CN108997898B - 一种顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层及其制备方法与应用 - Google Patents

一种顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种顺式‑茉莉酮分子印迹聚合物涂层的制备方法及其应用,以顺式‑茉莉酮为模板分子,噻吩‑3‑乙酸为功能单体,3,4‑乙烯二氧噻吩为交联剂,将分子印迹技术引入固相微萃取涂层的制备,在不锈钢丝上电聚合制备获得了以顺式‑茉莉酮为模板的聚3,4‑乙烯二氧噻吩(PEDOT)涂层,并将其用作样品前处理中的新型吸附介质,与气相色谱联用,实现了对茉莉酸类植物激素的选择性分离富集与高灵敏检测,从而建立了一种快速的固相微萃取‑气相色谱分离分析方法,该方法可用于植物实际样品中茉莉酸类植物激素的分析检测,具有检测限低、线性范围宽、重现性好等优点。

Description

一种顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及分析化学和环境分析技术领域,尤其涉及一种顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的制备方法及其应用。
背景技术
苿莉酸类植物激素(Jasmonates,JAs)是一种广泛存在于多种植物体内的新型植物生长调节物质,属环戊烷类化合物。目前已经发现了30多种,其中最具代表性的有茉莉酸(JA)和具有挥发性特性的茉莉酸甲酯(MeJA)等,还包括它们的某些氨基酸衍生物、葡萄糖苷和羟化衍生物等。JAs的生理效应非常广泛,包括促进、抑制和诱导等多个方面,故JAs作为生理活性物质,已被第16届国际植物生长会议接受为一类新的植物激素,并已得到国际学术界的公认。苿莉酸类植物激素(Jasmonates,JAs)是迄今发现的唯一能灵敏、快速、有效地诱导水稻颖花开放的一类植物内源激素。因此准确测定苿莉酸类植物激素的含量,其意义重大。
固相微萃取(SPME)是在固相萃取(SPE)的原理上发展起来的一种前处理技术,具有操作简便、样品用量少、无需有机溶剂等许多优点。在复杂样品前处理中,商品化的SPME涂层由于选择性较低、价格昂贵、使用寿命较短等不足而限制了其应用。
分子印迹技术具有很高的选择性和特异性,能弥补SPME选择性不高的缺陷,因而受到许多研究者的广泛关注。通过制备与目标分子在空间结构和结合位点上完全匹配的分子印迹聚合物(MIP),并将其作为SPME的涂层,即形成MISPME技术。该技术结合了SPME萃取的高效性和MIPs强的分子识别能力,是一种很有发展潜力的前处理方法。而以顺式-茉莉酮作为模板分子,制备固相微萃取涂层用于苿莉酸类植物激素的分析至今未见报道。
聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)是一种有机导电杂环类聚合物,具有萃取效率高、热稳定性好、可通过电化学方法制备等优点,已应用于样品前处理。然而,PEDOT或掺杂后的PEDOT作为萃取材料时,对目标物吸附的选择性有限。因此,如何提高PEDOT涂层的选择性,制备以顺式-茉莉酮作为模板分子获得固相微萃取涂层成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷,提供了一种顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层,将分子印迹技术引入固相微萃取涂层的制备,获得了以顺式-茉莉酮为模板的PEDOT涂层,并将其用作样品前处理中的新型吸附介质,与气相色谱联用,实现了对茉莉酸类植物激素的选择性分离富集与高灵敏检测,从而建立了一种快速的固相微萃取-气相色谱分离分析方法,该方法可用于植物实际样品中茉莉酸类植物激素的分析检测,具有检测限低、线性范围宽、重现性好等优点。
本发明是这样实现的:
本发明的目的之一在于提供顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的制备方法,其特征在于:所述制备方法的具体步骤包括:
步骤1、以顺式-茉莉酮作为模板分子,加入功能单体噻吩-3-乙酸和溶剂乙腈,超声溶解均匀后,预聚合即得到预聚合溶液;取纯化后的交联剂3,4-乙烯二氧噻吩在对甲基苯磺酸和十二烷基硫酸钠作用下充分溶解,然后加入上述预聚合溶液,超声混合均匀,形成澄清透明的电解液;
步骤2、将三电极体系浸入上述配好的电解液中,采用循环伏安法(CV)在不锈钢丝上电沉积得到印迹涂层;
步骤3、将所述步骤2中聚合好的印迹涂层淋洗后浸入Na2HPO4甲醇溶液,采用CV法除去印迹涂层中的模板分子;
步骤4、制备好的印迹涂层经淋洗后晾干,然后进行老化,即得到顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层。
本发明的目的之二在于提供所述的方法制得的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层。
本发明的目的之三在于提供所述的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层在植物组织中茉莉酸类植物激素的分析检测中的用途。
与现有技术相比,本发明具有如下优点和效果:
1、本发明从提高PEDOT涂层选择性的角度出发,将分子印迹技术引入固相微萃取涂层的制备,获得了以顺式-茉莉酮为模板的PEDOT涂层,并将其用作样品前处理中的新型吸附介质,与气相色谱联用,利用噻吩-3-乙酸对茉莉酸类植物激素的氢键作用,将该涂层用作固相微萃取的新型分离介质,实现了对茉莉酸类植物激素的选择性分离富集与高灵敏检测,从而建立了一种高灵敏度、高选择性的、快速的固相微萃取-气相色谱分离分析方法,该方法可用于植物实际样品中茉莉酸类植物激素的分析检测;
2、本发明中的顺式-茉莉酮分子印迹导电聚合物涂层是在不锈钢丝上电聚合而成,可直接与萃取手柄相连,集采样、萃取、富集、进样于一体,因此,可以简便地实现固相微萃取过程;
3、本发明的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层具有选择性高(富集倍数大,对CJ和MeJA的富集因子(EF)值分别为53.5和13.8),检测限低(检出限低达到了ng/mL级甚至以下),线性范围宽(3个数量级),重现性好。
附图说明
图1为本实施例1的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的制备方法流程图;
图2为本实施例的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的电镜图;(a)100倍;(b)1000倍;(c)3000倍;(d)20000倍;聚合圈数:(a,b,c)20圈;(d)1圈;
图3为本实施例的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的热重分析图;
图4为不同涂层的红外光谱图;
图5为不同涂层对目标物的吸附效果图;
图6为腊梅花不同部位加标后经HS-SPME后的GC色谱图:(A)花苞(a-f:加标浓度0-0.4mg mL-1),内插图:CJ和MeJA的GC峰面积与萃取浓度的线性拟合图;(B)花瓣(a-f:加标浓度0-0.4mg mL-1),内插图:CJ和MeJA的GC峰面积与萃取浓度的线性拟合图。
具体实施方式
实施例1顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的制备及其应用
一、如图1所示,本实施例的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的制备方法为:
(1)称取0.0142g噻吩-3-乙酸,加入50μL乙腈,超声溶解均匀;
(2)加入9.5μL顺式-茉莉酮,超声混合均匀后预聚合40min;
(3)取12μL经减压蒸馏纯化后的EDOT于10mL烧杯中,在0.1mol L-1对甲基苯磺酸和5mmol L-1十二烷基硫酸钠作用下充分溶解,然后加入上述预聚合物,超声混合均匀,形成澄清透明的电解液;
(4)将三电极体系浸入上述配好的电解液中,采用循环伏安法(CV)在不锈钢丝上电沉积得到CJ-MI/PEDOT涂层,扫描电位是-0.2~1.2V,扫速为30mVs-1,扫描圈数为20圈;
(5)将聚合好的印迹涂层用超纯水淋洗后浸入0.1mol L-1Na2HPO4甲醇溶液,采用CV法除去印迹涂层中的模板分子,扫描电位为-0.2~0.8V,扫速为100mV s-1,扫描圈数为10圈;
(6)制备好的印迹涂层经超纯水淋洗后在室温下自然晾干,然后置于管式电炉内,在N2保护下进行老化,老化温度为250℃,时间120min;
(7)将冷却后的印迹涂层用环氧树脂粘在自制的固相微萃取手柄上,室温下保存待用。
(8)结果如图2为上述制备方法制得的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的电镜图,从图2中我们可以看出,该涂层在不锈钢丝外的分布比较均匀;图2b可看出该材料具有丰富的孔隙结构;图2c中该涂层呈“菜花”状结构,是PEDOT结构的典型特点;图2d可更清晰地看到该涂层的颗粒状结构。综上,该涂层具有多孔的颗粒状结构,这使其具有较大的比表面积,为传质提供了有利条件,适合用于固相微萃取。
二、顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层在固相微萃取中的应用。具体过程如下:
(1)电聚合在不锈钢丝外的涂层通过萃取手柄实现顶空固相微萃取过程。实验中,在一定的盐度、温度、转速条件下,将手柄的萃取头插入含有目标物溶液的萃取瓶,将印迹涂层推出到瓶内溶液上空,目标物被吸附在涂层上,萃取完成后将涂层收回到萃取装置内,立即送入气相色谱仪的气化室进行热解吸,从而实现目标物的分离富集和后续的气相色谱分析检测。
(2)腊梅花不同部位加标后经HS-SPME后的GC色谱图如图6所示。(A)花苞(a-f:加标浓度0-0.4mg mL-1),内插图:CJ和MeJA的GC峰面积与萃取浓度的线性拟合图;(B)花瓣(a-f:加标浓度0-0.4mg mL-1),内插图:CJ和MeJA的GC峰面积与萃取浓度的线性拟合图。图6表明,本发明的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层适合于茉莉酮和茉莉酸甲酯组分的分析测定,拟合效果好。
对比例1:非印迹涂层(NI/PEDOT)的制备除了不加模板分子顺式-茉莉酮外,其他步骤同上;
对比例2:为了便于比较,在相同条件下制备了PEDOT涂层。
实验例1顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的热重分析
热重分析(亦称热引力分析或热重量分析;Thermogravimetric analysis,TGA)是一种随着温度(等加热速率)或时间(等温和/或质量守恒的损失)的增加改变物质物性及化性。从图3的热重分析可知,该涂层在30-800℃的范围内发生了两次失重:第一次为30-100℃,为涂层中所吸收水分的挥发所致;第二次从290℃开始,应为PEDOT的分解所致。在100-290℃范围内,该涂层比较稳定,说明CJ-MI/PEDOT涂层可在290℃内保持稳定,适合与气相色谱联用。
实验例2不同涂层的红外色谱检测
检测将实施例1和对比例1-2的涂层的红外光谱,检测结果如附图4所示。图4为对比例1(AAT)、对比例2(PEDOT)、本实施例1(CJ-MI/PEDOT)涂层的红外光谱表征结果。
结果表明,实施例1(CJ-MI/PEDOT)涂层中3098cm-1处的吸收峰可以归因于-COOH中-OH的振动吸收,2905cm-1处的吸收峰应该为-CH3中饱和-CH的伸缩振动吸收,这些吸收峰都来自于AAT分子结构中官能团的特征吸收;而1618cm-1处的吸收峰可能归因于噻吩环中C=C的伸缩振动,1085cm-1处的吸收峰应归属于噻吩环的C-O-C振动吸收,而980cm-1、831cm-1处的吸收峰可能由C-S的伸缩振动引起,这些都属于PEDOT分子结构中官能团的典型吸收峰。以上结果表明,在电聚合过程中AAT已成功共聚在PEDOT分子结构中。
实验例3顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的萃取效果检测
在优化的实验条件下,萃取时间20min,萃取温度为45℃,搅拌速率400r/min,离子强度0.35g/mLNaCl溶液,茉莉酮和茉莉酸甲酯的线性范围和检测限见下表1。
表1茉莉酮和茉莉酸甲酯的检测限、线性范围等
Figure GDA0001743961100000071
由上表1可知,检出限低(检出限低达到了ng/L级甚至以下),线性范围宽(线性范围有3个数量级),重现性好,表明该新型涂层有良好的重现性和准确性,适合于茉莉酮和茉莉酸甲酯组分的分析测定。
实验例4不同涂层对茉莉酮和茉莉酸甲酯两种目标物的萃取效果比较
将实施例1和对比例1-2的涂层用于对茉莉酮和茉莉酸甲酯两种目标物的萃取,分别检测其富集因子,检测结果如附图5及表2所示。
表2不同涂层对CJ和MeJA的富集倍数的比较
Figure GDA0001743961100000081
由图5可见CJ-MI/PEDOT涂层对CJ和MeJA的富集因子(EF)值分别为53.5和13.8,而NI/PEDOT涂层对两种目标物的EF值分别为23.2和8.6,空白PEDOT涂层对两种目标物的EF值为18.5和5.3,由此可知实施例1的CJ-MI/PEDOT印迹涂层对CJ和MeJA的萃取效果更好。从表及图5可知中可以看出,本实施例1中的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层对茉莉酸类植物激素的萃取性能优于非印迹涂层及PEDOT涂层,是一种有发展潜力的新型萃取涂层材料。
所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的制备方法,其特征在于:所述制备方法的具体步骤包括:
步骤1、以顺式-茉莉酮作为模板分子,加入功能单体噻吩-3-乙酸和溶剂乙腈,超声溶解均匀后,预聚合即得到预聚合溶液;取纯化后的交联剂3,4-乙烯二氧噻吩在对甲基苯磺酸和十二烷基硫酸钠作用下充分溶解,然后加入上述预聚合溶液,超声混合均匀,形成澄清透明的电解液;
步骤2、将三电极体系浸入上述配好的电解液中,采用循环伏安法(CV)在不锈钢丝上电沉积得到印迹涂层;
步骤3、将所述步骤2中聚合好的印迹涂层淋洗后浸入Na2HPO4甲醇溶液,采用CV法除去印迹涂层中的模板分子;
步骤4、制备好的印迹涂层经淋洗后晾干,然后进行老化,即得到顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层。
2.如权利要求1所述的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的制备方法,所述步骤1中的预聚合时间为40min,所述模板分子、功能单体、交联剂、溶剂四者的摩尔比分别为1:2:2:22。
3.如权利要求1所述的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的制备方法,其特征在于,所述步骤2中,扫描电位是-0.2~1.2 V,扫速为30 mV s-1,扫描圈数为20圈。
4.如权利要求1所述的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的制备方法,其特征在于,所述步骤3中聚合好的印迹涂层用超纯水淋洗后浸入浓度为0.1 mol L-1 Na2HPO4甲醇溶液。
5.如权利要求1所述的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的制备方法,其特征在于,所述步骤3中采用CV法除去印迹涂层中的模板分子,扫描电位为-0.2~0.8 V,扫速为100 mVs-1,扫描圈数为10圈。
6.如权利要求1所述的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层的制备方法,其特征在于,所述步骤4中制备好的印迹涂层经超纯水淋洗后在室温下自然晾干,然后置于管式电炉内,在N2保护下进行老化,老化温度为250 ℃,时间120 min。
7.权利要求1-6任一所述方法制备得到的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层。
8.权利要求7所述的顺式-茉莉酮分子印迹聚合物涂层在植物组织中茉莉酸类植物激素的分析检测中的用途。
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