2，4－二氯苯氧乙酸磁性印跡聚合物的制備與吸附性能*

徐 莉，徐小艷，許志鋒，黃健文

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東廣州510642;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州510642;3.衡陽師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)系，湖南衡陽421008)

分子印跡是一種制備對特定的模板分子具有專一識別性能聚合物的技術(shù)，分子印跡聚合物 (molecularly imprinted polymer，MIP)有可預(yù)見的選擇性和高度的穩(wěn)定性，主要應(yīng)用于色譜分離、固相萃取劑、生物傳感器、催化等方面［1－9］。

磁性分子印跡聚合物具有磁性納米粒子的磁學(xué)性能以及MIP的良好分子識別性能，可以在外加磁場作用下實現(xiàn)簡單分離，使MIP的應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步拓展［10－12］。

本文以一種廣泛使用的闊葉雜草除草劑2，4－二氯苯氧乙酸 (2，4－D)為模板分子，以Fe3O4為磁性粒子，采用油酸包覆的方法，在Fe3O4表面涂上分子印跡聚合物層，從而制得對2，4－D具有特異性識別的磁性分子印記聚合物。通過熱重分析儀以及透射電鏡對Mag-MIPs進(jìn)行了表征，采用紫外分光光度法測定了磁性印跡聚合物對模板分子的吸附性能。以Mag-MIPs為固相萃取材料，對模擬水樣中的2，4－D進(jìn)行了分析檢測。

1 實驗藥品

2，4－二氯苯氧乙酸 (2，4－D)，天津市大茂化學(xué)試劑廠;二甲基丙烯酸乙二醇酯 (EGDMA)、油酸，天津大茂試劑廠;MAA，上海凌峰試劑公司;β-CD，上海博奧生物技術(shù)有限公司;偶氮二異丁腈 (AIBN)，天津市福晨化學(xué)試劑廠;聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;FeCl3·6H2O和FeCl2·7H2O，廣州化學(xué)試劑廠;其它試劑均為分析純。

2 實驗方法

2.1 磁性分子印跡聚合物的制備

Fe3O4納米粒子采用共沉淀法制備［10］，磁性分子印跡聚合物的制備參考文獻(xiàn) ［11］的方法。將58.5 mg 2，4－D溶解于15 mL二甲基亞砜中，加入0.68 mL MAA，超聲攪拌30 min。另取一燒杯加入1.1 g Fe3O4、1 mL油酸和3.4 mL EGDMA，超聲攪拌30 min。再將攪拌后的2，4－D溶液加入其中，超聲攪拌30 min，得到預(yù)聚合溶液。

將上述預(yù)聚合溶液倒入250 mL三頸燒瓶中，加入溶有0.2 g PVP的75 mL DMSO/H2O溶液(V(DMSO)∶V(H2O)=9∶1)以及 0.1 g AIBN，60℃水浴恒溫攪拌下反應(yīng)24 h。用磁鐵分離出反應(yīng)產(chǎn)物，并用甲醇洗滌至無油狀液滴，置于60℃真空干燥箱中真空過夜，得黑色粉末狀固體。加入甲醇/乙酸溶液 (V(甲醇)∶V(乙酸)=9∶1)洗脫至紫外檢測無模板分子，得到相應(yīng)的模板聚合物(magnetic imprinted polymers，Mag-MIPs)。不加入模板分子2，4－D，其它步驟與前述步驟相同，制得相應(yīng)的空白聚合物 (magnetic non-imprinted polymers，Mag-NIPs)，其制備示意圖見圖1。

2.2 分子印跡聚合物的表征

采用日本電子公司的TEM－1200EX透射電鏡觀察樣品形態(tài)，日本島津Shimadzu UV－2800紫外分析儀測定樣品對模板分子的吸附性能，日本島津Shimadzu DTG－60熱重分析儀對樣品進(jìn)行熱失重分析。

圖1 磁性分子印跡聚合物的制備示意圖Fig.1 Schematic representation of polymerization of 2，4－D Mag-MIPs

2.3 Mag-MIPs對模板分子的固相萃取性能研究

2.3.1 磁性分子印跡聚合物的吸附性能 分別準(zhǔn)確稱取Mag-MIPs和Mag-NIPs各10 mg，分別置于50 mL離心管中，加入10 mL質(zhì)量濃度為50～400 mg/L的2，4－D甲醇溶液，25℃恒溫震蕩24 h。取出樣品，磁鐵分離出上層清液，用紫外光譜測定其在284 nm處吸光度值A(chǔ)，計算其吸附量。

2.3.2 Mag-MIPs對2，4－D的固相萃取性能 在寧蔭湖 (華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi))取一定量的湖水，進(jìn)行抽濾處理后，置于4℃的冰箱中保存。加入一定量的2，4－D，配得質(zhì)量濃度為50和200 μg/L的模擬水樣。稱取一系列50 mg Mag-MIPs置于錐形瓶中，分別加入250 mL的模擬水樣，震蕩2 h后，用磁鐵吸附Mag-MIPs，除去溶劑，加入2 mL甲醇洗滌2次，震蕩30 min，除去溶劑。加入3mL甲醇/乙酸 (V(甲醇)∶V(乙酸)=9∶1)溶液洗脫2次，收集洗脫液。使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將溶劑蒸除后加入3 mL甲醇溶解。采用高效液相色譜檢測甲醇溶液中2，4－D的含量。色譜條件:色譜柱為Hypersil ODS(250 mm ×4 mm，5 μm);流動相為甲醇/磷酸溶液 (V(甲醇)∶V(φ=0.1%磷酸)=35∶65);流速為1 mL/min;檢測波長為282 nm;進(jìn)樣量為 20 μL。

3 結(jié)果與討論

3.1 磁性分子印跡聚合物的表征

對Fe3O4和Mag-MIPs(圖2)進(jìn)行了透射電鏡表征，從透射電鏡圖可知，Mag-MIPs粒子基本呈現(xiàn)有規(guī)則的球形，粒徑約在10 nm左右。由圖可知，F(xiàn)e3O4粒子聚集現(xiàn)象明顯，而Mag-MIPs的聚集程度明顯下降?？赡苁怯捎谌橐壕酆线^程中PVP起到了明顯的分散作用。

圖2 Fe3O4(a)，Mag-MIP(b)的透射電鏡圖Fig.2 TEM images of Fe3O4(a)，Mag-MIPs(b)

采用熱重分析儀在氮?dú)獗Ｗo(hù)下對 Fe3O4和Mag-MIPs進(jìn)行熱失重分析，以研究分子印跡聚合物在磁性粒子上的附著情況。結(jié)果如圖3所示，F(xiàn)e3O4在700℃內(nèi)失重為4.32%，Mag-MIPs的失重主要發(fā)生在260～470℃，失重率40.1%，其原因主要是分子印跡聚合物的分解造成。與Fe3O4的失重比較，Mag-MIPs的失重明顯，表明約有40%的MIPs包覆在Fe3O4表面。

圖3 Fe3O4(a)and Mag-MIPs(b)的熱失重曲線圖Fig.3 TG curves of Fe3O4(a)and Mag-MIPs(b)

采用振動樣品磁強(qiáng)計對磁性印跡聚合物的磁學(xué)性能進(jìn)行了表征，圖4為Mag-MIPs的磁滯回線示意圖，由圖可知，Mag-MIPs的飽和磁化強(qiáng)度為14.79 emu/g，說明Mag-MIPs具有磁分離特性，可以利用磁鐵對Mag-MIPs進(jìn)行分離，從而使操作更為簡便。三幅插入照片分別表示Mag-MIPs在溶液中的靜置狀態(tài) (1)、分散狀態(tài) (2)、被磁鐵吸附后的狀態(tài) (3)。

圖4 Mag-MIPs在25℃時的磁滯回線Fig.4 Magnetic hysteresis loops of Mag-MIPs at 25℃

3.2 結(jié)合實驗

利用紫外可見分光光度計測定吸附后的吸光度A，計算得出吸附平衡質(zhì)量濃度ρt(mg/L)。設(shè)樣品的起始質(zhì)量濃度為ρ0(mg/L)，樣品溶液體積為V(L)，Mag-MIPs或Mag-MIPs用量為m(g)。按如下公式計算吸附量Qt(mg/g)，并以ρo為橫坐標(biāo)，以Qt為縱坐標(biāo)作圖可得等溫吸附曲線［13－14］，如圖5所示。

吸附結(jié)果如圖5所示，在一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，Mag-MIPs對底物的吸附量隨底物質(zhì)量濃度增大而增大，由圖中可知Mag-MIPs吸附量在一定質(zhì)量濃度下始終大于Mag-NIPs的吸附量，說明Mag-MIPs對印跡分子具有特異性吸附能力。

3.3 固相萃取的吸附分析

3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線測定 在相應(yīng)的高效液相色譜條件下，以2，4－D甲醇溶液濃度c為橫坐標(biāo)，以峰面積A為縱坐標(biāo)，得出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程。A=－38.08023+7.56971c，R2為0.99932。

3.3.2 固相萃取分析 采用磁性分子印跡聚合物Mag-MIPs作為固相萃取材料，一方面具有磁性材料在分離回收方面的優(yōu)勢，本實驗在進(jìn)行固相萃取實驗時，不是采用傳統(tǒng)的固相萃取柱，而是將Mag-MIPs置于250 mL錐形瓶中，通過磁鐵控制Mag-MIPs的分離回收。另一方面由于分子印跡聚合物對模板分子的特異吸附性能，使得分子印跡的固相萃取條件變得簡單。由于氫鍵作用使得模板分子與Mag-MIPs之間具有較強(qiáng)的特異性結(jié)合能力，在去除干擾性雜質(zhì)和洗脫模板分子時變得容易，不再需要用大量溶劑進(jìn)行篩選。結(jié)果表明，采用2×2.0 mL的甲醇為洗滌劑，2×3.0 mL的甲醇/乙酸(V(甲醇)∶V(φ=5%乙酸)=9∶1)溶液為洗脫劑，能有效地對2，4－D進(jìn)行分離與富集。

實驗表明，不同質(zhì)量濃度樣品在采用Mag-MIPs處理后，2，4－D的峰形明顯，檢測變得相對容易。圖6分別是標(biāo)準(zhǔn)溶液 (a)，Mag-MIPs對50 μg·L－1的水樣處理前 (b)和處理后 (c)樣品的HPLC 分析圖，以及 Mag-NIPs對 50 μg·L－1模擬水樣進(jìn)行處理后樣品的HPLC圖譜 (d)。從樣品處理前后的譜圖可以看出，所制得的Mag-MIPs對湖水有一定的凈化作用。以50 μg·L－1模擬湖水為例，處理前由于受到基質(zhì)的干擾，與標(biāo)準(zhǔn)樣品相同保留時間內(nèi)出現(xiàn)的峰形復(fù)雜 (圖b箭頭所示之處)，很難對目標(biāo)分析物進(jìn)行分離與分析檢測，用Mag-MIPs處理樣品后，由于減少了雜質(zhì)的干擾，2，4－D變得更加容易檢測，且峰面積有顯著的增加，Mag-MIPs對目標(biāo)分析物的富集倍數(shù)最高可達(dá)到125倍。而采用Mag-NIPs處理水樣或未經(jīng)任何處理進(jìn)行直接檢測均無法檢出。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)溶液(a)，含2，4－ D 50 μg·L－1的水樣(b)及分別采用Mag-MIPs、Mag-NIPs對水樣進(jìn)行處理后的洗脫溶液(c，d)Fig.6 The chromatogram of standard solution(a)，water sample with 50 μg·L－12，4－ D(b)，elution sample after a clean-up by Mag-MIPs-SPE(c)，the water sample afer a clean-up by Mag-NIPs-SPE(d).The arrow indicated the peak of 2，4－ D

當(dāng)加標(biāo)樣品質(zhì)量濃度為 200 μg·L－1的湖水時，回收率31.4% ～34.1%，相對平均偏差為2.78%(n=3)。當(dāng)加標(biāo)樣品質(zhì)量濃度為50 μg·L－1的湖水時，回收率91.7% ～110.4%，相對平均偏差為7.38%(n=3)。當(dāng)加標(biāo)樣品質(zhì)量濃度過大時，樣品中2，4－D的量超過Mag-MIPs對模板分子的吸附能力，也間接表明了Mag-MIPs對模板分子有一定的結(jié)合容量。

4 結(jié)論

以2，4－二氯苯氧乙酸為模板分子，甲基丙烯酸 (MAA)為功能單體，采用油酸包覆的方法制得對2，4－二氯苯氧基乙酸具有特異性識別的納米磁性分子印記聚合物 (Mag-MIPs)。熱重分析表明，MIPs包覆率為40%左右;紫外吸附實驗表明Mag-MIPs對模板分子具有較好的吸附效果，且Mag-MIPs可用磁鐵加以分離。以Mag-MIPs為固相萃取材料，能有效的對模擬水樣中的2，4－D進(jìn)行分離純化，表明Mag-MIPs在樣品的分離與分析檢測方面具有良好的應(yīng)用前景。

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