CN103992450A

CN103992450A - 一种三氟氯氰菊酯磁性荧光分子印迹材料的制备方法

Info

Publication number: CN103992450A
Application number: CN201410223579.8A
Authority: CN
Inventors: 高林; 闫永胜; 王吉祥; 李秀颖; 李春香; 张岐
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2014-05-26
Filing date: 2014-05-26
Publication date: 2014-08-20

Abstract

本发明涉及一种三氟氯氰菊酯磁性荧光分子印迹材料的制备方法，属环境功能材料制备技术领域。本发明利用表面印迹技术合成了以拟除虫菊酯三氟氯氰菊酯(Cyhalothrin)为模板分子，Fe₃O₄纳米球为载体，丙烯酰胺(AM)为功能单体，烯丙基荧光素作为荧光试剂、二乙烯基苯(DVB)为交联剂，2,2'-偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂的荧光MIPs。制备的荧光MIPs纳米球具有顺磁性、较高的灵敏性、较好的选择性、易回收特点和较强的抗干扰能力，且对三氟氯氰菊酯具有较强的选择性识别性能。

Description

一种三氟氯氰菊酯磁性荧光分子印迹材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种适用于选择性识别和荧光检测三氟氯氰菊酯核-壳型磁性印迹聚合物的制备方法，属环境功能材料制备技术领域。

背景技术

分子印迹，又称分子烙印（Molecular Imprinting），是涉及化学、高分子、生物、材料等多学科的一种交叉学科技术。

分子印迹技术（Molecular Imprinting Technique，MIT）也叫分子模板技术，是20世纪80年代迅速发展起来的一种分析分离技术。分子印迹技术是指以某一特定的目标分子（模板分子、印迹分子或烙印分子）为模板，制备对该分子具有的特异选择性聚合物的过程，通常被描述为制备和识别“分子钥匙”的人工“锁”技术。由于分子印迹聚合物具有预定性、识别性和实用性三大特性，使其在化学仿生传感器、模拟抗体、模拟酶催化、膜分离技术、对映体和位置异构体的分离、固相提取、临床药物分析等领域展现了良好的应用前景。

磁性分子印迹聚合物（Magnetic molecularly imprinted polymer，MMIPs）是将磁性材料和分子印迹技术结合形成的一种新型功能材料。磁性分子印迹聚合物可以再外加磁场的作用下进行分离，从而达到主动识别和方便分离的目的。磁性分子印迹聚合物也可作为固相萃取吸附剂，能够实现对目标分子简便、快速分离，节省了传统固相萃取填料装柱的时间，且具有优良的选择性，在样品前处理领域具有很大的发展前景。

磁性分子印迹聚合物微球的最常用的制备方法有很多，其中沉淀聚合（precipitation polymerization）法在利用聚合物的刚性结构，使彼此分散在溶剂中，不需要向反应体系中加分散剂，可避免分散剂对印迹分子的非选择性吸附。近年来，因该方法具备制备简便，非特异性吸附少，印迹效率高等优势逐渐成为国内外制备分子印迹聚合物的常规方法。

由于拟除虫菊酯类杀虫剂具有速效、无臭、低毒、触杀作用强和残效时间长等特点而被广泛使用。因此，利用荧光分子印迹达到快捷、灵敏、选择性检测环境中残留量的研究成为必要。

综上，本申请中所涉及的荧光磁性分子印迹聚合物，粒径分布范围窄，合成简单，选择性高，而且，与荧光磁性检测技术相结合，使该方法具有选择性、灵敏性、快捷、信号强、易回收等特点，完全适用于环境中超痕量三氟氯氰菊酯的检测。

发明内容

利用沉淀聚合法合成了以拟除虫菊酯三氟氯氰菊酯(Cyhalothrin)为模板分子，Fe₃O₄为载体，丙烯酰胺(AM)为功能单体，烯丙基荧光素作为荧光试剂、二乙烯基苯(DVB)为交联剂，2,2'-偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂的荧光MIPs。制备的荧光MIPs具有较好的磁性、较高的灵敏性、较低的检出限、易回收特点和较强的抗干扰能力，且对三氟氯氰菊酯具有较强的选择性识别性能。

本发明采用的技术方案是：一种三氟氯氰菊酯磁性荧光分子印迹材料的制备方法，按照下述步骤进行：

（1）Fe₃O₄的制备：

FeCl₃·6H₂O、无水醋酸钠（CH₃COONa）和乙二醇按照1：2.7：40的质量比加入烧杯中搅拌之均匀后，将黄色溶液转移至反应釜中，200℃下反应8小时后冷却至室温，得到黑色磁性颗粒，用乙醇清洗5次后磁铁回收30℃真空干燥12小时，得Fe₃O₄。

（2）Fe₃O₄SiO₂的制备

正硅酸四乙酯（TEOS）和无水乙醇（1：7，v/v）加入三口烧瓶中，封闭搅拌15分钟；蒸馏水、氨水、无水乙醇（1：3：12，v/v）混合后逐滴加入三口烧瓶中后快速搅拌30分钟；将Fe₃O₄和TEOS（1：2，m/m）加入三口烧瓶中，搅拌6小时得到Fe₃O₄SiO₂，用无水乙醇和蒸馏水分别洗5次后磁铁回收，30℃真空干燥一晚，得Fe₃O₄SiO₂。

（3）Fe₃O₄SiO₂-MPS的制备

将 Fe₃O₄SiO₂超声分散在甲苯中，量取3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPS）缓慢滴加到分散液中，80℃下继续搅拌10小时；反应结束后，用无水乙醇和蒸馏水分别洗5次后磁铁回收，30℃真空干燥12小时，得Fe₃O₄SiO₂-MPS。

（4）Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs的制备

Fe₃O₄SiO₂- MPS超声分散在乙腈中；乙腈分别加入模板分子（三氟氯氰菊酯）、功能单体（甲基丙烯酸， MAA）、烯丙基荧光素和功能单体物质的量的交联剂（二乙烯基苯，DVB）；室温下自组装12小时，使功能单体与模板分子充分作用，最后加入单体总物质的量的2.5%的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)；通入氮气15分钟排除空气，在氮气氛围下密封；采用热引发聚合方式，将其置于60℃恒温油浴锅中加热 24 小时，聚合完成后，将其用含乙酸(V/V)10%的甲醇溶液洗脱数次，除去模板分子，真空干燥后即得Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs。

其中步骤（3）中每400 mg Fe₃O₄SiO₂超声分散在100ml甲苯中，量取2mL 3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPS）缓慢滴加到分散液中。

其中步骤（4）中每200mg Fe₃O₄SiO₂- MPS超声分散在60ml乙腈中；按照每60 mL乙腈分别加入0.1~0.75mmol模板分子（三氟氯氰菊酯）、0.4~3mmol功能单体（甲基丙烯酸， MAA）、0.036~0.072g烯丙基荧光素和0.4~1.6mL功能单体物质的量的交联剂（二乙烯基苯，DVB）。

非印迹聚合物(Molecularly non-imprinted polymers, NIPs)的制备除不加模板分子和进行索式提取外方法同上。

本发明的技术优点在于使用烯丙基荧光素作为发光基团与功能单体和交联剂共聚，在Fe₃O₄SiO₂- MPSMIPs表面形成较为均匀的印迹薄膜。制备的荧光磁性分子印迹具有较好的磁性、较宽的检测范围（0~50nmol/L）、较好的荧光性和灵敏性。利用Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs优良的光学性质，结合灵敏度高、快捷、信号强的荧光检测法对实际样品中的超痕量三氟氯氰菊酯进行检测。根据Stern-Volmer方程，Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs与三氟氯氰菊酯的浓度之间具有很好的线性关系(I₀/I)- 1 = 0.01289C_c – 0.02365。

附图说明

图1 Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs的制备流程图。

图2 Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs中随交联剂变化的磁滞回线。从图中可以看出，制备的Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs是超顺磁的。

图3Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs的透射电镜(TEM)。从图中可看出，制备的Fe₃O₄SiO₂- MPSMIPs具有清晰的核-壳结构，壳厚约为50 nm，粒径与SEM显示基本一致，约为560 nm。

图4 Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs（a）/Fe₃O₄SiO₂-MPSNIPs（b）与三氟氯氰菊酯浓度的响应曲线。图4（c）可看出，模板分子对Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs的荧光强度有较强的淬灭作用，由图4（a）中可看出，三氟氯氰菊酯浓度在0~50 nmol范围内有较好的线性关系(I₀/I)- 1 = 0.01289C_c – 0.02365。而图4（d）中，模板分子对Fe₃O₄SiO₂-MPSNIPs的荧光强度的淬灭作用很弱。

图5浓度为50nmol/L的不同干扰物溶液对Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs（a）/ Fe₃O₄SiO₂-MPSNIPs（b）的淬灭作用。从图中可以看出结构相似的干扰物对模板分子无明显淬灭作用，而模板分子对Fe₃O₄SiO₂-MPSNIPs有较强的淬灭作用。证明Fe₃O₄SiO₂-MPSNIPs对模板分子有很强的识别作用。

具体实施方式

本发明具体实施方式中识别和荧光检测性能评价按照下述方法进行：首先准确配制11种浓度的三氟氯氰菊酯标准乙醇溶液，然后称取100mg的Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs分散于乙醇中得Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs分散液，超声震荡分散；分别量取相同已配制的11种三氟氯氰菊酯溶液（0、2、4、8、16、30、50、70、150、300、600 nmol/L）5ml，倒入10 ml比色管内，在每支比色管中加入5 ml Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs或Fe₃O₄SiO₂-MPSNIPs分散液，超声3~5分钟。利用荧光分光光度计检测每支比色管中分散液的荧光强度。根据Stern-Volmer 方程:

(I₀/I)-1 = K _SV ·C_c

以浓度C_c为横坐标，相对荧光强度(I₀/I)-1为纵坐标绘制荧光响应曲线。选择几种结构和性质类似的菊酯类化合物，作为竞争检测物，参与研究Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs的选择性识别性能。

具体步骤:

1、荧光检测

首先准确配制11种浓度的三氟氯氰菊酯标准乙醇溶液，然后称取100mg的Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs分散于乙醇中得Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs分散液，超声震荡分散；分别量取相同已配制的11种三氟氯氰菊酯溶液（0、2、4、8、16、30、50、70、150、300、600 nmol/L），倒入10 ml比色管内，在每支比色管中加入等体积的Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs分散液，超声分散后，静置2分钟。利用荧光分光光度计检测每支比色管中分散液的荧光强度，描绘荧光强度-浓度标准曲线。Fe₃O₄SiO₂-MPSNIPs对三氟氯氰菊酯的荧光检测按照同样的方式进行。

2、选择性实验

选择氟氯氰菊酯、氰戊菊酯、联苯菊酯为竞争识别的菊酯类化合物。分别配制以上三种菊酯和三氟氯氰菊酯的乙醇溶液，浓度均为50 nmol/L。分别量取相同体积已配制的4种菊酯溶液，移入10 ml比色管内，然后在每支比色管中加入等体积的Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs分散液，超声3~5分钟。利用荧光分光光度计检测每支比色管中分散液的荧光强度。Fe₃O₄SiO₂-MPSNIPs对不同菊酯的荧光检测按照同样的方式进行。

3、抗干扰性实验

选择氟氯氰菊酯、氰戊菊酯、联苯菊酯为竞争识别的菊酯类化合物。配制以上三种菊酯与三氟氯氰菊酯的乙醇混合溶液，浓度均为30 nmol/L。分别量取已配制的混合溶液相同体积，移入10 ml比色管内，然后在每支比色管中加入等体积的Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs分散液，超声3~5分钟。利用荧光分光光度计检测比色管中分散液的荧光强度。Fe₃O₄SiO₂-MPSNIPs对混合菊酯溶液的荧光检测按照同样的方式进行。

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

正硅酸四乙酯（TEOS）1ml和无水乙醇7ml加入三口烧瓶中，封闭搅拌15分钟；蒸馏水1ml、氨水3ml、无水乙醇12ml混合后逐滴加入三口烧瓶中后快速搅拌30分钟；将0.5010g Fe₃O₄在60ml乙醇中分散后的分散液加入三口烧瓶中，搅拌6小时得到Fe₃O₄SiO₂，用无水乙醇和蒸馏水分别洗5次后磁铁回收，30℃真空干燥12小时，得Fe₃O₄SiO₂。

实施例2

0.2008mg Fe₃O₄SiO₂-MPS超声分散在60ml乙腈中；按照比例加入0.1mmol模板分子（三氟氯氰菊酯）、 0.4mmol功能单体（甲基丙烯酸， MAA）、0.0365g烯丙基荧光素和0.4ml交联剂（二乙烯基苯，DVB）；室温下自组装12小时，使功能单体与模板分子充分作用，最后加入单体总物质的量的2.5%的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)；通入氮气15分钟排除空气，在氮气氛围下密封；采用热引发聚合方式，将其置于60℃恒温油浴锅中加热 24 小时，聚合完成后，将其用含乙酸(V/V)10%的甲醇溶液洗脱数次，除去模板分子，真空干燥后即得Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs。非印迹聚合物(Molecularly non-imprinted polymers, NIPs)的制备除不加模板分子和进行索式提取外方法同上。结构组成、表面形貌如图2、图3所示。

实施例3

0.2005mg Fe₃O₄SiO₂-MPS超声分散在60ml乙腈中；按照比例加入0.5mmol模板分子（三氟氯氰菊酯）、2mmol功能单体（甲基丙烯酸， MAA）、0.0525g烯丙基荧光素和0.8ml交联剂（二乙烯基苯，DVB）；室温下自组装12小时，使功能单体与模板分子充分作用，最后加入单体总物质的量的2.5%的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)；通入氮气15分钟排除空气，在氮气氛围下密封；采用热引发聚合方式，将其置于60℃恒温油浴锅中加热 24 小时，聚合完成后，将其用含乙酸(V/V)10%的甲醇溶液洗脱数次，除去模板分子，真空干燥后即得Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs。非印迹聚合物(Molecularly non-imprinted polymers, NIPs)的制备除不加模板分子和进行索式提取外方法同上。结构组成、表面形貌如图2、图3所示。

实施例4

0.2011mg Fe₃O₄SiO₂-MPS超声分散在60ml乙腈中；按照比例加入0.75mmol模板分子（三氟氯氰菊酯）、3mmol功能单体（甲基丙烯酸，MAA）、0.0725g烯丙基荧光素和1.6ml交联剂（二乙烯基苯，DVB）；室温下自组装12小时，使功能单体与模板分子充分作用，最后加入单体总物质的量的2.5%的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)；通入氮气15分钟排除空气，在氮气氛围下密封；采用热引发聚合方式，将其置于60℃恒温油浴锅中加热 24 小时，聚合完成后，将其用含乙酸(V/V)10%的甲醇溶液洗脱数次，除去模板分子，真空干燥后即得Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs。非印迹聚合物(Molecularly non-imprinted polymers, NIPs)的制备除不加模板分子和进行索式提取外方法同上。制备过程如图1所示；结构组成、表面形貌如图2、图3所示。

实施例5

首先准确配制11种浓度的三氟氯氰菊酯标准乙醇溶液，然后称取例3所得的100mg Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs分散于乙醇中得Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs分散液，超声震荡分散；分别量取相同已配制的11种三氟氯氰菊酯溶液（0、2、4、8、16、30、50、70、150、300、600 nmol/L）5ml，倒入10 ml比色管内，在每支比色管中加入5 ml Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs或Fe₃O₄SiO₂-MPSNIPs分散液，超声3~5分钟。利用荧光分光光度计检测每支比色管中分散液的荧光强度。描绘荧光强度-浓度标准曲线。Fe₃O₄SiO₂-MPSNIPs对三氟氯氰菊酯的荧光检测按照同样的方式进行。荧光猝灭如图4所示。

实施例6

选择氟氯氰菊酯、氰戊菊酯、联苯菊酯为竞争识别的菊酯类化合物。分别配制以上三种菊酯和三氟氯氰菊酯的乙醇溶液，浓度均为50nM。分别量取已配制的4种菊酯溶液各5 ml，移入10 ml比色管内，然后在每支比色管中加入5 ml荧光聚合物分散液，超声3~5分钟，静置2分钟。利用荧光分光光度计检测每支比色管中分散液的荧光强度。Fe₃O₄SiO₂-MPSNIPs对竞争物的荧光检测按照同样的方式进行。选择性如图5所示。

Claims

1.一种三氟氯氰菊酯磁性荧光分子印迹材料的制备方法，其特征在于按照下述步骤进行：

（1）Fe₃O₄的制备：

FeCl₃·6H₂O、无水醋酸钠（CH₃COONa）和乙二醇按照1：2.7：40的质量比加入烧杯中搅拌之均匀后，将黄色溶液转移至反应釜中，200℃下反应8小时后冷却至室温，得到黑色磁性颗粒，用乙醇清洗5次后磁铁回收30℃真空干燥12小时，得Fe₃O₄；

（2）Fe₃O₄SiO₂的制备

正硅酸四乙酯（TEOS）和无水乙醇（1：7，v/v）加入三口烧瓶中，封闭搅拌15分钟；蒸馏水、氨水、无水乙醇（1：3：12，v/v）混合后逐滴加入三口烧瓶中后快速搅拌30分钟；将Fe₃O₄和TEOS（1：2，m/m）加入三口烧瓶中，搅拌6小时得到Fe₃O₄SiO₂，用无水乙醇和蒸馏水分别洗5次后磁铁回收，30℃真空干燥12小时，得Fe₃O₄SiO₂；

（3）Fe₃O₄SiO₂-MPS的制备

将 Fe₃O₄SiO₂超声分散在甲苯中，量取3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPS）缓慢滴加到分散液中，80℃下继续搅拌10小时；反应结束后，用无水乙醇和蒸馏水分别洗5次后磁铁回收，30℃真空干燥12小时，得Fe₃O₄SiO₂-MPS；

（4）Fe₃O₄SiO₂-MPSMIPs的制备

2.根据权利要求所述的一种三氟氯氰菊酯磁性荧光分子印迹材料的制备方法，其特征在于其中步骤（3）中每400 mg Fe₃O₄SiO₂超声分散在100ml甲苯中，量取2mL 3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPS）缓慢滴加到分散液中。

3.根据权利要求所述的一种三氟氯氰菊酯磁性荧光分子印迹材料的制备方法，其特征在于其中步骤（4）中每200mg Fe₃O₄SiO₂- MPS超声分散在60ml乙腈中；按照每60 mL乙腈分别加入0.1~0.75mmol模板分子（三氟氯氰菊酯）、0.4~3mmol功能单体（甲基丙烯酸， MAA）、0.036~0.072g烯丙基荧光素和0.4~1.6mL功能单体物质的量的交联剂（二乙烯基苯，DVB）。