CN104597092A - 一种双氰胺分子印迹聚合物膜电极的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双氰胺分子印迹聚合物膜电极的制备方法。本发明所述的制备方法包括以下步骤：采用三电极体系进行电聚合；以双氰胺为模板分子，邻氨基酚为功能单体，制备聚合膜；聚合膜沉积在电极的表面，再将模板分子从电极上除去，制成留有模板分子构型孔穴的分子印迹聚合物膜电极。根据本发明所述的制备方法，提供了一种高选择性、高灵敏度、高吸附容量，以邻氨基酚为功能单体，在金电极表面采用电聚合法制备双氰胺分子印迹聚合物膜电极的新方法。该双氰胺分子印迹聚合物膜电极可用于测定双聚氰胺含量，显示出较好的选择识别性，据此建立的测定双氰胺的电化学分析方法简单实用，克服了旧法复杂的缺点。

Description

一种双氰胺分子印迹聚合物膜电极的制备方法

技术领域

本发明涉及分子印迹聚合物膜电极，尤其是一种双氰胺分子印迹聚合物膜电极及其制备方法，直接应用于水产品、环境样品中痕量双氰胺的富集和分析。

背景技术

双氰胺(dicyandiamide，DCD)，是氰胺的二聚体，白色结晶粉末，干燥时稳定。双氰胺具有抑制硝化细菌活性，被用做硝化抑制剂而广泛应用于农业生产以降低土壤的硝化速度、减少氮损失。但频繁的使用会引起DCD的积聚，已从婴儿配方奶粉检测出双氰胺。另外双氰胺含氮量较高，有可能被添加到奶源中以提高N含量。目前我国未有奶粉及奶制品双氰胺的检测标准，高剂量的双氰胺对人体尤其是婴幼儿具有较强的毒性，因此建立一种快速、准确、灵敏的奶粉及奶制品中双氰胺的检测方法，对于准确了解市场上乳粉中双氰胺的含量水平，科学制定乳粉中双氰胺的限量水平，都具有重要意义。

分子印迹技术是将要分离的目标分子与功能单体通过共价或非共价作用进行预组装，与交联剂共聚制备得到聚合物。然后用化学或物理方法将目标分子从聚合物中移去，这样在聚合物内部便形成了大量的空腔结构，它们的形状以及空腔内各官能团的位置都与所使用的目标分子互补，这些具有多重作用位点的“空穴”，类似于生物体系中酶对底物、抗体对抗原、受体对激素的相互作用原理，依靠形状、大小和化学功能基的分布对模板分子进行识别，具有高度的选择性。由于分子印迹技术具有构效预定性、特异识别性和广泛实用性的特点，基于该技术制备的印迹聚合物兼备了生物识别体系和化学识别体系的优点。目前未见合成双氰胺分子印迹聚合物的报道。

目前双氰胺的检测方法包括分光光度法、水解法、拉曼光谱分析法、高效液相色谱法、液相色谱-质谱联用法等。其中，高效液相色谱法是双氰胺检测常用方法。此方法需要经过样品提取、纯化、浓缩后才能进行分析，过程繁琐且花费较高，样品损失也较大，尤其不适合现场快速测定和普及。因此，迫切需要快速、简便、准确、灵敏的双氰胺检测新方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双氰胺分子印迹聚合物膜电极的制备方法，所制备得到的双氰胺分子印迹聚合物膜电极结构简单、制作容易、选择识别性较好的，可有效用于双氰胺含量的测定。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种双氰胺分子印迹聚合物膜电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用三电极体系进行电聚合，其中，金圆盘电极(Φ2mm)为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极；

(2)用0.3μm氧化铝粉末将金电极抛光成镜面；依次用1mol/L硫酸溶液、无水乙醇、蒸馏水中各超声洗涤5分钟；然后进行电化学抛光处理，在0.5mol/L的H₂SO₄中于-0.3～1.2V进行循环伏安法(CV)扫描电聚合直至达到稳定，用去离子水洗净待用；

(3)以双氰胺为模板分子，邻氨基苯酚为功能单体，以0.10mol/L的H₂SO₄溶解2.50mmol的邻氨基酚，用0.40mol/L NaOH调节pH值4.5，加入0.5mmol(0.0435g)双氰胺溶解后，定溶于50mL，用CV法在-0.3～1.2V范围内扫描电聚合8-30圈，扫描速度为50mV/s，平衡时间为10秒；聚合膜沉积在电极的表面，用0.1～1.0mol/L硫酸溶液10mL作为洗脱溶剂进行超声洗脱10分钟，将模板分子从电极上除去，制成留有模板分子构型孔穴的分子印迹聚合物膜电极。

根据本发明所述的双氰胺分子印迹聚合物膜电极的制备方法的进一步特征，双氰胺：邻氨基苯酚聚合单体之比为1：5。

根据本发明所述的双氰胺分子印迹聚合物膜电极的制备方法的进一步特征，电聚合16圈作为最佳聚合条件。

根据本发明所述的双氰胺分子印迹聚合物膜电极的制备方法的进一步特征，模板的洗脱溶剂选用0.5mol/L硫酸溶液。

本发明的实验表明，双氰胺电化学活性较低，K₃[Fe(CN)₆]具有较好的电活性，可以作为离子探针，当双氰胺的浓度增加，分子印迹膜中三聚氰胺的分子空穴会不同程度的被填补，阻碍了电子传递，电化学信号会发生变化，故可以用来检测双氰胺的含量。据此，发明人将分子印迹与电分析化学检测技术联用，以双氰胺为模板分子，邻氨基苯酚为功能单体，制备了双氰胺分子印迹聚合物膜电极，可用于测定双氰胺的含量。应用本发明建立测定双氰胺的电化学分析方法，采用循环伏安法(CV)和采用差分脉冲法(DPV)对待测液进行测定，双氰胺在1×10^-8～4×10^-6mol/L浓度范围内与电流响应值呈良好的线性关系，检出限为1×10^-10mol/L，基于奶粉样品的测定中双氰胺的回收率介于96.4％～108.5％。

根据本发明所述的制备方法，提供了一种高选择性、高灵敏度、高吸附容量，以邻氨基酚(o-AP)为功能单体，在金电极表面采用电聚合法制备双氰胺分子印迹聚合物膜电极的新方法。该双氰胺分子印迹聚合物膜电极可用于测定双聚氰胺含量，显示出较好的选择识别性，据此建立的测定双氰胺的电化学分析方法简单实用，克服了旧法复杂的缺点。

附图说明

图1是不同电极的循环伏安图，图中：a.裸金电极；b.电聚合后电极；c.洗脱膜板后电极。

图2是根据本发明所述方法制备的双氰胺分子印迹聚合物膜电极的工作曲线图。

具体实施方式

实施例1：电极的处理

将金电极在0.3μm氧化铝粉末抛光成镜面。依次用1mol/L硫酸溶液、无水乙醇、蒸馏水中各超声洗涤5min。然后进行电化学抛光处理，在0.5mol/L的H₂SO₄中于-0.3～1.2V进行循环伏安法(CV)扫描直至达到稳定，用去离子水洗净待用。

实施例2：分子印迹传感器敏感膜的制备

1.采用三电极体系进行电聚合，金电极为工作电极。以双氰胺为模板分子，邻氨基酚为功能单体，以0.10mol/L的H₂SO₄溶解2.50mmol的邻氨基酚，用0.40mol/L NaOH调节pH值4.50，加入0.5mmol(0.0435g)双氰胺溶解后定溶于50mL，用CV法在-0.3～1.2V范围内扫描扫描电聚合8-30圈，扫描速度为50mV/s，平衡时间为10s。

2.聚合膜沉积在电极的表面，用0.1～1.0mol/L硫酸溶液10mL作为洗脱溶剂进行超声洗脱10min，将模板分子从电极上除去，制成留有模板分子构型孔穴的分子印迹聚合物膜电极。

3.考察了不同模板分子与聚合单体配比的聚合液对印迹电极对双氰胺(DCD)的响应。随着模板分子量的增加，印迹电极对DCD的响应值相对增大略微的提高，但所得扫描基线的噪声也相对增大，当待测物DCD浓度较小时，所得氧化峰将会被基线噪声所掩盖，故选择模双氰胺：邻氨基苯酚聚合单体之比为1：5。

4.考察了不同电聚合圈数(8，16，28)对聚邻氨基苯酚膜厚度的影响。结果显示当聚合8圈时，所得聚合物膜较薄，且在洗脱过程中聚合物膜容易破损；当聚合16圈时所得的聚合物膜较好，模板分子也易洗脱。当聚合28圈时，所得聚合物膜较厚，使得模板分子包埋较深，不易完全洗脱。故选择电聚合16圈作为最佳聚合条件。

5.分别考察了0.1、0.5、1.0mol/L的硫酸作为洗脱溶剂洗脱模板分子。结果显示，0.1mol/L的硫酸溶液难以洗脱模板分子，而0.5mol/L硫酸溶液洗脱效果最好，故模板的洗脱溶剂选用0.5mol/L硫酸溶液。

非印迹电极的制作除不加模板分子外，其余步骤同上。

实施例3：不同电极的循环伏安考察

不同电极在5.0mmol/LK₃[Fe(CN)₆]溶液中的CV变化曲线如图1所示(图中：a.裸金电极；b.分子印迹膜电极；c.洗脱膜板后电极)。从图1可知，对于分子印迹膜电极，CV曲线趋于平行，几乎观察不到氧化还原峰，说明电极表面有致密的印迹聚邻氨基酚膜，阻碍了探针离子对在底液和金电极表面之间的氧化还原反应；而洗脱后出现印迹“孔穴”，[Fe(CN)₆]^3-离子可通过印迹孔穴扩散至金电极表面反应，峰电流密度增加。

实施例4：电化学检测实验

采用三电极装置:印迹传感器为工作电极，铂电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。在室温条件下，以10mL 0.1mol/L KCl-5mmoL/L K₃Fe(CN)₆溶液为检测底液，进行DPV扫描。

每次使用后，将电极浸于0.5mol/L硫酸溶液进行超声10min从电极上洗脱模板分子，以重复使用。

工作曲线的绘制：采用循环伏安法(CV)和采用差分脉冲法(DPV)对待测液进行测定，采用浓度范围内与电流响应值进行作图(参见图2)。结果显示，双氰胺在1×10^-8～4×10^-6mol/L浓度范围内与电流响应值呈良好的线性关系，线性回归方程为I＝1.7531C+10.645，相关系数0.9948，检出限1×10^-10mol/L。

实施例5：样品中双氰胺含量的测定

样品分析之前，10毫升乙醇加入等量的牛奶样品，以15,000rpm离心，取上清液，过0.45μm滤膜，以消除蛋白质在膜电极表面吸附而干扰测量，未检测出双氰胺，对样品进行加标回收实验，根据校正曲线计算出浓度值c，计算回收率，结果如表1所示。

表1加标回收实验数据(n＝3)

Claims (4)

1.一种双氰胺分子印迹聚合物膜电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用三电极体系进行电聚合，其中，金圆盘电极(Φ2mm)为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极；

(2)用0.3μm氧化铝粉末将金电极抛光成镜面；依次用1mol/L硫酸溶液、无水乙醇、蒸馏水中各超声洗涤5分钟；然后进行电化学抛光处理，在0.5mol/L的H₂SO₄中于-0.3～1.2V进行循环伏安法(CV)扫描电聚合直至达到稳定，用去离子水洗净待用；

(3)以双氰胺为模板分子，邻氨基苯酚为功能单体，以0.10mol/L的H₂SO₄溶解2.50mmol的邻氨基酚，用0.40mol/L NaOH调节pH值4.5，加入0.5mmol(0.0435g)双氰胺溶解后，定溶于50mL，用CV法在-0.3～1.2V范围内扫描电聚合8-30圈，扫描速度为50mV/s，平衡时间为10秒；聚合膜沉积在电极的表面，用0.1～1.0mol/L硫酸溶液10mL作为洗脱溶剂进行超声洗脱10分钟，将模板分子从电极上除去，制成留有模板分子构型孔穴的分子印迹聚合物膜电极。

2.根据权利要求1所述的双氰胺分子印迹聚合物膜电极的制备方法，其特征在于：双氰胺：邻氨基苯酚聚合单体之比为1：5。

3.根据权利要求1所述的双氰胺分子印迹聚合物膜电极的制备方法，其特征在于：所述电聚合优选为16圈。

4.根据权利要求1所述的双氰胺分子印迹聚合物膜电极的制备方法，其特征在于：所述模板的洗脱溶剂为0.5mol/L硫酸溶液。