CN101650334A - 用于双酚a的分子印迹膜检测装置及其制备、检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于双酚A的分子印迹膜检测装置，包括一反应器，反应器设有工作电极和参比电极，工作电极包括电极基体；电极基体为电沉积具有微纳米结构铂颗粒的钛片，参比电极为饱和甘汞电极，工作电极为双酚A分子印迹膜电极。本发明还公开了其制备方法和检测方法。本发明利用分子印迹聚合物(MIPs)的识别性对双酚A特种污染物进行识别，无需大型测试仪器、测试成本低、操作简单、便携，在现场检测或便携式检测方面具有明显优势。该检测技术可广泛应用于塑料厂、化工厂、材料厂等废水以及会使用聚碳酸酯制造容器的饮用水及饮料等中的双酚A抗生素特种污染物的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用分子印迹膜的检测装置和制备方法，具体地说是指用于双酚A的分子印迹膜检测装置及其方法。
背景技术
双酚A(BPA)是2，2-二(4-羟基苯基)丙烷的俗称，又称为二酚基丙烷。它是由苯酚、丙酮在酸性介质中合成的，是环氧树脂、聚碳酸酯、聚砜、聚芳酯、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、阻燃剂等产品的重要原料。双酚A是塑料树脂产品生产中的重要化学物质，广泛存在于我们日常所接触到的食物袋、水袋等塑料制品中，以及外科修补术用的填充物、输配水及贮水材料等方面应用广泛。BPA在一定条件下会因溶出、迁移、排放及事故等原因进入水体。随着BPA的生产和使用量大增，导致其最终由各种途径进入环境，并对环境造成严重的污染。研究表明BPA不仅对水生生物有急性毒性，而且还具有雌激素的特性，是环境内分泌干扰物之一，可影响人或动物的中枢神经系统和生殖免疫系统，降低人或动物的生殖繁衍能力，并被怀疑诱发生殖系统和心血管系统的癌变等。因此，水样中BPA的检测技术研究具有十分重要的意义。
目前，水样中BPA的常规检测方法主要有气相色谱一质谱联用法(GC-MS)E61、液相色谱法(LC)、液相色谱一质谱联用法(LC-MS)、液相色谱一多级质谱联用法(LC-MS-MS)以及高分辨色谱一高分辨质谱法(HRGC/LC-HRMS)等。基于色谱或色一质联机的BPA检测方法灵敏度高、选择性好，但所用仪器大多昂贵、复杂，样品前处理耗时长，且对操作人员的专业技能提出很高的要求。
因此，研究出既有较好选择性和灵敏度，又简便、经济、易于操作、便于现场使用的技术与方法具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的不足而提供一种新的利用分子印迹膜检测双酚A的装置及其制备、检测方法。分子印迹聚合物(MIPs)具有选择性高、抗恶劣环境能力强、稳定性好、便于制备和储存、使用寿命长、应用范围广等优点，被称为“人工抗体”，用作传感器敏感识别材料，可实现对痕量待测物快速、灵敏、准确的检测。
本发明之用于双酚A的分子印迹膜检测装置的技术内容为：包括一反应器，其特征在于所述的反应器设有工作电极和参比电极，所述的工作电极包括电极基体；所述电极基体为电沉积具有微纳米结构铂颗粒的钛片，所述的参比电极为饱和甘汞电极，所述的工作电极为双酚A分子印迹膜电极。
本发明之用于双酚A的分子印迹膜检测装置制备方法的技术内容为：所述的电极基体是电沉积具有微纳米结构铂颗粒的钛片，其加工过程为：将钛片打磨至光滑，分别后置于乙醇和去离子水超声清洗；采用直流电沉积法沉积铂颗粒，电解液组成为含有盐酸的的氯铂酸溶液；沉积结束后，用去离子水冲洗电极；所述的双酚分子印迹膜电极加工过程为：将一定量的模板分子(双酚A)、功能单体、交联剂、引发剂、致孔剂混合，其中的模板分子为双酚A，功能单体为苯乙烯、交联剂为乙二甲基二醇丙烯酸脂(EGDMA)、引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、致孔剂为甲醇，模板分子、功能单体、交联剂摩尔比为1～2∶2～10∶90；混合物经超声(2～10min)溶解后通过光聚合法在电极基体上聚合，将电极基体浸渍到溶胶中(10～20s)，缓慢提拉出来，密封到石英管中，并且充氮气(5～15min)以除去其中的氧气。最后置于紫外灯下，两侧同时光照聚合2～5小时，制备出表面覆盖分子印迹聚合物膜的电极；再将覆膜后的电极基体分别在乙醇和水中分别浸泡3-5个小时，以洗脱其中的模板分子，从而得到双酚A分子印迹膜电极。更具体的内容为：所述电极基体的加工过程中是将工业纯钛片用400、600、800、1000目的砂纸分别打磨至光滑，然后置于乙醇和去离子水中分别超声3和20分钟。采用直流电沉积法沉积铂颗粒，电解液组成为含有1.2mmol/L盐酸的2g/L的氯铂酸溶液。沉积电压为-0.35V，沉积30分钟。所述的分子印迹聚合物采用光引发自由基聚合方法制备而成；模板分子为双酚A，功能单体为苯乙烯、交联剂为乙二甲基二醇丙烯酸脂(EGDMA)、引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、致孔剂为甲醇；其加工过程中：首先，将0.05～0.15mg的模板分子双酚A和0.05g的引发剂(AIBN)溶于10ml的致孔剂中，加入3.53ml的交联剂(EGDMA)和480μL的单体(苯乙烯)，超声2～10分钟，形成均匀的溶胶；然后，用浸渍-提拉法，将电极基体浸渍到溶胶中10～20s，缓慢提拉出来，密封到石英管中，并且充氮气5～15min以除去其中的氧气。最后置于紫外灯下，两侧同时光照聚合2～7小时，制备出表面覆盖分子印迹聚合物膜的电极；以上步骤重复两次，制备出表面覆盖分子印迹聚合物膜的电极，再将覆膜后的电极在乙醇和水中分别浸泡3-6个小时，以洗脱其中的模板分子，从而得到双酚A分子印迹膜电极。
本发明之采用分子印迹膜检测双酚A的方法的技术内容为：检测流程为：双酚A分子印迹膜电极为工作电极，采用饱和甘汞电极为参比电极，在工作电压下，当电流信号达到稳定状态以后，向反应器中分别加入不同浓度的双酚A溶液，测量电流的变化，根据电流-浓度的对应关系，建立标准曲线，用于检测双酚A。更具体的内容为：检测时的电解液是10ml的磷酸盐缓冲液，pH值为7.0，使用的偏压为0.5V；以双酚A分子印迹膜电极为工作电极，采用饱和甘汞电极为参比电极，工作电压为0.7V；在工作电压下，当电流信号达到稳定状态以后，向反应器中分别加入0.6、2.0、5.0、10、0、15.0、20.0mg/L不同浓度的双酚A溶液，测量电流的变化，根据电流-浓度的对应关系，建立标准曲线，用于检测双酚A。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明利用分子印迹聚合物(MIPs)的识别性，采用电化学检测的原理，将对双酚A特种污染物具有特异性识别的分子印迹聚合物膜负载于电极表面，由于该分子印迹膜可以选择性的吸附结合水中的双酚A分子，并且这种结合会引起电极电阻的变化，进而检测出双酚A等特种污染物的含量。检测限为0.04mg/L，线性范围：0.1-20.0mg/L，响应时间＜5min，无需大型测试仪器、测试成本低、操作简单、便携，在现场检测或便携式检测方面具有明显优势。该检测技术可广泛应用于塑料厂、化工厂、材料厂等废水以及会使用聚碳酸酯制造容器的饮用水及饮料等中的双酚A抗生素特种污染物的检测。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明用于双酚A的分子印迹膜检测装置具体实施例的结构剖面示意图；
附图标记说明
1 电极连线 2 盖子
3 电极连线 4 工作电极
5 参比电极 6 耐腐蚀的外壳
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1所示，本发明之用于双酚A的分子印迹膜检测装置的具体实施结构为：包括一反应器，反应器设有工作电极4和参比电极5，工作电极4包括电极基体；电极基体为电沉积具有微纳米结构铂颗粒的钛片，参比电极5为饱和甘汞电极，工作电极4为双酚A分子印迹膜电极。该反应器还包括耐腐蚀的外壳6(用于装溶液)、设于外壳6上端的盖子2(可旋开，便于加入溶液)，用于连接电极的电极连线3(与内部的工作电极、参比电极连接)和电极连线1(与外部的设备连接，信号输出端)。
本发明之分子印迹膜检测装置制备方法，电极基体是电沉积具有微纳米结构铂颗粒的钛片，其加工过程为：将钛片打磨至光滑，分别后置于乙醇和去离子水超声清洗；采用直流电沉积法沉积铂颗粒，电解液组成为含有盐酸的的氯铂酸溶液；沉积结束后，用去离子水冲洗电极；所述的双酚A分子印迹膜电极加工过程为：将一定量的模板分子(双酚A)、功能单体、交联剂、引发剂、致孔剂混合，其中的模板分子为双酚A，功能单体为苯乙烯、交联剂为乙二甲基二醇丙烯酸脂(EGDMA)、引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、致孔剂为甲醇，模板分子、功能单体、交联剂摩尔比为1～2∶2～10∶90；混合物经超声(5～15min)溶解后通过光聚合法在电极基体上聚合，将电极基体浸渍到溶胶中(10～20s)，缓慢提拉出来，密封到石英管中，并且充氮气(5～15min)以除去其中的氧气。最后置于紫外灯下，两侧同时光照聚合2～7小时，制备出表面覆盖分子印迹聚合物膜的电极；再将覆膜后的电极基体分别在乙醇和水中分别浸泡3-6个小时，以洗脱其中的模板分子，从而得到双酚A分子印迹膜电极。
以下为检测装置的制备方法及检测方法的具体实施例：
实施例1
电极基体的加工过程中是将工业纯钛片用400、600、800、1000目的砂纸分别打磨至光滑，然后置于乙醇和去离子水中分别超声3和20分钟。采用直流电沉积法沉积铂颗粒，电解液组成为含有1.2mmol/L盐酸的2g/L的氯铂酸溶液。沉积电压为-0.35V，沉积30分钟。分子印迹聚合物采用光引发自由基聚合方法制备而成；模板分子为双酚A，功能单体为苯乙烯、交联剂为乙二甲基二醇丙烯酸脂(EGDMA)、引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、致孔剂为甲醇；其加工过程中：首先，配置溶胶，将0.05mg的模板分子(双酚A)和0.05g的引发剂(AIBN)溶于10ml的致孔剂(甲醇)中，加入3.53ml的交联剂(EGDMA)和480μL的单体(苯乙烯)，超声5分钟，形成均匀的溶胶；然后，用浸渍-提拉法，将制备好的电极基体浸渍到溶胶中10秒，缓慢提拉出来，密封到石英管中，并且充氮气5分钟以除去其中的氧气；最后，置于紫外灯下，两侧同时光照聚合2小时；以上步骤重复两次，制备出表面覆盖分子印迹聚合物膜的电极，再将覆膜后的电极在乙醇和水中分别浸泡3个小时，以洗脱其中的模板分子，从而得到双酚A分子印迹膜电极。
采用分子印迹膜检测双酚A的具体检测流程是：双酚A分子印迹膜电极为工作电极，采用饱和甘汞电极为参比电极，在工作电压下，当电流信号达到稳定状态以后，向反应器中分别加入不同浓度的双酚A溶液，测量电流的变化，根据电流-浓度的对应关系，建立标准曲线，用于检测双酚A。更具体的内容为：检测时的电解液是10ml的磷酸盐缓冲液，pH值为7.0，使用的偏压为0.5V；以双酚A分子印迹膜电极为工作电极，采用饱和甘汞电极为参比电极，工作电压为0.7V；在工作电压下，当电流信号达到稳定状态以后，向反应器中分别加入0.6、2.0、5.0、10、0、15.0、20.0mg/L不同浓度的双酚A溶液，测量流的变化，根据电流-浓度的对应关系，建立标准曲线，用于检测双酚A。在同一条件下，将含10.0mg/L四环素的水样用该方法检测，根据测得的电流，查标准曲线，得该水样的四环素浓度为10.57mg/L，误差为5.7％。
实施例2(所述电极基体的加工过程如实施例1)：
分子印迹聚合物采用光引发自由基聚合方法制备而成；模板分子为双酚A，功能单体为苯乙烯、交联剂为乙二甲基二醇丙烯酸脂(EGDMA)、引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、致孔剂为甲醇；其加工过程中：首先，配置溶胶，将0.10mg的模板分子(双酚A)和0.10g的引发剂(AIBN)溶于10ml的致孔剂(甲醇)中，加入3.53ml的交联剂(EGDMA)和480μL的单体(苯乙烯)，超声8分钟，形成均匀的溶胶；然后，用浸渍-提拉法，将制备好的电极基体浸渍到溶胶中15秒，缓慢提拉出来，密封到石英管中，并且充氮气10分钟以除去其中的氧气；最后，置于紫外灯下，两侧同时光照聚合4小时；以上步骤重复两次，制备出表面覆盖分子印迹聚合物膜的电极，再将覆膜后的电极在乙醇和水中分别浸泡4个小时，以洗脱其中的模板分子，从而得到双酚A分子印迹膜电极。
采用分子印迹膜检测双酚A的具体检测流程是：双酚A分子印迹膜电极为工作电极，采用饱和甘汞电极为参比电极，在工作电压下，当电流信号达到稳定状态以后，向反应器中分别加入不同浓度的双酚A溶液，测量电流的变化，根据电流-浓度的对应关系，建立标准曲线，用于检测双酚A。更具体的内容为：检测时的电解液是10ml的磷酸盐缓冲液，pH值为7.0，使用的偏压为0.5V；以双酚A分子印迹膜电极为工作电极，采用饱和甘汞电极为参比电极，工作电压为0.7V；在工作电压下，当电流信号达到稳定状态以后，向反应器中分别加入0.6、2.0、5.0、10、0、15.0、20.0mg/L不同浓度的双酚A溶液，测量流的变化，根据电流-浓度的对应关系，建立标准曲线，用于检测双酚A。
在同一条件下，将含10.0mg/L四环素的水样用该方法检测，根据测得的电流，查标准曲线，得该水样的四环素浓度为10.34mg/L，误差为3.4％。
实施例3(电极基体的加工过程如实施例1)：
分子印迹聚合物采用光引发自由基聚合方法制备而成；模板分子为双酚A，功能单体为苯乙烯、交联剂为乙二甲基二醇丙烯酸脂(EGDMA)、引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、致孔剂为甲醇；其加工过程中：首先，配置溶胶，将0.15mg的模板分子(双酚A)和0.05g的引发剂(AIBN)溶于10ml的致孔剂(甲醇)中，加入3.53ml的交联剂(EGDMA)和480μL的单体(苯乙烯)，超声10分钟，形成均匀的溶胶；然后，用浸渍-提拉法，将制备好的电极基体浸渍到溶胶中20秒，缓慢提拉出来，密封到石英管中，并且充氮气15分钟以除去其中的氧气；最后，置于紫外灯下，两侧同时光照聚合7小时；以上步骤重复两次，制备出表面覆盖分子印迹聚合物膜的电极，再将覆膜后的电极在乙醇和水中分别浸泡6个小时，以洗脱其中的模板分子，从而得到双酚A分子印迹膜电极。
采用分子印迹膜检测双酚A的具体检测流程是：双酚A分子印迹膜电极为工作电极，采用饱和甘汞电极为参比电极，在工作电压下，当电流信号达到稳定状态以后，向反应器中分别加入不同浓度的双酚A溶液，测量电流的变化，根据电流-浓度的对应关系，建立标准曲线，用于检测双酚A。更具体的内容为：检测时的电解液是10ml的磷酸盐缓冲液，pH值为7.0，使用的偏压为0.5V；以双酚A分子印迹膜电极为工作电极，采用饱和甘汞电极为参比电极，工作电压为0.7V；在工作电压下，当电流信号达到稳定状态以后，向反应器中分别加入0.6、2.0、5.0、10、0、15.0、20.0mg/L不同浓度的双酚A溶液，测量流的变化，根据电流-浓度的对应关系，建立标准曲线，用于检测双酚A。
在同一条件下，将含10.0mg/L四环素的水样用该方法检测，根据测得的电流，查标准曲线，得该水样的四环素浓度为10.49mg/L，误差为4.9％。
综上所述，本发明利用分子印迹聚合物(MIPs)的识别性，采用电化学检测的原理；将对双酚A特种污染物具有特异性识别的分子印迹聚合物膜负载于电极表面，由于该分子印迹膜可以选择性的吸附结合水中的双酚A分子，并且这种结合会引起电极电阻的变化，进而检测出双酚A等特种污染物的含量。检测限为0.04mg/L，线性范围：0.1-20.0mg/L，响应时间＜5min，无需大型测试仪器、测试成本低、操作简单、便携，在现场检测或便携式检测方面具有明显优势。该检测技术可广泛应用于塑料厂、化工厂、材料厂等废水以及会使用聚碳酸酯制造容器的饮用水及饮料等中的双酚A抗生素特种污染物的检测。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (6)
1.一种用于双酚A的分子印迹膜检测装置，包括一反应器，其特征在于所述的反应器设有工作电极和参比电极，所述的工作电极包括电极基体；所述电极基体为电沉积具有微纳米结构铂颗粒的钛片，所述的参比电极为饱和甘汞电极，所述的工作电极为双酚A分子印迹膜电极。
2.一种用于双酚A的分子印迹膜检测装置制备方法，其特征在于
所述的电极基体是电沉积具有微纳米结构铂颗粒的钛片，其加工过程为：将钛片打磨至光滑，分别后置于乙醇和去离子水超声清洗；采用直流电沉积法沉积铂颗粒，电解液组成为含有盐酸的的氯铂酸溶液；沉积结束后，用去离子水冲洗电极；
所述的双酚A分子印迹膜电极加工过程为：将一定量的模板分子、功能单体、交联剂、引发剂、致孔剂混合，其中的模板分子为双酚A，功能单体为苯乙烯、交联剂为乙二甲基二醇丙烯酸脂(EGDMA)、引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、致孔剂为甲醇，模板分子、功能单体、交联剂摩尔比为1～2∶2～10∶90；混合物经超声(2～10min)溶解后通过光聚合法在电极基体上聚合，将电极基体浸渍到溶胶中10～20s，缓慢提拉出来，密封到石英管中，并且充氮气5～15min以除去其中的氧气；最后置于紫外灯下，两侧同时光照聚合2～7小时，制备出表面覆盖分子印迹聚合物膜的电极；再将覆膜后的电极基体分别在乙醇和水中分别浸泡3-6个小时，以洗脱其中的模板分子，从而得到双酚A分子印迹膜电极。
3.根据权利要求2所述的一种用于双酚A的分子印迹膜检测装置制备方法，其特征在于所述电极基体的加工过程中是将工业纯钛片用400、600、800、1000目的砂纸分别打磨至光滑，然后置于乙醇和去离子水中分别超声3～20分钟；采用直流电沉积法沉积铂颗粒，电解液组成为含有1.2mmol/L盐酸的2g/L的氯铂酸溶液；沉积电压为-0.35V，沉积30分钟。
4.根据权利要求3所述的一种用于双酚A的分子印迹膜检测装置制备方法，其特征在于所述的分子印迹聚合物采用光引发自由基聚合方法制备而成；模板分子为双酚A，功能单体为苯乙烯、交联剂为乙二甲基二醇丙烯酸脂(EGDMA)、引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、致孔剂为甲醇；其加工过程中：
首先，配置溶胶，将0.05～0.10mg的模板分子双酚A和0.05～0.10g的引发剂(AIBN)溶于10ml的致孔剂中，加入3.53ml的交联剂(EGDMA)和480μL的单体(苯乙烯)，超声2～10分钟，形成均匀的溶胶；
然后，用浸渍-提拉法，将制备好的电极基体浸渍到溶胶中220秒，缓慢提拉出来，密封到石英管中，并且充氮气8分钟以除去其中的氧气；
最后，置于紫外灯下，两侧同时光照聚合2～7小时；
以上步骤重复两次，制备出表面覆盖分子印迹聚合物膜的电极，再将覆膜后的电极在乙醇和水中分别浸泡3-6个小时，以洗脱其中的模板分子，从而得到双酚A分子印迹膜电极。
5.一种采用分子印迹膜检测双酚A的方法，其特征在于检测流程为：双酚A分子印迹膜电极为工作电极，采用饱和甘汞电极为参比电极，在工作电压下，当电流信号达到稳定状态以后，向反应器中分别加入不同浓度的双酚A溶液，测量电流的变化，根据电流-浓度的对应关系，建立标准曲线，用于检测双酚A。
6.根据权利要求5所述的一种采用分子印迹膜检测双酚A的方法，其特征在于检测时的电解液是10ml的磷酸盐缓冲液，pH值为7.0，使用的偏压为0.5V；以双酚A分子印迹膜电极为工作电极，采用饱和甘汞电极为参比电极，工作电压为0.7V；在工作电压下，当电流信号达到稳定状态以后，向反应器中分别加入0.6、2.0、5.0、10、0、15.0、20.0mg/L不同浓度的双酚A溶液，测量电流的变化，根据电流-浓度的对应关系，建立标准曲线，用于检测双酚A。
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