（环境科学专业论文）分子印迹聚合物固相萃取搅拌棒的制备及其萃取性能研究.pdf

摘要 模板分子加标回收率在6 7 8 , - d1 3 2 之间。研究结果表明，所建立的方法具有 简便、灵敏、选择性好等特点。 ( 2 ) 以己烯雌酚( d i e t h y l s t i l b e s t r o l ，d e s ) 为模板分子，4 v p 为功能单体， e d m a 为交联剂，利用整体材料“原位 聚合技术制备d e s 分子印迹固相萃取 搅拌棒( d e s m d s b s e ) 。优化制备及萃取条件，探讨其对水环境中3 种同化 类激素的选择性萃取性能。在最佳条件下，d e s m 口s b s e 可对模板分子及其结 构类似物进行选择萃取，对d e s 、己烷雌酚和双烯雌酚的选择因子分别为1 3 7 、 1 4 5 和1 4 8 ，线性范围分别为3 0 g l 2 0 0 蚓l ，1 0i - l g l - 2 0 0p g l 和5 0 心l 2 0 0 州l 之间，检测限( s n = 3 ) 在o 2 4p g t m 8 0p g l 之间，定量限 ( s n = 1 0 ) 在0 7 9p g l - 2 6 7 删l 之间。实际水样分析中，不同浓度的加标回收 率在5 1 2 一1 0 4 2 之间，实验的r s d 值均小于9 。 ( 3 ) 以d 硝基苯酚( o - n i t r o p h e n o l ，o - n p ) 为模板分子，4 - v p 和甲基丙烯 酸二甲胺乙酯( d m a m ) 为混合功能单体，e d m a 为交联剂。利用整体材料“原 位 聚合技术制备o - n p 分子印迹固相萃取搅拌棒( d n p m 口s b s e ) ，优化制 备及萃取条件，探讨其对环境水样中o - n p 及其它5 种酚类物质的选择萃取性能。 实验结果表明，在最佳制备条件下，该s b s e 具有良好的机械强度和制各重现性， 在最优萃取条件下实现了对模板分子及其它5 种酚类物质的选择性萃取，对苯 酚、d 氯酚、b p a 、o - n p 、2 , 4 二甲基苯酚和2 ，4 二氯酚的选择因子分别为1 2 2 、 1 7 8 、1 3 7 、1 9 5 、1 7 6 和1 5 0 。所建立的方法的线性范围在3 01 t g i 广2 0 0 腭几 之间，检测限( s n = 3 ) 在o 1 3 “g t m 4 6p g l 之间，定量限( s n = 1 0 ) 在0 4 0 蚓l 1 4 1p g l 之间。实际水样分析中，b p a 不同浓度的加标回收率在 5 9 8 1 2 9 0 之间。研究结果表明，本方法具有操作简便、灵敏度高、重现性 好、使用寿命长和环境友好等优点。 关键词：搅拌棒固相萃取；分子印迹聚合物；高效液相色谱；双酚a ；己烯雌酚； d 一硝基苯酚：萃取 a b s t r a c t a b s t r a e t s t i rb a rs o r p t i v ee x t r a c t i o n ( s b s e ) i san o v e ls a m p l ep r e p a r a t i o nt e c h n i q u et h a t w a si n t r o d u c e db ys a n d r a sg r o u pb a s e do nt h es a m ep r i n c i p l e s 嬲t h o s eo fs o l i dp h a s e m i c r o e x t r a c t i o n ( s p m e ) s b s ei n t e g r a t e se x t r a c t i o n ，e n r i c h m e n ta n dp u r i f i c a t i o ni n t o as i g n a ls t e p b e c a u s eo fs i m p l e o p e r a t i o n ，h i g h e rs a m p l ec a p a c i t y , g o o d r e p r o d u c i b i l i t ya n de n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l yc h a r a c t e r i s t i c s ，s b s eh a sb e e nw i d e l y u s e df o re n r i c h m e n ta n ds e n s i t i v ed e t e r m i n a t i o no f o r g a n i ct r a c e - p o l l u t a n t si nw a t e r s a m p l e s ，嬲w e l l 嬲i no t h e r m a t r i c e s b u ts b s ed o e s n th a v e s e l e c t i v e l y r e c o g n i z a t i o n 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 ) i sa t h r e ed i m e n s i o n a ln e t w o r kp o l y m e r , w h i c hp o s s e s s e ss e v e r a la d v a n t a g e ss u c ha ss i m p l ep r e p a r a t i o n ，h i g hs t a b i l i t y , 9 0 0 d m e c h a n i c a li n t e n s i o na n dm o s ti m p o r t a n t l y , ap r e d e t e r m i n e ds e l e c t i v i t yf o rt a r g e m o l e c u l e t a r g em o l e c u l e sc a nb eu s e d 硒t e m p l a t e sf o ri m p r i n t i n gc r o s s - l i n k e d p o l y m e r a f t e rt h er e m o v a lo ft e m p l a t e ，t h er e m a i n i n gp o l y e ri sm o r es e l e c t i v e t h e s e l e c t i v i t yo ft h ep o l y e rd e p e n d so nv a r i o u sf a c t o r ss u c h 蕊t h es i z ea n ds h a p eo ft h e c a v i t ya n dr e b i n d i n gi n t e r a c t i o n s i th a sb i o l o g i c a la n dc h e m i c a lr e c o g n i t i o ns y s t e m ， w h i c hi sw i d e l yu s e di ns a m p l ep r e t r e a t m e n t i np r e s e n tr e s e a r c h ，s b s ew a sc o m b i n e dw i t hm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dt e c h n i q u e ( m i t ) t od e v e l o ph i g hs e l e c t i v ee x t r a c t i o nm e t h o df o rs a m p l ep r e p a r a t i o n t h em a i n c o n t e n t sa n dr e s u l t so ft h i sr e s e a r c ha r ea sf o l l o w i n g s ： ( 1 ) u s i n gb i s p h e n o la ( b p a ) 觞t e m p l a t e ，4 - v i n y l p y r i d i n e ( 4 - v p ) 嬲f u n c t i o n a l m o n o m e r , a n de t h y ld i m e t h a c r y l a t e ( e d m a ) 船c r o s s l i n k e rt op r e p a r eb p a m i p s b a s e ds b s ec o a t i n g ( b p a m i p s b s e ) t h ee f f e c t so fp o l y m e r i z m i o np a r a m e t e r sa n d e x t r a c t i o nc o n d i t i o n sw e r e i n v e s t i g a t e d i nd e t a i l t h e n , t h e b p a - m i p - s b s e h p l c - d a dm e t h o df o rt h ed i r e c t l ya n a l y s i so ft r a c e so fp h e n o l i c c o m p o u n d si nw a t e rs a m p l e sw a sd e v e l o p e d t h es e l e c t i v i t yf a c t o r ( t h er a t i oo f e n r i c h m e n tf o rm i p sa n dn i p s ) w a s1 3 5 t h el i n e a r i t yr a n g eo ft h em e t h o dw a s1 0 p g l 一2 0 0 0 烬几t h er a n g e so fl o d sa n dl o q sw e r e0 2 8 la n d0 9 4l a g l , i i i a b s t r a c t r e s p e c t i v e l y t h er e c o v e r i e so f w a t e rs a m p l e ss p i k e dw i t hb p av a r i e df r o m9 6 0 t o 10 8 7 t h ep r e s e n tm e t e di ss i m p l eo p e r a t i o n , e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y , h i 曲 s e n s i t i v i t ya n da c c u r a c y b a s e do nt h ep r e p a r a t i o no fb p a - m i p s ，as t i rc a k es o r p t i v ee x t r a c t i o n ( s c s e ) w i t hb p a - m i p sa sa d s o r b e n tw a sp r e p a r e di nad i s p o s a b l es y r i n g e b p a - m i p - s c s e c a na v o i dt h ef r i c t i o no fa d s o r b e n tw i t hv e s s e lw a l ld u r i n gs t i r r i n g b p a - m 口- s c s e h a se x c e l l e n tl o n g e v i t y , w h i c hc a l lb er e u s e dm o r et h a n6 0 0h t h er e c o v e r i e so fw a t e r s a m p l e ss p i k e dw i t hb p a v a r i e df r o m6 7 8 t o113 2 ( 2 ) u s i n gd i e t h y l s t i l b e s t r o l ( d e s ) a st e m p l a t e ，4 - v pa sf u n c t i o n a lm o n o m e r , e d m aa sc r o s s l i n k e rm o n o m e ra n da i b na si n i t i a t o rt op r e p a r ed e s m 口b a s e d s b s ec o a t i n g ( d e s - m i p - s b s e ) t h ee f f e c t so fp o l y m e r i z a t i o np a r a m e t e r sa n d e x t r a c t i o nc o n d i t i o n sw e r e i n v e s t i g a t e d i nd e t a i l t h e n , t h e d e s - m i p - s b s e h p l c - d a dm e t h o df o rt h ed i r e c t l ya n a l y s i so fh o r m o n e c o m p o u n d s i nw a t e rs a m p l e sw a s d e v e l o p e d , w h i c hh a sg o o ds e l e c t i v e l y r e c o g n i z a t i o n t h es e l e c t i v i t yf a c t o r sw e r e1 3 7 ，1 4 5a n d1 4 8 f o rd e s ，d i e n e s t r o l ( d s ) a n dh e x e s t r o l ( h s ) r e s p e c t i v e l y , t h el i n e a r i t yr a n g eo ft h em e t h o df o rd e sw a s 3 0j t g l - - 2 0 0 0p l ，f o rd sw a s1 0i t g l 一2 0 0 嵋几，f o rh sw a s5 0l x g l - - 2 0 0 嵋l t h er a n g e so fl o d sa n dl o q sw e r ef r o mo 2 4 喀lt o0 8 0 心la n df r o m0 7 9 叫l t o2 6 7 嵋lr e s p e c t i v e l y t h er e c o v e r i e so fw a t e rs a m p l e ss p i k e dv a r i e df r o m51 2 t o10 4 2 a n dt h er s dw a sl e s st h a n9 t h em e t h o di s s i m p l et oo p e r a t e ， e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y , h i g l ls e n s i t i v i t y ( 3 ) u s i n go - n i t r o p h e n o l ( o - n p ) a st e m p l a t e ，4 - v p a n dm e t h a c r y l i ca i d 2 - d i e t h y l a m i n o e t h y le s t e r ( d m a m ) a sf u n c t i o n a lm o n o m e r s ，e d m aa sc r o s s l i n k e r m o n o m e ra n da i b n 勰i n i t i a t o rt o p r e p a r eo n p m i p sb a s e ds b s ec o a t i n g ( o - n p - m i p - s b s e ) ， w h i c hh a s g o o d m e c h a n i c a l s t r e n g t h a n d p r e p a r a t i o n r e p r o d u c i b i l i t y t h ee f f e c t so fp o l y m e r i z a t i o np a r a m e t e r sa n de x t r a c t i o nc o n d i t i o n s w e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l t h e n , t h eo - n p m p - s b s e h p l c - d a dm e t h o df o rt h e d i r e c t l ya n a l y s i so ft r a c e so fp h e n o l i cc o m p o u n d si nw a t e rs a m p l e sw a sd e v e l o p e d t h es e l e c t i v i t yf a c t o r sw e r e1 2 2 ，1 7 8 ，1 3 7 ，1 9 5 ，1 7 6a n d1 5 0f o rp h e n o l ( p ) ， o - c h l o r o p h e n o l ( d - c p ) ，b p a ， o - n p , 2 , 4 - d i m e t h y l p h e n o l( 2 ，4 一d m p ) a n d a b s t r a c t 2 ，4 一d i c h l o r o p h e n o l ( 2 , 4 一d c p ) r e s p e c t i v e l y , t h el i n e a r i t yr a n g eo ft h em e t h o df o rt h e p h e n o l i cc o m p o u n d sw a s3 0 “g l 一2 0 0 0 “l t h er a n g e so fl o d sa n dl o q s w e r e f r o m0 13 蚓lt o0 4 6 斗la n df r o m0 4 0 肛g lt o1 41 p g lr e s p e c t i v e l y t h e r e c o v e r i e so fw a t e rs a m p l e ss p i k e dv a r i e df r o m5 9 8 t o12 9 0 t h em e m o di s s i m p l eo p e r a t i o n , e n v i r o n m e n t a l lf r i e n d l y , h i g hs e n s i t i v i t ya n da c c u r a c y a n dt h i s o - n p m i p s b s eh a se x c e l l e n tl o n g e v i t y k e y w o r d s ：s t i rb a rs o r p t i v ee x t r a c t i o n , m o n o l i t h i cm a t e r i a l ，m o l e c u l a r l yi m p r i n t e d p o l y m e r s ，h i 曲p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y , b i s p h e n o la ，d i e t h y l s t i l b e s t r o l ， o - n i t r o p h e n o l ，e x t r a c t i o n v 第1 章绪论 第1 章绪论 样品前处理起着去除潜在干扰物、富集目标物质、将目标物质转到易测定或 者易分离溶剂相中的作用，同时可提高分析方法的灵敏度，对于测定结果的准确 性和质量控制起着至关重要的作用。因此样品前处理技术成为环境与生物样品分 析过程中不可缺少的重要步骤，寻找一个适宜不同样品基底、快速、有效、样品 使用量少、选择性高、环境友好的前处理方法成为当今研究的难点和重要研究方 向。 目前常见的样品前处理方法有固相萃取( s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ，s p e ) 【l 】、 膜萃取( m e m b r a n ee x t r a c t i o n ，m e ) 【2 】、液液萃取( 1 i q u i d 1 i q u i de x t r a c t i o n ，l l e ) 3 1 和微波辅助萃取( m i c r o w a v ea s s i s t e de x t r a c t i o n ，m a e ) 4 1 等。s p e 法的富集和 净化能力强，是目前应用较为广泛的前处理方法，但其操作步骤繁琐、复杂，一 般适用于低挥发性的有机化合物，m e 法易实现在线联用，富集倍数大，适用于 挥发性和半挥发性的非极性有机化合物萃取，但其操作过程复杂，且易出现膜溶 胀的问题，减少膜的使用寿命；l l e 法是最经典的前处理方法，但其操作繁琐， 有机溶剂使用量大，对操作者和环境都造成极大的威胁，样品使用量大，且不适 于挥发性有机化合物的分析；m a e 法利用微波加热萃取目标化合物，萃取速度 快、有机溶剂使用量少、回收率高，但不适合于热不稳定物质的萃取。目前也有 一些新型样品前处理方法出现，如基质固相分散萃取( m a t r i xs o l i dp h a s e d i s p e r s i o n ，m s p d ) 嘲、固相微萃取( s o l i dp h a s em i c r o e x t a c t i o n ，s p m e ) 1 6 、液 相微萃取( 1 i q u i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n ，l p m e ) 【7 】等。m s p d 法结合了样品前处 理中的样品匀化、组织细胞裂解、提取、净化等过程，避免了样品的损失。但是 适用范围有限，也不适合大量使用；s p m e 法具有有机溶剂使用少，操作时间短， 使用简便等优点，但其装置价格昂贵，涂层的种类较少，富集量小，选择性也较 差；l p m e 法集采样、萃取和浓缩为一体、成本低、易实现联用等优点，但该装 置易被生物样品堵塞( 如血浆和尿液) 。因此，研究操作简便、成本低廉、样品 使用量少、萃取选择性高、有机溶剂使用少、且易于自动化的环境友好型样品前 处理方法具有重要的意义。 第l 章绪论 搅拌棒固相萃取( s t i rb a rs o r p t i v ee x t r a c t i o n ，s b s e ) 技术是在s p m e 基础上 发展的一种新型无溶剂或少溶剂的样品前处理技术，该技术集萃取、净化和富集 为一体，具有操作简便、富集效率高、富集量大、成本低和环境友好等特点。目 前该技术已成功地应用于环境监测【8 】、食品检验嘲、农残检测1 川以及生化分析1 1 】 等诸多领域，成为分析化学领域内的研究热点之一。 但是，s b s e 在搅拌吸附过程中对目标物质没有选择性萃取的能力。因此发 展选择性高、操作简便、富集容量大和环境友好的样品前处理技术具有重要的实 际应用前景。 分子印迹聚合物( m o l e c u l a d yi m p r i n t e dp o l y m e r s ，m i p s ) 是一种三维网状聚 合物，兼备了生物识别体系和化学识别体系的优点，具有选择性高、稳定性好、 机械强度高、制备简单等特点，可选择性识别复杂样品中的目标物，因此广泛应 用于样品前处理中【1 2 1 。目前，利用m i p s 做吸附剂的萃取技术包括s p e 13 1 、 s p m e 1 4 1 、管内固相微萃取( i n - t u b es p m e ，i t s p m e ) 【阍、m e 1 6 1 和s b s e t l 7 1 等 萃取模式，但是与s b s e 结合的研究还比较少。本课题在本课题组已有研究的基 础上，将s b s e 技术与分子印迹技术( m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dt e c h n i q u e ，m i t ) 相 结合，同时根据整体材料“原位 聚合技术，发展具有高选择性能的s b s e 新涂 层，以期为环境中复杂样品建立起选择性高、操作简便、富集效率高和环境友好 的样品前处理技术。 1 1s b s e 技术 1 1 1s b s e 简介 s b s e 技术是在s p m e 的技术基础上，由s a n d r ap 等在1 9 9 9 年首先提出的 新型前处理技术。该技术已由德国g e r s t e l 公司生产出商品化的s b s e 1 8 】，并成 功用于多个领域。s b s e 的结构示意图如图1 1 所示，在内封磁芯玻璃管上涂覆 一层聚二甲基硅氧烷( p d m s ) 或套上一定厚度的p d m s 硅橡胶管。 2 第1 章绪论 搅拌磁子 涂层 铁条 i r o n b a r 图1 1s b s e 的结构示意图 f i g 1 1s c h e m a t i co fs t i rb a r f o rs b s e 涂层 c o a t i n g 铁条 i r o n b a r 萃取过程中，s b s e 通过自身搅拌完成对目标物吸附萃取，解决了s p m e 中 搅拌磁子对目标物的竞争吸附问题，且s b s e 的固定相体积比s p m e 的固定相体 积大5 0 2 5 0 倍以上，因此萃取容量相应提高，大大提高了萃取效率，适合样品 中超痕量组分的分析。 1 1 2s b s e 原理 s b s e 与s p m e 技术的基本原理和萃取机制类似，都是基于目标物质在样品 相和萃取涂层相间进行平衡分配的过程1 9 1 ，该分配为动态平衡过程。当分配过 程达到平衡时，待测物在萃取相和水相间的分布由待测物本身在两相中的分配系 数决定。该分配系数与涂层质量( 以p d m s 为例) 和相率( 卢) 相判2 0 1 ，即： 酢。盯瞎= 挚墨生业芟：生业 ( 1 1 ) 一m y j pd s ，竹 式中c p o m s 和c 彤分别代表待测物在p d m s 和水相中的浓度；m p d m s 和m 缈 分别为待测物在p d m s 和水相中的质量；v ? d m s 和哳分别为涂层材料p d m s 和 水样的体积；口为相率，即样品相和涂层材料p d m s 的体积比。式( 1 1 ) 经变 化，得到： 墨丝丛型芝：生：巡：竺2 丝 ( 1 2 ) p m wm q m p d m s 式中m d 为待测物的原始质量。 第l 章绪论 近年研究表明，有机化合物的k p d m s w 与其在辛醇水体系中的分配系数k o w 相近，即k p d m s w m k o w ，因此上式可表述为： 堕：竺旦丝量 pm wm o mpdm 由式( 1 3 ) 可得到待测物的理论萃取效率( 理论回收率) ： 堡垒丛 m o ( 1 3 ) ( 1 4 ) 从式( 1 4 ) 可知，待测物的萃取效率由参数k o 和夕决定。p d m s 的质量 越大，口就越小，萃取效率也就越大。 1 1 3s b s e 的萃取和解吸方法 1 1 3 1s b s e 的萃取方法 s b s e 主要的萃取方法为顶空吸附法( h e a d s p a c e s b s e ) 和直接吸附法 ( d i r e c t s b s e ) 两种。 顶空吸附法是将s b s e 置于水样的顶空( 如图1 2 ) ，与样品无直接接触，搅 拌的过程中，目标物质挥发到气相中，目标物在气相和萃取相中分配，达到萃取 的效果。这种萃取方式可避免基质中非挥发性大分子( 如腐殖酸或蛋白质) 的不 利影响，但是只适用于样品中挥发性、半挥发性化合物的分析测定。 p i _ _ 1 。之“j、_ y ，一 、j k 一_ 一 图1 2h e a d s p a c e - s b s e 装置示意图。2 f i g 1 2s c h e m a t i co 仆e a d s p a c e s b s e l 2 l i 4 引芹 第1 章绪论 直接吸附法是目前较常用的萃取方法( 如图1 3 ) 。s b s e 被直接放入样品溶 液中搅拌吸附一定时间，转移s b s e 至合适的解吸溶剂中以解吸下富集于涂层上 的目标物，再将解吸液进行仪器测定。该方法操作简便，适合于多数有机污染物。 本研究采用直接吸附法。 图1 3d i r e c t - s b s e 装置示意图2 1 j f i g 1 3s c h e m a t i co fd i r e c t - s b s e 1 2 1 l s b s e 的解吸方式有两种：热解吸( t h e r m a l d e s o r p f i o n ，t d ) 和溶剂解吸法 ( 1 i q u i d - d e s o r p t i o n ，l d ) 。 热解吸法是通过与g c 或g c m s 相联的t d 装置来完成，该方法可实现 s b s e 操作过程无溶剂化，但不适用于热不稳定性化合物的分析测定，且对解吸 装置的要求较高，限制了发展。 溶剂解吸法是较常用的一种解吸方式，易与h p l c 联用测定热不稳定性化合 物。溶剂解吸一般采用自身搅拌2 习或超声辅助2 3 1 等手段。本研究采用溶剂解吸 方法。 1 2s b s e 的涂层材料 涂层材料作为s b s e 的核心部分，决定了萃取效率的高低。涂层材料的选择 需遵循“相似相溶”原理，极性大的待测物应选择极性大的涂层材料，极性小的 待测物应选择极性小的涂层材料。涂层材料不能与待测物质发生反应，除此之外， 5 第1 章绪论 用作s b s e 的涂层材料还必须具备以下要求 1 9 , 2 0 ： ( 1 ) 对分析物有较强的吸附萃取能力； ( 2 ) 具备良好的热稳定性，尤其是采用热解吸时必须保证萃取材料的热稳 定性； ( 3 ) 具备一定的机械强度，能经受高速搅拌及搅拌过程引起的磨损； ( 4 ) 如果使用溶剂解吸法，还要能够经受解吸溶剂的腐蚀和溶解，在这些 溶剂中不发生溶胀、溶解或脱落。 目前s b s e 商品化的涂层材料为聚二甲基硅氧烷( p d m s ) ，其优点为：( 1 ) 制备简单，具有良好的重现性和稳定性；( 2 ) 降解产物易被质谱( m s ) 识别， 避免引起实验误差。但是在生物样品( 如尿液和血浆) 中萃取效率低，同时p d m s 具有较强的疏水性质，只能萃取中性和弱极性有机污染物，因此大大限制了s b s e 的应用范围。 新型涂层材料的研制和使用，在很大程度上丰富和发展了s b s e 的应用范 围。如表1 1 列举了目前的各种新型涂层材料，与商品化p d m s s b s e 相比，这 些涂层已实现对中等极性化合物、强极性化合物、部分重金属离子、无机阴离子 的萃取富集。但是这些涂层材料仍存在选择性能低，搅拌过程中寿命较短的问题， 目前也开始发展以m i p s 作为s b s e 涂层材料的技术，但是该技术相应的研究还 较少。 6 一n 毡一n n u一_ n u一0 n u一包一毡一卜乙】一崎包 一n 包一寸n _ o皇帽尝时u 一州粤v】【d v霉钆蓉球越因_i-lj晷，冬镊蟮竹川_糍 iio州二时o懈ij爵-o二一v ur协街_盎妥山n 0口0_0葺州暑v v匣甄搬疆制掣 害0恫霜d芒i k营d王 sp量0厶芒lio，0 0帽芒；墅v v ur缒唾媸恻t1脚岛弹知斗孓妥帏忖“掣烈幂 ，掣猷军li三 哦v州0id叠 儿v一_，h一w、 c00皇口00k屯ii口州瓮暑0爵u il口qho厶v 棒贮歪螂讯霉，每ir如 ，“瞰朴佻谣h蚺oc帽cjbqli厶二-、v竹套锢牛卫下m 舅可口joa皇00鲁一j0川口砖凸-v恩盯打p口斗鼯妥!胛什 一ocoii厶喇 p0扫v套文x ，业啊避麟蜉，哦q，州u#q厶暑-0ii厶o工厶oij直ud屯州u州拐qa 口州-0_眉0 u州i擘凸-v扫懈n翥：皂tij啐忡什 ，o厮fi_-岬h忡 的0屯州u帽q厶己01li盈哦0厶0二心10 -的口o上葛n苫二弓h二u州苗：-obw 0iioh0入_o厶 0二一气v 扫愀n始翠rl姿h忡毒崎盟状谣诫蚺 ，袋帕凝 _oc监n口qo_丫ni-0c鹭q口一禹口m、i-一0ti 0ul一，lj田_w 娃州忉侠世罨吣 葺0：再u：盘盘矗i帽q二胃叠矗固筒 禁长霄巡媾训剿抠 岔 o勺一。一oio二日n二=一hc盘一=v 幂瓣鬣粼醛韫餐 龇已口盘lnv 粼警餐 8口嘎-卜v 粼螫 opiu喂给旨暑oqdo磊磐o v 糯篷暴忙 口2已ln8一蒌是。b uii套譬暑d苫 逝餐餐冬甾鼗职蛾旺 罟霭暑。唇璺jp一譬oii旮舄二苟至 掣螫誉孥铤蝮k埔 罟馏嗣夏季qjo一譬o=奇唧3乏 赞rl霉链竣区醐 呈a星20呈。苫哼g夏z 替较甾蔷最巾酶 s d _ = 霉舡踩剧云*求 q譬2a12 藿戗 娶rb_葛 聪莨豁求 售一a暑卫to暑ooo量 蜷辎 荩辞 警一萎3喽始 勺oii苗皇口o薏厶n二a 燃钕谁磊 一i 僻蜷 秘 拓褂一抵 第1 章绪论 1 3 整体材料 2 0 世纪8 0 年代末期，n j e r t e n 掣3 6 】率先提出并成功地制备了整体材料。这 种新型材料具有通透性好、传质速度快、性能稳定且制备简单等优点，目前整体 材料在各领域备受关注，并广泛地应用于样品的制备与分离【3 7 】。 根据材料的性质，整体材料可分为无机聚合物整体材料和有机聚合物整体材 料两大类。无机聚合物整体材料的制备和后处理过程较为繁琐，现有的制备方法 主要有溶胶一凝胶法【z 们、颗粒固载技术【3 引、颗粒熔融技术等。有机聚合物整体 材料的制备相对较简单，通常是将单体、交联剂、致孔剂和引发剂的预聚合溶液 置于一定的模具中，经热引发或光引发进行原位聚合获得m 】，制备完成后用有 机溶剂浸泡除去未反应的单体、交联剂和致孔剂。因有机聚合物整体材料的制备 简单、原料丰富、重复性好、吸附容量大和容易改性等优点，被广泛用于高效液 相色谱( h p l c ) 、毛细管电泳色谱( c e c ) 、离子色谱( i c ) 、亲和色谱( a c ) 的固定相及手性分离介质。近几年人们开始将其用于样品前处理技术，如作为 s p m e t 4 1 1 和s b s e 2 5 ，蚓等技术的萃取介质。与其它的涂层材料相比，整体材料作 为s b s e 涂层具有制备简单、萃取容量高、性能稳定和重现性好等优点。 1 4 分子印迹技术 1 4 1 分子印迹技术的概念及基本原理 模板分子( 印迹分子或目标分子) 与聚合物单体接触时形成多重作用点，当 交联剂加入后，这些作用点被记忆下来，该聚合过程合成的聚合物被称为分子印 迹聚合物( m 口s ) 。实验通过物理或化学方法将m i p s 中的模板分子去除，当模 板分子除去后，聚合物中就形成了与模板分子空间构型相匹配的具有多重作用点 的三维空穴，这样的空穴对模板分子及其类似物具有选择识别特性，如图1 4 所 示。分子印迹技术( m i t ) 是利用m i p s 特异性三维空穴专一地分析测定模板分 子及其结构类似物的技术。 m i t 主要具备以下3 个特点【4 2 】：( 1 ) 可预见性( p r e d e t e r m i n a t i o n ) ，根据不 同的目标物制备出不同的m i p s ，实现不同的目的要求；( 2 ) 专一识别性 o 第1 章绪论 ( r e c o g n i t i o n ) ，即m i p s 是根据不同模板分子制成，具有相应的识别位点和空间 结构，用以专一地识别模板分子及其结构类似物；( 3 ) 实用性( a v a i l a b i l i t y ) ，即 它是仿造天然的生物分子识别系统如酶与底物、抗体与抗原等，同时它是用化学 合成的方法制备，具备了天然分子识别系统所没有的抗恶劣环境的能力，因此表 现出高度的稳定性和较长的使用寿命。 模板 + + 共价或非共价 - _ _ _ _ _ _ _ _ _ i _ _ - _ 结合 洗脱作用 卜_ _ - _ _ _ _ _ i i - - - l l _ _ _ i - 吸附作用 图1 4m i p s 聚合反应示意图 f i g 1 4t h ep o l y m e r i z a t i o no fm i p $ 1 4 2m i p s 的制备方法 联剂反应 分子印迹聚合物的合成体系包含模板分子、功能单体、交联剂、溶剂( 致孔 剂) 以及引发剂。功能单体和溶剂对m i p s 的识别效果影响较大。功能单体的选 择需考虑其与模板分子的特异性结合反应，常见的功能单体有丙烯酸( 从) 、甲 基丙烯酸( m a a ) 、4 乙烯基吡啶( 4 v p ) 以及甲基丙烯酰胺( m a m ) 等。溶 剂的选择不仅要考虑其对模板分子的溶解度，同时由于其在聚合反应中影响分子 间作用力，又起着致孔剂的作用，所选择的溶剂不能干扰聚合反应( 如干扰氢键 的形成) ，最好能促进模板分子与功能单体之间的相互作用。常用的交联剂为乙 二醇二甲基丙烯酸酯( e d m a ) 、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯( t m m ) 和季戊 四醇三丙烯酸酯( p e t r a ) 等。e d m a 因其价格便宜、制备成的聚合物性质稳 定而得到广泛应用。常用的引发剂为偶氮二乙丁腈( a i b n ) 。 1 0 第1 章绪论 近年来，随着m i t 的发展，m 口s 的合成方法也得到了很大程度的发展。主 要的合成方法有： 1 本体聚合法 该法是制各m i p s 的传统方法。本体聚合法是在溶剂中按一定比例依次加入 模板分子、功能单体、交联剂和引发剂，溶解后，转移到玻璃容器中，再经过超 声、通氮气除氧，于真空条件下密封，经一定条件( 热引发或紫外光照射) 反应 得到块状聚合物。聚合物经粉碎、研磨和筛分，得到适当大小的粒子，洗脱除去 模板分子，真空干燥后得到实验用的m i p s 。但是这个方法的“粉碎、研磨和筛 分”过程繁杂，研磨过程产生的不规则和过细粒子太多，产率低，费时又费力， 难以实现大规模生产。应寻找更合适的后续处理方法以提高效率。 2 原位聚合法 原位聚合法是将模板分子、功能单体、交联剂和引发剂用溶剂溶解后，装入 液相色谱柱或毛细管柱等模具，在一定条件下直接反应。该法的优点是不需要研 磨、过筛等繁杂的后续过程，易操作、制备简单、实用性强。 3 沉淀聚合法 沉淀聚合法也叫做均相溶液聚合法。聚合物制备时，模板分子、功能单体、 交联剂和引发剂处在均相混合液中。引发剂受到激发时分解产生自由基，形成线 型和分支的低聚物，这些低聚物通过交联成核而从介质中析出，析出的这些核又 相互聚结而形成聚合物粒子，再捕捉低聚物和单体最终形成高交联的微球状聚合 物【4 3 1 。该法适用溶剂量大，功能单体浓度较低，成本较高。 4 表面印迹法 表面印迹法中最常用的是硅胶表面修饰的表面印迹。该法是先在有机溶剂中 依次加入模板分子和功能单体，两者反应形成复合物，然后将此复合物与表面活 化后的硅胶( 在硅胶的表面键合烯键、氨基等) 粒子反应，形成一定厚度的分子 印迹层。该法中目标物的识别位点在硅胶表面，有利于模板的洗脱和分子识别， 解决了传统方法中对模板分子包埋过深或过紧而难以洗脱的问题。但是该法制备 的m i p s 萃取容量小。 1 4 3m i t 的应用 目前，m i t 已成功地应用于生物学、有机合成和环境分析等诸多领域，在各 1 1 第1 章绪论 领域都展现出良好的性能和应用前景，成为分析化学领域内的研究热点之一。 1 生物学领域 m 1 1 r 源于免疫学的发展，目前，作为聚合物的模板分子甚至可以是整个生物 细胞1 4 4 。2 0 0 4 年，s l i n c h e n k o 等4 5 1 首次在硅烷化的载玻片表面合成了d n a 分子 印迹聚合物。 2 有机合成 模板分子洗脱后，m i p s 会形成类似于酶活性中心的三维空穴，具有模拟酶 催化的作用。w u l f f 等 4 6 1 首次以酯水解反应的过渡态物质类似物为模板分子，制 得了促进酯水解反应的活性m i p s 。 3 环境分析 m i p s 具