CN108620040A - 3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的制备方法及其产品与应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于烟草检测技术领域，具体涉及一种3,4‑二羟基苯甲醛吸附剂的制备方法，还涉及由该制备方法制得的3,4‑二羟基苯甲醛吸附剂，以及该3,4‑二羟基苯甲醛吸附剂的应用。该制备方法操作简单，成本较低，适用于大规模工业化生产；该3,4‑二羟基苯甲醛吸附剂，能够特异性地吸附3,4‑二羟基苯甲醛，而不会吸附分子结构有差异的其它化合物；此外，该3,4‑二羟基苯甲醛吸附剂在应用于吸附烟丝里的3,4‑二羟基苯甲醛后，相关检测人员可另外建立3,4‑二羟基苯甲醛的浓度‑紫外吸光度标准曲线，进一步利用紫外分光光度法测得烟丝中的3,4‑二羟基苯甲醛的含量；并且，所述3,4‑二羟基苯甲醛吸附剂完成吸附的时间短，适用于烟草品控检测，因此具有广阔的应用前景。

Description

3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的制备方法及其产品与应用

技术领域

本发明属于烟草检测技术领域，具体涉及一种3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的制备方法，还涉及由该制备方法制得的3,4-二羟基苯甲醛吸附剂，以及该3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的应用。

背景技术

吸烟是一种不健康的生活习惯，烟草危害已成为当今世界严重的公共卫生问题之一。在烟草燃烧产生的烟雾中，醛类物质的毒性作用较大，甚至具有致癌倾向，例如下式所示的3,4-二羟基苯甲醛还表现出强烈的呼吸道刺激作用：

然而，目前有关卷烟侧流烟气中有害醛酮类化合物分析主要是采用气相色谱(GC)法、气质联用(GC/MS)法以及液质联用(LC/MS)法。但是这些检测方法都需要大型的仪器设备，这些设备的使用和日常维护费用较高，因此需要很高的检测成本。除此之外，气相检测受试样的挥发性和热稳定性限制，应用范围窄，流动相种类较少；液相的检测时间较长。因此选择成本更低，操作简单的检测方法是很有必要的。

分子印迹技术(Molecular Imprinting Technology，MIT)是指制备对某一特定的目标分子(又称为模板分子或印迹分子)具有选择性的聚合物的技术。在1894年，在解释酶作用的专一性的时候，E.Fischer就提出了“锁与钥匙”的学说，即酶和底物结合时，底物的结构和酶的活动中心的结构十分吻合，酶的这种互补形状，使酶只能与对应的化合物对应，从而排斥了那些形状、大小不适合的化合物。人们根据酶与底物分子的专一性结合特性，在1949年,Dickey首次提出了“分子印迹”的概念；他以甲基橙作为模板分子，以酸化的硅酸盐作为单体，引发聚合之后，用甲醇作为洗脱液洗脱甲基橙，制得了甲基橙分子的印迹硅胶。这种材料和空白的硅胶相比，对于甲基橙的吸附作用明显增大。到1972年，德国的Wulff研究小组首次报道了人工合成的分子印迹聚合物后，这项技术才逐渐被人们所认识。特别是在1993年，瑞典科学家Mosbach等在《Nature》杂志上发表了有关茶碱分子印迹聚合物的研究报告，阐述了分子印迹的“塑料抗体”和仿生免疫分析的应用，使分子印迹技术得到全世界的瞩目，分子印迹技术才得到了蓬勃的发展。

分子印迹技术之所以能够发展如此迅速，主要是因为有三大优点：预定性：模板分子和功能单体在聚合之前是已经选择好了的，所以这种预定性就决定了人们可以按照自己的目的制备不同的分子印迹聚合物(MIP)，以满足各种不同的需要；特异性识别：MIP是按照模板分子的构型聚合的，因此它具特异的识别位点和空腔来识别模板分子,因而其特异性识别作用很强；实用性：MIP的稳定性好，通常不受高温、酸碱的影响。分子印迹聚合物同天然生物分子，如酶和底物、抗原和抗体、受体和激素相比能够抵御比较恶劣的环境影响，而且贮存条件温和，能够长时间保留识别性能。特别是，制备得到的纳米级的分子印迹聚合物表面有模板分子的“印迹腔”，当分子印迹聚合物应用到模板分子存在的体系中后，该分子印迹聚合物就能选择性吸附目标分子(模板分子)，从而将目标分子与其他物质分离。

发明内容

针对现有技术中存在的诸多技术缺陷，本发明旨在提供一种吸附剂，用于特异性地吸附3,4-二羟基苯甲醛，而不会吸附分子结构有差异的其它化合物；进一步地，该吸附剂能够被用于吸附烟丝里微量存在的3,4-二羟基苯甲醛，从而有利于实施烟草质量检测。

因此，本发明第一方面提供了一种3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的制备方法，其包括以下步骤：

S1：准确称取甲基丙烯酸、单体α、交联剂β，超声溶于水中；然后加入单体γ的无水乙醇溶液，超声脱气；

S2：调节pH＝6.5后，加入作为模板分子的3,4-二羟基苯甲醛；

S3：缓慢地滴加引发剂的水溶液，在32～35℃下聚合反应20～25h；

S4：反应完全后，以乙醇-氯仿为萃取剂，采用索氏提取器进行回流过夜，以洗脱模板分子，制得分子印迹聚合物粗品；

S5：将所述分子印迹聚合物粗品进行透析以去除未聚合的引发剂或/和甲基丙烯酸或/和单体α或/和单体γ，然后冻干透析液，制得分子印迹聚合物固体粉末，即为3,4-二羟基苯甲醛吸附剂；

其中，所述单体α的结构式为：

其中，所述交联剂β的结构式为：

其中，所述单体γ的结构式为：

优选地，在上述制备方法中，在S1中，所述甲基丙烯酸与所述单体α的摩尔比为1：2，所述甲基丙烯酸与所述交联剂β的摩尔比为1：10，所述甲基丙烯酸与所述单体γ的摩尔比为1：1。

优选地，在上述制备方法中，在S1中，所述超声脱气的持续时间为5～15min。

优选地，在上述制备方法中，所述甲基丙烯酸与所述3,4-二羟基苯甲醛的摩尔比为1:2～1:16。

进一步优选地，在上述制备方法中，所述甲基丙烯酸与所述3,4-二羟基苯甲醛的摩尔比为1:8。

优选地，在上述制备方法中，所述引发剂由过硫酸铵、亚硫酸氢钠和十二烷基硫酸钠组成。

另外，值得补充说明的是，在本文中，各步骤所使用的水均为蒸馏水。

本发明第二方面提供了一种3,4-二羟基苯甲醛吸附剂，其由本发明第一方面所述的制备方法制得。

同时，本发明第三方面提供了第二方面所述的3,4-二羟基苯甲醛吸附剂在特异性吸附烟丝里的3,4-二羟基苯甲醛中的应用，包括以下步骤：

取所述3,4-二羟基苯甲醛吸附剂，超声溶于水中，配制成吸附剂溶液；然后，将烟丝的乙醇溶液与所述吸附剂溶液混合，超声振荡20～30min，完成特异性吸附。

优选地，在上述应用中，所述吸附剂溶液的浓度为1mg/mL。

优选地，在上述应用中，所述烟丝的乙醇溶液的制备步骤包括：

称取卷烟烟丝，置于无水乙醇中，水浴加热回流2.5小时，接着，先抽滤，再用220nm微孔滤膜过滤，即得所述烟丝的乙醇溶液。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具备以下有益效果：本发明所提供的3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的制备方法操作简单，成本较低，适用于大规模工业化生产；本发明所提供的3,4-二羟基苯甲醛吸附剂，实际上是一种分子印迹聚合物，其能够特异性地吸附3,4-二羟基苯甲醛，而不会吸附分子结构有差异的其它化合物；此外，所述3,4-二羟基苯甲醛吸附剂在应用于吸附烟丝里的3,4-二羟基苯甲醛后，相关检测人员可另外建立3,4-二羟基苯甲醛的浓度-紫外吸光度标准曲线，进一步利用紫外分光光度法测得烟丝中的3,4-二羟基苯甲醛的含量；并且，所述3,4-二羟基苯甲醛吸附剂完成吸附的时间短，适用于烟草品控检测，因此具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为分子印迹聚合物的制备原理示意图；

图2为本发明所述的3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的TEM图；

图3(A)为3,4-二羟基苯甲醛的浓度-紫外吸光度标准曲线，图3(B)为3,4-二羟基苯甲醛吸附剂吸附前后的3,4-二羟基苯甲醛(5μg/mL)的紫外吸收图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施方式。下述实施例中的实验步骤，如无特殊说明，均为常规操作；下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从公开商业途径获得。

根据本发明的第一方面，在一个优选实施例中，3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的制备方法包括以下步骤：

S1：准确称取甲基丙烯酸(0.2-0.3mmol)、单体α、交联剂β，超声溶于80mL水中；然后加入单体γ的无水乙醇(1mL)溶液，超声脱气15min；

S2：调节pH＝6.5后，加入作为模板分子的3,4-二羟基苯甲醛；

其中，分别按以下摩尔比投加模板分子：

MIP-1：(甲基丙烯酸:模板分子＝1:2)

MIP-2：(甲基丙烯酸:模板分子＝1:4)

MIP-3：(甲基丙烯酸:模板分子＝1:8)

MIP-4：(甲基丙烯酸:模板分子＝1:16)

S3：缓慢地滴加引发剂(过硫酸铵，亚硫酸氢钠和十二烷基硫酸钠)的水溶液，在32～35℃下聚合反应20～25h；

S4：反应完全后，以乙醇-氯仿为萃取剂，采用索氏提取器进行回流过夜，以洗脱模板分子，制得分子印迹聚合物粗品；

S5：将所述分子印迹聚合物粗品用蒸馏水透析3～4天，每天换水3次，以去除未聚合的引发剂或/和甲基丙烯酸或/和单体α或/和单体γ，然后冻干透析液，制得分子印迹聚合物固体粉末，即为3,4-二羟基苯甲醛吸附剂；

其中，所述单体α的结构式为：

其中，所述交联剂β的结构式为：

其中，所述单体γ的结构式为：

根据本发明第二方面的3,4-二羟基苯甲醛吸附剂，其由第一方面所述的制备方法制得。

根据本发明第三方面的3,4-二羟基苯甲醛吸附剂在特异性吸附烟丝里的3,4-二羟基苯甲醛中的应用，包括以下步骤：

取所述3,4-二羟基苯甲醛吸附剂，超声溶于水中，配制成吸附剂溶液；其中，所述吸附剂溶液的浓度为1mg/mL；然后，称取5g卷烟烟丝，置于250ml无水乙醇中，水浴加热回流2.5小时，接着，先抽滤，取粗滤液，再将该粗滤液用220nm微孔滤膜过滤，取滤液，即得烟丝的乙醇溶液；将所述烟丝的乙醇溶液与所述吸附剂溶液混合，超声振荡20～30min，完成特异性吸附；

此外，用HPLC的方法检测各个3,4-二羟基苯甲醛吸附剂对3,4-二羟基苯甲醛的吸附能力，确定吸附量最大的吸附剂，结果吸附剂MIP-3的吸附量最大。

实施例1：

准确称取甲基丙烯酸(0.2mmol)，单体α(0.4mmol)，交联剂β(2mmol)超声溶于80mL蒸馏水，并加入单体γ(0.2mmol)的1mL无水乙醇溶液，超声脱气10min；然后，用NaOH调节pH＝6.5，加入1.6mmol模板分子(3,4-二羟基苯甲醛)(其可溶于蒸馏水)，70rpm恒温(35℃)振荡4小时；接着，以1～2滴/秒的速度缓慢地滴加引发剂的水溶液(过硫酸铵(60.0mg)，亚硫酸氢钠(20.0mg)，十二烷基硫酸钠(40.0mg)溶于20mL的蒸馏水)，在35℃下聚合反应24h；

反应完全后，以乙醇-氯仿为萃取剂，采用索氏提取器回流过夜，以洗脱模板分子(3,4-二羟基苯甲醛)，制得分子印迹聚合物粗品；

将所述分子印迹聚合物粗品用蒸馏水透析3～4天，每天换水3次，以去除未聚合的引发剂或/和甲基丙烯酸或/和单体α或/和单体γ，然后冻干透析液，制得3,4-二羟基苯甲醛吸附剂MIP-3，如图2所示，其为粒径约200nm的纳米球；

取所述3,4-二羟基苯甲醛吸附剂MIP-3，超声溶于水中，配制成1mg/mL吸附剂溶液；

称取5g卷烟烟丝，置于250ml无水乙醇中，水浴加热回流2.5小时，接着，先抽滤，取粗滤液，再将该粗滤液用220nm微孔滤膜过滤，取滤液，即得烟丝的乙醇溶液；将该烟丝的乙醇溶液与所述吸附剂溶液混合，超声振荡25min，完成选择性吸附。

实施例2：

①配制吸附剂溶液(1mg/mL)

准确称取6.0mg 3,4-二羟基苯甲醛吸附剂MIP-3超声溶于6.0mL的蒸馏水中，配制成1mg/mL的吸附剂溶液；

②3,4-二羟基苯甲醛的浓度-紫外吸光度标准曲线的测定(10、5、4、2、1、0.5、0.2、0.1μg/mL)

购买或自行配制100μg/ml的3,4-二羟基苯甲醛的标准溶液：准确称取2.0mg的3,4-二羟基苯甲醛溶于20.0ml的无水乙醇。

10μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液的配制：1ml 100μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液+9ml无水乙醇；5μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液的配制：5ml 10μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液+5ml无水乙醇；4μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液的配制：2ml10μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液+3ml无水乙醇；2μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液的配制：2ml 5μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液+3ml无水乙醇；1μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液的配制：1ml 10μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液+9ml无水乙醇；0.5μg/ml3,4-二羟基苯甲醛溶液的配制：5ml 1μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液+5ml无水乙醇；0.2μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液的配制：2ml 1μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液+8ml无水乙醇；0.1μg/ml 3,4-二羟基苯甲醛溶液的配制：1ml 1.0μg/ml3,4-二羟基苯甲醛溶液+9ml无水乙醇；检测各浓度下的紫外吸光度，制作标准曲线，如图3(A)所示。

③快速吸附3,4-二羟基苯甲醛

室温条件下，取2.0mL的吸附剂溶液，并取1.0mL的3,4-二羟基苯甲醛溶液(5μg/ml)，超声振荡20min，离心(10000rpm/30min)后，取上清液。

④紫外分光光度计检测吸附剂的吸附量，计算Q值(参见图3(B))：

3,4-二羟基苯甲醛溶液(5μg/mL)的紫外吸光度为0.336(249nm)；经过3,4-二羟基苯甲醛吸附剂MIP-3吸附并离心后，上清液中的3,4-二羟基苯甲醛的紫外吸光度为0.196(249nm)，根据标准曲线计算得到该上清液中的3,4-二羟基苯甲醛的浓度为C_t＝3.0μg/mL。

根据公式Q＝[(C₀-C_t)×V]/M计算Q值；其中C₀—吸附前3,4-二羟基苯甲醛的浓度(mg/mL)，C_t—吸附并离心后的上清液中的3,4-二羟基苯甲醛的浓度(mg/mL)，V—加入的3,4-二羟基苯甲醛溶液的体积(mL)，M—加入的吸附剂质量(g)；计算结果为Q＝1.0mg/g，即说明每克3,4-二羟基苯甲醛吸附剂MIP-3能够选择性地吸附1.0mg 3,4-二羟基苯甲醛。

实施例3：

取市售的一种卷烟Z，切开后，将烟丝取出烘干，按照实施例1中所述的步骤制得烟丝的乙醇溶液，将该烟丝的乙醇溶液与实施例2中配制的吸附剂溶液(1mg/mL)混合，超声振荡25min，完成选择性吸附；进一步以乙醇-氯仿为萃取剂，采用索氏提取器回流过夜，以洗脱3,4-二羟基苯甲醛，然后在建立了3,4-二羟基苯甲醛的浓度-紫外吸光度标准曲线的基础上，利用紫外分光光度法测得萃取剂中的3,4-二羟基苯甲醛的含量，从而间接测得了卷烟Z的烟丝中的3,4-二羟基苯甲醛的含量。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：准确称取甲基丙烯酸、单体α、交联剂β，超声溶于水中；然后加入单体γ的无水乙醇溶液，超声脱气；

S2：调节pH＝6.5后，加入作为模板分子的3,4-二羟基苯甲醛；

S3：缓慢地滴加引发剂的水溶液，在32～35℃下聚合反应20～25h；

S4：反应完全后，以乙醇-氯仿为萃取剂，采用索氏提取器进行回流过夜，以洗脱模板分子，制得分子印迹聚合物粗品；

S5：将所述分子印迹聚合物粗品进行透析以去除未聚合的引发剂或/和甲基丙烯酸或/和单体α或/和单体γ，然后冻干透析液，制得分子印迹聚合物固体粉末，即为3,4-二羟基苯甲醛吸附剂；

其中，所述单体α的结构式为：

其中，所述交联剂β的结构式为：

其中，所述单体γ的结构式为：

2.根据权利要求1所述的3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的制备方法，其特征在于，在S1中，所述甲基丙烯酸与所述单体α的摩尔比为1：2，所述甲基丙烯酸与所述交联剂β的摩尔比为1：10，所述甲基丙烯酸与所述单体γ的摩尔比为1：1。

3.根据权利要求1所述的3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的制备方法，其特征在于，在S1中，所述超声脱气的持续时间为5～15min。

4.根据权利要求1所述的3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸与所述3,4-二羟基苯甲醛的摩尔比为1:2～1:16。

5.根据权利要求4所述的3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸与所述3,4-二羟基苯甲醛的摩尔比为1:8。

6.根据权利要求1所述的3,4-二羟基苯甲醛吸附剂的制备方法，其特征在于，所述引发剂由过硫酸铵、亚硫酸氢钠和十二烷基硫酸钠组成。

7.一种3,4-二羟基苯甲醛吸附剂，其特征在于，所述3,4-二羟基苯甲醛吸附剂由根据权利要求1～6中任一项所述的制备方法制得。

8.根据权利要求7所述的3,4-二羟基苯甲醛吸附剂在特异性吸附烟丝里的3,4-二羟基苯甲醛中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

取所述3,4-二羟基苯甲醛吸附剂，超声溶于水中，配制成吸附剂溶液；然后，将烟丝的乙醇溶液与所述吸附剂溶液混合，超声振荡20～30min，完成特异性吸附。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述吸附剂溶液的浓度为1mg/mL。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述烟丝的乙醇溶液的制备步骤包括：

称取卷烟烟丝，置于无水乙醇中，水浴加热回流2.5小时，接着，先抽滤，再用220nm微孔滤膜过滤，即得所述烟丝的乙醇溶液。