（分析化学专业论文）久效磷分子印迹聚合物的研究与应用.pdf

中匿科学技术大学博士学位论文 摘要 摘要 分子印迹技术怒近年来园内外得到迅速发展的新型分子识别手段，分子印迹 聚合物其有亲和性好、选择性高、抗干扰性强、稳定性好，使用寿命长以及应用 范围广等优点，并可高选择性的区分印迹分子及其类似物。目前，分予印迹技术 己在生命科学、临床医学、环境检测、天然药物以及食品工业等领域得到广泛应 用。 有机磷农药是类广泛使用的杀虫剂，其在环境样品中的残留分析一盥受到 广泛关注。本论文将分子印迹技术与有机磷农药残留分析相结合，合成了有机磷 农药久效磷分子印迹聚合物，对久效磷分子印迹聚合物的结合机理和识别特性进 行了系统的研究，并将其成功应用于有机磷农药残留分析。本论文取得的主要研 究成果包括： 1 采用分子印迹技术制备了对久散磷分子具有特异选择性的分子印迹聚合 物，通过核磁共振波谱和红外光谱研究了该印逊聚合物的结合机理和识别特性。 饱和吸附实验和s c a l c h a r d 分析表明，以甲基丙烯酸为功能单体的印迹聚合物通 过氯键作用可以形成两类结合位点，并用多点结合模型求算了两类不同结台位点 的离解常数。紫外光谱研究证实了久效磷与单体之间可以通过双氢键作用形成 1 ：2 型氨键配合物。用色谱评价探讨了该聚台物对久效磷的保留效果和选择性。 2 基于这种新型的分子印迹聚合物的特性，将这种材料 乍为固相萃取吸附 剂用于极性有机磷农药的前处理，劳对分子印迹固相萃取小撞的洗脱条件进行了 深入的探讨。用2 0 0 m g 聚合物制备的分子印迹固相小柱用2 m lc h 2 c l z a c n ( 9 5 ：5 ， v v ) 溶液淋洗后再用c h 2 c 1 2 m e o h ( 9 0 ：1 0 ，v l v ) 溶波进行洗腿，可以有效媳从土 壤和水样中选择性富集四种有机磷农药。在优化的洗脱条件下，将分予印迹柱与 空囱柱的萃取结累进行比较，验证了分子印迹圈相萃取方法的礁确性和赢选择 性。与其它传统方法如液液萃取和e n v i 一1 8 小拄比较，分子印迹国相萃取法准 确性更离，梭出隈更低，更切实用。本方法姆分子印迹固媚萃取小柱应鼹分转真 实环境样品中的有机磷农药，效果良好。 中国科学技术大学博士学位论文 摘要 3 在尼龙6 微膜过滤器内原位合成了一种掰的分子印迹薄膜，并就薄膜对 印迹分子久效磷的嗷附特性进行r 评价。对在不同条件下制备的分子印迹聚合物 薄膜的吸附性能进行了比较，合戏了具有较低的非特异性吸附和较高亲和性的印 迹膜。与结构类似的化台物媚比，这种分子印迹膜对久效磷灼吸附容量更高。这 种新型分子印迹膜对久效磷具有高亲和性，制备方法简单经济，在优化的膜匈相 萃敬条件下，可从水榉中分离和寓集其有特定结构的极性有机磷农药，为水样中 极性有机磷农药分析前处理提供了一种简便快捷的新方法。 4 采用溶胶一凝胶技术在磁子表面制备了一种新型分子印迹聚合物膜，将磁 子吸附提取的灵活、簿便与分予印迹聚合物的高选择性结合，成为分子印迹磁子。 从甲酸溶液中用相转变法制各了久效磷分子印迹尼龙6 膜并均匀地覆盖在磁子 的表面，探讨不闻溶帮条件下的提取性能。在极性溶剂如甲醇和水中，分子印迹 膜和空自膜对久效磷的吸附均较低，相反地，在二氯甲烷溶液和乙精中，分子印 迹膜对久效磷具有赢选择性吸嫩。平衡结合实验终果显示分子印逃磁予达到平衡 吸附的时间是6 0 r a i n 。与传统的分子印迹聚合物和磁予吸附提取相比，这种分子 印迹磁子不仅表现出高选择性，而且能更快地达副吸附平衡。 5 建立了一种快速、简单的加速溶剂摹取测定土壤中有机磷农药残躺的瓤 方法。土壤样品与无水硫酸铺( 1 ：2 ，彬叻混合后，再加适量中性氧化铝和活性 碳，用丽酮和甲醉( 1 ：l ，玲踣合溶液进行加速溶剂萃取，对土壤中1 0 种有机磷 农药的回收率在8 0 4 一1 1 3 7 之间，明显优于传统方法。此法用于测定土壤中 的有机磷农药残留，测定速度快，检出限达到0 0 1 0 0 6 9 9 k g 。 中国科学技术大学博士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t m o l e c u l a r i m p r i n t i n gt e c h n i q u e ( m i t ) i s a l l e m e r g i n gi n t e r d i s c i p l i n a r y m e t h o d o l o g yo fm o l e c u l a rr e c o g n i t i o nt h a ti sd e v e l o p i n gi nr e c e n ty e a r s m o l e c u l a r i m p r i n t e dp o l y m e r s ( m i p s ) i ：a n d i s c r i m i n a t e t e m p l a t e m o l e c u l ea n d a n a l o g s s e l e c t i v e l y b e c a u s eo ft h e i rg o o da f f i n i t y ，s e n s i t i v i t ya n ds t a b i l i t y ，m t p sh a v eb e e n r a p i d l yd e v e l o p e da n d u s e d e x t e n s i v e l y i n b i o t e c h n o l o g y ，c l i n i c a lm e d i c i n e ， e n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n g ，i n a r t i f i c i a ld r a g s ，f o o di n d u s t r i e sa n ds oo n o r g a n o p h o s p h o r u sp e s t i c i d e s ( o p p s ) a r eac l a s so fp e s t i c i d e st h a tg e n e r a l l ya c t a sc h o l i n e s t e r a s ei n h i b i t o r sa n da r eu s e df o rt h ec o n t r o lo fab r o a dr a n g eo fp e s t so n c o t t o n ，r i c e ，t o b a c c o ，s o r g h u m ，s u g a r c a n ea n dv e g e t a b l e s t h ed e t e r m i n a t i o no fo p p s i ns o i la n dw a t e rh a sr e c e i v e dc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o ni nr e c e n ty e a r s ht h i sd i s s e r t a t i o n m o l e c u l a ri m p r i n t i n gp o l y m e r sw e r es y n t h e s i z e dw i t h m o n o c r o t o p h o sa st e m p l a t ea n da p p l i e df o ra n a l y s i so fo p p ss u c c e s s f u l l y 。t h e m o l e c u l a r r e c o g n i t i o nc h a r a c t e r s t i c s a n db i n d i n gn a t u r eo ft h e s em i p sw e r e r e s e a r c h e dt h o r o u g h l yb ys p e c t r u ma n a l y s i s 。t h em a i nw o r ko ft h i st h e s i si s s u l t n r l a r i z e da sf o l j o w s ： 1 m o l e c u l a r i m p r i n t i n gw a su s e d t o d e v e l o pam e t h o db a s e do nn o n c o v a l e n t i n t e r a c t i o nf o rt h es y n t h e s i so fam o n o c r o t o p h o s - s p e c i f i cp o l y m e r t h es e l e c t i v e b i n d i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h ei m p r i n t e dp o l y m e rw e r ee v a l u a t e db ys c a t c h a r da n a l y s i s a n d hn m rs t u d y t h er e s u l t sf o c u s e do nt h et w o ”p o i n tb i n d i n gn a t u r eo ft h e i m p r i n t e dp o l y m e r - m o n o c r o t o p b o si n t e r a c t i o na n dt h ed i s s o c i a t i o nc o n s t a n t sw e r e e s t i m a t e dt ob e3 0 o g m o l la n d5 5 7 9 m o l l ，r e s p e c t i v e l y b i n d i n gs t u d yd e m o n s t r a t e d t h a tt h ep o l y m e rs h o w e de x c e l l e n ta f f i n i t ya n dh i g hs e l e c t i v i t yt om o n o c r o t o p h o s t h e p o l y m e rg a v em o r et h a n 15t i m e sl o n g e rr e t e n t i o nf o rm o n o c r o t o p h o st h a nt h e n o n i m p r i n t e dp o l y m e rw i t ht h es a m ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n 2 an e wa n a l y t i c a l m e t h o d o l o g yw a sd e v e l o p e df o r t h ea n a l y s i so ff o u rp o l a r 中酗科学技术大学博士学位论文a b s t r a c t o r g a n o p h o p h o m sp e s t i c i d e s ( m o n o e r o t o p h o s ，m e v i n p h o s ，p h o s p h a m i d o n ，o m e t h o a t e ) i nw a t e ra n ds o i l s a m p l e si n c o r p o r a t i n gam 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 e e x t r a c t i o n ( m i s p e ) p r o c e s su s i n gam o n o c r o t o p b o s i m p r i n t e dp o l y m e r t h em i s p e p r o c e d u r ei n c l u d i n gt h ec l e a n u ps t e pt or e m o v ea n yi n t e r f e r e n c ew a so p t i m i z e dt h e a c c u r a c ya n ds e l e c t i v i t yo ft h em i s p ep r o c e s sd e v e l o p e dw e r ev e r i f i e du s i n ga n o n i m p r i n t e dp o l y m e ra n dac l a s s i c a le n v i - 1 8c a r t r i d g ea st h es p em a t r i xd u r i n g c o n t r o le x p e r i m e n t s t h eu s eo fm i s p ei m p r o v e dt h ea c c u r a c ya n d p r e c i s i o no ft h e g cm e t h o da n d 】o w e r e dt h el i m i to fd e t e c t i o n t h em i pe n a b l e dt h es e l e c t i v e e x t r a c t i o no ff o u ro r g a n o p h o s p h o r u sp e s t i c i d e ss u c c e s s f u l l yf r o mw a t e ra n ds o i l s a m p l e s ，d e m o n s t r a t i n gt h ep o t e n t i a lo fm o l e c u l a r l yi m p r i n t e ds o l i dp h a s ee x t r a c t i o n f o rf a s t ，s e l e c t i v e ，a n dc o s t - e f f e c t i v es a m p l ep r e t r e a t m e n t ， 3 t h i n l a y e rm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e rc o m p o s i t em e m b r a n e sw e r ed e v e l o p e d f o rs e l e c t i v eb i n d i n go fm o n o e r o t o p h o sp e s t i c i d ef r o m a q u e o u ss o l u t i o n s 。t h e p r o c e d u r ew a sb a s e do nc o m m e r c i a l l ya v a i l a b l em e m b r a n em o d u l e s ，w h i c hw e r e r i n s e dw i t hp r e - p o l y r n e r i z a t i o ni m p r i n t i n gm i x t u r e s a f t e rt h ei n s i t up o l y m e r i z a t i o n a n dg e n e r a t i o no fm i pf i l m so nt h em e m b r a n e sw i t h i nt h em o d u l e s ，t h em e m b r a n e s w e r ee v a l u a t e di nt e r m so f a f f i n i t yt o w a r d st h et a r g e tm o l e c u l em o n o e r o t o t p h o s 。i tw a s s h o w nt h a tm i pm e m b r a n e ss y n t h e s i z e dw i t hm e t h a c r y l i ca c i da sm o n o m e ra n d t o l u e n ea sp o r o g e n so nt h en y l o n 一6m e m b r a n e sp r o d d e dah i g h l ys e l e c t i v eb i n d i n go f m o n o c r o t o p h o sf r o ma q u e o u ss o l u t i o n su n d e ra p p r o p r i a t ee l u t i o nc o n d i t i o n s w i t ht h e n o v e ls u r f a c em o d i f i c a t i o nt e c h n i q u e ，t h et o wn o n s p e c i f i cb i n d i n gp r o p e r t i e so ft h e m i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n ec o u l ds u c c e s s f u l l yb ec o m b i n e dw i t ht h er e c e p t o rp r o p e r t i e s o fm o l e c u l a ri m p r i n t s ，y i e l d i n gs u b s t a n c e s p e c i f i cm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r c o m p o s i t e m e m b r a n e st h e h i g ha f f i n i t y o ft h e s e s y n t h e t i cm e m b r a n e st o m o n o c r o t o p h o sp e s t i c i d et o g e t h e r w i t ht h e i r s t r a i g h t f o r w a r d a n di n e x p e n s i v e p r e p a r a t i o nc o u l db ea p p l i e di naf a s tp r e c o n c e r t r a t i o ns t e p ，s o l i d p h a s ee x t r a c t i o n ，b y as i m p l em i c r o f i t r a t i o nf o rt h ed e t e r m i n a t i o no f m o n o e r o t o p h o si nw a t e r 4an e w l ym o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e rs t i rb a r ( m i p s b ) w a sp r e p a r e db ys o l g e l 中国科学技术大学博士学位论文 a b s t r a c t p r o c e s s c o m b i n i n gt h ef l e x i b i l i t ya n ds i m p l i c i t yo fs t i rb a rs o r p t i o ne x t r a c t i o n ( s b s e ) w i t ht h es e l e c t i v i t yo 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 r s ，t h em i p f i l mw a sp r e p a r e db y p r e c i p i t a t i o no ft h ep o l y m e ri nt h ep r e s e n c eo ft h et e m p l a t em o l e c u l ea n dc o a t e do n t o t h es u r f a c eo fs t i rb a ri m m e r s e di nw a t e rb yt h ep h a s ei n v e r s i o ni m p r i n t i n gt e c h n i q u e t h ee x t r a c t i o na n dr e i n t r o d u c t i o no fm i p s bc o u l db ec o m p l e t e di nl e s st h a n6 0m i n t h ei n f l u e n c eo fs o l v e n to nt h ee x t r a c t a b i l i t yo fm o n o c r o t o 。p h o sw a si n v e s t i g a t e da n d t h er e s u l t ss h o w e d 出a tt h em i p s be x h i b i t e dh i g ha f f i n i t yt om o n o c r o t o p h o si n d i e h l o r o m e t h a n ea n da c e t o n i t r i l e 。t h em i p s bw a sc a p a b l eo fe x t r a c t i n gf o u r s t r u c t u r a l a n a l o g u e s o fm o n o e r o t o p h o sf r o md i e h l o r o m e t h a n es o l u t i o n ，w h i c h s u g g e s t e dt h a tb o t ht h ea m i n og r o u pa n dp 2 0p a r to f t h e s em o l e c u l e sw a sr e s p o n s i b l e f o ri n t e r a c t i o nw i t ht h ei m p r i n t e dp o l y m e r e v i d e n c ew a sa l s op r e s e n t e db yf t - i r a n a l y s i st h a t t h ea m i d e h y d r o g e n - b o n d i n gi n t e r a c t i o nb e t w e e nt h em i p - f i l ma n d m o n o c m t o p h o sv q a so r i g i n a t e df o rm o n o c r o t o p h o sr e c o g n i t i o n t h em i p s b s h o w e d “g hs e l e c t i v i t ya n df a s te q u i l i b r i u ma d s o r p t i o n 5 af a s t ，s i m p l ea 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 ) m e t h o dw a sd e v e l o p e dt o e x t r a c to r g a n o p h o s p h a t ep e s t i c i d er e s i d u e si ns o i l s a m p l e sw e r em i x e dw i t l l a n h y d r o u sn a 2 s 0 4 ( 1 ：2 ，纾y 叻，al i t t l en e u t r a la 1 2 0 3a n da c t i v ec a r b o n t h em i x t u r e w a se x t r a c t e dw i t ha c c e l e r a t e ds o l v e n te x t r a c t i o na t1 0 3 m p a ，6 0 。cf o r1 0 m i nu s i n ga m i x t u r eo fa c e t o n ea n dm e t h a n o l ( h l ，v e ) r e c o v e r i e so f1 0o r g a n o p h o s p h a t e p e s t i c i d er e s i d u e sw i t ht h i sp r o c e d u r ew e r e8 0 4 - 1 1 3 7 o b v i o u s l yb e r e rt h a n t r a d i t i o n a lm e t h o d ，t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h en e wa n a l y t i c a lm e t h o dc o u l db eu s e d a sr e s i d u e ss c r e e n i n gf o rt h ed e t e r m i n a t i o no fo r g a n o p h o s p h a t ep e s t i c i d ei ns o i l 中国科学技术大学博士学位论文 箱一章 第一章分子印迹技术的研究进展 1 1 引言 分予印迹是拯制备对菜一特定分子( 模叛分子或印迹分子) 具有选择性的聚 合物的过程。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 f ) 属于超分子化 学研究范畴。超分子化学是结合高分子化学、生物亿学等学琴萼发展起来豹- - f 毅 兴的交叉边缘学科，有着广泛的应用前景【1 ，其三位开创者l e h n 、c r a m 、p e d e r s o n 更因此浆鹰1 9 8 7 年诺贝尔化学奖。“分予识别”这个壤念也广泛被学术界艇接受。 以分子识别为基础的主客体化学作为一门新兴交叉学科，也已成为当今研究的热 点瑟，3 】。主窖钵垂匕学于超分子化学之初就伴随萁发展，现己处于主导翘位，并 成为超分子化学的核心，而分子印迹技术则是主客体化学的最新进展及前沿的代 表之一。 分子印迹技术的提出可追溯至1 9 4 0 年，p a u l i n g 从免疫学角度提出当抗原入侵 抗体时，可产生与之形成多点结合豹捷体豹理论【4 】。虽然 也的理论经蕊人的实 践证明是错误的，但是在他的理论中仍有两点是正确的：( 1 ) 生物体所释放的物 质与步 来物质膏稚应豹结台位点；( 2 ) 生物体所释敖的物质与外来物质在空闻上 相互匹配。正是基于这两点假设，奠定了分子印迹技术的基础。 1 9 4 9 年，d i c k e y 按照这哥孛假设采嗣一系列染料分子进行印迹沉淀疆蔹实验 5 1 ，首先提出了“分子印迹”这一概念，但在很长一段时间内没有引起人们的 熏撬。翥到1 9 7 2 年由w u l f f 够f 究小缝首次报道 6 】了人工合成的有机分子印迹聚 合物之后，这项技术才逐渐为人们所认识。特别是1 9 9 3 年瑞典科学家m o s b a c h 予 n a t u r e ) ) 上发表有关茶碱分子印迹聚合物( m o l e c u l a ri m p r i n t i n gp o l y m e r s ，m i p s ) 的报道后 7 ，分子印迹技术才开始得到飞速的发展。 分子印迹技术之所| 三l 发展如此迅速，主要是因为它有三大特点：第一，预定 胜( p r e d e t e r m i n a t i o n ) ，即分予印迹聚合物可阱根据不同的目的制备不同的分子印 涟聚合物以满足各秭不同的需要；第二，识剐性( r e c o g n i t i o n ) ，即分子印迹聚合 物是按照印迹分子定做的，可专一地识别印迹分子；第三，实用。 ，i ( p r a c t i c a b i l i t y ) ， 即分子印迹聚合物既可隧与天然的生物分子识嗣系统如酶与底物、抗踉与抗体、 受体与激素相比拟，又具有天然分子识别系统所小具备的抗恶劣环境的能力，显 中国争 学技术大学搏学位论文 第一章 示出高度的稳定性和较长的使用寿命。 迄今，在印迹机理、制各方法以及在各个领域的应用研究都取得了很大的进 展，尤其是在分柝化学方面的应用更是令人黼嚣。近半个世纪以来，青关分子印 迹技术的文章大量涌现并每年大蝠度增长。仅最近五年问在各糖刊物上共发表有 关分子印迹方面的文章就有1 0 0 0 余篇，j o u r n a lo fc h r o m a t o g r a p h yb 8 1 l ， a n a l y t i c a c h i m i c a a c t a 9 以及t r e n d s i n a n a l y t i c a lc h e m i s t r y 1 0 等园际著名刊物 都出版了相应的分子印迹技术专刊，可以说整个研究工作正处于欣欣向荣的阶 段。 分予印迹技术的应用研究骺涉及的领域非常广泛，鲡色谱中对浃体和异构体 的分离f l l ，1 2 】、固相萃取【1 3 1 5 】、化学仿生传感器 1 6 ，1 7 、摸拟酶催化【1 8 ，1 9 、 临床药物分析 2 0 一2 3 】、膜分离技术 2 4 ，2 5 等领域展现了良好的应用前景。除此 之外，生物印迹技术如蛋白质印逊 2 6 也取得了一些进展，并有望在环境检测、 生物工程、天然药物和食品工业等领域形成产业化规模的应用。 1 2 分子印迹技术的基本理论 1 2 1 分子印迹技术的基本概念和原理 分予印迹技术是指为获得在空间结构和结合位点上与某一分予( 印迹分子) 完全匹配的聚合物的实验箭备技术。它魁通过以下方法实现的：首先以具有适当 功能蓥的功能单体与印迹分子结合彤戒荦体一印迹分子复合物；然后遗择适当的 交联刻将功戆单体互栩交联超寒形成共聚物，从丽使功能荸体上豹功熊基在空 间排列和空间定向上固定下来：再邂过定的方法把印迹分子脱去。这样就在高 分子共聚物中留下一个与印逃分子在空间结构上完全匹配，并含有与印迹分子 专一结合的功能基的三维空穴( 如图卜1 ) 。这个三维空穴可以选择性地重新与印 迹分子结合，即对印迹分子具有专一性识别作用 2 7 ，2 8 l 。 印迹聚合物中三维空穴的空间结构和功能单体的种类是由印迹分子的结构 和性质所决定的。幽于嗣不同的印迹分予制各的分子印迹聚合物具有不同的结构 和性质，所以一种印迹聚台物只憝与具有特定结构的一类分子结合，岜就是说 印迹聚合物对该釉结构的分子具有选拌性结合作用。迄今报道过的绝大多数工作 都获得了较高的选择性，这岜是分子印迹聚合物最大的优点之所在。 中国科学技术大学博士学位论文第一章 结合 斗 图i - 1 分子印迹示意图 f i g 1 - 1s c h e m a t i cd i a g r a mo f t h ep r i n c i p l eo f m o l e c u l a ri m p r i n t i n g 1 2 2 分子窜迹技术的分类 按照单体与印迹分子结合方式盼不同，分子印迹技术主要分为分予顸组织 ( p r e o r g a n i z a t i o n ) 和分子自组装( s e l f - a s s e m b l i n g ) 两种，即共价键法和非共价键法。 1 2 2 1 共价价键法( c o v a l e n ti m p d n f i n 必 共价键法是由w u l f f 等人创立发展起来 2 9 1 。该方法中印迹分子( 目标分子) 和功能单体以共价键的形式结合生戒印迹分子的衍生物，该聚合物进一步在化学 条 牛下打羚共价键使印遮分子脱离。该聚合物的制冬及以慝的分子识别过程郝依 赖于单体与印迹分子之间可逆的共价键。 功能单体的选择一般采用小分子化合物。共价键结合作用包括硼酸酯、席夫 碱、缩醛( 酮) 、黯、螫合键作用等 3 0 ，3 1 ，其中壤具代表牲的是硼酸醴。硼酸 基非常适合于共价结合，以苯乙烯硼酸为功能单体的分子印迹聚合物已被用于在 碱性水溶液中分离含二醇的化合物 3 2 1 。图卜2 描述了硼酸酯键合的共价印迹， 翻酸基能够与二醪形成相当稳定的三角形碳酸酯，在碱性溶液或含氮韵躐中则生 成四边形的硼酸酯。共价键法主要应用于制备各种具有特异识别功能的聚合物， 如糖类及其衍生物、甘油酸及其衍生物、氨基酸及其衍生物、扁桃酸、芳香酮、 二醛、三醛、铁转移蛋爨、联藕酶及甾醇类物质f 3 3 1 。 眵卜 秽护 中髫科学技术大学博二l 学位论文 第一章 + 预组织 s v m k 出o f p o b x n e m a b bt e r r 口l a l e + 粱台 p o n m t o n 图i - 2 反式4 硝基苯毗喃甘露糖苻通过硼醅键台的共价印迹原理示意图 f i g 1 2s c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o no ft h ep r e p a r a t i o no fc o v a l e n tm i p sa n dt h em e c h a n i s m so f m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n 1 2 2 2 非共价键法( n o n c o v a l e n tl m p r i n t i n g ) 非共价键法是由m o s b a c h 等人发展起来的 3 4 ，3 5 1 。即把适当比例的印迹分 子与功能挚体和交联帮混合，通过菲共价键结合在一起聚合生成菲共价镪印迹分 子蒙合物。这些非共份键包括氢键 3 6 1 、静电引力 3 7 、金属螫合作用【38 1 、电蘅 转移、疏水作用以及范德华力f 3 9 1 等。菲共价分子印迹方法没有复杂的合成与化 学分离步骤，印迹分予很容易地通过简单的溶剂萃取除去，并且印迹分子的再键 合也十分迅速。最常用到的是氯键，可以在很多有机化合物间容易形成，但是如 果在印迹和后续的分离过程中只有氨键作用时，则拆分外消旋体的效果不佳；如 果在印迹过程中既有氧键，又有其他的非共价键作用时，其拆分外消旋体的分离 f 印af 印a 厂卜。食钾 ：”学 中国科学技术大学博士学位论文第一奄 系数。懂较高。菲共价键法主要应_ i 于下瓢物质的分离中：二藏【4 0 1 、维生素【4 1 】、 氨基酸衍生物 4 2 ，4 3 1 、多肽、肾上腺素功能药物阻抑制、茶碱 4 4 、二氮杂苯、 孩苷酸碱基 4 5 1 、菲甾醇类抗感染药蔡普生【4 6 】和苄胺【4 7 】等。圈卜3 表示了运用 氯键非共价相互作用进行的茶碱的印迹过程。 。矿。“o o c “喝冷 c h 3 c o o h 办 聚台 p o l n ：渤由“ 。黜声 刍叱冷h o o c 面萄77 矿1 电庐 洗聪 e v d r a c 匦n a d s o r i o t i o n 吸附 嘲t 一3 茶碱通过氢键作用的非共价印迹原理示意图 f i g 1 - 3s c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o no f t h ep r e p a r a t i o no f n o n - c o v a l e n tm i p sa n dt h em e c h a n i s m so f m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n 1 2 2 3 准共价键法( s e m i - c o v a l e n ti m p r i n t i n g ) 近年来，也有报道 4 8 1 将共价作用与菲共馀作罔结合起来进行分子印迹，又 称准共价分子印迹( s e m i c o v a l e n ti m p r i n t i n g ) 。随后，p i l e t s k y 等 4 9 】也发展了一 种分子预缀织和分予自组装楣结合起来形成的方法，该法制餐过程如爨l 一4 鼹 示。首先，印迹分子与功能单体以共价键的形式形成印迹分子的衍生物( 单体一 印迹分子复合物) ，这一步相当于分予预组织过程，然后交联聚合，嬗功能基固 定在聚合物链上，除去印迹分子后，功能基留在空穴中。当印迹分子重新进入空 穴中时，印迹分子与功能单钵上的功能基不是以共捻键结合，两是以 共徐键 结合，如嗣分子自组装。然而，在共价方法中遇到的限制( 如繁琐的化学合成与 中墨科学技术大学博士学位论文篱一耄 分离) 同样阻碍着这种方法的推广与应用。 扰髓 圈1 - 4 胆闼醇采用准共价分子印遮技术的印迹原理示意国 f i g 1 - 4s c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o no f t h ep r e p a r a t i o no f s e m i - c o v a l e n tm i p sa n dt h em e c h a n i s m so f m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n 1 2 3 分子印迹聚合物的选择性机理 关于分子印迹机理方面的研究也较多，一般认为分子印迹聚合物对印迹分子 的识别主要是由三个方面的因素决定的。 1 2 3 1 印迹反应 印迹反应是指分子印迹聚合物中功能单体上功能基与印迹分子上功能基的 选择性反应，主要包括形成可逆性共价键的反应和形成非共价键( 包括氢键、离 子键、金属醮位键、n n 作用力、疏承作用力和范德华作用力) 的反应。j ；l 是 中国科学技术大学博士学位论文第一章 能影确这些反应发生的困繁都能影响分子印迹聚合物瓣印迹分子的识别作用。这 些因素主要有四种：第一，功能基的抑制刘：第二，功能基空间取向的改变；第 三，静电斥力和空闻位阻效应；第四，溶剂的影晌。 1 2 3 2 聚含物空穴的空间结构与印涟分子的完美匹配 分子印迹聚合物空穴的空间结构与印迹分子的构型、构象的完美匹配有利于 印迹聚合物功能鍪与印迹分子功能基的充分靠近并进行专一性结合。聚合物空穴 的结构和形状并不是完全刚性和一成不变的。在溶剂中，聚合物存在溶胀现象， 这使得印迹聚合物空穴的大小和形状都发生改变，从而使对模板的选择性发生不 同程度的改变 5 0 1 。 一般来说，功能基与印迹分子之间的专性反应在聚合物对模板的选择性 亲和过程中所起的作用是主要的。但除此之外，对于大多数功能基排列相同的模 板之间的识鄹主要是由空穴的大小和形状起决定作用的。总的来说，功能基和聚 合物空穴对于聚合物的选撵性共同起作用，缺一不可。 1 2 3 3 印迹聚合物对印迹分子的识别过程 不论是印迹聚合物被用于催化还是被用于分离或其它目的，被印迹分子是 否能正确进入聚合物空穴都是很重要的。逮常情况下，结合位点越少，聚合物与 模板的结合速度越快，但同时其选择的专一性也相对较差：反之，如果结合位点 较多，则能够很好地提升分子印迹聚合物的选择专一性，但其练合速度却会相应 受到影响。因此，往往需要综合考虑这两方面的因素。事实上，两位点结合的结 会常数大于单位点结合的维合常数，鼹以说大多数印逑分子都能以正确的方式邀 入空穴并与功能基结合。但是，两位点结合的速度却较慢。对于同一个聚合物来 漶，不同空穴的选择能力魁不固的，他们对于聚合物选择性的贯献 皂是不同的。 这是由于聚合物中空穴及功能基与模板的匹配程度不同所造成的。聚合物空穴中 躲功能基密可以进行非特异牲结合。这样，聚合物在特异圭也与印迹分子结合的同 时还可以非特异地结合其它分子，从而造成对印迹分子的选择性降低，对于色 谱分板来说会造成峰豹“拖尾”瑗象【7 】。 中嘲科学技术大学博士学位论文 第一章 1 2 4 分子印迹技术的理论研究 分子印迹技术作为一门舔兴的交叉学科，已取褥突飞滤进豹遴展。但聪其理 论的研究大多还在完善之中。 1 2 4 。1 分子印迹技术动力学的研究 w h i t c o m b e 【5 1 等人对用分子自组装方法制备的具有两个结合位点的分子印 遮聚合物，从化学热力学的角度磅究了剖备和应雳时的化学平衡过程。 m t m = k 。【t 】 m 2( 1 ) k 结合常数； t 印迹分子浓度 【m 】印迹分予一单馋复合物浓度 等式( 1 ) i i j 。用来计算当印迹分子与结合位点的结合达到平衡时m t m 的平衡浓 度。 n = n 。十n n s = p ( k 2 l 】 m t m + k 。【l ( m o 】一2 m t m ) )( 2 ) n 单体与印迹分子结合的总结合数； n ；单体与印逊分子发生特异性结合的结合数； n 燃单体与e | 】迹分子发生棼特异瞧结合的缩台数； l 自由配体的浓度 p 聚合物浓度因子( 与印迹分子和蒙合物浓瘦有关) 。 等式( 2