三唑磷磁性印跡固相萃取材料制備及其應(yīng)用

謝成根，祝鵬程，朱俊飛，李淮芬

（1.皖西學(xué)院材料與化工學(xué)院，安徽 六安237012；2.仿生傳感與檢測(cè)技術(shù)省級(jí)實(shí)驗(yàn)室，安徽 六安237012）

分子印跡聚合物是一種對(duì)目標(biāo)分子具有特異選擇性和識(shí)別能力的高分子功能材料，在色譜分離、仿生傳感器、固相萃取等許多領(lǐng)域都具有良好的應(yīng)用前景［1-3］。與傳統(tǒng)分子印跡聚合物材料相比，高比表面積的納米結(jié)構(gòu)印跡材料由于其對(duì)目標(biāo)分子具有高選擇性、高結(jié)合容量、快結(jié)合動(dòng)力學(xué)等優(yōu)點(diǎn)而引起人們高度關(guān)注［4-5］。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，分離或收集納米結(jié)構(gòu)印跡材料需要經(jīng)過反復(fù)離心處理，過程繁瑣，分離耗時(shí)長(zhǎng)，損失量大，回收難、損失大成為困擾納米結(jié)構(gòu)分子印跡在實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)主要難題。相比較離心或過濾分離技術(shù)，磁分離技術(shù)過程更易、效率更高，因此，探索在功能化磁性納米粒子開展表面分子印跡技術(shù)的研究，制備擁有高磁性功能和分子識(shí)別功能的磁性印跡復(fù)合納米材料有望克服納米印跡材料難分離、易損失缺點(diǎn)［6-7］。本文通過表面分子印跡技術(shù)，在丙烯?；δ芑拇判訤e3O4粒子表面制備三唑磷磁性分子印跡聚合物，該磁性印跡聚合物作為固相萃取劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分子的高選擇性分離和富集。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

GC-2010氣相色譜儀（日本島津）；TU-1901紫外可見分光光度計(jì)（北京普析）；Nexus-670FT-IR（美國尼高力）；JSM-6700F掃描電子顯微鏡（日本電子公司）；3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（MPS）、丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、三唑磷（Sigma公司）、偶氮二異丁腈（AIBN）、甲醇、乙醇、乙腈、乙酸等除特別說明外，均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

1.2 磁性Fe3O4粒子的制備及改性

在250mL的三頸燒瓶中，F(xiàn)eCl2·4H2O（0.01 mol）和 FeCl3·6H2O（0.02mol）完全溶解到100 mL蒸餾水中，通氮?dú)獬?5min后，升高溫度到80℃，在劇烈攪拌（800rpm）并保持氮?dú)夥諚l件下，逐滴滴入15mL氨水（25%），反應(yīng)1h后，黑色懸浮液在磁場(chǎng)作用下分離，所得的Fe3O4以蒸餾水及無水乙醇洗滌數(shù)次，真空干燥24h。進(jìn)一步利用硅烷化反應(yīng)將MPS分子接枝到Fe3O4粒子表面，形成含有丙烯酰基功能化的 MPS-Fe3O4粒子［9］。具體步驟為：將0.1g Fe3O4納米粒子分散到20mL無水甲苯中，加入1mL MPS于上述混合溶液，超聲分散15min，在惰性氣氛下回流24h，所得 MPSFe3O4粒子磁場(chǎng)分離，用乙醇、乙腈洗滌，真空干燥24h。

1.3 三唑磷磁性印跡聚合物（Fe3O4/MIP）的制備

20mg MPS-Fe3O4粒子超聲分散到50mL乙腈中，將三唑磷 （0.1mmol）、功能單體丙烯酰胺（0.4 mmol）、交聯(lián)劑EGDMA （1.6mmol）和引發(fā)劑AIBN（15mg）分散到上述混合溶液中，通氮除氧20 min后密封，置于一恒溫氣浴搖床中，控制轉(zhuǎn)速為300rpm，保持反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)24h后，用磁鐵收集印跡聚合物并用10%冰醋酸反復(fù)洗滌聚合物至上清液中檢測(cè)不到三唑磷分子，再以蒸餾水、甲醇、丙酮反復(fù)洗滌印跡聚合物后，真空干燥24h即得到磁性印跡聚合物。磁性非印跡聚合物合成除了不加三唑磷分子外，其他方法相同。

1.4 分子印跡固相萃取

稱取0.3g三唑磷磁性印跡/非印跡聚合物，超聲分散于1.0mL 0.1%的PVA溶液中，將此分散液慢慢滴入固相萃取柱中后（兩端用玻璃棉封堵），置于50℃鼓風(fēng)干燥烘箱中烘烤2h即制得分子印跡固相萃取柱。使用時(shí)首先利用蠕動(dòng)泵泵入甲醇、蒸餾水反復(fù)清洗固相萃取柱后，以1.0mL/min流速將一定量的樣品溶液循環(huán)泵入固相萃取柱50min，以保證樣品中三唑磷分子被印跡材料吸附，進(jìn)一步泵入蒸餾水淋洗固相萃取柱5min，以除去在上樣過程中非選擇性吸附物質(zhì)的干擾，最后使用10mL的15%醋酸/醋酸鈉（pH 4.0）-甲醇洗脫被萃取柱保留的模板分子，收集含有三唑磷的洗脫液。

1.5 氣相色譜分析條件

實(shí)驗(yàn)中所有的氣相色譜測(cè)定的條件相同，色譜條件為：進(jìn)樣口溫度270℃，柱溫為150℃，F(xiàn)PD檢測(cè)器溫度為270℃，按程序升溫在150℃保留2.0 min，200℃保留1.5min，最后在250℃保留4.0 min，其中H2流量為100mL/min，空氣流量為110 mL/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 三唑磷磁性印跡聚合物制備

圖1（a）表示修飾MPS前后紅外光譜，顯然修飾前在3 500cm-1附近有寬的紅外吸收帶，表明Fe3O4粒子表面含有大量的羥基，這有利于與MPS發(fā)生硅烷化反應(yīng)。修飾 MPS后，在1 718cm-1、2 928cm-1和2 865cm-1出現(xiàn)清晰的紅外吸收峰，可能分別對(duì)應(yīng)MPS分子特征基團(tuán)丙烯?；虲H2的紅外吸收峰，這表明通過硅烷化反應(yīng)已將MPS分子接枝到Fe3O4粒子表面，形成含有丙烯?；δ芑腗PS-Fe3O4粒子。進(jìn)一步利用表面功能單體誘導(dǎo)技術(shù)在MPSFe3O4表面印跡三唑磷分子，由圖1（b）所示，印跡聚合物完全包裹Fe3O4粒子，形成磁性印跡復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)也表明，制備的印跡聚合為淡紅褐色懸濁液（圖b插圖（1）），當(dāng)在外磁場(chǎng)的作用下印跡聚合物迅速吸附沉降，具有很好的磁敏感性（圖b插圖（2））。

2.2 磁性印跡材料固相萃取三唑磷

圖1 （a）Fe3O4接枝MPS前后紅外光譜（插圖Fe3O4接枝MPS原理示意圖）；（b）磁性印跡聚合物的SEM（插圖為磁性印跡材料磁分離）

圖2 固相萃取1.0×10-5 mol/L三唑磷溶液紫外吸收光譜變化曲線

圖2表示1.0×10-5mol/L三唑磷水溶液循環(huán)泵入固相萃取柱（0.3g Fe3O4/MIP）過程中，溶液紫外吸收光譜隨固相萃取時(shí)間變化關(guān)系。顯然，隨著吸附時(shí)間增加，三唑磷溶液的紫外吸收峰顯著減弱，當(dāng)吸附時(shí)間大于50min，其紫外光譜趨于穩(wěn)定，表明三唑磷固相萃取柱吸附三唑磷已得到飽和，此時(shí)固相吸附率為82%。同樣方法討論磁性非印跡材料的固相萃取率僅為8%，顯然合成的三唑磷磁性印跡復(fù)合材料能選擇性吸附目標(biāo)分子，可以作為固相萃取吸附劑富集目標(biāo)分子。試驗(yàn)中也討論利用甲醇和乙醇為上樣溶劑，結(jié)果表明其固相萃取吸附率分別為55%和61%，因此本實(shí)驗(yàn)選取水作為上樣溶劑及淋洗液，上樣時(shí)間控制為50min。

2.3 三唑磷固相萃取柱的洗脫

固相萃取柱按上述條件吸附一定量的三唑磷分子后，通過蠕動(dòng)泵將10mL蒸餾水和15%醋酸/醋酸鈉（pH 4.0）-甲醇溶液循環(huán)泵入固相萃取柱，分別記錄洗脫液的紫外光譜變化。如圖3所示，當(dāng)15%的醋酸/醋酸鈉（pH 4.0）-甲醇作為洗脫液，其紫外吸收峰隨洗脫時(shí)間增加而顯著增大，當(dāng)洗脫時(shí)間超過30 min，紫外吸收峰趨于穩(wěn)定，表明固相萃取柱中吸附的三唑磷分子已完全洗脫到洗脫液中。圖3插圖表示蒸餾水洗脫固相萃取柱的紫外光譜變化，在238 nm處僅有微弱的吸收峰，且隨著時(shí)間的變化其峰值幾乎不變，這說明蒸餾水洗脫固相色譜柱時(shí)，僅能洗脫結(jié)合力弱的非選擇性吸附分子，不能洗脫結(jié)合力大的選擇性吸附分子。因此試驗(yàn)中三唑磷在固相萃取柱吸附后，可以通過泵入蒸餾水來去除非選擇吸附分子，以提高分析的選擇性。

圖3 10mL 15%醋酸/醋酸鈉（pH 4.0）-甲醇溶液循環(huán)洗脫固相萃取柱的紫外光譜變化

圖4 （a）1.0×10-6 mol/L毒死蜱和三唑磷的混合液色譜圖；（b）Fe3O4/MIP柱上的洗脫液色譜圖

2.4 固相萃取氣相色譜分析

在上述優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，濃度為1.0×10-6mol/L毒死蜱和三唑磷的混合液泵入固相萃取柱，以蒸餾水為淋洗液，pH 4.0醋酸/醋酸鈉-甲醇溶液為洗脫液進(jìn)行固相萃取，洗脫液用氣相色譜分析，色譜圖如圖4所示。顯然，1.0×10-6mol/L三唑磷和毒死蜱混合液經(jīng)過固相萃取后，混合液中三唑磷在固相萃取柱得到有效的分離和富集，三唑磷富集約40倍，毒死蜱對(duì)三唑磷分離因數(shù)SCPF/TAP低達(dá)10-4。

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