印迹聚合物上吸附量和选择性的影响。e p c l a i 科研小组 建立了一种印迹固相萃取微柱一脉冲清洗一差动脉冲洗脱一紫外检测( m i c r o c 0 1 u m n - p u l s e d e l u t i o n d i 丘 e r e n t i a ld u l s e de l u t i o n u l t r a v i o l e td e t e c t o rm i p s e p e d p e ) 快速在线富集、分 离和检测样品的方法。上样体积一般在几十微升左右，通过脉冲清洗除去样品中的干扰物 ( p e ) ，最后将样品从萃取柱上洗脱下来( d p e ) 。采用该方法已对茶碱【1 弘1 34 1 、2 一氨基吡 啶1 3 0 1 、头孢氨苄9 4 l 和甲福明二甲双胍 1 2 1 1 进行了检测，并从微柱体积、流速、柱温、溶剂 极性等多方面进行了优化。使用该方法克服了在气相或液相色谱中样品峰较宽的缺点，而 且具有分析时间短( 3 分钟内完成【1 3 0 1 ) 以及检测限低( 5 2n m l f l 30 1 。2n m l 刚) 等优点。 对甲福明二甲双胍在不同p h 值以及不同缓冲液中的吸附量测定时发现，磷酸缓冲液在p h = 2 5 和7 o 时，甲福明二甲双胍在印迹聚合物上的吸附量要比在其它缓冲液中大。作者提 出缓冲液中酸分子的c = 0 与一o h 距离若和印迹聚合物上c = o 与一o h 距离越接近时， 甲福明二甲双胍在印迹聚合物上的吸附量越小的假设，通过半经验公式计算磷酸分子的c = o 与一o h 距离在所有缓冲液中是最远的，在理论上很好地解释了实验现象。 2 先与色谱柱连接后再连接检测器【3 3 ，1 0 7 j 刚0 9 j 1 2 1 2 0 ，1 2 9 】 j h a g i n a k a 等采用多步溶胀法以结构相似的两种化合物s 一萘普生和s 一布洛芬合 成了两种球状印迹聚合物，相应地分离两种对映体，但发现效果不好。当使用s 一布洛芬 印迹聚合物萃取血浆中的s 一布洛芬时发现模板分子有泄漏，泄漏的模板分子影响了血液 中s 一稀洛芬含量的测定。文献中也都报道过即使很仔细地清洗印迹聚合物，在使用过程 中也还会有一些模板分子缓慢地从聚合物上泄漏出来，这也是m i s p e 富集微量样品时的一 个最大弊病。最早提出解决该问题办法的是l i a n d e r s s o n 【1 38 1 ，他利用沙美利定的相似 1 4 胡树国博士学位论文分子印迹聚合物在固相萃取中的应用 物为模板合成印迹聚合物来识别沙美利定，由于两种分子结构比较相似，所以印迹聚合物 对沙美利定的识别效果很好，而泄漏的模板与沙美利定可在气相色谱上得到分离，从而不 会干扰对沙美利定的测定。j h a g i n a l ( a 等最终利用s 一蔡普生为模板的印迹聚合物直接萃 取血浆中的s 布洛芬并得到了满意的结果。m l m e n a 【”8 】等以杀虫剂抗蚜威为模板， m a a 为功能单体制备了印迹聚合物柱，比较了在p h = 2 1 0 的缓冲溶液中富集抗蚜威后 的回收率。发现当p h = 2 时，抗蚜威的回收率偏低，这说明酸度低时h + 会破坏抗蚜威与印 迹聚合物之间形成的识别位点，使得抗蚜威在聚合物上的吸附比例下降；此外还比较了流 速、进样体积对测定的影响，通过对几个相似物的吸附比较说明了印迹聚合物对抗蚜威有 很好的选择性，最后测定了自来水、泉水、河水以及海水中的抗蚜威含量，检测限可达4 1 肛g ，l 。n m a s q u ”j 等以4 一硝基酚为模板，以非共价键和半共价键两种方法合成了印迹 聚合物【l ”】，通过对1 4 种相似物的萃取比较发现，以非共价键合成的印迹聚合物要比以半 共价键合成的印迹聚合物对4 一硝基酚的选择性好，但回收率要低一些。作者推测以半共 价键方式合成的印迹聚合物回收率高的原因可能是，在合成时为了平衡单体与交联剂的比 例而加入了一部分苯乙烯功能单体，苯乙烯聚合后具有较高的疏水性，因此回收率要高。 在对实际样品测定时发现，河水中的腐殖酸会干扰测定，而先前优化好的清洗条件对腐殖 酸没有效果，作者在样品中加入了一定量的n a 2 s 0 3 后有效的去除了干扰。 在线固相萃取通过同时使用几个输液泵和六通阀连成一套比较复杂的系统，可以让上 样一清洗一洗脱一检测自动进行，且在系统中可以加入其它预柱使其更好的对样品进行分 离。b b i a m a s o n 2 j 等以除草剂西玛津为模板分子，设计了一套在线萃取装置。首先将样 品富集在普通的固相萃取柱上，然后转换第一个六通阀，把萃取柱上的样品转移到印迹聚 合物柱上：再转换第二个六通阀对印迹聚合物柱进行清洗去除杂质；最后再经过第三个六 通阀转换，将印迹聚合物柱上的样品洗脱到分析柱上，通过检测器对样品进行测定。作者 对腐殖酸水溶液、苹果萃取液、尿液中的四种与西玛滓分子结构相似的除草剂进行富集并 与直接用c ，8 柱萃取的结果进行对比，发现只用c 1 8 柱萃取时样品中杂质较多，分离效果 差；以c 1 8 一印迹聚合物柱萃取腐植酸水溶液时回收率高，且消除了腐殖酸的干扰，其它 两个样品( 苹果萃取液、尿液) 则回收率偏低，原因在于这两个样品中存在带有可以与印 迹聚合物上羧基作用的氨基基团的干扰物，干扰物在印迹聚合物上存在的较强的非选择吸 附干扰了样品测定。使用这个系统对腐殖酸水溶液中除草剂富集时有选择性高、上样体积 大( 2 0 0m l ) 、检测限低( 0 5n g m l ) 的优点。r k o e b e r 【1 0 7 】等以特丁津为模板合成印迹 第一章绪论 聚合物，并组建了一个在线s 一s p e ( s i z es e l e c t i v es a m p l es e p e r a t i o na n ds o l v e n ts w i t c h ) 检测平台，利用液相色谱与质谱联用来检测样品。其方法与b b j 鼬n a s o n 等人使用的类似， 就是在印迹聚合物柱前增加一个r a m ( r e s t r i c t e da c c e s sm a t e r i a l ) 柱，此柱可以除去样品 中分子量大于1 5 0 0 0 的分子( 包括腐殖酸) ，再经过印迹聚合物柱的分离可以很好地去除 环境水样中大分子的杂质，而且检测限很低，特丁津为2 0p g ，其它相似物为3 0p g 。作者 还用含三种除草剂的两种标准液进行测量，其测量值与标准值的平均偏差( 9 ) 远小于 规定的可接受的偏差( 8 9 ) 。 t p a p 【m 6 l 等以特丁津为模板，设计了三套萃取方案：水溶液上样一甲苯进行清洗，发 现特丁津的回收率低，考虑可能是清洗前柱上有部分水没有除去，于是增加通气( 空气) 时间，发现实验结果的偏差很大；乙腈溶液上样一以不同比例的乙腈和水混合溶液清洗， 发现水含量较低时，随着水的比例增加，印迹聚合物对特丁津和三种相似物的吸附作用力 逐渐减弱；但当水与乙腈比例相同时，吸附作用力反而变强，且对特丁津的吸附作用力要 远大于对三种相似物的作用力，原因可能在于特丁津分子上存在有疏水性的叔丁基基团所 致。在非印迹聚合物则无此现象，并且含水1 0 的乙腈溶液就可以完全洗脱吸附的特丁津 与三种相似物。作者还选用了不同溶剂对特丁滓与其中两种相似物进行分离，发现以3 0m l 二氯甲烷( e = 9 1 ) 进行清洗时，在印迹聚合物上特丁津完全被保留，而其它两种相似物 则逐渐洗脱下来，在非印迹聚合物上5m l 的二氯甲烷就可以完全洗脱特丁津和两种相似 物：以3 0m l 甲苯( e = 2 5 ) 进行清洗时，在印迹聚合物上特丁滓与相似物均被保留，而 在非印迹聚合物上则逐渐被洗脱；以异丁基甲基酮( e = 1 3 1 ) 清洗时，两种相似物只需3 m l 溶剂就可被完全洗脱，而特丁津则需要4m l 溶剂才可以洗脱且在印迹聚合物与非印迹 聚合物之间没有差别；以乙酸乙酯( e = 6 o ) 清洗时，两种相似物在2 3 m l 时被洗脱， 完全洗脱模板则需要1 0m l 左右；以乙腈( = 3 6 2 ) 清洗时，与乙酸乙酯类似，但需要 更多一些的溶剂。5 0 0 m l 含o 5 肛g 甩特丁津和三种相似物的河水样品，上样到c 1 8 一s p e 盘( 5m i n ) 上，然后用3 0m l 二氯甲烷将其转移到印迹聚合物柱上，再用3m l 甲醇进行 清洗，所得的结果与用c 1 8 一s p e 盘直接萃取的结果进行比较。发现使用印迹聚合物萃取 后的溶液中杂质较少且测量时干扰小，但要比直接使用c 1 8 一s p e 盘萃取时的回收率稍微 低一些，而不使用印迹聚合物萃取的溶液中杂质较多。m t m u l d o o n 3 等以除草剂阿 特拉津为模板，分别以氯仿和乙腈为上样溶剂，发现乙腈为上样溶剂时，阿特拉滓在印迹 聚合物上会发生穿漏而以氯仿为溶剂时，阿特拉滓则可以完全被保留，这可能是由于乙腈 的极性要大于氯仿，破坏了印迹聚合物与阿特拉津之间的结合位点。作者还针对从牛肝脏 中萃取阿特拉津设计了五种萃取方案，其中包括萃取不同次数、不同浓度样品以及不同的 清洗和洗脱方案。并且用h p l c 和酶联免疫吸附( e l i s a ) 两种分析方法评价了没有经过 印逊聚合物萃取和萃取过的样品中阿特拉津的回收率、准确率，发现经印迹聚合物柱萃取 胡树国博士学位论文分子印迹聚台物在固相萃取中的应用 后的样品中阿特拉津的回收率明显高于没萃取过的样品中阿特拉津的回收率；但在e l i s a 分析方法中准确率并没有提高，而且在样品浓度较低时有模板泄漏现象，所以检测时的浓 度必须大于o 0 0 5p p m 。作者指出利用印迹聚合物柱萃取样品时回收率高的原因在于，此 方法可以去除样品中的脂类化合物减小测量时干扰。使用印迹聚合物柱与h p l c 或e l i s a 联合直接检测肉制品中阿特丁津时，最低浓度可为o 0 2 p p m 。如果将样品稀释，利用印迹 聚合物的富集功能可以检测到更低的浓度。对含样品浓度为o 0 0 5p p m 的组织萃取物稀释 后，可以检测到的浓度为1 7p p b 的样品。t a s e r g e y e v a 【3 4 】等人以除草剂甲氧去草净为 模板，在修饰了一层亲水性聚丙烯酸酯膜的p v d f 膜( p 0 1 y v i n y l i d e n en u o r i d e 最小孔径为 0 2 2 岬，厚度为1 2 5 m ) 上又合成了印迹聚合物薄膜( 1 0m ) 。并分别对以m a a ，m 和a m p s 为单体合成的印迹聚合物膜进行比较，发现以a m p s 为单体合成的印迹聚合物膜 对甲氧去草净的吸附能力最强。接着又优化了交联剂( m b a a ) 和单体的用量，结果表明 模板：单体：交联剂的莫尔比为1 ：5 ：3 0 时合成的印迹聚合物膜的吸附和选择性最好。 并用以此比例合成的印迹和非印迹聚合物膜对甲氧去草净和其相似物的吸附比例进行比 较，发现印迹聚合物膜对甲氧去革净的吸附比例大于4 0 而对其它相似物的吸附比例则小 于l o ，非印迹聚合物膜对甲氧去草