（分析化学专业论文）分子印迹聚合物在三嗪及β2兴奋剂分析中的应用.pdf

分子印迹聚合物在三嗪及p 2 兴奋剂分析中的应用 专业 学位申请人 指导老师 分析化学 刘瑞锦 胡玉玲副教授 摘要 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 是一种对模板分子具有 高选择性 高特异性识别能力的高分子功能材料 m i p 制备容易 成本低廉 能 从样品溶液中选择性吸附模板分子或与其结构相近的某一类化合物 因此在复杂 样品预处理中的应用特别引人关注 但水或极性溶剂的存在易破坏模板分子与 m i p 识别位点间的氢键作用力 导致m i p 的萃取效率降低 m i p 识别过程机理 的研究也较少 本论文针对m i p 在水相样品中萃取率降低的问题 构建了分子 印迹磁性微球 m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dm a g n e t i cb e a d s m i m b s 固液微萃取 s o l i d l i q u i dm i r o e x t r a c t i o n s l m e 体系 研究m i m b s s l m e 的萃取性能及在复杂样品 中的应用 研制了莱克多巴胺m i p 研究了其在萃取过程中的机理及在复杂样品 前处理中的应用 主要的研究内容包括以下几个部分 1 简介了分子印迹技术的原理 m i p 的制备方法及性能表征方面的研究 综述了m i p 在样品前处理中的应用进展 2 为提高m i p 在水相样品中的萃取效率 构建了莠去津m i m b s s l m e 体 系 研究了其萃取性能 应用于复杂样品中痕量三嗪类除草剂的分析 研究结果 表明 与m i m b s 直接在水相中萃取比较 m i m b s s l m e 对7 种三嗪类化合物的 选择性因子提高了8 8 倍 萃取容量提高了6 7 倍 s c a t c h a r d 分析得出的饱和吸 附量坼和结合亲和力砀亦大于m i m b s 水相萃取 表明m i m b s s l m e 给m i m b s 提供一个非极性的微环境 保护m i m b s 的特异性识别位点 建立了 m i m b s s l m e 高效液相色谱法 h i g hp 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 h p l c 分析复杂样品中三嗪类除草剂的方法 方法的线性范围1 0 4 0 0p g l 检出限为 i 0 6 2 5p g l 相对标准偏差 r e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n r s d 为6 1 一9 4 应 用于珠江水 番茄汁 牛奶及草莓汁等四种样品中7 种三嗪类除草剂的分离富集 加标回收率为8 0 3 1 2 0 2 满足痕量分析的要求 该方法能够解决m i p 在水 相样品中萃取率降低的问题 可用于检测复杂富水样品中痕量三嗪类除草剂 3 以本体聚合法制备了莱克多巴胺m i p 研究了莱克多巴胺m i p 的结构性 质 萃取性能和物理化学性能 研究了其在猪肉样品中4 种d 2 兴奋剂分离富集 中的应用 研究结果表明 莱克多巴胺m i p 具有良好的热稳定性和疏松的表面 结构 在乙腈中的萃取性能最好 印迹因子为4 4 萃取容量为5 1 2p g 儋 对模 板分子及其类似物的选择性高于对照物对甲基苯酚 研究了莱克多巴胺m i p 识 别过程的热力学和动力学 结果表明莱克多巴胺m i p 对模板分子的吸附是化学 吸附 吸附过程是吸热过程 温度是影响其传质过程的主要因素 探讨了莱克多 巴胺m i p 的吸附模型 得出不同吸附模型下的参数 建立了莱克多巴胺m i p 分 析4 种p 2 兴奋剂的方法 应用于猪肉中4 种p 2 兴奋剂的分析 加标回收率为 8 5 9 11 3 6 r s d 为2 5 8 8 满足复杂样品中p 2 兴奋剂分析的要求 关键词 分子印迹聚合物 分子印迹磁性微球固液微萃取 三嗪 p 2 兴奋剂 m o l e c u l a ri m p r i n t e dp o l y m e ra n di t sa p p l i c a t i o ni na n a l y s eo f t r i a z i n e sa n dp 2 一s t i m u l a n t m a j o r a n a l y t i c a lc h e m i s t r y n a m e l i ur u i j i n s u p e r v i s o r a s s o c i a t ep r o f e s s o rh uy u l i n g a b s t r a c t 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 i sak i n do ff u n c t i o n a lm a t e r i a lw h i c hc a n r e c o g n i z et h et e m p l a t em o l e c u l ew i t hh i g hs e l e c t i v i t ya n ds p e c i f i c i t y d u et ot h e a d v a n t a g e so fs i m p l ep r e p a r a t i o n l o wc o s t s t a b i l i t ya n dh i g hs e l e c t i v i t y m i pi s w i d e l ya p p l i e dt os a m p l ep r e t r e a t m e n t h o w e v e r a sa q u e o u so rp o l a rs o l v e n t sc o u l d d e s t r o yt h eh y d r o g e nb i n d i n go ft h et e m p l a t et ot h er e c o g n i t i o ns i t e si nm i p w h i c h l e a dt ol o wb i n d i n ga f f i n i t yo fm i p a n df e w i n v e s t i g a t i o n so ft h em e c h a n i s md u r i n g e x t r a c t i o no fm i pw e r er e p o r t e d i nt h i sp a p e r t os o l v et h el o wb i n d i n ga f f i n i t yo f m i pi n a q u e o u ss a m p l e t h em e t h o do fm o l e c u l a r l yi m p r i n t e dm a g n e t i cb e a d s m i m b s s o i l dl i q u i dm i c r o e x t r a c t i o n s l m e w a sp r o p o s e d ar a c t o p a m i n e m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e rw a sp r e p a r e d i t sp r o p e r t i e sa n de x t r a c t i o nm e c h a n i s m w e r ei n v e s t i g a t e d t h em a i nc o n t e n t sw e r ea sf o l l o w s 1 g e n e r a lp r i n c i p l e m e t h o do fp r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i co fm i pw e r e r e v i e w e d t h ea 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 ri ns a m p l ep r e t r e a t m e n t w a ss u m m a r i z e d 2 as a m p l ep r e p a r a t i o nm e t h o do fa t r a z i n e m i m b s s l m ew a s p r o p o s e d i no r d e r t oi n c r e a s e b i n d i n ga f f i n i t y o fm i m b si n a q u e o u ss a m p l e s t h ee x t r a c t i o n p e r f o r m a n c ea n da p p l i c a t i o no fa t r a z i n e m i m b s s l m ew e r ei n v e s t i g a t e d r e s u l t s i n d i c a t e dt h a tc o m p a r e dw i t hm i m b se x t r a c t i o ni n p u r ew a t e r t h es e l e c t i v i t y c o e f f i c i e n to f7t r i a z i n e su s i n gm i m b s s l m ew a s8 8t i m e sh i g h e r a n dt h eb i n d i n g c a p a c i t yw a s6 7t i m e sh i g h e r s c a t c h a r da n a l y s i sc o n f i r m e dt h a ts a t u r a t e da d s o r p t i o n c a p a c i t yn ta n da v e r a g ea f f i n i t yk 0o ft h em i m b s s l m ew e r em u c hh i g h e rt h a nt h a t o fm i m b se x t r a c t i o ni n p u r ew a t e r t h er e s u l t si l l u s t r a t e dt h a ts p e c i f i c i t yo ft h e m i m b sw a sp r o t e c t e db yt h es u r r o u n d i n go r g a n i cp h a s ew h i l ee x p o s e dt ot h ea q u e o u s n l e n v i r o n m e n ti nm i m b s s l m e t h em e t h o do ft h em i m b s s l m ec o u p l e dw i t hh i g h 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 h p l c w a se s t a b l i s h e dw i t h l i n e a rr a n g e b e t w e e n1 0 4 0 0p g l d e t e c t i o nl i m i t0 6 2 5 p g l a n dr s d6 1 9 4 t h e p r o p o s e dm e t h o dw a sa p p l i e dt oe n r i c h m e n to ft r i a z i n e si np e a l r i v e rw a t e r t o m a t o m i l kea n d s t r a w b e r r yj u i c r e c o v e r i e sw e r e8 0 3 一12 0 2 t h em e t h o d e f f e c t i v e l y o v e r c o m e st h es h o r t c o m i n g so fm i pw h i c hh a d l o wb i n d i n ga f f i n i t yi na q u e o u s s y s t e m s c o u l db ea p p l i e dt ot h et r a c ea n a l y s i so ft r i a z i n e si nc o m p l i c a t e da q u e o u s s a m p l e s 3 t h e r a c t o p a m i n em o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e rp r e p a r e d w i t h b u l k p o l y m e r i z a t i o nw a si n v e s t i g a t e d t h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c e x t r a c t i o np e r f o r m a n c e p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t y o ft h e r a c t o p a m i n em i pw e r er e s e a r c h e d a n d i t s a p p l i c a t i o nt o4 院 s t i m u l a n i ni nm e a tw a si n v e s t i g a n t e d r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e r a c t o p a m i n em i pw a so fg o o ds t a b i l i t yw i t hl o o s ea n dp o r o u ss t r u c t u r eo nt h es u r f a c e t h ee x t r a c t i o np e r f o r m a n c ew a sb e s ti na c e t o n i t r i l e w i t has e l e c t i v i t yc o e f f i c i e n t4 4 a n dt h ee x t r a c t i o nc a p a c i t yw a s5 12l a g g s e l e c t i v i t yr e s e a r c hi n d i c a t e dt h a t r a c t o p a m i n em i ph a dah i g h e rb i n d i n ga f f i n i t yt o w a r d sr a c t o p a m i n et h a ni s o x s u p r i n e f e n o t e r o l c l e n t u r o la n dp m e t h y l p h e n 0 1 t h es t u d i e so fb i n d i n gi s o t h e r ma n dd y n a m i c p r o p e r t i e s c o n f i r m e dt h a tm o l e c u l e r e c o g n i z a t i o n o fr a c t o p a m i n em i pw a s e n d o t h e r m i ca n dc h e m i s o r p t i o n a n dt h ei n c r e a s e m e n to ft e m p e r a t u r ew i l lb eb e n i f i t f o ra d s o r p t i o n p a r a m e t e r so fd i f f e r e n t a b s o r p t i o ni s o t h e r mw e r es t u d i e d t h e p r o p o s e dm e t h o dw a sa p p l i e dt ot h ea n a l y s i so f1 3 2 s t i m u l a n ti nm e a t r e c o v e r i e sw e r e 8 5 9 一11 3 6 r s d 2 5 一8 8 r a c t o p a m i n em i ph a dap r o t e n t i a li nt h ea n a l y s i s o ft r a c e1 3 2 s t i m u l a n t k e yw o r d s 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 m b s s l m e t r i a z i n e s 1 3 2 一s t i m u l a n t 英文缩写对照 分子印迹聚合物类 m i p 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 分子印迹聚合物 n i p n o n i m p r i n t e dp o l y m e r 非印迹聚合物 m i m m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dm e m b r a n e 分子印迹膜 m i m b s m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dm a g n e t i cb e a d s 分子印迹磁性微球 n i m b s n o n i m p r i n t e dm a g n a t i cb e a d s 非印迹磁性微球 制备分子印迹聚合物的试剂类 t r i m t r i m e t h y l o lp r o p a n et r i m e t h a c 呵l a t e 三甲基丙烯酸酯 e d g m a 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 乙 醇二甲基丙烯酸酯 a i b n a z o b i s i s o b u t y r o n i t r i l e 偶氮二异丁腈 m a a m e t h a c r y l i ca c i d 甲基丙烯酸 样品前处理方法类 s p e s o l i d p h a s ee x t r a c t i o n 固相萃取 m i s p e s p m e m i s p m 匠 s b s e s l m e m i m b s s l m e a s e 分析方法 h p l c r s d d l 吸附模型类 l i b i l i f i l f i m o l e c u l a r l yi m p r i n t e d s o l i d p h a s ee x t r a c t i o n 分子印迹固相萃取 s o l i d p h a s em i c r o e x t r a c t i o n 固相微萃取 m o l e c u l a r l yi m p r i n t e d s o li d p h a s em i r o e x t r a c t i o n 分子印迹固相 微萃取1 s t i r b a rs p o r t i v ee x t r a c t i o n 搅拌棒吸附萃取 s o l i dl i q u i dm i c r o e x t r a c t i o n 固液微萃取 m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dm a g n e t i cb e a d ss o l i dl i q u i dm i c r o e x t r a c t i o n 分子印迹磁性微球固液微萃取 a 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 加速溶剂萃取法 h i g hp 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 高 效液相色谱 r e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n 相对标准偏差 d e t e c t i o nl i m i t 检出限 l a n g m u i ri s o t h e r m l a n g r n u i r 模型 b i l a n g m u i ri s o t h e r m b i l a n g m u i r 模型 f r e u n d l i c hi s o t h e r m f r e u n d l i c h 吸附模型 l a n g m u i r f r e u n d l c hi s o t h e r m l a n g m u i r f r e u n d l i c h 吸附模型 9 4 原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在 导师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果 除 文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确 方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人 承担 学位论文作者签名 铡槔锛 日期 砷年6 月i 日 知识产权保护声明 本人郑重声明 我所提交答辩的学位论文 是本 人在导师指导下完成的成果 该成果属于中山大学化 学与化学工程学院 受国家知识产权法保护 在学期 间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专利 均 需由导师作为通讯联系人 未经导师的书面许可 本 人不得以任何方式 以任何其它单位作全部和局部署 名公布学位论文成果 本人完全意识到本声明的法律 责任由本人承担 学位论文作者签名 凼畸铭 日期 埘年毛月i o 日 8 8 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留 使用学位论文的 规定 即 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或 其指定机构送交论文的电子版和纸质版 有权将学位论 文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图 书馆 院系资料室被查阅 有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索 可以采用复印 缩印或其他方法 保存学位论文 学位论文作者签名 刘瑞砗 e l 期 埘年6 月it 日 导师签名 一 湘鼋镑 醐卅p 叩 中山大学硕士学位论文 分子印迹聚合物在三嗪及d 2 兴奋剂分析中的应用 第1 章绪论 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 是一种对目标分子具有 特异选择性识别能力的高分子功能材料 在上个世纪4 0 年代 著名诺贝尔奖获 得者p a u l i n g t i 就提出了以抗原为模板来合成抗体的理论 为分子印迹的发展奠定 了最初的理论基础 1 9 4 9 年 d i k c y 等 2 j 制备了硅胶吸附剂 首次提出了分子印 迹专一性吸附的概念 但是直到1 9 7 2 年有 u l f r 研究组 3 首次报道了人工合成 m i p 后才被人们广泛关注 19 9 3 年瑞典科学家m o s b a c h 等 4 在 n a t u r e 上发表 了有关茶碱的m i p 的研究 之后国内外众多研究小组也加入到了m i p 的研究之 中 1 9 9 7 年 国际性分子印迹协会 s o c i e t yf o rm o l e c u l a ri m p r i n t i n g s m i 在瑞典 成立 m a t s u n a g a t 5 j 认为 分子印迹材料因其几乎不引起环境问题而有望成为2 l 世纪最有前途的分离材料 m i p 高选择性识别的特点 结合传统的固相萃取 固 相微萃取等技术 能够高效地从复杂样品中分离富集目标物 提高分析方法的选 择性和富集能力 适用于复杂样品痕量分析的样品前处理 1 1 分子印迹技术的原理 分子印迹技术 是一种合成对模板分子具有高选择性 高特异性识别能力的 高分子功能材料的技术 分子印迹技术的实现如图1 1 所示 主要通过以下几个 步骤 1 具有功能基团的功能单体在适当的介质中 通过和模板分子间的相互作 用聚集在模板分子周围 形成单体 模板分子复合物 2 功能单体与过量的交联剂在致孔剂的存在下形成聚合物 使功能单体的 功能基团固定于特定的空间取向 3 通过物理或化学的方法去除模板分子 在聚合物中留下与模板分子结构 相似的三维空穴以及和模板分子互补的识别位点 它对模板分子表现出特异的选 择性 m i p 中的空穴结构和功能单体的种类由模板分子的结构与性质决定 不同的 模板分子制备的m i p 具有不同的结构与性质 即一种m i p 只能与一种分子结合 类似于 锁 和 钥匙 的结合形式 第1 章绪论 囱囱囱 功能单体 自组装 洗脱模板分子 图1 1 m i p 合成原理示意图 交联剂 引发剂 聚合 目前 根据模板分子与功能单体官能团之间作用形式不同 分子印迹技术主 要共价法和非共价法两种 共价法也称预组织法 主要由w u l f f 研究小组1 6 7 1 提出 在此法中 模板分子与单体以可逆的共价键相互联接 在交联剂存在下 聚合后 通过化学手段打开共价键除去模板分子得到m i p 共价键印迹法经历了共价键的 形成和断裂 所需的能量较高 操作条件比较苛刻 适用的范围比较狭窄 目前 人们使用的共价键结合作用主要包括形成甘油酸及其衍生物 硼酸酯 席夫碱 缩醛酮 酯和螯合物等 其中最具代表性的是形成硼酸酯 非共价键印迹法又称自组织法或自组装法 主要由m o s b a e h 及其同事1 8 1 等创 立 模板分子与功能单体之间预先自组织排列 以非共价键如静电力 氢键 偶 极力 离子 金属鳌合 电荷转移 疏水作用乃至范德华力等 9 l o 形成多重作用 点 一般通过酸性聚合物单体的羧酸官能团或磺酸官能团与模板分子的氨基 酰 基等形成静电力和氢键 由于这种方式普遍 简单的特点而被广泛的应用于生物 类物质如染料 氨基酸衍生物1 1 多酚 核普酸碱基f 1 2 茶碱1 1 3 二胺1 14 1 维 生烈1 5 的分离中 其分子识别过程更接近于天然的识别系统 另外 也有报道将共价作用与非共价作用结合起来的分子印迹方法 1 9 9 5 年 w h i t c o m b e 等1 1 6 1 人利用胆固醇为模板分子 与聚合物单体以共价键作用 洗 脱时发生水解反应去除模板分子 得到m i p 这种聚合物在后来的分离过程中则 是以非共价键的方式与模板分子再结合 因此 既具有共价法亲和专一性强的优 中山大学硕士学位论文 分子印迹聚合物在三嗪及p 2 兴奋剂分析中的应用 点 又具有非共价法操作条件温和的优点 与共价法相比 非共价法因制备简单 功能单体和模板分子选择范围宽 分 子识别过程更接近于天然识别系统如 抗体 抗原 和 底物 酶 等优点 成为制备 m i p 最主要的形式 1 2 分子印迹聚合物的制备 1 2 1 分子印迹聚合物的制备条件 在m i p 的制备过程中 影响聚合物形态 性能及重现性的因素主要包括模 板分子 功能单体 交联剂 聚合溶剂 聚合时间和温度及模板分子 功能单体 交联剂比例 以下将对该几项因素对聚合物的影响进行介绍 1 2 1 1 模板分子 模板分子的结构和化学性质决定了功能单体和聚合方法 在对某类物质的分 析方法中 一般选择被分析物作为模板分子 在印迹过程中 模板分子与功能单 体通过氢键等非共价作用形成稳定的复合物 因此选择模板分子时 首先要求模 板分子具有能与功能单体发生非共价作用的功能基团 其次 在分析某类物质时 应根据化合物的结构选择空间位阻较小 易与功能单体结合的化合物作为模板分 子 目前 较多用于制备m i p 的模板分子主要有糖类及其衍生物 氨基酸及其 衍生物 核酸及其衍生物 生物碱 维生素 蛋白质 抗原 羧酸 神经递质 杀虫剂 除草剂 染料及药物等 1 2 1 2 功能单体 根据模板分子的性质及单体与模板分子作用力的大小预测 选择功能单体 时 单体必须能与模板分子形成共价键 氢键 静电作用或疏水作用等 同时还 要考虑单体是否会抑制或延滞聚合反应 印迹识别过程中模板分子的稳定性等 埘 常用的共价型单体主要包括含乙烯基的硼酸或二醇以及硼酸酯 常用的非共 价型单体主要有羧酸类 如甲基丙烯酸 三氟甲基丙烯酸 乙烯基苯甲酸 磺酸 类 如二丙烯酰胺 2 甲基 1 丙磺酸 杂环弱碱 如乙烯基吡啶 乙烯基咪唑等 第1 章绪论 1 2 1 3 交联剂 交联剂的类型及用量直接影响m i p 可交联的功能单体的数目和交联度 为 保证聚合物特定空间构型的维持和获得高的专一性 制备聚合物时需要控制较高 的交联度 7 0 9 0 由于需要兼顾交联剂和功能单体在预组装溶液中的溶解 性 故交联剂的种类受到限制 至今 己有几种交联剂获得广泛应用 二乙烯基 苯首先被用于苯乙烯的交联中 后来有人发现用丙烯酸和甲基丙烯酸体系 采用 e p 基丙烯酸酯 t r i m e t h y l o lp r o p a n et r i m e t h a c r y l a t e t r i m 为交联剂能够制备更 高专一识别性的m i p 按照所含乙烯基的数目 交联剂分成二元交联剂 图1 2 中1 6 三元交联剂 图1 2 中7 9 及四元交联剂 图l 2 中1 0 其中 二元交联 剂乙二醇二甲基丙烯酸酯 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 g m a 应用广泛 h 筘 一 弋如爷 令o 啦陟飞 6邺筏 图1 2 m i p 制备中常用交联剂结构示意图 1 7 醇二甲基丙烯酸酯 2 n n 一亚甲基二丙烯酰胺 3 n n l 4 苯基双丙烯酰胺 4 二乙 烯基苯 5 3 5 丙烯酰胺基苯甲酸 6 2 丙烯酰胺基 3 苯基丙烷丙烯酸酯 7 三羟甲基丙烷 三丙烯酸酯 8 三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯 9 季戊四醇三丙烯酸酯 1 0 季戊四醇四丙烯 酸酯 1 2 1 4 聚合溶剂 致孔剂 聚合溶剂在m i p 制备过程作为溶解模板分子的溶剂 同时还作为致孔剂 在聚合时影响非共价键结合的程度 影响聚合物的形态和结构 1 8 由于极性溶剂消弱或破坏模板分子与单体间的非共价相互作用 聚合溶剂常 4 巾山大学硕士学位论文分子印迹聚合物在三嗪及p 2 兴奋剂分析中的应用 选择低介电常数的溶剂 如甲苯 二氯乙烷 氯仿等 同时 聚合物的形态也受 聚合溶剂影响 溶剂使聚合物产生溶胀现象 从而导致结合部位三维结构的变化 降低聚合物的选择性结合能力 因此m i p 识别时所用溶剂最好与聚合溶剂一致 以避免溶胀现象 1 2 1 5 聚合温度和引发剂 m i p 大多是通过自由基引发制备 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 0 s h a n n e s s y 等i 坶 研 究表明 引发剂的引发方式有高温热引发和低温光引发两种形式 低温光引发因 具有能稳定模板分子同单体形成的复合物 可印迹热不稳定化合物及能够改变聚 合物的物理性能以获得更好的选择性等特点 应用更为广泛 一般来说 低温下 单体与印迹分子更能形成有序和稳定的化合物 且有较高的选择性 m i l o k o v i c 等 2 0 采用了丫射线来引发聚合反应 对所得m i p 的热稳定性及孔结构进行了系 统的表征 发现这种聚合物热稳定性及表面性能都较差 实验条件还需进一步完 善 1 2 1 6 模板分子 功能单体 交联剂比例 制备m i p 时 模板分子 功能单体及交联剂的比例对聚合物的形态 识别 性能影响较大 对模板分子和功能单体比例来说 功能单体的比例增加 模板分 子与功能单体的预组装更充分 但功能单体过量会导致由未组装的功能单体残基 产生的非选择性结合位点增加 同时容易引起功能单体本身的缔合 导致非特异 性结合位点的增加 从而降低选择性 模板分子 功能单体比例应用较多为1 4 或l 8 摩尔比 2 功能单体与交联剂比例与交联剂类型有关 对于e d g m a 等 二元交联剂 为保证交联度以维持m i p 的刚性结构 功能单体 交联剂的比例一 般为l 5 对于t r i m 等三元交联剂 研究表明最佳功能单体 交联剂摩尔比为 1 11 2 2 2 3 1 1 2 2 分子印迹聚合物的制备方式 制备不同形态的m i p 的方法多种多样 应用最为广泛的制备方法是本体聚 第1 章绪论 合法 得到块状聚合物 但本体聚合法存在m i p 利用效率低 模板分子去除困 难等缺陷 在此基础上 原位聚合法制备的高效液相色谱 h i g hp e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h y h p l c 整体柱省去了m i p 研磨装填步骤 提高了m i p 利用效率 球形m i p 因形状均匀逐渐成为m i p 的主要形式 制备球形m i p 的方法有悬浮聚 合法 乳液聚合法 沉淀聚合法 表面聚合法等 此外还有用于制备膜状m i p 的表面印迹技术 以下将依次介绍这些m i p 制备方法 1 2 2 1 本体聚合法 溶液本体聚合是制备m i p 的传统方法 一般是将模板分子 功能单体等物 质溶于溶剂中 然后依次加入交联剂 引发剂 混合均匀后在一定条件下引发反 应 得到块体聚合物 块体m i p 经粉碎 筛分得到适当大小的m i p 最后洗脱 除去模板分子 2 帕刚 这种方法所需装置非常简单 过程条件易于控制 普适性强 仍是制备m i p 的主要方法之一 但该方法后处理过程较繁琐且有以下几个缺点 在研磨粉碎过程中会不可避免地产生一些不规则粒子和相当大量的过细粒子 从 而使产量减少 识别位点在聚合过程中被包埋在聚合物内 利用率较低因而影响 m i p 的吸附量 大规模生产有困难 模板分子除去较困难 调节m i p 的其它性 能较难 因此 本体聚合法制备的m i p 的应用范围受到限制 1 2 2 2 原位聚合法 原位聚合是将功能单体 交联剂 引发剂和模板分子的混合物溶液直接装入 h p l c 柱内 或者滴加在传感器的电极表面 真空密封后在一定条件下聚合 然 后再除去模板分子 原位聚合法的特点是可直接制备一定形状的m i p 省去了研 磨 填充的繁琐步骤 提高了聚合物的利用率 但为保证聚合物的通透性 对致 孔剂有一定的要求 m a t s u i 等 2 7 首先将原位聚合法f 2 3 引入分子印迹技术中 制 备了连续棒状m i p 色谱柱 通过色谱保留值证明了这种聚合物对模板分子具有 选择性 r a p h a e l 等 2 9 以氯霉素为模板分子 原位聚合法直接制备分子印迹色谱 柱 但这种方法制备的棒状m i p 对于小分子物质印迹的柱效率低 在h p l c 中 的使用寿命较短 3 0 j 6 中山大学硕士学位论文分子印迹聚合物在三嗪及d 2 兴奋剂分析中的应用 1 2 2 3 悬浮聚合法 悬浮聚合法是制备球形m i p 最简便 最常用的方法之一 它是将聚合所用 单体溶于有机溶剂 在溶有稳定剂的水或其它强极性溶剂中高速搅拌形成悬浊 液 加入引发剂后 引发聚合 从而获得球形的聚合物 球形m i p 的粒径可以 通过调节水相 有机相的体积比以及搅拌速度进行控制 但悬浮聚合法得到的球 形m i p 粒径较大 由于悬浮聚合常用的分散剂水或极性较强的化合物的存在容 易破坏功能单体和模板分子的的结合位点 使其结合能力减弱 m o s b a c h 等 3 l 提出了使用全氟烃分散剂悬浮聚合制备球形m i p 避免了用水作分散剂时对m i p 性能产生的干扰 但全氟烃分散剂价格昂贵 h e n r i k 掣3 2 j 改用液体石蜡作为分 散剂 无需稳定剂和表面活性剂 合成了粒径为2 5 5 0l a m 的球形m i p w a n g 等 3 3 1 利用硅油作为分散相合成了对2 4 二氯苯氧基乙酸具有高选择性吸附的球 形m i p 避免了使用液体石蜡作为分散剂时需采用的特殊高速搅拌 8 0 0 0r p m 带 来的不便 1 2 2 4 乳液聚合法 乳液聚合法是另一种球形m i p 的制备方法 首先将模板分子 功能单体 交联剂溶于有机溶剂中 然后将此溶液转入水中 加入一定量的表面活性剂搅拌 乳化 然后加入引发剂 交联聚合就可得到粒径5 0 5 0 0n n l 较为均一的球形m i p 该聚合法得到的m i p 粒径小 比表面积大 吸附能力强 常用于金属离子m i p 的制备1 3 4 1 但小粒径也限制了它在色谱填料方面的应用 u e z u 等 3 5 1 以带有两个 长链烷基为疏水端的二烯基磷酸为反应性主体表面活性剂 以二乙烯苯为交联剂 制备z n 2 球形m i p 粒度可控制在1 0 1 0 0n m 在工业上有一定应用价值 1 2 2 5 沉淀聚合法 沉淀聚合法为合成亚微米级的球形m i p 提供了一种相对简单的途径 该方 法和本体聚合相似 只是印迹时加入较大量的溶剂 省去了研磨 过筛步骤 m i p 产量高 效果好 沉淀聚合法不需在反应体系中加入表面活性剂和任何稳定 剂 因此制备的聚合物微球表面洁净 可避免稳定剂或表面活性剂对模板分子的 非特异性吸附 但沉淀聚合法对溶剂的粘性要求高 只有在粘性较小的溶剂中才 7 第1 章络论 能实现理想的粒径分布 该方法首先由y c 等 3 63 7 报道 在原有的印迹技术基础 之上 聚合物对模板分子的选择性很好 此后该方法得到广泛的应用 w a n g 等 例则通过采用特殊的溶剂组成和特殊的搅拌方式制备出适用于色谱固定相和固 相萃取的微米级的茶碱印迹球形m i p 进一步拓展了沉淀聚合法的应用范围 后 来p u o c i 等 3 9 4 0 1 也采用类似的方法以柳氮磺吡啶 尼古丁为模板分子制备了球形 m i p 提出聚合机理分为两个步骤 球形m i p 的成核和增长 反应和普通的溶液 聚合相似 1 2 2 6 表面聚合法 表面聚合法又分为表面乳液聚合法和基于硅胶表面修饰的聚合法 是制备球 形m i p 的新方法 1 9 9 9 年 g o t o 等 4 l 首先将表面乳液聚合法用于分子印迹技术中 该方法首 先将含有印迹分子 或离子 的水相w 1 与含有交联剂 乳化剂 功能单体的油 相 o 混合 经过超声处理形成w i o 乳液 再将该乳液分散在外部水相 w 2 q a 形成w i o w 2 复合乳液 然后加入引发剂引发聚合 即可得到粒径可控制在 1 0 1 0 0 l m 的球形m i p 功能单体与印迹分子在乳液界面处形成复合物 加入交 联剂聚合后 这种复合物结构就印在了聚合物的表面 m i p 与模板分子结合的速 度比较快 4 2 1 基于硅胶表面修饰的分子印迹技术最大的优点是可以利用粒子的机械稳定 性 并且可以通过对粒子本身性能的调节来适应应用的需要 且可减少印迹分子 的 包埋 j 现象 s u l i t s k y 等 4 3 将偶氮引发剂先接枝在硅胶表面 但单点连接的偶 氮引发剂所产生的一部分未连接于载体上的自由基会在溶液中引发聚合反应造 成凝胶化 r u k e r t 等 删首次使用了在引发转移终止剂修饰的大孔硅胶表面接枝聚 合物层的方法制备了表面球形m i p 并将其作为高效液相色谱的填料分离d l 苯丙氨酞苯胺 取得了较好的效果 1 3 分子印迹聚合物的表征 m i p 性质的表征到目前还没有一个统一的理论描述 主要是因为从分子水平 表征m i p 内部的特异性结构难以实现 但对其进行一定程度的表征还是可行的 3 中山大学硕士学位论文分子印迹聚合物在三嗪及p 2 一兴奋剂分析中的应用 m i p 的表征一般可分为形貌表征 化学表征及分子识别行为表征 m i p 表征的主 要手段和可得到的相应信息如表1 1 所示 以下将依次介绍m i p 具体的表征方法 表1 1 m i p 的表征技术及可得到的相应信息 1 3 1 形貌表征 对于m i p 的形貌表征 基本上延用对固体聚合物的传统表征方法 如通过吸 附实验测定比表面积 孔容量 孔径大小及其分布 孔形状等 研究多孔m i p 的形貌的方法有以下几种 4 卯 1 溶剂承载量 具有疏松微孔结构的m i p 即使在干燥状态也能保持永久多孔性 因此溶剂 能进入其孔洞中 通过测量m i p 承载的溶剂量可以粗略的估计m i p 的孔容 2 氮气吸附 氮气吸附实验是指在固定的压力下 将一定质量的干燥聚合物暴露到气体中 9 第1 章绪论 通常情况下为氮气 然后将不同压力下吸附的气体量作为压力的函数 并由此 得到吸附 脱附等温线 根据b e t 理论及相关的数学模型 就可以得到关于化合 物特殊的表面积 m 2 g 孔容积 m e l 平均孔直径和孔大小分布的数据 这种 方法在分析中孔和小孔聚合物材料时实用性更强 3 显微镜 显微镜可用以直接观察在不同范围粒径内的m i p 表观形貌 普通的光学显 微镜能够观察m i p 外部结构是否完整 粗略测定m i p 粒径的大小 厚度等 电 子显微镜的分辨本领仍远远优于光学显微镜 透射式电子显微镜常用于观察那些 用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构 扫描式电子显微镜主要用于观察固体 表面的形貌 因此 在m i p 的形貌表征中 经常采用电子显微镜表征其表面结 构特征 1 3 2 化学表征 1 红外分析 通过将m i p 制成溴化钾压片 进入红外光谱仪分析即可得到m i p 的红外光 谱 当m i p 中的化学微环境能够产生易于分辨的信号时 即可通过解谱判断m i p 的成分 红外光谱也可以探测