CN108760849A

CN108760849A - 一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法

Info

Publication number: CN108760849A
Application number: CN201810626466.0A
Authority: CN
Inventors: 孙大明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2018-11-06

Abstract

一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，属于分析化学和检测领域，所述制备方法按以下步骤进行：（1）多壁炭纳米管的纯化；（2）制备氧氟沙星分子印迹碳纳米管材料；（3）将制备的分子印迹聚合物用甲醇‑乙酸混合溶液超声清洗；（4）将制备的氧氟沙星分子印迹聚合物溶解到N,N‑二甲基酰胺中；（5）制备修饰电极；（6）修饰电极检测条件优化；（7）修饰电极的线性范围和检测限的确定。该方法通过利用表面分子印迹技术，在碳纳米管表面制备了纳米级厚度的分子印迹聚合物，该聚合物保持了碳纳米管的优良电子特性和大比表面积，具有对模板分子的选择性识别特性，作为电极的修饰材料可实现模板分子的选择性检测。

Description

一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法

技术领域

本发明属于分析化学和检测技术领域，主要用于水环境中氧氟沙星的快速检测，尤其是涉及一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法。

背景技术

近年来，抗生素己经成为环境中重要的新型污染物之一，其所造成的环境问题越来越受到人们的关注。氟喹诺酮是一类重要的抗生素，广泛用于疾病治疗、水产养殖和饲料添加剂。除一部分能在生物体内吸收或者转化以代谢产物的形式排除体外，约有80 %以原形或者代谢物形式经由病人和畜禽的粪、尿排入环境。此外，大量含有抗生素的生活污水、医院废水和生产废水，除未经过任何处理直接排放外，大部分进入废水处理环节。由于现有污水处理技术不能很好对抗生素类物质进行处理，使得这些抗生素最终进入环境水体，对人类健康和生态环境产生巨大的危害。到目前为止氟喹诺酮类抗生素的检测方法主要有以下几种：高效液相色谱法、液相色谱质谱联用法、荧光光谱法、毛细管电泳法等，但这些检测方法分析成本高，分析时间长，流动相消耗大且有毒性的居多及日常维护费用贵，因此，发展快速、灵敏、选择性强的氟喹诺酮类抗生素检测方法非常重要。

分子印迹，又称分子烙印(Molecular Imprinting)，是源于高分子化学、生物化学、材料化学等学科的一门交叉科学。分子印迹技术是指制备对某一特定的目标分子(模板分子或印迹分子)具有选择性的聚合物的过程。分子印迹技术具有的三大特点：构效预定性、特异识别性和广泛实用性。基于该技术制备的分子印迹聚合物对被分离物或分析物具有高度的选择性，同时它还具有良好的物理化学稳定性，耐高温、高压、酸碱、有机溶剂等，容易保存，制备简单，易于实现工业化生产，因而在色谱固定相、模拟酶催化、仿生传感器、膜分离、固相萃取、环境净化材料等多个领域得到了相当广泛的应用。

碳纳米管是由碳元素构成的一个中空管状结构，其本身具有小的直径（目前单壁纳米管的最小直径为0.4纳米）、高的直径比（长度与直径之比）和大的比表面积（表面积与体积之比）。由于碳纳米管的大比表面积、优良的电子传导特性，使其在分析化学领域得到广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的其制备方法，通过利用表面分子印迹技术，在大比表面积、高电子传导能力的碳纳米管表面制备了纳米级厚度的分子印迹聚合物，该聚合物既保持了碳纳米管的优良电子特性和大比表面积，同时又具有分子印迹聚合物对模板分子的选择性识别特性，作为电极的修饰材料，可以实现模板分子的选择性检测。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，按以下步骤进行：

（1）多壁炭纳米管的纯化：将多壁碳纳米管（MWCNTs），用硝酸溶液超声纯化处理，然后用去离子水彻底清洗混合物几次，直至滤液的pH达到中性，得到纯净的MWCNTs；

（2）制备氧氟沙星分子印迹碳纳米管材料：将步骤（1）纯化后的碳纳米管与十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）溶解于水中，将混合溶液超声处理，得到溶液（A）；将氧氟沙星和氢氧化钠加入到溶液（A）中，超声处理后得到溶液（B）；将溶液（B）在油浴中加热到60℃，25 min后，其中加入正硅酸乙酯TEOS溶液，混合后继续60℃保持约12小时（不搅拌）。将生成的聚合物用无水乙醇彻底清洗，以去除表面活性剂，最后用红外快速干燥，得到氧氟沙星分子印迹碳纳米管材料（MIPMWCNTs）；

（3）将步骤（2）制备的分子印迹聚合物用甲醇-乙酸混合溶液（v/v = 9:1）超声清洗，以去除模板分子，室温干燥。

（4）将步骤（3）制备的氧氟沙星分子印迹聚合物溶解到N,N-二甲基酰胺中，超声使之充分的分散；

（5）修饰电极的制备：将步骤（4）配制好的溶液，滴涂到处理好的玻碳电极上，在红外快速干燥箱内晾干，并用循环伏安扫描（C-V）进行电化学性能表征；

（6）修饰电极检测条件优化：对（5）制备的修饰电极的检测条件进行优化，考察了pH、富集时间和富集电压对其影响；

（7）修饰电极的线性范围和检测限的确定。

所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，碳纳米管表面制备出的分子印迹聚合物厚度为纳米级。

所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，虽然在碳纳米管表面引入了非导电的无机硅分子印迹层，但由于印迹层很薄（纳米级），并不影响碳纳米管的导电性。

所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，所述氧氟沙星分子印迹聚合物溶液溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，浓度为1.0 mg/mL。

所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，制备修饰电极时，滴涂到玻碳电极上的分子印迹聚合物用量为6 µL。

所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，所述利用碳纳米管良好的电极传导特性、高比表面积来改善电极的性能，并且，由于生成的无机硅印迹层为多孔结构，进一步增加电极的有效面积，使得峰电流显著增加，提高氧氟沙星检测灵敏度。

所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，相对于非印迹聚合物修饰电极，印迹聚合物修饰电极表现出对氧氟沙星的选择性检测。

所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，所述修饰电极检测氧氟沙星的缓冲底液pH为4.0。

所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，所述修饰电极检测氧氟沙星的富集时间为3 min。

所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，所述修饰电极检测氧氟沙星的富集电压为0 V，即开路富集。

所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，所述修饰电极检测氧氟沙星的浓度范围为0.1~5.0 μmol/L，检出限为0.01 μmol/L（以3倍信噪比计）。

本发明的有益效果是：

1.将碳纳米管材料和表面分子印迹聚合物有机结合起来，在碳纳米管表面制备纳米级厚度的氧氟沙星分子印迹聚合物，并制成检测电极。制备的修饰电极不仅显著提高了氧氟沙星的氧化峰电流，同时也降低了氧化电位，对氧氟沙星的电化学氧化表现出明显的催化活性。

2.采用氧氟沙星为模板，在CTAB存在下，利用TEOS的水解制备的分子印迹聚合物不影响碳纳米管的电子传导特性，因此该聚合物既保持了碳纳米管的优良电子特性和大比表面积，同时又具有分子印迹聚合物对模板分子的选择性识别特性，从而增强了检测的信号强度，提高氧氟沙星的检测灵敏度。

3.以玻碳电极作为载体，通过微量滴涂的方法制备的修饰电极，不仅操作简单、易于制备，而且制备的修饰电极具有很好的稳定性。

附图说明

图1是本发明分子印迹聚合物修饰电极的制备流程图；

图2是玻碳电极和分子印迹聚合物修饰电极的电极性能表征图，(a) 分子印迹聚合物修饰电极循环伏安曲线图，(b) 非印迹聚合物修饰电极循环伏安曲线图，(c) 碳纳米管修饰电极循环伏安曲线图，(d) 玻碳电极循环伏安曲线图；

图3是氧氟沙星在玻碳电极和本发明修饰电极上的电化学行为图，(a) 分子印迹聚合物的C-V曲线图，(b) 非印迹聚合物C-V曲线图，(c) 碳纳米管C-V曲线图，(d) 玻碳电极C-V曲线图；

图4是碳纳米管的透射电镜图，(a) 碳纳米管；

图5是分子印迹碳纳米管聚合物的透射电镜图，(b) 分子印迹碳纳米管聚合物。

具体实施方式

实施例1

称取1.0 g的多壁碳纳米管（MWCNTs），加入到250 mL的2 mol/L HNO3溶液中，超声30min，将混合液用去离子水离心清洗，反复多次，直至滤液的pH达到中性，得到纯净的MWCNTs。

称取2.0 mg纯化后的碳纳米管和20 mg十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）溶解于2 mL水中，将混合溶液超声3小时，得到溶液（A）；取0.50 mL溶液（A）向其中加入4 mL氧氟沙星（10 mmol/L）和0.5 mL的NaOH（0.01 mol/L），超声1 min后得到溶液（B）；将溶液（B）在油浴中加热到60℃，25 min后，其溶液（B）中加入25 μL正硅酸乙酯（TEOS）混合溶液，混合0.5min后继续60℃保持约12小时（不搅拌）。将生成的聚合物用无水乙醇彻底清洗，以去除表面活性剂，最后用红外快速干燥，得到氧氟沙星分子印迹碳纳米管聚合物（MIMWCNTs）；

将制备的分子印迹聚合物用甲醇-乙酸混合溶液（v/v = 9:1）超声清洗，以去除模板分子，室温干燥。

实施例2

用N,N-二甲基酰胺配制1 mg/mL氧氟沙星分子印迹聚合物溶液，超声1小时，使溶液充分均匀的分散；

用移液枪移取6 μL上述超声后的分子印迹聚合物溶液，滴涂到处理好的玻碳电极上，在红外快速干燥箱内晾干，得到修饰电极。以0.1 mol/L的KCl + 10 mmol/L的K3Fe(CN)6溶液为底液，用循环伏安扫描（C-V）对电极进行电化学性能表征。

对制备的氧氟沙星分子印迹聚合物修饰电极的检测条件进行优化，在pH=4.0、富集时间3 min和开路富集条件下，修饰电极检测氧氟沙星的结果最佳。

在最佳的检测条件下，利用分子印迹聚合物修饰电极对不同浓度的氧氟沙星（0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5 μmol/L）进行循环伏安检测，在选定的浓度范围内，峰电流随氧氟沙星浓度增加，呈良好的线性关系，线性方程为i= 0.3618c+1.1409（R=0.9993），检出限为0.01 μmol/L。实验观察到当氧氟沙星的浓度超过5 μmol/L时，峰电流-浓度响应曲线相浓度方向弯曲，偏离线性，而且随浓度的增加，偏离线性越严重，这是由于修饰电极对氧氟沙星的吸附容量有限，当修饰电极达到饱和吸附后，再增加氧氟沙星浓度，在电极上的吸附量不能进一步增加。

Claims

1.一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法按以下步骤进行：

（1）多壁炭纳米管的纯化：将多壁碳纳米管MWCNTs，用硝酸溶液超声纯化处理，然后用去离子水彻底清洗混合物几次，直至滤液的pH达到中性，得到纯净的MWCNTs；

（2）制备氧氟沙星分子印迹碳纳米管材料：将步骤（1）纯化后的碳纳米管与十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶解于水中，将混合溶液超声处理，得到溶液（A）；将氧氟沙星和氢氧化钠加入到溶液（A）中，超声处理后得到溶液（B）；将溶液（B）在油浴中加热到60℃，25 min后，其中加入正硅酸乙酯TEOS溶液，混合后继续60℃保持约12小时，不搅拌；将生成的聚合物用无水乙醇彻底清洗，以去除表面活性剂，最后用红外快速干燥，得到氧氟沙星分子印迹碳纳米管材料MIPMWCNTs；

（3）将步骤（2）制备的分子印迹聚合物用甲醇-乙酸混合溶液，其中v/v = 9:1，超声清洗，以去除模板分子，室温干燥；

（5）修饰电极的制备：将步骤（4）配制好的溶液，滴涂到处理好的玻碳电极上，在红外快速干燥箱内晾干，并用循环伏安扫描C-V进行电化学性能表征；

（6）修饰电极检测条件优化：对（5）制备的修饰电极的检测条件进行优化；

（7）修饰电极的线性范围和检测限的确定。

2.根据权利要求1所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，其特征在于，碳纳米管表面制备出的分子印迹聚合物厚度为纳米级。

3.根据权利要求1所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，其特征在于，所述氧氟沙星分子印迹聚合物溶液溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，浓度为1.0mg/mL。

4.根据权利要求1所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，其特征在于，制备修饰电极时，滴涂到玻碳电极上的分子印迹聚合物用量为6 µL。

5.根据权利要求1所述的一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，其特征在于，修饰电极检测氧氟沙星的缓冲底液pH为4.0。

6.根据权利要求1所述一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，其特征在于，修饰电极检测氧氟沙星的富集时间为3 min。

7.根据权利要求1所述一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，其特征在于，修饰电极检测氧氟沙星的富集电压为0 V，即开路富集。

8.根据权利要求1所述一种快速检测氧氟沙星的分子印迹聚合物修饰电极的制备方法，其特征在于，修饰电极检测氧氟沙星的浓度范围为0.1~5.0 μmol/L，检出限为0.01 μmol/L，以3倍信噪比计。