（分析化学专业论文）1萘胺印迹聚合物的分子识别与固相萃取应用研究.pdfVIP

摘要 摘要 本论文在详细综述分子印迹技术的研究现状、芳胺类物质分析方法及发展现 状的基础上，合成了对1 萘胺分子具有特异性作用的分子印迹聚合物；对该聚 合物的识别机理、结合性能和选择性能进行了详细的研究；并将其用于固相 萃取吸附剂，探讨了其在选择性地萃取卷烟主流烟气样品中h o f f m a n 芳胺类物 质( 2 萘胺、1 萘胺、4 氨基联苯和3 氨基联苯) 的应用。具体而言，本论文所 做的工作主要包括以下三个方面： 1 采用非共价分子印迹技术，以1 一萘胺( 1 n n a ) 为模板分子，甲基丙烯 酸( m a a ) 为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯( e d m a ) 为交联剂，偶氮二 异丁腈( a i b n ) 为引发剂，合成了对1 - n n a 具有特异性作用的分子印迹聚合物 ( m i p ) ；通过紫外光谱、红外光谱、x 射线光电子能谱和1 h 核磁共振波谱等 方法，详细探讨了1 - n n a 与m a a 之间的相互作用及识别机理。结果表明，1 - n n a 与m a a 之间以氢键作用形成化学配位比为1 ：1 的稳定配合物，配合物稳定常数 ( k ) 为5 5 3 7 1 0 4 l m o l 。1 - n n a 分子- n h 2 上的氮原子是形成氢键的质子接 受体，m a a 分子一c o o h 上的氢原子是氢键的质子给予体。 2 采用平衡吸附试验和s c a t c h a r d 分析技术衡量1 - n n a m i p 的结合性能。 平衡吸附试验中，当1 小烈a 的初始浓度为1 5 m m o l l 时，印迹因子( i ) 为2 0 3 ， 表明与非印迹聚合物( n i p ) 相比，m i p 对1 小附a 表现了很好的结合力；s c a t c h a r d 分析是一条直线，表明1 小n a 与m i p 之间只形成了一种作用位点，即m a a 的 c o o h 和1 - n n a 的- n h 2 的氢键作用位点；平衡离解常数( 硒) 为0 7 8 4 5 1 t m o l g ， 饱和吸附量( b m 觚) 为9 3 4 p m o l g ，进一步表明m i p 对1 - n n a 表现了很好的结 合力。采用结构对照物的选择性吸附试验来衡量印迹聚合物的选择性能。通过比 较1 小n a 及其结构对照物在m 1 p 上的吸附行为，表明m l p 对1 小烈a 具有高度 的选择性；并与n i p 上的吸附行为相比较，表明n i p 对底物分子的吸附是非特 异性的，而m i p 对1 - n n a 产生了高度的选择性和特异性识别能力。 3 将合成的1 小n a m i p 作为固相萃取( s p e ) 吸附剂，制成印迹聚合物固 相萃取( m i s p e ) 小柱。通过优化萃取过程中上样、淋洗和洗脱各步骤的条件， 摘要 详细探讨了m i s p e 小柱对七种a a s ( 苯胺、对甲基苯胺、2 ，6 二甲基苯胺、2 萘胺、1 萘胺、4 氨基联苯和3 氨基联苯) 标样的选择性。结果表明m i s p e 小 柱对四种a a $ ( 2 萘胺、1 萘胺、4 一氨基联苯和3 氨基联苯) 具有很好的选择能 力，说明m i s p e 与这四种m a s 是特异性结合的：考察m i s p e 小柱对烟气加标 样品的选择性，结果表明四种a a $ 萃取回收率都高于8 5 ，适合实际卷烟样品 的分析；与非印迹聚合物固相萃取( n i s p e ) 小柱相比较，表明m i s p e 小柱能 够选择性地萃取卷烟主流烟气中的四种代表性a a s 。 关键词：l 一萘胺分子印迹聚合物分子识别固相萃取主流烟气芳胺 i l a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no 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 a n dt h ea n a l y t i c a lt e c h n i q u e so fa r o m a t i ca m i n e s ( a a s ) w e r er e v i e w e di nd e t a i l t h e n an e wm 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 ) w i t hh i g hs e l e c t i v i t ya n de x c e l l e n t a f f i n i t yf o r1 - n a p h t h y l a m i n e ( 1 - n n a ) w a sf i r s t l ys y n t h e s i z e du s i n g1 - n n aa st h e t e m p l a t em o l e c u l e n e x t ，t h er e c o g n i t i o nm e c h a n i s mb e t w e e n1 - n n aa n dm a a a n d t h eb i n d i n ga f f i n i t yo ft h em i pw e r es t u d i e d f i n a l l y ，t h e1 - n n ai m p r i n t e dp o l y m e r w a su s e da st h es o r b e n to fs o l i d p h a s ee x t r a c t i o n ( m i s p e ) t ot e s t i f yt h ef e a s i b i l i t yo f s e l e c t i v e l y e x t r a c t i o no fh o f f m a n a a s ( 2 一n a p h t h y l a m i n e ，1 - n a p h t h y l a m i n e ， 4 - a m i n o b i p h e n y l a n d3 - a m i n o b i p h e n y l ) i nm a i n s t r e a mt o b a c c os m o k e p r i m a r y s t u d i e si nt h et h e s i sa r ei n c l u d e da sf o l l o w i n g ： 1 an e wm 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 ) 谢t l lh i g hs e l e c t i v i t ya n d e x c e l l e n ta f f i n i t yf o r1 - n n ab a s e do nn o n c o v a l e n ti n t e r a c t i o nw a sf i r s t l ys y n t h e s i z e d u s i n g 1 - n n aa s t e m p l a t em o l e c u l e s ，m e t h a c r y l i ca c i d ( m m a ) a sf u n c t i o n a l m o n o m e r s ， 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( e d m a ) a sc r o s s l i n k e ra n d 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 ) a si n i t i a t o r u v ，i r ，x p sa n d 1h n m r s p e c t r o m e t r i c m e t h o d sw e r ea d o p t e dt os t u d yt h ei n t e r a c t i o na n dr e c o g n i t i o nm e c h a n i s mb e t w e e n 1 - n n aa n dm a a t h er e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h a tt h en n a m a ac o m p l e x e so f1 ：1 m o l er a t i ow e r eo b t a i n e db yh y d r o g e nb o n d i n g ，t h ec o m p l e xs t a b i l i t yc o n s t a n t ( k ) w a s 5 5 3 7 x 1 0 4 l m o l ，n i t r o g e n a t o mo ft h ea m i n o g r o u p i n1 - n n aw a s h y d r o g e n - b o n da c c e p t o r sa n dh y d r o g e na t o mo ft h ec a r b o x y lg r o u pi nm m aw a s h y d r o g e n b o n dd o n o r 2 e q u i l i b r i u ma d s o r p t i o ne x p e r i m e n t sa n ds c a t c h a r da n a l y s i sw e r eu s e d t o e v a l u a t et h eb i n d i n ga f f i n i t yo ft h em i p i ne q u i l i b r i u ma d s o r p t i o ne x p e r i m e n t s ，w h e n t h ei n i t i a l1 - n n ac o n c e n t r a t i o ni s1 5 m m o l l ，t h ei m p r i n t i n gf a c t o r ( i ) i s2 0 3 ， s u g g e s t i n g t h a t c o m p a r i n gt on o n i m p r i n t e dp o l y m e r ( n i p ) ，m i ps h o w e db e t t e r b i n d i n ga b i l i t yt o1 - n n a i ns c a t c h a r da n a l y s i s ，a ne x c e l l e n tl i n e a rr e l a t i o n s h i pw a s i i i a b s t r a c t o b t a i n e db e t w e e nt h eb 1 - n a p h t h y l a m i n e 】a n db ，s u g g e s t i n gt h a tt h eb i n d i n gs i t ec a n b ec l a s s i f i e di n t oo n ed i s t i n c tg r o u pw i t hs p e c i f i cb i n d i n gp r o p e r t y t h ee q u i l i b r i u m d i s s o c i a t i o nc o n s t a n t ( k d ) v a l u ec a nb ec a l c u l a t e dt ob e0 7 8 4 5 1 m a o l g ，a n dt h e a p p a r e n tm a x i m u mn u m b e ro fb i n d i n gs i t e s ( b m 戕) 9 3 4 l x m o l g r e s u l t so fs c a t c h a r d a n a l y s i sd e m o n s t r a t e dt h a tt h em i ph a dh i 曲a f f i n i t ya n dm o r eb i n d i n gs i t e sf o r l n n a s e l e c t i v i t ya d s o r p t i o ne x p e r i m e n t sa m o n gs t r u c t u r a la n a l o g u e so nm i pw e r e u s e df o re v a l u a t i o no fs e l e c t i v i t y t h ea b s o r p t i o no f1 恻ai ss i g n i f i c a n t l yh i g h e r t h a no t h e ra n a l o g s ，i n d i c a t i n gt h a tt h em i ph a sh i 曲s e l e c t i v i t yf o r1 二n n a t h es a m e s e l e c t i v i t ya d s o r p t i o ne x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do nn i p ，a n dt h ed a t as h o wt h a tf o rt h e n i p ，t h ea b s o r p t i o no ft h es u b s t r a t ei sm a i n l yn o n - s p e c i f i c ，w h i l et h em i ph a sa s p e c i f i ca d s o r p t i o nt o1 恻a 3 1 - n n ai m p r i n t e dp o l y m e rw a su s e da st h es o r b e n to fs o l i d p h a s ee x t r a c t i o n ( m i s p e ) t h ec o n d i t i o n so fl o a d i n g ，w a s h i n ga n de l u t i n gp r o c e d u r e sw e r eo p t i m i z e d t ot e s t i f yt h es e l e c t i v i t yo fs e v e na a s ( a n i l i n e ，o - t o l u i d i n e ，2 ，6 - d i m e t h y l a n i l i n e ， 2 - n a p h t h y l a m i n e ，1 - n a p h t h y l a m i n e ，4 - a m i n o b i p h e n y la n d3 - a m i n o b i p h e n y l ) s t a n d a r d s o l u t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tu n d e rt h eo p t i m i z e dc o n d i t i o n s ，t h em i s p eo f f e r e d e x c e l l e n t a f f i n i t y a n dh i g h s e l e e t i v i 够t o t h ef o u r a a s ( 2 - n a p h t h y l a m i n e ， 1 - n a p h t h y l a m i n e ，4 - a m i n o b i p h e n y l a n d3 - a m i n o b i p h e n y l ) ，i n d i c a t i n gt h a tt h e a b s o r p t i o no ft h ef o u ra a si ss p e c i f i c t h e nt h es a m ee x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e di n t o b a c c os m o k ea d d e dt h ef o u ra a ss t a n d a r ds o l u t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e e x t r a c t i o nr e c o v e r i e so ft h ef o u ra a sw e r eh i g h e rt h a n8 5 ，i n d i c a t i n gt h a tt h e m i s p ec a nb ee f f e c t i v et oe x t r a c tt h ef o u ra a sf r o mm a i n s t r e a mi nc o m p l i c a t e d t o b a c c os m o k e t h es a m ee x p e r i m e n t sw e r ea l s op e r f o r m e du s i n gb l a n kp o l y m e rs p e c a r t r i d g e ( n i s p e ) ：c o m p a r e dt ot h er e s u l t so b t a i n e dw i t hn i s p e ，i ti s c l e a rt h a t m i s p ec a ne x t r a c tt h ef o u ra a sf r o mm a i n s t r e a mi nt o b a c c os m o k e k e yw o r d s ：1 - n a p h t h y l a m i n e ，m o l e c u l a ri m p r i n t e dp o l y m e r s ，m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n ， s o l i d p h a s ee x t r a c t i o n ，m a i n s t r e a mt o b a c c os m o k e ，a r o m a t i ca n a i n e s i v 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人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成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确 的说明。 作者签名：j 邋 签字日期：逆坦：三 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入中国学 位论文全文数据库等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 豳开口保密( 年) 作者签名：踅塑超 签字日期：立! ! 旦：兰 导师签名： 丑竿l 第一章绪论 1 1 分子印迹技术 1 1 1 分子印迹技术概述 第一章绪论 分子印迹，也称分子烙印( m o l e c u l a ri m p r i n t i n g ) ，属于超分子化学中的主客 体化学范畴，是源于高分子化学、生物化学、生物仿生学、材料化学等学科的- n 交叉学科。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 ) 是指制备对某一 特定分子( 模板或称印迹分子) 具有特异选择性的聚合物的过程。它可以被形象地 描绘为制造识别“分子钥匙”的“人工锁”技术，制备的特异聚合物被称为分子印 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 s ，m i p s ) 【1 1 。 分子印迹技术最早是由诺贝尔获奖得者p a u l i n g 【2 】研究抗原抗体相互作用时提出 的。他设想用抗原作为模板被“铸造”在抗体结合部位的识别理论来合成抗体，即 “模板学说 。后来“克隆选择 理论否定了这一学说。尽管如此，他却为分子印 迹理论的产生奠定了基础。1 9 4 9 年，d i c k e y t 3 】首先实现了染料在硅胶中的印迹并提 出“分子印迹”的概念。但他的研究成果很长时间都没有人重视。直到2 0 世纪7 0 年 代，分子印迹技术才有了真正的突破。1 9 7 2 年，w u l 蹶究小组【4 】首次成功制备出对 糖类化合物有较高选择的共价型分子印迹聚合物，成为这个领域的一个里程碑。1 9 9 3 年，瑞典的m o s b a c h 创立了非共价型分子印迹聚合物制备方法【5 1 ，引起了许多研究者 的关注。在w u l f f 和i m o s b a c h 开拓性工作的基础上，分子印迹聚合物技术如雨后春笋 般地发展起来。迄今为止，关于分子印迹聚合物的作用机理，制备方法，及聚合物 的应用都得到了很大发展，在分析化学相关领域的应用更是成绩斐然。 分子印迹聚合物具有高度的识别性能，又有很好的机械稳定性和热稳定性，已 广泛应用于手性分离【6 、固相萃取1 8 - 1 2 】、化学和生物传感器r 1 3 】、药物缓释【1 4 】、模拟 酶催化【1 5 , 1 6 】等领域。而且分子印迹技术有望在环境检测，生物工程，药物食品的检 测等领域形成产业化。该技术正处于发展中，所涉及的研究领域正在不断扩展，有 着广泛的应用前景。 第一章绪论 1 1 2 分子印迹基本原理 分子印迹技术是指为获得在空间结构和结合位点上与特定分子( 模板或称印迹 分子) 完全匹配的聚合物的制备技术。它是通过以下方法实现的：首先，可聚合的 功能单体与模板分子依靠官能团之间的非共价键或共价键的作用形成主客体配合 物；其次，加入交联剂，通过合适的引发剂进行光或热聚合，将功能单体固定在聚 合物网络中；最后，通过物理或化学的方法除去聚合物上结合的模板分子，得到功 能团和空间结构与模板分子互补的分子印迹聚合物。这个过程如图1 1 所示： 协m p l a t em o l e c u l e 图1 1 分子印迹过程原理示意图 可见，空穴的空间结构与模板分子的立体结构完全相同。因此，分子印迹聚合 物具有从复杂样品中选择性提取模板分子或与其结构相近的某一类化合物的能力， 从而达到分离和纯化的目的。 1 1 3 分子印迹聚合物的制备 在分子印迹聚合物的制备中，模板分子、功能单体、交联剂、引发剂和致孔剂 对聚合物的性质都有很大的影响。在构建分子印迹聚合物体系时不仅要选择与模板 2 e ：；：帕 黑 l n e m 蛄叫洲 ilililliii， 誊 第一章绪论 分子有特异性结合的功能单体，还要选择适当的交联剂和致孔剂。另外，合成的方 法也起着非常重要的作用。 1 1 3 1 功能单体、交联剂和引发剂 在自组装分子印迹聚合物中，功能单体与模板分子之间主要依靠氢键、离子键 作用、金属配基结合作用、疏水作用以及静电作用等作用力相结合的。最常用的单 体是甲基丙烯酸( m a a ) ，它可以与酰基、羧基、氨基甲酸酯等形成氢键，从而与 许多模板分子相结合【1 7 】。共价分子印迹聚合物中，应用最广泛的功能单体是含有乙 烯基的硼酸和二醇类化合物。 交联剂是保持m i p s 冈i j 性结构的重要因素，交联剂的类型及用量直接影响单位质 量m i p 中可交联的功能单体的数目，即交联度。m i p s 要求交联剂具有很高的交联度， 一般是7 0 9 0 ( 摩尔比) 1 1 8 1 。起初人们用二乙烯基苯作为交联剂，但后来发现丙 烯酸类交联剂能制备出更高特异性的聚合物。按照交联剂中所含乙烯基的数目，可 以将它们分成二元交联剂、三元交联剂( 三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯) 和四元交 联剂( 季四戊醇四丙烯酸酯) ，这些交联剂中广泛使用的交联剂是带有两个乙烯基 的乙二醇二甲基丙烯酸酯( e d g m a ) 。 分子印迹聚合物常有两种聚合引发方法，一种是热引发，另一种是光引发。常 用的引发剂是偶氮二异丁腈( a i b n ) 和偶氮二异庚( a b h n ) ，两者之中以a i b n 的应用最为广泛。 1 1 3 2 聚合方法 1 1 3 2 1 本体聚合 该方法是目前研究最广泛的制备m i p s 的方法，即把印迹分子、功能单体、交联 剂和引发剂按一定比例溶于惰性溶剂，密封在一个充氮气的安培管中，在合适的条 件下聚合制得聚合物团块，经粉碎、过筛、洗脱等步骤得到所需粒状m i p s 。此法简 单，所得聚合物具有较好的特异性，是目前最为通用的制备方法【1 9 1 。但是模板分子 形成的部分识别位点完全被包埋，空间位阻影响其吸附容量，并且后处理过程冗长、 费时、m i p s 禾z j 用率低，所得粒子不规则，难以大规模生产。 1 1 322 原位聚合 原位聚合是在所用的分析器皿、色谱柱中或传感器表面加入或涂上预聚合混合 3 第一章绪论 溶液直接进行聚合。m a t s u i 等【2 0 】首先将原位聚合的方法应用于m i p 技术中，直接在 h p l c 柱内制备连续棒型聚合物。所得h p l c 柱对模板分子呈现一定的选择性。由于 聚合是在色谱柱内一步完成，克服了繁琐的装柱手续，实验过程大为简化，容易操 作，但需要选择合适的致孔剂以制各有一定通透性的聚合物，因此致孔剂选择是制 备过程的关键环节。 1 1 3 2 3 悬浮聚合 悬浮聚合是制备色谱特性良好的微球型m i p s 常用方法之一。m a y e s l 2 1 1 等率先用 四氟化碳作为分散介质，加入特制的聚合物表面活性剂使印迹混合液形成乳状溶液， 引发聚合后可得到粒径在5 0 9 m 左右、形态规则的m i p s 微球，作为h p l c 填料有低柱 压和快速扩散的优点。此方法的缺点是四氟化碳不利于环保、价格偏高且表面活性 剂的用量要求严格，很难进行工业化生产。2 0 0 3 年，k e m p e 2 2 ，2 3 1 等人提出了在矿物 油中合成m i p 的方法。该方法不必使用稳定剂，简化了合成步骤，其产物尺寸在1 0 p r o 左右。总的来说，悬浮聚合工艺简单、制备周期短，并且可在以水中进行聚合而能 够满足水溶性分子的印迹要求，但是所制m i p s 粒径较大，不利于模板分子的识别， 制约了实际应用。 1 1 324 表面印迹聚合 表面印迹聚合是在聚合溶液中引入基体，让功能单体与模板分子的聚合发生在 基体的表面，从而制得m i p s 的一种方法。n o r r l o w 2 4 1 等首先在硅胶表面成功地接枝 聚合制备了m i p s 。r a c h k o v l 2 5 1 等以四肽y p l c 为印迹分子在硅胶表面制备了m i p s ，并 研究了m i p s 对印迹分子的识别性能。由于采用的基体本身往往已经具备所要求的结 构形态，因此该方法不再需要后续的粉碎处理，并且基体的孔径和表面积较大，可 以使底物更易接近活性位点。 1 1 4 分子印迹聚合物的应用 分子印迹聚合物具有预定性和特定识别性的特点，且表现出抗酸碱的能力、高 度的稳定性和长期的使用寿命，在许多领域都展现了很好的应用前景。 1 1 4 1 分离 1 1 4 1 1 手性分离 分子印迹技术凭借其优良的性能，在手性物质拆分中已取得较大进展，所研究 4 第一章绪论 的手性物质包括羧酸、胺、氨基酸及其衍生物、药物等，并已成为新药研究重要领 域之一。d a r i o 等【2 6 】将分子印迹和薄层色谱结合起来，实现了r 苯丙氨酸和l 苯丙氨 酸的快速分离。李志伟【2 7 1 等以氨基安替比林为模板分子，m a a 为功能单体，合成了 一种新型的氨基安替比林分子印迹聚合物。将所得聚合物作为高效液相色谱固定相， 在流动相为甲醇：异丙醇= 2 ：8 的条件下，分离了氨基安替比林和氨基比林。郭天瑛f 2 8 】 从识别机理、制备方法及其应用等方面介绍了近年来用于氨基酸衍生物手性分离的 分子印迹聚合物的研究进展。 1 1 4 1 2 膜分离 分子印迹膜( m i m ) 的研究最早始于2 0 世纪9 0 年代，是一种结合了微孔筛分作 用和分子印迹特异性吸附能力的膜。这种分离膜不仅具有处理量大、容易放大的特 点，而且对目标分子的特异吸附具有高选择性、高收率的优点，是目前最有应用前 景的一种膜技术。将m i p s 应用于膜分离的物质有生物碱、氨基酸及其衍生物、肽、 除草剂等。 k o b a y a s h i 等 2 9 1 采用相转化方法制备了茶碱特异的m i p s 膜，吸附实验表明，m i p s 膜对茶碱的吸附量远大于咖啡因。这表明在相转化的过程中，m i p “记忆 下了茶 碱分子的形状。刘志航等【3 0 】以金电极为支撑，以辛可宁为印迹分子，结合分子印迹 和电化学聚合自组装技术制备了邻氨基硫酚印迹聚合膜，通过扫描次数和速度改变 控制膜的厚度，克服了传统印迹材料传质慢的缺点。最近，l e h m a n l l 掣3 1 1 开发出一 种新型的复合膜，把印迹纳米粒子高的比表面积和选择性与膜的支撑作用结合起来。 这是一种新颖而有效的方法，对目标分子具有很高的吸附选择性，为分子印迹膜走 向规模化和商业化树立了典范。 1 1 4 2 固相萃取 传统固相萃取( s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ，s p e ) 的目标物与吸附剂之间的作用力是 非特异性的，从而限制了s p e 的进一步发展。分子印迹聚合物独特的选择性和亲和 力适应了这一要求，使得分子印迹聚合物能广泛应用于各种物质的分离过程。 自1 9 9 4 年，s d l e r 铲e n t ：记】首次报道在固相萃取装置中使用m i p s 材料以来，分子印 迹固相萃取技术已成为固相萃取研究的热点之一，在国内外被广泛研究和应用。z h u 等【3 3 j 制备了久效磷印迹聚合物，将其用于分子印迹固相萃取，准确测定了水体和土 5 第一章绪论 壤样品中的久效磷、速灭磷、磷胺和氧乐果4 种有机磷杀虫剂。与非印迹聚合物( n i p ) 及经典e n v i 1 8 萃取柱相比，m i s p e 后续气相色谱分析法的检出限明显降低。此外， 谢建春等【3 4 】用槲皮素印迹聚合物，从服用- f f l 曼杏叶提取物水解液的大鼠血浆中分离 并测定了槲皮素和异鼠李素，表明m i s p e 能直接定量测定水溶性生物样品。 1 1 4 3 传感器 以分子印迹聚合物作为敏感材料的传感器称为分子印迹聚合物传感器。由于 m i p s 具有高度专一性、耐高温高压、耐强酸强碱、耐有机溶剂、不易被生物降解， 可重复使用的优点，所以与其他生物材料制备的传感器相比，使用m i p s 作为传感器 的感受器具有无可比拟的优势，所以m i p s 可以与各种不同的换能装置相结合制备出 各种生物传感器f 3 5 】，已被广泛应用在医药、生化、环保等方面。 g r a h a m 等【3 6 】利用分子印迹固溶胶技术建立了荧光探针传感器，在显微镜下可根 据荧光点数目检测滴滴涕( d d t ) 的含量，检测限( l o d ) 可以达至t j 5 0 n g m l ，响 应时间小于6 0 s ，用完后用丙酮冲洗可反复使用。s e 唱e y e v a 等3 7 1 以阿特拉津为模板， m a a 为功能单体，在两块固定距离石英玻板间，采用紫外光聚合法制备m i p s 膜，将 此膜置于电化学检测池的两支铂电极之间，组成电导传感器。该传感器的检出限低 至5 n m o l l ，传感器的响应时间与膜的厚度有关，较薄处( 6 0 r t m ) 为6 m i n ，较厚处 ( 1 2 0 1 x m ) 为1 5m i n 。t a n 网等使用烟碱分子印迹聚合物，以石英晶体为载体，制备 了对尼古丁有响应的分子印迹传感器。该传感器对水相体系中的尼古丁有很强的选 择性和高灵敏响应，成功地用于测定了人体血清和尿液中的尼古丁，检测限达到 2 5 n m o l l 。 虽然m i p s 在传感器的应用上具有巨大的潜力，但目前大部分报道的传感器响应 时间较长。并且m i p s 一般是在有机环境中合成的，但其应用时多在水相中，这些都 是限制分子印迹传感器发展的严峻问题。 1 1 4 4 生物催化 分子印迹聚合物内的空穴类似于酶活性中心，因此具有模拟酶催化作用。多年 来，化学家们制备出与酶的催化性能相近的分子印迹催化剂，取得了一定的进展。 1 9 8 7 年，m o s b a c h 等以底物类似物s a 1 为模板分子，印迹于有c 0 2 + 配合的功能活性 聚合物聚【4 一( 5 ) - 乙烯基咪唑】中，制备出对底物的水解反应具有特殊键合位点的印迹 6 第一章绪论 聚合物催化剂。这是m i p s 作为催化剂的最早应用之一。此后，对各类酯水解反应的 m i p s 模拟酶的研究报道陆续出现。d a v i s 3 9 1 综述了分子印迹的纳米级催化材料的性能 及研究情况。最近的一个例子是制备的m i p s 能够催化四氯噻吩与马来酸酐之间的 d i e l s a l d e r 反应。迄今为止，还未曾发现天然酶能催化这一反应。 分子印迹聚合物作为催化剂时的优点是制备容易，稳定性好。由于印迹聚合物 中的活性中心具有不同的结合能力，其催化作用更接近组装的多克隆抗体。 1 1 5 存在的问题及展望 随着分子印迹技术研究的不断发展，凭借分子印迹聚合物优良的理化性能和专 一性识别能力，分子印迹聚合物应用的领域越来越广，在分析、环境、食品、卫生 等领域都得到广泛应用。但同时也还存在一些亟待解决的问题。 第一，分子印迹识别机理的研究将得到进一步发展，从而从分子水平上认识分 子印迹识别的机理，运用计算机分子模拟法从分子水平上定量研究分子印迹识别机 理。当前涉及分子印迹技术应用方面的文章，对分子印迹的机理多为基于经验得到 的结果，其讨论还带有一定的主观性。 第二，对分子印迹的热力学和动力学过程研究比较少，多数还处于猜测阶段， 有待进一步深入认识。 第三，功能单体和交联剂的种类有限、聚合方法也不完善，合成新型功能单体 和交联剂、探索新的合成方法也是未来的发展方向。 第四，目前分子印迹聚合物大多只能在有机相中进行聚合和应用，如何从有机 相向水相过渡、从非极性溶剂环境转向极性溶剂环境也是研究的前沿【4 0 1 。 第五，目前模板残留问题已经严重阻碍了m i p s 在固相萃取技术方面的应用，采 用模板类似物或进一步优化聚合物的后处理过程及高效、快速去除模板分子的方法， 是研究的重点【4 1 1 。 第六，研究和制备新型模板分子印迹聚合物，并将其与固相萃取技术相结合， 应用于低含量物质的分离和富集，也是未来的发展方向之一。 分子印迹技术的发展还不完善，但分子印迹聚合物表现出的高特异性使其逐渐 成为分析化学中不可缺少的强大武器，并成为化学领域研究的热点之一。可以预见， 随着人们研究的不断深入，分子印迹技术将会在各相关领域得到日益广泛的应用。 7 第一章绪论 1 2 固相萃取技术 1 2 1 固相萃取概述 固相萃取( s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ，简称s p e ) 是从2 0 世纪8 0 年代中期开始发展 起来的一种试样预处理技术。它是由液固萃取和液相色谱技术相结合发展而来的。 与传统的液液萃取相比较，s p e 具有溶剂使用量少、样品处理时间短、费用低、易 于自动化等突出优点【4 2 1 ，已被广泛应用于各个领域。 1 2 2 固相萃取装置 市场上可以买到各种构型的固相萃取产品。最普通使用的形式是s p e 柱 ( c a r t r i d g e ) ，还有s p e 盘( d i s k ) 和固相微量萃取器( s o l i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n ， s p m e ) 。各装置如图1 2 所示1 4 3 1 。 a b 图1 2 固相萃取装置图 图注：a ：固相萃取管，b ：固相萃取盘，c - 固相萃取器 1 2 3 固相萃取的基本原理 固相萃取技术基于液相色谱的原理，可以近似的看作一个简单的色谱过程 4 4 1 。 它利用固体吸附剂选择性地吸附液体样品中的目标化合物( 固体样品也可制成液体 样品) ，与干扰化合物分离，然后再用适当的洗脱液洗脱目标化合物，从而达到富 集、分离、净化样品的目的。 r 第一章绪论 24 固相萃取的操作方法 对于不同类型的填料，s p e 操作方法略有不同，典型的离线固相萃取一般分为 活化吸附剂、上样、淋洗和洗脱四个步骤1 4 ”。首先，活化吸附剂，用合适的溶剂和 缓冲溶液通过s p e 柱。这个过程有两个目的：一是除去填料中可能存在的杂质；二 是可以润湿填料并激活其表面的活性基团的活性，易于和被分析物相互作用，从而 提高萃取的重现性。其次，将样品溶液通过s p e 柱，使分析物质吸附于吸附荆上。 再次，用较弱的溶剂，将干扰组分洗脱下来，但同时要保持分析物质仍保留在柱子 上。最后，选择较强的溶剂将分析物质洗脱f 4 6 】。操作步骤如图13 所示旧， s 3 n k _ l c m 】l ，帆1 ￥l w d 吣 25 国相萃取的应用方式 图1 3 固相萃取的操作方法 i - e l u d n g s p e 有离线( o f f - l i n e ) 和在线( o n - l i n e ) 两种应用方式。在离线状态下，s p e 与分析是独立进行的，s p e 仅为以后的分析提供合适的试样。在线s p e 又称在线净 化和富集技术，主要用于h p l c 分析。图1 4 给出的是一种简单的s p e 系统与h p l c 在线联用装置示意图【郫1 。 由联用技术的操作过程可知，在线方式时，s p e 柱富集的分析物质能直接进入 h p l c ，从而大大提高了萃取效率。 9 一一一 w 第一章绪论 废液贮 吸附拄 吸附往 流动相 沤动棚 b 图1 4s p e h p l c 在线联用体系 图注：a ：目标物吸附阶段，b ：目标物解吸、进行分析阶段 1 31 - 萘胺的分析方法及发展现状 1 3 1 卜萘胺概述 1 萘胺( 1 - n n a ) ，是生产有机化工染料、农药和橡胶防老剂的重要中间体【4 9 1 。 1 - n n a 对细胞和基因均具有毒害作用【5 0 l ，属强致癌物质【5 1 1 。l 小n a 经人体吸收，会 生成高铁血红蛋白，造成慢性中毒，引起泌尿系统疾病或膀胱癌的发生【5 2 】。1 - n n a 也存在于卷烟烟气中，作为对人体有严重危害的化学物质之一，已被加拿大等国政 府明令限制其烟气存在型5 3 1 。 1 0 第一章绪论 1 3 2 卜萘胺的分析方法 环境和食品中1 小烈a 的监测方法主要有色谱法【5 4 j 、分光光度法【5 5 1 、荧光法【5 6 1 、 流动注射法【5 7 】、红外光谱法f 5 8 1 、磷光法【5 9 1 和化学振荡法 6 0 l 。1 9 6 9 年，m a s u d a 掣6 1 l 首次利用气相色谱火焰离子检测器分离鉴定出卷烟主流烟气中的1 n n a 和2 萘胺 ( 2 n n a ) 。2 0 0 3 年，张伟亚等【6 2 】采用气质联用单离子监测法( g c m s s i m ) 测定 纺织品中1 小n a 和2 - n n a 。2 0 0 3 年，龙文清等发现1 - n n a 无需任何保护性介质，仅 在k i 作重原子微扰剂、用n a 2 s 0 3 除氧的水溶液中即可产生强烈磷光。该方法线性范 围1 4 1 0 - 7 - 2 5 1 0 m o l l ，检出限1 2 1 0 一m o l l ，用于水中1 小n a 测定，加标回 收率为9 8 2 1 0 1 9 。2 0 0 8 年，龙文清等基于丙酮水溶液在适当电解质作用下能形成 双水相及1 小附a 能发射荧光的特点，建立了一种丙酮电解质。水体系双水相萃取、 蠕动泵进样荧光法测定1 - n n a 的新方法。 1 4 芳胺类物质的分析方法及发展现状 1 4 1 芳胺类物质概述 芳胺类物质( a a s ) 是工业生产中合成氨基甲酸盐、杀虫剂、染料、化妆品和 药物的中间体【6 3 弼】，也是橡胶工业中抗氧化剂和加速剂【钢以及聚亚安酯聚合物的重 要组成成分【6 7 】。大多数a a s 可以与蛋白质和d n a 结合f 6 8 7 0 1 。其中一些a a s 的毒性很 强，国际癌症研究中心( i a r c ) ，已把四种a a s ( 4 氯对甲苯胺、对二氨基联苯、 4 氨基联苯, 1 2 萘胺) 确定为致癌物质【7 1 , 7 2 】。但a a s 的致癌活性是由其结构决定的， 例如：三种氨基联苯的异构体( 2 氨基联苯、3 氨基联苯和4 氨基联苯) ，只有4 氨基联苯是致癌物质。a a s 还是高铁血红蛋白的形成体，能使细胞失去携氧功能， 造成人体血液系统损害，严重威胁人类健康。 a a s 还存