（分析化学专业论文）分子印迹材料的基质固相分散法应用研究.pdf

中国科学技术大学硕士学位论文 摘要 本论文根据分子印迹技术( 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 ，m i t ) 、基质固相分 散( m a t r i xs o l i dp h a s ed i s p e r s i o n ，m s p d ) 和加速溶剂萃取( a c c e l e r a t e ds o l v e n t e x t r a c t i o n ，a s e ) 的基本原理，研究了分子印迹材料作为基质固相分散剂在土壤农 残分析中的应用，建立了久效磷的加速溶剂萃取一分子印迹基质固相分散分离与 富集新方法；研究了烟草中多酚的基质固相分散提取净化，对基质固相分散的除 杂效果进行了光谱表征。 论文主要工作归纳如下： 1 利用分子印迹技术，以甲基丙烯酸为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯为交 联剂，偶氮二异丁腈为引发剂合成了以久效磷为模板分子的印迹聚合物。将 合成的久效磷分子印迹聚合物作为基质固相分散的分散剂和加速溶剂萃取联 用，建立了加速溶剂萃取一分子印迹基质固相分散测定土壤中久效磷的分析 方法。实验结果表明，久效磷分子能够从复杂基体土壤中选择性提取出来， 实现了久效磷分子的高效分离富集，提高了测定的灵敏度和准确度。提取物 用高效液相色谱分析，久效磷的回收率为9 9 3 。 2 加速溶剂萃取一分子印迹基质固相分散法分别同加速溶剂萃取法和分子印迹 基质固相分散法进行了比较。同加速溶剂萃取法相比，加速溶剂萃取一分子 印迹基质固相分散法能够去除杂质的干扰，实现久效磷分子的选择性提取。 同分子印迹基质固相分散法相比，加速溶剂萃取一分子印迹基质固相分散法 能够减小有机溶剂用量、大大缩短提取时间、提高萃取效率、实现提取自动 化。 3 应用基质固相分散法对烟草中多酚的提取和净化进行了研究，并用红外光谱 和紫外光谱对除杂效果进行了表征，实验结果表明基质固相分散法能够有效 去除杂质。提取物用液相色谱分析，对液相色谱梯度洗脱条件进行了优化， 在优化条件下，多酚能够和干扰测定的极性杂质达到基线分离。 4 基质固相分散法同加热回流提取一固相萃取净化法进行了比较。基质固相分 散法实现提取和除杂一步完成，操作简便，净化效果好，消耗有机溶剂少。 中国科学技术大学硕士学位论文 a b s t r a c t b a s i n go nt h eb a s i cp r i n c i p l eo fm 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 ( m i t ) 、m a t r i x s o l i dp h a s ed i s p e r s i o n ( m s p d ) a n da c c e l e r a t e ds o l v e n te x t r a c t i o n ( a s e ) ，t h e a p p l i c a t i o no fm 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 ) a sm s p ds o r b e n tf o rt h ea n a l y s i s o fp e s t i c i d er e s i d u e si ns o i lw a si n v e s t i g a t e da n dan e wa c c e l e r a t e ds o l v e n te x t r a c t i o n a n dm a t r i xs o l i dp h a s ed i s p e r s i o nu s i n gm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e rm e t h o dw a s d e v e l o p e df o rt h es e p a r a t i o na n dp r e c o n c e n t r a t i o no fm o n o c r o t o p h o s ( m c p ) i ns o i l t h ep o l y p h e n o l se x t r a c t e da n dc l e a n e du s i n gm a t r i xs o l i dp h a s ed i s p e r s i o nm e t h o d w a sa l s o i n v e s t i g a t e da n dt h er e m o v a lo fi n t e r f e r e n c e w a sc h a r a c t e r i z e d b y s p e c t r o s c o p y f o u rm a i na s p e c t sw e r ei n c l u d e di nt h ed i s s e r t a t i o n ： 1 t h em i pf o rm o n o c r o t o p h o s ( m c p ) w a ss y n t h e s i z e du s i n gm e t h a c r y l i ca c i d ( m a a ) a sf u n c t i o n a lm o n o m e r , e t h y l e n eg l y c o l d i m e t h a c r y l a t e ( e g d m a ) a s t 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 ( a i b n ) a sr a d i c a li n t i a t o ro nt h eb a s i so f m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e rt e c h n i q u e t h r o u g ht h ec o m b i n a t i o no fa s e a n d m s p d u s i n g m i pa ss o r b e n t ，a s ea n dm s p d u s i n g m i pm e t h o d ( a s e - m i p m s p d ) w a sd e v e l o p e df o rt h ee x t r a c t i o no fm c p i nt h es o i l r e s u l t s s h o w e dt h a tm c pc o u l db e s e l e c t i v e l ye x t r a c t e da n dh i g h l ys e p a r a t e da n d p r e c o n c e n t r a t e df r o ms o i lu s i n gt h i sm e t h o d a l s ot h es e n s i t i v i t ya n dp r e c i s i o no f t h i sm e t h o dw e r ei m p r o v e d e x t r a c t sw e r ea n a l y z e db yh p l ca n dq u a n t i t i v e r e c o v e r yo fm c p w a s9 9 3 2 a s e m i p m s p dh a sb e e nc o m p a r e dw i t ha s ea n dm a t r i xs o l i dp h a s ed i s p e r s i o n u s i n gm i p ( m i p m s p d ) m e t h o d c o m p a r e dw i t ha s e ，t h ei m p u r i t i e st h a t i n t e r f e r e dt h ed e t e r m i n a t i o no fm c pw e r er e m o v e da n dm c pc o u l db es e l e c t i v e l y e x t r a c t e d u s i n g a s e m i p m s p dm e t h o d c o m p a r e dw i t hm i p - m s p d ， a s e m i p m s p dm e t h o dh a ds h o r t e re x t r a c t i o nt i m e ，l o w e rc o n s u m p t i o no f s o l v e n t s ，h i g h e re x t r a c t i o ne f f i c i e n c ya n dw a sm o r ea u t o m a t i z e d 3 t h ee x t r a c t o na n dc l e a n u po fp o l y p h e n o l si nt o b a c c o su s i n gm a t r i xs o l i d p h a s e i i 中国科学技术大学硕士学位论文 d i s p e r s i o n ( m s p d ) w a sd e v e l o p e d t h er e m o v i n go fi n t e r f e r i n gc o m p o n e n t sw a s c h a r a c t e r i z e db yi n f r a r e ds p e c t r o s c o p ya n du l t r a v i o l e ts p e c t r o s c o p ya n dr e s u l t s d e m o n s t r a t e dt h a tt h ei m p u r i t i e sc o u l db er e m o v e du s i n gm s p d m e t h o d e x t r a c t s w e r ea n a l y z e db yh p l ca n dg r a d i e n te 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 p o l y p h e n o l sa n dt h ep o l a ri m p u r i t i e sw e r es e p a r a t e dc o m p l e t e l yu n d e rt h eo p t i m a l c o n d i t i o n s 4 c o m p a r i s o no fm s p de x t r a c t i o nw i t hr e f l u x i n ge x t r a c t i o n s p ec l e a n u pw a s c a r r i e do u t m s p dm e t h o dw a ss i m p l e ，f o re x t r a c t i o na n dc l e a n u pw e r ea c h i e v e d i no n es t e p i th a dg o o dc l e a n u pe f f i c i e n c ya sw e l la sc o n s u m e dl e s ss o l v e n t 1 1 i 中国科学技术大学硕士学位论文 第一章综述 第一节分子印迹材料及其应用研究进展 1 1 分子印迹材料的定义和发展 在自然界中，分子识别在生物体中发挥着极其重要的作用。所谓的分子识别 是指在复杂的混合体系中，依靠具有形状、大小和化学功能基与客体分子互补的 主体分子对客体分子的区别和结合。生物体中的酶、抗体对底物抗原有着特效的 分子识别作用，由于自然界中的酶、抗体等生物分子存在制备复杂、稳定性差、 高温下易失去结合位点、存储不便等缺点，从而极大的限制了它们的广泛应用。 化学工作者对具有类似生命分子功能的化学主题模型的合成给予了极大的兴趣。 因此，出现了冠醚 1 、穴醚 2 、环糊精 3 和杯芳烃 4 】等低分子量的大环化合物， 一个化学与生命科学交叉的独立的边缘科学一超分子化学【5 诞生。这些环状化 合物主体分子对一些特殊的物质，特别是金属离子表现出较强的选择性，克服了 生物分子的一些缺点，在分子识别、分析和富集中有着广泛的应用前景。这些化 合物存在着化合物设计复杂、需要严格的合成技术、合成周期较长等缺点，而且 它们的识别性能通常不如生物分子，选择没有预定性，必须通过大量的实验来进 行验证。因此，发展一种制备工艺简单、稳定性好、成本低、既具有预定选择性 又具有与酶、受体和抗体相类似结合特性的主体分子仿生模型成为今日化学的主 要研究内容。 分子印迹聚合物( 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 ) 是近年来发展起来的具 有分子识别功能的一种新型高分子材料。模板分子与功能单体在交联剂存在下形 成高交联的刚性聚合物，洗去模板分子后，在聚合物中便留下与模板分子大小和 形状相匹配的立体孔穴，同时孔穴中包含精确排列的与模板分子的官能团相互补 的由功能单体提供的功能基团。分子印迹聚合物对模板分子具有记忆功能，因而 能够选择性识别模板分子，可模拟生物体系中酶、抗体和受体对底物、抗原和激 素的作用，具有一定的选择性。与生物分子相比，分子印迹聚合物具有制备周期 中国科学技术大学硕士学位论文 短、易储存，可在高温高压及有机溶剂中使用的优点，引起人们的极大关注。按 照模板分子与功能单体相互作用的机理，分为共价型聚合物和非共价型聚合物。 自1 9 7 2 年以来，德国w u l f fg 在这方面进行了开创性的工作 6 ，7 ，他的研究主 要集中在共价型印迹聚合物中，主要应用于糖类衍生物的手性拆分，但由于共价 型印迹聚合物的动力学过程较慢，应用范围受到限制。8 0 年代后瑞典的m o s b a c h k 小组发展了非共价型聚合物【8 ，1 9 9 3 年合成了以茶碱为模板的化合物【9 】，使 得分子印迹聚合物有了迅速的发展。目前，有关分子印迹聚合物的报道文献逐年 增加，在手性分离、固相萃取、生物传感器、膜分离、催化、模拟抗体和人工受 体等方面展现了美好的应用前景 1 0 2 0 。e u r o p e a nc o m m i s s i o n 已于1 9 9 8 年启动 了一项计划，旨在资助欧洲八个研究小组从事分子印迹聚合物的制备、结构表征 以及将分子印迹聚合物应用于临床分析、环境分析和生物分析等方面的研究。分 子印迹技术由于其卓越的分子识别性能已成为化学工作者的热门研究课题。 1 2 分子印迹材料的制备合成 分子印迹是制备仿生试剂的简便技术。分子印迹聚合物的制备一般需要三个 步骤【2 l 】，其操作过程见图1 1 。第一步，印迹分子与功能单体之间通过共价键 或非共价键结合产生功能团和空间结构互补的相互作用，形成复合物；第二步， 在复合物中加入交联剂和引发剂，使印迹分子单体复合物周围发生聚合反应， k ，o 生成一种具有一定机械性能的高交联的高分子聚合物；第三，通过索氏提取或柱 层析洗去模板分子，这样得到的聚合物便可用于分子识别。 图l 一1 分子印迹过程示意图 f i g 1 1a s c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o no fm i pp r o c e s s 中国科学技术大学硕士学位论文 功能单体与模板之间具有共价键、氢键、金属配体结合作用、疏水作用和静 电作用等。根据模板分子与功能单体形成复合物时作用力的性质，分子印迹聚合 物可分为共价型和非共价型。共价型主要是依靠可逆的共价键作用，而非共价型 主要是通过氢键、偶极、离子间作用力、金属配位、疏水力及范德华力相互作用。 1 2 1 印迹分子、功能单体、致孔剂和交联剂的选择 目前用于制备分子印迹聚合物的印迹分子种类繁多，主要有碳水化合物 2 2 、氨基酸及其衍生物、咖啡因 2 3 、药物 2 4 】、肌酸及肌酸肝【2 5 、有机磷毒 剂【2 6 】、杂环化合物 2 7 、除草齐1 j 2 8 、胆固醇 2 9 ，3 0 等。 共价键型分子印迹聚合物有较苛刻的合成和断裂条件，使得共价键功能单体 的开发和使用受到限制。通常使用的功能单体是含有乙烯基的硼酸、醛、胺、酚 和二醇以及含有硼酸酯的硅烷混合物 3 1 】等。常用的单体有4 一乙烯基苯硼酸、4 一 乙烯基苯甲醛、4 乙烯基苯胺、4 。乙烯基苯酚等。因为硼酸和邻二醇基团形成酯 键的可逆性好，容易形成和断裂，4 乙烯基苯硼酸单体在糖类衍生物异构体分析 中占有重要的地位。非共价型印迹聚合物常用的功能单体是甲基丙烯酸 ( m e t h a c r y l i ca c i d ，m a a ) ，它既可以同胺类物质发生离子作用，又可以与酰胺或 羧基发生氢键作用，因此其与印迹分子间存在较多的结合位点，使得制成的分子 印迹聚合物有较高的选择性和结合能力。非共价键型聚合物使用的单体有丙烯 酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、三氟甲基丙烯酸、亚甲基丁二酸、丙烯酰胺、 4 乙烯基苯甲酸、4 乙基苯乙烯、2 丙烯酰胺基一2 甲基1 丙磺酸、1 一乙烯基咪唑、 4 乙烯基吡啶、2 乙烯基吡啶、2 ，6 一二丙烯酰胺吡啶、n 一丙烯酰基丙氨酸、n ( 4 乙烯苄基) 亚氨基二乙酸铜( i i ) 、b 环糊精和含乙烯基的l 一缬氨酸的衍生物等。 常用的致孔剂有氯仿、乙腈等。共价型聚合物主要在极性强的水、醇中制备， 而非共价型聚合物在极性较弱的有机溶剂如氯仿、甲苯中制备。 最常用的交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯。除此之外，常使用的交联剂还有 n ，n7 亚甲基二丙烯酰胺、n ，n 一l ，4 一亚苯基二丙烯酰胺、3 ，5 一二丙烯酰胺基苯甲酸、 二乙烯苯、l 一2 一二丙烯酰胺基苯丙醇丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三甲氧基 丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯等。 中国科学技术大学硕士学位论文 1 2 2 分子印迹制各过程中的引发剂 分子印迹过程是通过自由基引发的，一般以偶氮二异丁腈 ( a z o b i s i s o b u t y r o n i t r i l e ，a i b n ) 或偶氮二异庚腈为引发剂。目前常用的方法有光照、 加热、加压电合成等。几年来广泛采用低温光引发方式。最近，m i l o j k o v i c 3 2 和v e z u 3 3 采用c 0 6 0 源射线引发聚合。热引发也是一种应用普遍的方式，但此 法不适用于热不稳定的化合物。 1 2 3 制备方法 1 2 3 1 封管聚合 目前制备分子印迹聚合物最常用的方法是封管聚合。将模板分子、功能单体、 交联剂和引发剂按一定的比例溶解在惰性溶剂中，然后移入一玻璃安培瓶中，超 声波脱气，通氮除氧，真空下封管，经6 0 。c 热引发或紫外光照射引发聚合2 4 h 得到棒状聚合物。经粉碎、研磨过筛后获得一定粒径的粒子，洗脱除去模板分子， 6 0 。c 下真空干燥后备用。该方法合成条件易于控制，实验装置简单，合成的聚合 物对模板底物有良好的选择性和识别特性。但此方法的缺点是需要经过粉碎、筛 选等预处理手段，粉碎过程中易产生大量不规则的粒子和超细粒子，影响聚合物 的柱效和选择性。而超细粒子容易堵塞色谱柱使柱压升高，必须经过反复沉淀倾 析除去，这些手续比较繁琐。分子印迹聚合物制备技术的研究必须进一步深入， 以便获得更满意的改进技术。 1 2 3 2 原位聚合 m a t s u ij 3 4 首先将原位聚合应用于分子印迹技术中。他们直接在高效液相色 谱柱内制备连续棒型聚合物。通过这种方法制得的高效液相色谱分离介质，其手 性分离的选择性系数可达1 7 ，对位置异构体也有很好的分离效果。s c h w e i t zl 等 3 5 ，3 6 将原位聚合方法应用于毛细管电泳技术，以( r ) 一萘心胺( r p r o p a n o l 0 1 ) 矛l ( s ) 噻吗洛尔( s t i m o l 0 1 ) 为模板，采用该方法制备了m a a 和三甲氧基丙烷三甲基 丙烯酸酯共聚物毛细管柱，制备时间低于三个小时。电泳测定结果表明2 分钟内 实现模板对映体的基线分离，这是毛细管电泳技术的新突破。原位聚合是在色谱 4 中国科学技术大学硕士学位论文 柱内一步完成的，避免了封管聚合粉碎、过筛等繁琐的手续。实验过程大为简化， 容易操作。但为使色谱柱具有良好的流动性质，制备时必须加入合适的致孔剂。 在原位聚合技术中，聚合反应程度的优化成为决定色谱柱性能的关键所在。若聚 合时间过长，合成的聚合物太致密使色谱柱的流动力学性质差，柱压高，流速慢， 聚合时间太短，合成的聚合物中选择性结合位点少使色谱柱的柱效低。若采用热 引发聚合，聚合温度太高将产生与聚合时间长同样的问题。聚合温度太低，则聚 合不完全甚至不聚合。若聚合反应条件优化选定，制备的色谱柱成功率可达1 0 0 。 1 2 3 3 悬浮聚合 悬浮聚合是制备色谱柱特性良好的球形颗粒聚合物的主要方法，在工业生产 中广泛应用。m a t s u ij 等 3 7 利用悬浮聚合法，以阿特拉津( a t r a z i n e ) 为模板制备 了三氮嗪类除草剂的分子印迹聚合物，用于水中结构相近的除草剂西玛津 ( s i m a z i n e ) 的固相萃取分析，其富集因子为5 6 ，回收率达9 1 。孟子晖等 3 8 】 采用悬浮聚合的方法制备了球形分子印迹聚合物。用于分离辛可宁和辛可宁丁的 异构体。m a y e sa o 和m o s b a c hk 3 9 】以叔丁基羰基一苯丙氨酸为模板，将含有 全氟化烷基和聚氧基乙烯基的高分子乳化稳定剂加入到聚合反应的溶液中，光引 发聚合可制备球状颗粒聚合物材料。通过改变乳化稳定剂用量，可在直径5 - 5 0 9 m 范围内制备合适粒度的颗粒，用作高效液相色谱填料，其选择性和分离度均类似 于封管聚合预处理得到的聚合物粒子。 1 2 3 4 两步溶胀和聚合 两步溶胀和聚合方法是由h o s o y ak 4 0 等首先应用于分子印迹技术制备中 的。首先制备粒径为1 肚m 的苯乙烯微粒作为种子粒子，把该种子粒子制成的分 散体系与活化剂、引发剂、表面活性剂制备的微乳液混合，在一定搅拌速度下进 行第一步溶胀，然后再将这种溶胀的分散体系加入到交联剂、功能单体或添加剂、 致孔剂和稳定剂组成的溶液中，在恒定的搅拌速度下完成第二步溶胀，然后加入 模板分子在氩气保护恒定搅拌速度下聚合制得一定大小的球形印迹聚合物。以萘 二胺位置异构体为模板分子合成了具有均匀尺寸的球形印迹聚合物，用作高效液 中国科学技术大学硕士学位论文 相色谱填料分离模板位置异构体，其选择因子为1 4 或1 5 。又用这种方法制备 了粒径为5 6 t m 的球形印迹聚合物，合成这种粒子的产率达到8 8 以上。并详 细研究了在没有功能单体的情况下使用这种技术合成的交联聚合物通过形状和 大小记忆可分离模板分子的位置和手性异构体，而且用手性交联剂作添加剂，通 过在识别位点内有利结构作用，明显提高了聚合物的识别能力。 1 2 3 5 表面分子印迹技术 表面分子印迹聚合物是由功能单体、模板分子、乳化稳定剂和基体单体( 交 联剂) 的乳化液聚合制得。首先模板分子与功能单体在油水界面形成复合物，然 后与有机相中的交联剂引发聚合，单体的功能基定位在界面上，洗去模板分子后 在表面产生选择性的洞穴，功能基在界面上识别模板分子。常规的分子印迹技术 模板分子在聚合物内扩散速度慢，水溶性模板分子不易找到合适溶剂，而此技术 克服了这些缺点。功能单体和模板分子之间相互作用既不完全亲水也不完全疏 水，因此，功能单体必须具有两亲性，表面分子印迹聚合物可以快速可逆结合模 板分子。 表面分子印迹技术中有两种制备方式，可以分别识别金属离子和其它化合 物。识别金属离子的方法是以中孔的硅胶树脂为基质，将金属离子与功能单体形 成配合物，然后将此配合物用缩合聚合引入到硅胶表面，除去模板金属离子后， 在硅胶或聚合物表面留下可重新结合该金属离子的位点。m a s h i r oy o s h i d a 4 1 等 用三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯作为交联剂，1 ，1 2 。十二烷基二酚一0 一二苯基磷酸 作功能单体，锌离子为模板，在w o 乳液中合成了对锌有选择性的聚合物。三 甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯有三个可聚合基团，得到的聚合物硬度高，具有更好 的印迹效应。通过比较分子印迹聚合物与非分子印迹聚合物对锌与铜的吸附量对 比实验，证实分子印迹聚合物对模板分子有选择性吸附。进一步比较以二乙烯苯 作交联剂在w o w 界面制得的锌的分子印迹聚合物与三甲氧基丙烷三甲基丙烯 酸酯作交联剂的聚合物对锌的吸附性质，结果表明，它们对锌具有相似的选择性， 但后者具有高的平衡常数。这是由于使用三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯作交联剂 能产生更高刚性的聚合物，更有助于保持识别位点的空间结构。最近r a t n e r 4 2 1 等合成了对蛋白质具有识别能力的纳米结构的表面印迹聚合物。首先将蛋白质水 中国科学技术大学硕士学位论文 溶液滴在云母表面，云母表面既亲水又非常平，对蛋白质是非常好的吸附质，在 蛋白质上覆盖一层二糖，二糖的羟基与蛋白质残基间形成多重氢键，这样相当于 在蛋白质上形成一个糖壳，然后射频等离子体在糖壳上沉积一层全氟取代的聚合 物，聚合物膜与二糖之间形成共价键。之后在聚合物上用环氧树脂覆盖一层基底， 揭掉云母，用碱性溶液洗掉蛋白质，在糖壳上留下与蛋白质形状和功能基互补的 空穴，使用原子力显微镜可实现单分子识别检测。 1 2 3 6 分子印迹聚合物膜技术 分子印迹聚合物膜的制备在利用膜进行分离及将分子印迹聚合物用于传感 器敏感材料方面有着广泛的应用前景。分子印迹聚合物膜在分离方面有色谱分离 所不具备的优势，可以进行连续的分离，而且分离物的量不受限制。 分子印迹聚合物膜的合成主要有以下几种方法：第一：直接合成于传感器换 能装置的表面，作为传感器的敏感材料，识别结合或传输被测物质，产生可检测 信号。m o s b a c hk 将分子印迹聚合物直接合成于场效应管的硅晶片的表面上，用 以检测l 苯丙氨基酰替苯胺。m i z a i k o f f b 4 3 等以除草剂2 , 4 二氯苯氧基乙酸为 模板分子，在砷化锌的表面上合成厚度为4 - 9 t m 的印迹聚合物膜，用红外傅立 叶光谱测定模板分子。z a m b o n i npg 等 4 4 】在2 0 m m o l l 的葡萄糖溶液内，将对一 苯乙烯基胺用循环伏安法在0 0 0 8 v 范围内扫速为2 0 m v s 合成在金电极表面， 并用质量晶体微天平进行测定，在葡萄糖浓度为1 - 2 0 j x m o l l 范围内呈线性关系。 第二：采用原位聚合法合成厚度为1 0 0 9 m 左右的膜形分子印迹聚合物。本法是 将一般制备的印迹聚合物混合溶液置于硅烷化的玻璃片上，在氮气氛围内热引发 聚合，最后将获得的印迹聚合物膜置于h 型的槽中间，测定其传输选择性。 m a t h e w k r o t zj 和s h e ak l 4 5 等报道了选择性运输和分离中性分子的分子印迹 聚合物膜的制备技术。以9 一乙基腺嘌呤为模板，将反应混合物的n ，n 二甲基甲 酰胺溶液涂在硅烷化的玻璃切片上，在6 5 7 0 。c 矛i a 氮气保护下聚合制备出m a a 和二甲基丙烯酸乙二醇酯为基体的聚合物膜，用甲醇洗去模板分子后，在h 型 双层液池中进行膜运输实验，结果表明腺嘌呤的流通量明显大于胞嘧啶和胸腺嘧 啶，胸嘌呤核苷酸的流通量大于鸟嘌呤核苷酸，这种运输是在胸嘌呤和膜中结合 位点可逆结合和交换的结果。膜的机械稳定性明显优于生物膜，给分子印迹聚合 中国科学技术大学硕士学位论文 物的研究增添了新的活力。第三：将含有羧基等功能基团的聚合物溶解在溶有模 板分子的溶剂中，通过相转移制得分子印迹聚合物膜。k o b a y a s h it 等 4 6 4 8 采 用相转移技术以丙烯腈和丙烯酸为单体，在模板分子茶碱存在下共聚获得丙烯酸 含量不同的分子印迹聚合物膜，然后洗去模板分子。在水溶液中进行平衡结合实 验，实验结果表明：这种膜优先结合模板分子茶碱，而对结构类似的咖啡因几乎 不结合，而且结合能力与膜中丙烯酸单元的含量有密切的关系。红外光谱研究表 明在茶碱分子和丙烯酸单元中的羧基之间产生氢键作用。这种膜的制备无需交联 剂，有利于在聚合物中形成诱导嵌合，这比常规的交联聚合物更具有仿生性。第 四：利用类似于p v c 成膜的方法，将含有功能基团的聚合物和模板分子溶于强 极性的溶剂中，置于玻璃器皿中，待溶剂挥发后得到分子印迹聚合物膜。 y o s h i k a w am 等 4 9 ，5 0 付艮道了一种非常简单的分子印迹聚合物膜的方法，以 b o c l t r p 为模板分子结合四肽衍生物 h a s p ( o c h e x ) 一i ie a s p ( o c h e x ) - g l u ( o b z l 1 ) c h 2 】的苯乙烯、丙烯腈和苯乙烯的共聚物溶于四氰呋喃，注入扁平的容器池 中，放置2 4 h ，得到厚度为1 4 0 1 5 0 1 m a 的膜，这种膜应用于电渗析分离表现了对 手性分子的选择性。 1 3 分子印迹材料的应用研究进展 印迹聚合物具有预定性、特定识别性和实用性等特点，它还有较强的抗恶劣 环境的能力、高度的稳定性和长期的使用寿命。因此，分子印迹聚合物以其优良 的性能已经在生物、化学、医学等领域得到广泛的应用。 1 3 1 固相萃取 固相萃取是属于吸附萃取法中应用最广泛的一种提取净化方法，是从溶液中 萃取和分离分析物的一种技术。固相萃取的分离机理、吸附剂和溶剂的选择等方 面与高效液相色谱有相似之处。但固相萃取的柱效远低于液相色谱。分子印迹聚 合物具有特效的选择性和亲和性，用作固相萃取剂，可克服生物或环境样品体系 复杂、预处理手续繁杂等不利因素，为样品的采集、富集和分析提供了极大的方 便，这是发展痕量分析方法的重要途径。 s e l l e r g r e n 5 1 首先报道了以治疗a i d s 病毒引起机能失调的药物喷他眯 中国科学技术大学硕士学位论文 ( p e n t a m i d i n e ，e a m ) 为模板制备的p a mm i p a 以含2 0 ( v v ) 的磷酸盐缓冲溶液 的乙腈溶液为吸附和洗脱液：在p h 为5 时进行吸附，p h 为3 时进行洗脱。 p e n t a m i d i n e 分子印迹聚合物用于固相萃取剂，可从稀溶液中选择性地富集p a m ， 富集系数达5 4 ，是苄脒为模板制得的组成相同的参比聚合物的4 倍。p a m 分子 印迹聚合物用作固相萃取剂，克服了色谱连续分析手续繁琐的缺点。t a k e u c h i 等 5 2 1 报道了一种简便的从西玛津( s i m a z i n e ) 和2 甲4 氯丙酸( m e c o p r o p ) 、拿草特 ( p r o p y z a m i d e ) 、异菌脲( i p r o d i o n e ) 的混合物中选择性富集0 1 i ，t g m l 的s i m a z i n e ， 富集倍数可达6 0 倍，回收率大于9 0 。s t a n k e r 5 3 等以氯仿为溶剂，将牛肝组 织提取物注入装填有莠去津( a t r a z i n e ) 的固相萃取柱中。用氯仿淋洗除去柱中的脂 肪、类脂物和其它的非极性杂质。实验表明，未经过分子印迹固相萃取的组织提 取物对随后的反相高效液相色谱和酶免疫分析有干扰，而经过固相萃取，可以大 大提高高效液相色谱和酶免疫分析的准确度和精密度。m a r t i n e 等以分子印迹固 相萃取生物样品中的普茶洛尔时，在洗脱剂中加入少量的三乙胺后，普洛尔回收 率可达9 0 以上。文献 5 4 】以m a a 为功能单体制备了抗肿瘤药物它莫西芬的可 行性。结果表明，选用乙腈乙酸混合溶剂能够从这种聚合物中定量的保留和洗脱 这种药物，不受样品中其它组分的干扰。a n d e r s s o n 等 5 5 1 以分子印迹固相萃取 与气相色谱结合分析了生物样品中的沙玛尔丁( s a m e r i d i n e ) 。最近有报道以m i p 对口香糖中尼古丁及其氧化产物、血清中茶碱 5 6 的固相萃取。 尽管分子印迹聚合物用于固相萃取剂在生物和环境样品富集分析中有很大 的优势，但实际应用中需解决一些问题，如解决印迹聚合物低的结合容量以达到 对大量样品的快速分离，以及提高印迹聚合物中高亲和力位点数都是十分必要 的。 1 3 2 传感器 化学传感器包括三大部分 5 7 】：分子识别部分，信号转换部分，信号放大和 处理部分。其中分子识别部分决定传感器的选择性，应用于医药、环境等领域的 传感器的分子识别部分主要是生物大分子如酶、抗体等。但这些生物大分子的化 学和物理稳定性较差，使用寿命短。分子印迹聚合物作为化学传感器，具有以下 优点：第一，分子印迹聚合物对各种不同的化合物都显示出良好的专一性，生物 9 中国科学技术大学硕士学位论文 识别体系具有较好的分子识别功能。第二，分子印迹聚合物针对性强，它与模板 分子之间是一一对应的。第三，生物识别元件来源于生物，因此在生产中往往要 使用动物，而分子印迹技术完全是化学合成过程，可避免使用动物。第四，生物 分子识别系统由于不易建立批量生产工艺，所以价格昂贵，而分子印迹聚合物则 费用低，易于大规模生产。因此，分子印迹聚合物用作传感器实用经济。通常制 备的分子印迹聚合物是块状的，必须经过进一步的研磨、筛选、沉降得到一定大 小的颗粒再用于各种用途。为适应分析及传感器方面的应用，又发展了聚合物膜 的制备方法。分子印迹聚合物膜目前主要用在电化学传感器、光化学传感器和质 量型传感器上。 1 3 2 1 电化学传感器 p i l e t s k y 首先将分子印迹聚合物膜用于电导传感器，用来定性检测核苷酸、 氨基酸和除草剂。后来又将a t r a z i n e 的印迹聚合物膜制成电导传感器来检测溶液 中的除草剂a t r a z i n e 。线性范围为0 0 1 0 0 5 m g l ，响应时间为3 0 m i n 。以苯基丙 氨酸、6 氨基1 丙基尿嘧啶、莠去津、唾液酸为印迹分子制备的分子印迹聚合物 膜电导传感器，检测溶液中印迹分子的浓度为1 - 5 0 9 m o l l 。最近，通过进一步改 进，制成了一种对a t r a z i n e 敏感的传感器，检测限可达到5 n m o l l ，响应时间视 膜厚度不同缩短到6 1 5 m i n ，使用寿命可达6 个月f 5 8 。k r i zd 5 9 等将咖啡因选 择性地吸附在m i p 上，再加入非电活性的竞争物可待因，放出的咖啡因通过安 培法检测，检测限为o 1 1 0 9 9 m l ，0 5 t g m l 浓度时电流峰值为4 m a 。这种传感 器属于竞争型电流传感器。a n d e r s s o n 等 6 0 以苯基丙氨酸酰替苯胺为模板分子 制备m i p ，通过电势法检测，测定苯基丙氨酸酰替苯胺线性范围为3 3 3 3 0 0 9 9 m l 。 r o s a t z i n 等通过m i p 制得的离子选择性电极可定性检测溶液中的c a 2 + 离子。 m i r s k ym 6 1 等利用电合成的方法将苯酚和模板分子苯丙氨酸合成在金电极的 表面，用电容化学传感器测定模板分子，测定模板分子浓度的线性范围为 1 - 8 m g m l 。h a u p tk 等 6 2 将分子印迹聚合物黏附于碳电极表面，利用脉冲伏安 法，用竞争结合的方式通过峰电流的降低值测定除草剂2 , 4 二氯苯氧基乙酸，测 定的检出限比放射免疫分析法高一个数量级。 1 0 中国科学技术大学硕士学位论文 1 3 2 2 光化学传感器 分子印迹技术还可同荧光光谱技术结合。 k r i z 等 6 3 发展了基于分子印迹 技术的光纤传感器，此种传感器具有手性识别能力，可以识别荧光标记的氨基酸 衍生物。原理是当荧光标记的氨基酸结合到附着于石英窗上的印迹聚合物时，荧 光信号将随浓度的改变而变化。以d 型的氨基酸衍生物作参比实现了手性识别， 测定丹酰一l 苯基丙氨酸的浓度范围为o - 3 0 9 9 m l 。d i c k e r t 通过在有机溶剂印迹 过的印迹聚合物中添加有机染料，制成光化学传感器。通过对光吸收量的变化来 检测有机溶剂蒸汽，检测限达g g m l 数量级。随后，他们又将印迹聚合物与荧 光光谱技术结合，提出了用于检测水中多环芳烃的灵敏的光化学传感器。 p i l e t s k y 6 4 等将有荧光标记的三嗪( t r i a z i n e ) 结合到已被印迹过的t r i a z i n e m i p 中， 用来检测溶液中的t r i a z i n e 。m i p 优先吸附印迹分子，因此游离的t r i a z i n e 将与荧 光标记的t r i a z i n e 竞争m i p 中的键合部位。将荧光标记的t r i a z i n e 释放出来，通 过检测上清液的荧光强度可知样品溶液中t r i a z i n e 的浓度。k r i z 等 6 5 1 将荧光物 质d a n s y l l 苯丙胺酰替苯胺的m i p 涂于光纤传感器的探头上，根据荧光信号的 改变可测定分析物的浓度，但响应时间长。还有报道 6 6 ，6 7 将模板分子同荧光染 料同时印迹于m i p 上，然后与荧光检测器结合做成传感器，当水溶液中存在模 板分子时，聚合物荧光会淬灭，由此可检测水溶液中模板分子。 1 3 2 3 质量型传感器 d i c k e r t 等 6 8 将m i p 与质量传感器( 石英微量天平和表面声波) 结合在一起， 发展了用于检测芳香化合物、卤代烷及极性溶剂蒸气的化学传感器。由于这两个 装置的共振频率均随质量而变化，因此可检测装置表面涂层的吸附过程。l i a n g 等 6 9 以咖啡因为模板分子合成m i p ，再用这种m i p 制成一种仿生体声波传感器。 这种传感器对咖啡因有很高的选择性和灵敏的质量响应。p h 为8 时响应范围为 5 0 1 0 - 9 _ 1 o x l o 4 m o l l ，回收率为9 6 1 1 0 5 6 。t o r t s c h a n o f f m 等【7 0 将稠环芳 烃用缩合聚合反应合成在压电石英晶体电极上，利用印迹聚合物的形状记忆和疏 水性在水中识别和检测模板分子。 1 3 3 模拟酶催化 中国科学技术大学硕士学位论文 化学模拟酶催化剂与天然生物酶催化剂相比，具有抗恶劣环境的能力，表现 出更高的稳定性和更长的使用寿命。而在分子印迹聚合物内可以产生类似于酶活 性中心的孔穴。通过使用适当的模板单体在孔穴内可以定做出与底物结合的结合 位点和起催化作用的活性基团，这些基团可以最佳取向在空间进行确定的排列。 因此，分子印迹技术是设计新型人工模拟酶材料的最佳手段之一。用分子印迹材 料作催化剂同酶作催化剂相似，符合m i c h a e l i s m e n t e n 动力学。e f e n d i e vaa 等 最先把分子印迹聚合物应用在催化作用的研究上。s a r h aa 对含4 一乙烯吡啶单元 的印迹聚合物对扁桃酸的光学异构体的催化反外消旋化反应进行了研究。含有吡 哆醛基的印迹聚合物可以加速氨基酸衍生物的质子交换作用，乙烯咪唑印迹聚合 物可以增加模板分子的酯解活性。但是，大多数情况下模板效应很低。如果用催 化反应的过渡态类似物作为模板时，就能够提高催化活性。因此，许多研究人员 用过渡态类似物作为模板分子合成催化剂。在酯水解反应中有一个水解过渡态可 用磷酸酯作为类似物进行模拟，甲基膦酸对硝基苯酯作为乙酸对硝基苯酯水解过 渡态的类似物用作模板分子，制得的印迹孔穴优先结合酯解反应的过渡态以诱导 乙酸对硝基苯酯水解反应速度的增加。但是用这种方法制得的印迹聚合物的催化 活性仍然较低。w h l f f 7 1 等提出在分子印迹聚合物中引入活性基团以提高分子印 迹聚合物的催化活性。 分子印迹聚合物作为催化剂还可以应用在分子印迹聚合物孔穴内进行具有 立体选择性和位置选择的化合物的合成。这种孔穴利用反应的最终产物作为模 板，然后把反应物埋进聚合物孔穴进行反应并把它转化为产物。s h e akj 7 2 矛1 n e c k e r sdc 【7 3 首先对这方面进行了研究，通过在印迹孔穴内进行环加成获得了 环丙二羧酸得到的后一个化合物有显著的位置选择性和顺反异构体选择性。 另外分子印迹聚合物还被广泛应用于对映异构体及位置异构体的分离、膜分 离、模拟抗体等领域。 第二节基质固相分散法及其应用研究进展 2 1 基质固相分散法的提出 近年来，随着药物和污染物种类的增多，检测限的降低，许多新的分析技术 中国科学技术大学硕士学位论文 被应用于食品、环境和生物样品中药物、污染物的分析。测定微量污染物的传统 方法需要一系列的提取和净化步骤 7 4 ，7 5 ，操作繁琐。这些方法不仅消耗大量的 人力和物力，而且提取效率也不能满足当代环境和食品分析的需要。因此，发展 快速、经济、对环境友好的新型分析技术迫在眉睫。 一些新的样品前处理技术如加速溶剂萃取 7 6 ，7