CN102731706A - 一种克百威分子印迹微球及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种克百威分子印迹微球的制备方法，将模板分子和功能单体溶解到含交联剂和引发剂的致孔剂溶液中得到反应混合液，进行超声脱气、通氮气除氧后在密封状态下进行聚合反应，反应完全之后，进行离心分离，得到白色粉末状聚合物，依次采用甲醇乙酸混合液、甲醇为提取溶剂进行索氏抽提，真空干燥后除去溶剂，得到克百威分子印迹微球。本发明还公开了由该制备方法制备得到的克百威分子印迹微球及其应用。本发明得到的克百威分子印迹微球对农产品中的克百威具有特异选择性，能够快速、灵敏、准确、高效地对农产品农药残留进行检测，还可以作为固相萃取填料。

Description

一种克百威分子印迹微球及其制备和应用

技术领域

本发明涉及农药残留监测和新材料领域，具体涉及一种选择性分离克百威的分子印迹微球。

背景技术

克百威属于氨基甲酸酯类农药，是广谱性杀虫、杀线虫剂，具有触杀和胃毒作用。它与胆碱酯酶结合不可逆，因此毒性甚高。能被植物根部吸收，并输送到植物各器官，以叶缘最多。近年来，克百威作为有机氯农药的主要替代广泛使用，给环境和食品安全带来潜在威胁，尤其是近年来食品安全事故频发，克百威在果蔬中时有检出，从而使克百威农药残留检测方法研究也成为研究焦点。

目前主要的测定方法有高效液相色谱法和液相色谱-质谱联用(J.Chromatogr.A 733(1996)283；J.Chromatogr.A 1007(2003)85；J.Chromatogr.A 1217(2010)4815；J.Chromatogr.B 879(2011)2234)。然而，在进行色谱分析之前，复杂基质的样品都需要进行样品前处理，前处理方法则直接关系到测量结果的准确性和重现性。固相萃取作为一种绿色样品前处理技术在近年得到了很大的发展，传统的固相萃取吸附剂是通过非特异性的疏水作用或者极性作用将化合物在吸附剂上保留，这将导致性质相似的非目标化合物在洗脱过程中共洗脱，对色谱测定会造成一定的干扰，因此诸多特异性的高分子功能材料应运而生，分子印迹聚合物就属于其中一种。

分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymer，简称MIP)是利用分子印迹技术制备的具有与模板分子在空间结构和结合位点上完全匹配的高分子聚合物，分子印迹聚合物由于聚合方法的差异可以是球形，也可以是不定型的，当得到的分子印迹聚合物是球形的，又称为分子印迹微球。1972年Wulff研究小组首次成功制备出MIP，使这方面的研究产生了突破性进展；80年代后非共价型模板聚合物的出现，尤其是1993年Mosbach等人有关茶碱分子印迹聚合物的研究报道，促使这一技术在生物传感器、人工抗体模拟及色谱固相分离等方面有了新的发展，并由此成为化学和生物学交叉的新兴领域之一，得到世界注目并迅速发展。目前，尚未有报道将分子印迹技术应用于克百威的分析方法的建立中。

发明内容

本发明提供了一种克百威分子印迹微球及其制备和应用，制备得到的克百威分子印迹微球可以对克百威分子进行选择性分离或/和富集。

一种克百威分子印迹微球的制备方法，包括：

(1)将模板分子和功能单体溶解到含交联剂和引发剂的致孔剂溶液中得到反应混合液，进行超声脱气、通氮气除氧后密封；

所述的模板分子为克百威；

所述的功能单体为甲基丙烯酸；

所述的交联剂为二乙烯基苯；

所述的致孔剂溶液为甲苯、乙腈、氯仿或甲苯乙腈混合溶液；

(2)将步骤(1)得到的反应混合液在密封状态下进行聚合反应，反应完全之后，进行离心分离，得到白色粉末状聚合物；

(3)将步骤(2)得到的白色粉末状聚合物，依次采用甲醇乙酸混合液、甲醇为提取溶剂进行索氏抽提；

(4)将经步骤(3)处理得到的聚合物除去溶剂，得到所述的克百威分子印迹微球。

在本发明中，克百威作为模板分子，甲基丙烯酸作为功能单体，两者之间通过氢键进行自组装，形成非共价的复合物，然后与交联剂发生交联反应得到聚合物。在反应结束之后，使用甲醇乙酸混合液、甲醇对模板分子进行抽提之后，所得到的分子印迹微球骨架之中留下了对克百威具有特异识别作用的识别位点，因此对克百威分子具有选择性分离或/和富集能力。

本发明中所述的克百威分子和甲基丙烯酸分子之间的氢键作用强度大小合适，能够形成稳定的预聚合体，使其按确定的空间位置排列，利于分子印迹微球的形成；同时在抽提过程中，又使得克百威分子可以被洗脱掉。

本发明中，所述的引发剂的作用是提供自由基引发聚合反应，常用的自由基引发剂都能使反应发生，所述的引发剂优选为偶氮二异丁腈，此时引发温度低，分解反应比较平稳，不会破坏模板分子和功能单体之间的氢键。

功能单体相对于模板分子一般过量，有利于充分地预组装印迹分子，但是如果过量太多会增加非选择性识别位点，降低对克百威分子的选择性；交联剂的用量也会影响到制得的克百威分子印迹微球的性能，用量过少会导致制得的聚合物结构不够稳定，降低识别能力，用量过多会导致单位体积内的结合位点减少，降低识别能力，本发明中步骤(1)中模板分子、功能单体、交联剂、引发剂的摩尔比为1∶3～5∶18～22∶0.4～0.6，模板分子的摩尔量与致孔剂的体积比为1mmol∶40～80mL，此时得到的克百威分子印迹微球对克百威分子具有较好的选择性。

在本发明中，步骤(1)中制备克百威分子印迹微球的条件进一步优选为：将模板分子克百威、功能单体甲基丙烯酸、交联剂二乙烯基苯、引发剂偶氮二异丁腈按摩尔比为1∶4∶19～21∶0.45～0.55，模板分子克百威的摩尔量与致孔剂乙腈的体积比为1mmol∶40～80mL的比例进行聚合，其中乙腈对预聚合各功能单体的溶解性能好，可以生成丰富的孔结构，且溶剂极性适中，不会阻碍克百威分子与功能单体间的相互作用。

步骤(2)的聚合反应温度太低时，反应不能进行，太高时，会破坏克百威分子和功能单体的氢键作用，使得聚合物中的识别位点不能形成。本发明选择了合适的功能单体、交联剂与引发剂，聚合反应反应温度优选为50～70℃，反应时间为18-24h，更优选为60℃反应18-24h。

步骤(3)中的抽提的作用是为了除去克百威分子印迹微球中的模板分子和未聚合的功能单体等低分子量杂质，如果抽提不完全不仅会使得克百威分子印迹微球的识别能力下降，同时由于可能存在的模板泄露也会导致定量分析结果不准确，本发明中所述的甲醇乙酸混合液中的溶剂甲醇和乙酸的体积比为8～10∶1，此时对模板分子克百威具有良好的洗脱能力，采用索氏抽提可以提高抽提的效率。采用甲醇乙酸混合液和甲醇的抽提温度进一步优选为80～100℃(油浴温度)，抽提时间为24小时左右。

本发明还提供了一种由上述制备方法制备得到的克百威分子印迹微球。

实验结果表明本发明得到的克百威分子印迹微球对克百威具有强烈的吸附作用，因此本发明还提供一种所述的克百威分子印迹微球在富集和/或分离克百威中的应用，尤其是作为固相萃取材料对克百威分子进行样品前处理，例如可以用于检测和/或处理农产品或水样、土壤中的克百威。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、选择了合适的模板分子、功能单体和交联剂，制备过程简单，易于操作；

2、制得的克百威分子印迹微球对克百威的特异选择性高，可用于克百威农药残留的高选择性的分离或/和富集。

附图说明

图1是本发明实施例2中制备的克百威分子印迹微球的SEM图。

图2是本发明实施例2中制备的克百威分子印迹微球的FT-IR图。

图3是本发明应用例1中的非印迹聚合物和克百威分子印迹微球的吸附曲线图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于此。

实施例1

将0.5mmol的模板分子克百威溶解到含有2mmol功能单体甲基丙烯酸，10mmol交联剂二乙烯基苯和0.04g引发剂偶氮二异丁腈的乙腈甲苯混合液(30mL，体积比为3∶1)中制备成混合液，将混合液置于冰浴中超声10-15min混匀后，通氮10min除去体系中的氧，在密封状态下置于60℃反应24h。将反应后聚合液离心3min得到白色沉淀聚合物。得到的聚合物依次采用甲醇乙酸(9∶1，v/v)和甲醇为萃取溶剂进行索氏抽提以去除模板分子和干扰物质，将所得到的聚合物在50℃真空干燥箱中干燥过夜即得白色的克百威分子印迹微球(MIP)。对照的非印迹聚合物(NIP)的制备和处理除不添加模板分子外其他相同。

实施例2

将0.5mmol的模板分子克百威溶解到含有2mmol功能单体甲基丙烯酸，10mmol交联剂二乙烯基苯和0.04g引发剂偶氮二异丁腈的乙腈(30mL)中制备成混合液，将混合液置于冰浴中超声10-15min混匀后，通氮10min除去体系中的氧，在密封状态下置于60℃反应24h。将反应后聚合液离心3min得到白色沉淀聚合物。得到的聚合物依次采用甲醇乙酸(9∶1，v/v)和甲醇为萃取溶剂进行索氏抽提以去除模板分子和干扰物质，将所得到的聚合物在50℃真空干燥箱中干燥过夜即得白色的克百威分子印迹微球。对照的非印迹聚合物(NIP)的制备和处理除不添加模板分子外其他相同。

图1为本实施例制备得到的克百威分子印迹微球的SEM图，从图1可知该聚合物具有规则的球形结构；

图2为本实施例制备得到的克百威分子印迹微球的FT-IR图。

实施例3

将0.5mmol的模板分子克百威溶解到含有2mmol功能单体甲基丙烯酸，10mmol交联剂二乙烯基苯和0.04g引发剂偶氮二异丁腈的甲苯(30mL)中制备成混合液，将混合液置于冰浴中超声10-15min混匀后，通氮10min除去体系中的氧，在密封状态下置于60℃反应24h。将反应后聚合液离心3min得到白色沉淀聚合物。得到的聚合物依次采用甲醇乙酸(9∶1，v/v)和甲醇为萃取溶剂进行索氏抽提以去除模板分子和干扰物质，将所得到的聚合物在50℃真空干燥箱中干燥过夜即得白色的克百威分子分子印迹微球。对照的非印迹聚合物的制备和处理除不添加模板分子外其他相同。

实施例4

将0.5mmol的模板分子克百威溶解到含有2mmol功能单体甲基丙烯酸，10mmol交联剂二乙烯基苯和0.04g引发剂偶氮二异丁腈的氯仿(30mL)中制备成混合液，将混合液置于冰浴中超声10-15min混匀后，通氮10min除去体系中的氧，在密封状态下置于60℃反应24h。将反应后聚合液离心3min得到白色沉淀聚合物。得到的聚合物依次采用甲醇乙酸(9∶1，v/v)和甲醇为萃取溶剂进行索氏抽提以去除模板分子和干扰物质，将所得到的聚合物在50℃真空干燥箱中干燥过夜即得白色的克百威分子印迹微球。对照的非印迹聚合物(NIP)的制备和处理除不添加模板分子外其他相同。

应用例1

准确称取实施例2制得的克百威分子印迹微球和非印迹聚合物各20mg，加入到5mL不同浓度的克百威甲醇溶液中，在25℃下恒温振荡16h，对克百威分子进行富集。将克百威分子印迹微球吸附后的溶液经离心稀释后，采用液相色谱-质谱联用仪测定其吸附容量，以溶液浓度为横坐标，吸附结合量为纵坐标，做吸附曲线，结果见图3。

吸附结合量依下式计算

$Q(\mathrm{mg}/g)=\frac{(C_0-C_1)\×V}{m}$

其中，C₀为吸附前溶液浓度，单位为mg/L；

C₁为吸附后溶液浓度，单位为mg/L；

V为溶液体积，单位为L；

m为吸附剂质量，单位为g。

实验结果表明同非印迹聚合物相比，本发明得到的克百威分子印迹微球对克百威具有强烈的吸附作用，可以用于对克百威富集和/或分离，尤其是作为一种固相萃取材料对克百威分子进行样品前处理。

Claims (10)

1.一种克百威分子印迹微球的制备方法，其特征在于，包括：

(1)将模板分子和功能单体溶解到含交联剂和引发剂的致孔剂溶液中得到反应混合液，进行超声脱气、通氮气除氧后密封；

所述的模板分子为克百威；

所述的功能单体为甲基丙烯酸；

所述的交联剂为二乙烯基苯；

所述的致孔剂溶液为甲苯、乙腈、氯仿或甲苯乙腈混合溶液；

(2)将步骤(1)得到的反应混合液在密封状态下进行聚合反应，反应完全之后，进行离心分离，得到白色粉末状聚合物；

(3)将步骤(2)得到的白色粉末状聚合物，依次采用甲醇乙酸混合液、甲醇为提取溶剂进行索氏抽提；

(4)将经步骤(3)处理得到的聚合物除去溶剂，得到所述的克百威分子印迹微球。

2.根据权利要求1所述的克百威分子印迹微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的引发剂为偶氮二异丁腈。

3.根据权利要求1或2所述的克百威分子印迹微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的模板分子、功能单体、交联剂、引发剂的摩尔比为1∶3～5∶18～22∶0.4～0.6，模板分子的摩尔量与致孔剂的体积比为1mmol∶40～80mL。

4.根据权利要求2所述的克百威分子印迹微球的制备方法，其特征在于，致孔剂溶液为乙腈，步骤(1)中的模板分子、功能单体、交联剂、引发剂的摩尔比为1∶4∶19～21∶0.45～0.55，模板分子的摩尔量与致孔剂的体积比为1mmol∶40～80mL。

5.根据权利要求1或2所述的克百威分子印迹微球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的聚合反应反应温度为50～70℃。

6.根据权利要求1所述的克百威分子印迹微球的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的甲醇乙酸混合液中的溶剂甲醇和乙酸的体积比为8～10∶1。

7.根据权利要求1所述的克百威分子印迹微球的制备方法，其特征在于，步骤(3)中采用甲醇乙酸混合液和甲醇的抽提温度均为80～100℃。

8.一种根据权利要求1-7任一所述的克百威分子印迹微球的制备方法制备得到的克百威分子印迹微球。

9.一种根据权利要求8所述的克百威分子印迹微球在富集和/或分离克百威中的应用。

10.根据权利要求9所述的克百威分子印迹微球在富集和/或分离克百威中的应用，其特征在于，所述的克百威分子印迹微球作为固相萃取材料。

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