CN111632583A - 亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法及应用 - Google Patents

亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111632583A
CN111632583A CN202010526482.XA CN202010526482A CN111632583A CN 111632583 A CN111632583 A CN 111632583A CN 202010526482 A CN202010526482 A CN 202010526482A CN 111632583 A CN111632583 A CN 111632583A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrophilic
tetracycline
molecular imprinting
fiber
solid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010526482.XA
Other languages
English (en)
Inventor
何金兴
汲鲁育
路悦
吕蕾
徐志祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qilu University of Technology
Original Assignee
Qilu University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qilu University of Technology filed Critical Qilu University of Technology
Priority to CN202010526482.XA priority Critical patent/CN111632583A/zh
Publication of CN111632583A publication Critical patent/CN111632583A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/281—Sorbents specially adapted for preparative, analytical or investigative chromatography
    • B01J20/286—Phases chemically bonded to a substrate, e.g. to silica or to polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/26—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
    • B01D15/38—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism involving specific interaction not covered by one or more of groups B01D15/265 - B01D15/36
    • B01D15/3852—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism involving specific interaction not covered by one or more of groups B01D15/265 - B01D15/36 using imprinted phases or molecular recognition; using imprinted phases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/04—Preparation or injection of sample to be analysed
    • G01N30/06—Preparation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/26—Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/28—Control of physical parameters of the fluid carrier
    • G01N30/34—Control of physical parameters of the fluid carrier of fluid composition, e.g. gradient
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/26—Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/28—Control of physical parameters of the fluid carrier
    • G01N30/36—Control of physical parameters of the fluid carrier in high pressure liquid systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/04—Preparation or injection of sample to be analysed
    • G01N30/06—Preparation
    • G01N2030/062—Preparation extracting sample from raw material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法及应用，本发明是以改性不锈钢丝为基体，通过改进的多重共聚合方法，将四环素分子印迹聚合物涂覆在不锈钢丝上，以甲基丙烯酸和甲基丙烯酸羟乙酯作为双功能单体，制备获得具备优良的亲水性选择识别和高吸附容量的纤维材料。本发明的固相微萃取纤维与商品化SPME纤维相比，灵敏度高、选择性强、承载能力和机械/热/化学稳定性优异，成本低，实现了水基质中TC分子的高效识别，降低了基质干扰、减少了有机溶剂污染。尤其适用于作为萃取材料，与高效液相色谱定量方法联用，应用于动物源性食品中四环素类抗生素残留的专一性识别、高效分离及富集。

Description

亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法及应用
技术领域
本发明属于材料制备技术及食品中痕量污染物残留检测领域，具体涉及一种亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，还涉及上述纤维材料的应用。
背景技术
四环素类(TCs)是一种具有广谱杀菌性的抗生素药物，被广泛用作兽药和饲料添加剂，常见的四环素类药物包括四环素、土霉素、金霉素、强力霉素等。然而，动物源性食品中的TCs残留会引发消费者胃肠道紊乱和过敏反应等，甚至对人体造成器官毒性和听力损失，是当今食品安全中较为严峻的问题。
由于食品基质组成的复杂性和TCs残留物浓度较低，通常需要在仪器检测之前对分析物进行有效的基质分离、纯化和预浓缩过程。固相微萃取(SPME)通过聚合物涂层(称为萃取相)来吸附和解吸分析物，采用纤维基底(约1cm长)，通常由熔融石英或金属丝制成，表面涂覆涂层厚度在7～100μm的吸附剂材料，基于分析物在样品和吸附剂材料之间的分配原理而制得，可一步实现分离和富集，是食品中痕量TCs残留分析中的理想前处理方法。然而，商业上可用的SPME纤维通常具有机械性差、成本高、提取效率低和选择性较差的缺点，因此，开发新型实用的SPME纤维具有重要意义。
关于分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，以下专利文献进行过披露：
CN107629166A一种热敏型大环内酯类抗生素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：(1)长度约为4～10cm的毛细管，火烧去除长度为1～5cm的外壁保护层，其外壁依次进行碱洗、酸洗、水洗、氮气吹干、硅烷化、烘干；(2)截取长度约为1～5cm的玻璃管，烘干；(3)称取0.1～0.5mmol的模板分子溶于1～5mL DMSO和2～10mL氯仿组成的混合溶剂中(所述的模板分子为螺旋霉素)，加入热敏型和非热敏型功能单体各0.4～2.5mmol(所述的热敏型功能单体为N-异丙基丙烯酰胺，非热敏型功能单体为非共价化合物)，将此混合溶液于室温下超声，使模板分子与功能单体充分混合；然后加入交联剂1～5mmol(所述的交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯)，再加入偶氮二异腈10～50mg，超声混匀、氮气脱氧，获得预聚合物溶液A；(4)将步骤(1)制备的毛细管经硅烷化的一端插入步骤(2)制备的玻璃管装入4～15mL的离心管中，加入预聚合物溶液A，60℃水浴反应12～24h；(5)将步骤(4)反应后的毛细管从玻璃管中推出，得到长度为1～5cm、表面光滑的聚合物纤维，再将整个毛细管浸入20％乙酸-甲醇中振荡24h，去除模板分子，放入甲醇中保存待用。
以不锈钢丝为原料制作的固相微萃取纤维，以下的专利文献进行了披露：
CN109772268A公开了一种固相微萃取纤维，其特征是，由以下方法制备得到：a、不锈钢丝的预处理：将不锈钢丝浸入到王水中，腐蚀5～10min，取出后经洗涤、晾干，得到具有粗糙表面的不锈钢丝A；b、不锈钢丝A的表面修饰：将不锈钢丝A浸入到多巴胺溶液中，黑暗条件下，20～25℃反应12～24h，取出后晾干，得到表面修饰有聚多巴胺的不锈钢丝B；c、3-氨丙基三乙氧基硅烷功能化不锈钢丝B：将不锈钢丝B浸入到3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中，在60～65℃条件下保持4～24h，取出后经真空干燥，得到3-氨丙基三乙氧基硅烷功能化的不锈钢丝C；d、不锈钢丝C表面键合金属有机骨架材料：将有机配体溶于N,N二甲基甲酰胺或甲醇中得到溶液1，将无机金属锌盐溶于去离子水中得到溶液2，将溶液1和溶液2混合得到反应液，将不锈钢丝C放入反应液中，在20～25℃条件下反应1～2h，即得表面键合了金属有机骨架材料的固相微萃取纤维；其中，所述有机配体为2-甲醛-咪唑、2-甲基-咪唑、2-硝基-咪唑和苯并咪唑中的一种或两种及以上任意比例的混合物。
CN107629166A中所制备的固相微萃取纤维涂层以毛细管为基体，其机械强度不甚理想；此外，上述专利文献所提供的热敏型纤维在干燥情况下容易发生断裂，影响其萃取性能，不适用于更广泛的检测条件。CN109772268A中的纤维主要是从延长其使用寿命进行改进的，对于纤维的识别性、亲水性，并未进行相应的改进或检测。
因此，需要针对上述专利文献中的不足，进行改进，发明一种在更广泛检测条件下也同样具有良好的检测效率和准确度的、选择识别性优异且亲水性好的固相微萃取纤维。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，并将其作为萃取材料，应用于食品样品中痕量四环素类抗生素药物残留的样品前处理，以提高检测效率和准确度。
分子印迹聚合物(MIPs)被广泛用作大分子、有机小分子、金属离子甚至细胞的人工识别系统，这种高度交联的聚合物结构中存在特定化合物的分子识别位点，从而具备特异选择性，同时兼具机械/热/化学稳定性、低成本且易于制备，是一种优良的SPME涂层材料。目前，用于痕量有机污染物残留检测的SPME纤维大多与有机溶剂兼容，而在水基质中表现出较差的灵敏性，此外传统方法制备的MIPs中印迹位点与模板分子的疏水相互作用增加了非特异性吸附，使其在高含水量食品样品分析中的选择性降低。为了提高MIPs的水相容性，最直接的方法是引入亲水性功能单体和交联剂，如2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯基苷葡萄糖、甲基丙烯酸羟乙酯等，或在MIPs表面接枝亲水性聚合物刷、亲水基团等。将这种亲水性MIPs作为SPME中的涂层材料，被认为是一种很有前途的绿色样品分析方法。
因此，本发明通过改进的多重共聚合法在硅烷化不锈钢丝表面制备了一种新型的亲水性MIP-SPME纤维，选用甲基丙烯酸(MAA)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)作为双功能单体，以提高MIP-SPME纤维的吸附性能，并赋予其优良的亲水性识别特性。以本发明的MIP-SPME纤维为萃取材料，结合高效液相色谱，实现了动物源性食品(鸡肉、鱼肉和牛奶)中TCs抗生素的残留检测。
本发明的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)不锈钢丝的表面预处理
将不锈钢纤维切成合适长度，采用有机溶剂和水清洗去除表面的有机物杂质。将钢丝进行表面氧化处理，然后进行硅烷化修饰，通过表面不饱和键参与MIP共聚合，在氮气下吹干备用。
(2)四环素分子印迹固相微萃取纤维(MIP-SPME)的制备
首先，制备四环素分子印迹预聚合液。将模板分子(TC)、功能单体(MAA和HEMA)、交联剂(EGDMA)按适当比例溶解在溶剂中，加入引发剂(AIBN)，得到预聚合液。将改性后的钢丝垂直插入，水浴条件下引发聚合，重复涂覆获得合适的涂层厚度及最佳萃取效果。
MAA甲基丙烯酸，HEMA为甲基丙烯酸羟乙酯；TC四环素；
EGDMA乙二醇二甲基丙烯酸酯；AIBN偶氮二异丁腈。
上述方法中，步骤(1)具体为：
将直径为150μm的不锈钢纤维切成5.0cm长，用丙酮、甲醇、超纯水清洗30min，去除表面的有机物杂质。将钢丝浸泡在2mol/L H2SO4溶液中进行表面氧化处理2h，之后用蒸馏水冲洗。再将钢丝浸泡入3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯(MPS)-水-甲醇的混合溶液中30min，对其表面进行硅烷化修饰，然后在150℃的真空干燥箱中干燥2h。最后，用乙醇冲洗不锈钢丝，在氮气下吹干备用。
步骤(2)制备四环素分子印迹固相微萃取纤维具体为：
首先，制备四环素分子印迹预聚合液。优选的，将192mg模板分子TC超声溶解在乙腈和甲醇中，加入102μL功能单体MAA、49μL亲水性功能单体HEMA，震荡30min，之后加入1886μL交联剂EGDMA，震荡混匀30min。在氮气保护下加入120mg引发剂AIBN，通氮气5min以去除氧，将预聚合液储存在4℃的冰箱中过夜。除不加入模板分子外，非印迹预聚合液的制备过程同上。将所制备的预聚合液分别加入到多个1.5mL EP管中，将改性后的钢丝垂直插入，在60℃下聚合3h，然后轻轻拔出钢丝，在钢丝表面可观察到一层薄的MIP白色涂层，在85℃下老化2h，重复涂覆多次即可得到合适的涂层厚度及最佳萃取效果。
步骤(1)中，3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯-水-甲醇体积比为1:1:8。
步骤(2)中，乙腈-甲醇体积比为3:1，其中乙腈12mL，甲醇4mL。
步骤(2)中，TC-MAA/HEMA-EGDMA的摩尔比为1:4:25，MAA-HEMA的摩尔比为3:1。
步骤(2)中，优选的重复涂覆次数为3次。
合成亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维还包括以下步骤：
将MIP涂覆的不锈钢丝置于甲醇-乙酸(9:1，v/v)的洗脱液中，每4小时更换一次洗脱液，直至用高效液相色谱仪检测不到TC分子，优选的洗脱时间为24～36h。然后依次用甲醇、超纯水冲洗涂层纤维，真空干燥后保存备用。
通过上述方法制备的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维能够在水介质中有效和特异性的吸附四环素，因此上述方法制备的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维属于本发明的保护范围。
本发明中，对所制备的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的形貌结构、官能团组成及热稳定性进行了表征，对其吸附性能进行表征，表征方法为平衡结合实验、亲水性实验和选择性实验。
本发明还提供了以上述制备所得的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维作为萃取材料在动物源性食品中四环素类药物残留检测中的应用。
本发明的有益效果体现在：
(1)本发明中，在表面改性的不锈钢丝上聚合亲水性分子印迹聚合物涂层，制备新型的固相微萃取纤维，与商品化SPME纤维相比，本发明所获得的MIP-SPME纤维在灵敏度、选择性、承载能力和机械/热/化学稳定性等方面显著提高；可在更广泛的检测条件下应用；
(2)通过本发明的方法制备获得的纤维材料其制作成本低；
(3)本发明的方法实现了水基质中TC分子的高效识别，降低基质干扰，减少有机溶剂污染。与高效液相色谱法联用，应用于动物源性食品中四环素类药物的专一性识别、高效分离及富集；
(4)本发明所提供的萃取纤维可以多次循环利用，降低了检测成本，具有很好的经济效益和社会效益；
(5)涂层厚度薄，因而吸附和解吸速率更快；经检测，MIP涂层平均厚度约为15μm，这有助于TC分子的快速吸附和解吸。
此外，相比专利文献CN109772268A中所制备的固相微萃取纤维来说，本发明中的分子印迹固相微萃取纤维选择性识别性能更好，并且纤维材料具备较好的亲水性，减少了有机溶剂的污染。
附图说明
图1实施例1中亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备原理示意图；
图2四环素分子印迹固相微萃取纤维和非印迹固相微萃取纤维对四环素吸附的等温吸附曲线；
图3.1四环素分子印迹固相微萃取纤维的Freundlich和Langmuir方程拟合图；
图3.2非印迹固相微萃取纤维的Freundlich和Langmuir方程拟合图；
图4不同比例甲醇-水及乙腈为溶剂的TC标准溶液中MIP-SPME纤维的吸附量；
图5四环素分子印迹固相微萃取纤维对TC及其它干扰性物质的选择性；
图6四环素分子印迹固相微萃取纤维(a,c,e)和非印迹固相微萃取纤维(b,d,f)的扫描电镜图；
图7非印迹固相微萃取涂层(a)、未洗脱模板的四环素分子印迹固相微萃取涂层(b)和四环素分子印迹固相微萃取涂层(c)的红外光谱图；
图8四环素分子印迹固相微萃取涂层和非印迹固相微萃取涂层的热重分析图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明，现结合具体实施方式对本发明进行更进一步的阐述。
实施例1
四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备
(1)不锈钢丝的表面预处理
将直径为150μm的不锈钢纤维切成5.0cm长，用丙酮、甲醇、超纯水清洗30min，去除表面的有机物杂质。将钢丝浸泡在2mol/L H2SO4溶液中进行表面氧化处理2h，之后用蒸馏水冲洗。再将钢丝浸泡入3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯(MPS)-水-甲醇(1:1:8，v/v/v)的混合溶液中30min，对其表面进行硅烷化修饰，然后在150℃的真空干燥箱中干燥2h。最后，用乙醇冲洗不锈钢丝，在氮气下吹干备用。
(2)四环素分子印迹固相微萃取纤维(MIP-SPME)的制备
首先，制备四环素分子印迹预聚合液。将192mg(0.4mmol)模板分子TC超声溶解在12mL乙腈和4mL甲醇中，加入102μL(1.2mmol)功能单体MAA、49μL(0.4mmol)亲水性功能单体HEMA，震荡30min，之后加入1886μL(10mmol)交联剂EGDMA，震荡混匀30min。在氮气保护下加入120mg引发剂AIBN，通氮气5min以去除氧，将预聚合液储存在4℃的冰箱中过夜。除不加入模板分子外，非印迹预聚合液的制备过程同上。将所制备的预聚合液分别加入到多个1.5mLEP管中，将改性后的钢丝垂直插入，通过表面不饱和键参与MIP共聚合，在60℃下聚合3h，然后轻轻拔出钢丝，在钢丝表面可观察到一层薄的MIP白色涂层，在85℃下老化2h，重复上述步骤涂覆3次即可得到合适的涂层厚度及最佳萃取效果。然后将MIP涂覆的不锈钢丝置于甲醇-乙酸(9:1，v/v)的洗脱液中，每4小时更换一次洗脱液，直至用高效液相色谱仪检测不到TC分子。依次用甲醇、超纯水冲洗涂层纤维，真空干燥后保存备用。
实施例2
亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的表征
(1)平衡结合实验
将实验制得的四环素分子印迹聚合物涂覆的不锈钢丝纤维安装在1mL注射器上，得到本发明的固相微萃取装置(MIP-SPME)。采用直接萃取法，将其插入盛有4mL不同浓度的TC水溶液中(0.1、0.5、1、2、3、4、5mg/L)，磁力搅拌1h，之后借助注射器顶端活塞杆将纤维抽出，通过高效液相色谱检测吸附后溶液的浓度，检测波长为357nm，计算吸附容量。在相同条件下做非印迹固相微萃取纤维对四环素的吸附平衡结合实验。
通过平衡结合实验，研究了本发明的固相微萃取纤维对模板分子结合能力的强弱。如图2所示，随着TC初始浓度的升高，两种固相微萃取纤维的吸附量均明显增加，但MIP-SPME纤维比NIP-SPME纤维的吸附性能更高，在TC溶液浓度为4mg/L时达到吸附平衡。实验测得的MIP-SPME纤维的最大吸附容量(2.35μg/mg)是NIP-SPME纤维(1.32μg/mg)的1.78倍，表明所制备的MIP-SPME纤维具有较好的印迹效果，这得益于双功能单体的协同作用及HEMA与TC分子之间产生更高程度的疏水相互作用使MIP中产生更多的结合位点。
Freundlich和Langmuir分析：
将MIP-SPME纤维和NIP-SPME纤维的平衡结合实验数据采用Freundlich和Langmuir模型进行拟合分析，结果见图3.1和3.2及表1。
Freundlich方程：q＝kFC1/n
Langmuir方程：
Figure BDA0002531551040000071
q和qe分别为萃取纤维在平衡状态下的TC吸附量(μg/mg)和最大吸附容量(μg/mg)，C是TC水溶液的平衡浓度(mg/L)。KL(L/mg)为Langmuir常数，与吸附能力的强弱有关，其大小主要取决于吸附剂、吸附质的性质和温度高低；KF(μg/mg(L/mg)1/n)为Freundlich指数，表示以C为单位浓度时的吸附量；n为Freundlich方程的特征吸附参数，表征吸附剂表面异质性及吸附强度大小。
结合附图3.1、附图3.2及表1，由两种拟合模型对MIP-SPME纤维和NIP-SPME的方程R2可以看出，对本发明中的亲水性MIP-SPME纤维而言，Freundlich模型能更好的反映其对TC的等温吸附过程，拟合结果(线)与实验数据(点)吻合较好，1/n小于1，这种模型描述的是具有非均匀表面的吸附剂材料进行的多分子层吸附。因此TC与MIP-SPME纤维的相互作用可能是一个多层吸附过程，并且吸附容易进行。我们推测吸附一方面是发生在涂层表面存在的选择性分子印迹腔上，还可能与质子化TC与HEMA之间的静电相互作用有关。
表1四环素MIP-SPME纤维和NIP-SPME纤维的模型拟合结果
Figure BDA0002531551040000081
(2)亲水性实验
本发明人研究了自制固相微萃取材料在水溶剂中对目标物识别的高效性，即亲水性进行了评价。将MIP-SPME纤维插入到分别以纯水、20％甲醇-水、50％甲醇-水、甲醇、乙腈的TC标准溶液中进行直接萃取，萃取液浓度为4mg/L，体积为4mL，磁力搅拌条件下萃取1h，然后采用HPLC测定吸附后溶液浓度，计算吸附量。
如图4所示，随着甲醇在溶剂中所占比例的增加，MIP-SPME纤维对TC的吸附量显著降低，以实验室常用的甲醇、乙腈为溶剂时，吸附量也较低，而在纯水中获得了最大吸附容量。证明了MIP-SPME纤维具有优异的亲水性能，这有利于消除有机溶剂对吸附过程以及后续仪器检测中的干扰，说明这种本发明的MIP-SPME纤维是一种绿色环保的样品预处理方法。
这是因为功能单体HEMA的化学结构中含有活性羟基和羰基，它可以在水介质中与模板分子形成氢键，产生静电相互作用、π-π堆积、偶极-偶极相互作用，因此可以避免对水分子的非特异性吸附，此外还会对目标分子在非极性溶剂中的溶解度产生影响。在印迹聚合物制备过程中可作为亲水性功能单体，提高印迹材料在水溶液中对目标分析物的识别能力。
(3)选择性实验
选择与模板分子结构相似的土霉素(OTC)、强力霉素(DC)及分子结构差异较大的甲砜霉素(TAP)和磺胺二甲基嘧啶(SMZ)的混合标准溶液进行选择性实验，表征萃取纤维的特异性识别效果。从图5可以看出，MIP-SPME纤维对四环素类物质的吸附能力明显高于非同类物质，其中对TC的吸附量又高于DC和OTC。实验进一步量化了MIP-SPME纤维涂层的选择性吸附效果，通过计算分配系数(Kd)、选择性系数(K)和印迹因子(IF)等来表征，结果见表2。从表2可以看出，MIP-SPME纤维对四环素的吸附量明显高于其它物质，分别是TAP、SMZ、DC和OTC的6.44倍、3.59倍、1.97倍和1.22倍，选择性系数为1.39～9.55，对TC的分配系数Kd值(0.086)远大于SMZ(0.020)和TAP(0.009)，印迹因子可达3.2，说明MIP-SPME纤维对模板分子具有较好的选择性。
这种高选择性是由于MIP涂层中存在与TC分子尺寸和空间结构相匹配的印迹孔穴，同时MIP中所含有的羧基与TC、OTC、DC中羟基、羰基、氨基在相同位置处存在氢键相互作用，因此能够特异性结合TC及其结构类似物。
表2四环素分子印迹固相微萃取纤维对5种物质的选择性情况
Figure BDA0002531551040000091
(4)对四环素分子印迹固相微萃取纤维的表征
采用扫描电镜表征纤维材料的形貌结构，如图6所示，分别为MIP-SPME纤维和NIP-SPME纤维在800(a,b)、3000(c,d)、30000(e,f)的放大倍数下的扫描电子显微图像。从图a，b中看出，MIP涂层表面比NIP涂层更为粗糙，呈现出层状结构且具有褶皱，从放大的内部结构图c，d，e，f可以看出，印迹聚合物涂层具有均匀的多孔形貌、较高的交联度和较大的内部孔隙率，结构比非印迹聚合物涂层更加疏松，这有利于增大材料内部比表面积以形成更多印迹位点，同时有利于目标分子与涂层材料的内部传质。MIP涂层平均厚度约为15μm，这有助于TC分子的快速吸附和解吸。
图7为所制备的四环素分子印迹纤维涂层和非印迹纤维涂层的红外光谱图。其中a为NIP-SPME涂层的光谱图，b为未洗脱模板的MIP-SPME涂层的光谱图，c为MIP-SPME涂层的光谱图。916cm-1、1151cm-1处的特征峰归因于Si-O和Si-O-Si键的对称拉伸，表明钢丝基底被硅烷化修饰。在2927cm-1处的弱肩峰和1455cm-1处的峰分别是由C-H键的拉伸振动和弯曲振动引起的。波长1641cm-1和1731cm-1处的吸收峰分别对应于C＝C和C＝O键的伸缩振动，这些基团均衍生于功能性单体MAA和HEMA。同时，3448cm-1处吸收峰的出现表明聚合物涂层含有丰富的羟基，以特异性结合模板分子，且MIP涂层对应的峰强度明显大于NIP涂层。上述结果表明，在硅烷化不锈钢丝表面成功聚合了四环素分子印迹层。此外，MIP和NIP的红外光谱中峰形位置无明显差异，表明模板分子已被完全去除。
图8所示为所制备的四环素分子印迹纤维涂层和非印迹纤维涂层的热重分析图，在N2条件下，加热速率为10℃/min。在288℃左右均出现了明显的质量损失，这可能是由于水分的蒸发、含氧官能团的降解及聚合物结构的瓦解所致，因此，当温度低于288℃时，MIP的结构是稳定的，说明这种本发明的MIP-SPME纤维涂层具有良好的热稳定性，满足日常测试需求。
实施例3
将实施例1中的四环素分子印迹固相微萃取纤维应用于测定鸡肉、鱼肉及牛奶样品中四环素类抗生素残留的具体案例如下：
(1)样品提取
称取5g鸡肉及鱼肉样品(5mL牛奶)于50mL离心管中，加入10mL pH＝4.0的Na2EDTA-Mallvaine缓冲溶液，在冰水浴中超声15min，之后6000r/min离心10min，收集上清液。
重复提取一次，将两次所得提取液用氮气在40℃下吹干，加入10mL水复溶，按照分子印迹固相微萃取-高效液相色谱联用的方法对实际样品进行检测，计算回收率，回收率定义为样品中检出的量与加标量之间的比值。
分子印迹固相微萃取-高效液相色谱联用方法如下：
将实验制得的纤维安装在1mL注射器上，得到本发明的固相微萃取装置。将待测溶液置于螺口玻璃瓶中，小瓶中加磁力搅拌子，调节高度使涂有印迹聚合物涂层的钢丝表面浸入到萃取液中，低转速下萃取1h。萃取结束后抽出钢丝纤维，置于盛有4mL解吸液(乙腈:甲酸＝2:1，v/v)的小瓶中，磁力搅拌解吸10min，将解吸液倒入玻璃管中用氮气吹干，加入0.5mL水复溶，采用HPLC检测富集后溶液浓度。MIP-SPME纤维用乙腈/甲酸(50:50，v/v)进行再生，以重复使用。
通过以上的实验及数据，可以看出，将本发明的纤维材料应用在上述的分子印迹固相微萃取-高效液相色谱联用的方法中，对鸡肉、鱼肉及牛奶中的四环素类药物进行吸附，通过HPLC检测四环素、土霉素的加标回收率分别为77.33％～104.45％，79.83％～92.56％，相对标准偏差为1.34％～6.19％，1.22％～7.25％。方法检出限为0.38～0.72μg/kg，线性范围为5～400μg/L。实现了本发明中的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维在食品中痕量四环素类抗生素残留检测中的应用，且应用效果良好。
以上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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，其步骤如下：
(1) 不锈钢丝的表面预处理
将不锈钢纤维切段，去除表面的有机物杂质，氧化处理，硅烷化修饰，吹干；
(2) 制备四环素分子印迹固相微萃取纤维
将模板分子、功能单体、交联剂溶解在溶剂中，加入引发剂，得到预聚合液；再将改性后的钢丝垂直插入，引发聚合，重复涂覆直至获得所需涂层厚度的MIP涂覆的不锈钢丝材料。
2.如权利要求1所述的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，其特征在于，(1)中，去除表面的有机物杂质是采用有机溶剂和水清洗，所述的有机溶剂为丙酮和甲醇；
优选的，清洗的时间为20～40min。
3.如权利要求1所述的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，其特征在于，(1)中，所述的不锈钢丝的直径为140～160µm，将其切成4.5～5.5 cm长的段；
优选的，将钢丝浸泡在H2SO4溶液中进行表面氧化处理；
优选的，H2SO4溶液的浓度为2 mol/L；
优选的，表面氧化处理的时间为2小时。
4.如权利要求1所述的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，其特征在于，(1)中，将钢丝浸泡入3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯-水-甲醇的混合溶液中硅烷化修饰；
优选的，MPS -水-甲醇体积比为1:1:8；
优选的，硅烷化修饰的时间为20~40min。
5.如权利要求1所述的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，其特征在于，(1)中，硅烷化修饰后在140～160℃的真空干燥箱中干燥1.8～2.2 h。
6.如权利要求1所述的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，其特征在于，(1)中，吹干是在氮气下吹干。
7.如权利要求1所述的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，其特征在于，(2)中，所述的模板分子为TC；
优选的，所述的功能单体为MAA和HEMA；
优选的，交联剂为EGDMA；
优选的，引发剂为AIBN；
优选的，模板分子-功能单体-交联剂的摩尔比为1～2：3～5：24～26；
优选的，MAA-HEMA的摩尔比为3:1；
优选的，在氮气保护下加入120 mg引发剂。
8.如权利要求1所述的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，其特征在于，(2)中，所述的引发聚合是在50～70℃下聚合2.5～3.5 h；
(2)中，引发聚合后，在80～90℃下老化2h；
优选的，所述的溶剂为乙腈和甲醇，乙腈-甲醇的体积比2～4：1；
优选的，(2)中，重复涂覆次数为3次。
9.如权利要求1所述的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法，其特征在于，还包括（3），将MIP涂覆的不锈钢丝材料置于甲醇-乙酸的洗脱液中，每4小时更换一次洗脱液，直至用高效液相色谱仪检测不到TC分子，然后依次用甲醇、超纯水冲洗涂层纤维，真空干燥后获得亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维；
优选的，甲醇-乙酸的体积比为9:1；
优选的，洗脱时间为24~36 h。
10.通过权利要求1所述的方法制备的亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维在识别、分离及富集动物源性食品中四环素类抗生素残留中的应用。
CN202010526482.XA 2020-06-09 2020-06-09 亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法及应用 Pending CN111632583A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010526482.XA CN111632583A (zh) 2020-06-09 2020-06-09 亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010526482.XA CN111632583A (zh) 2020-06-09 2020-06-09 亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法及应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111632583A true CN111632583A (zh) 2020-09-08

Family

ID=72322897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010526482.XA Pending CN111632583A (zh) 2020-06-09 2020-06-09 亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111632583A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112934200A (zh) * 2021-02-04 2021-06-11 昆明理工大学 一种超分子印迹固相微萃取纤维涂层及制备方法与应用
CN113385154A (zh) * 2021-07-15 2021-09-14 吉林化工学院 一种分子印迹溶胶凝胶涂层纤维管内固相微萃取装置及其制备方法
CN115287776A (zh) * 2022-08-23 2022-11-04 昆明理工大学 一种多位点分子印迹固相微萃取纤维及其制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170108520A1 (en) * 2015-10-20 2017-04-20 The Florida International University Board Of Trustees Materials and methods for the detection of trace amounts of substances in biological and environmental samples
CN110078853A (zh) * 2019-05-20 2019-08-02 齐鲁工业大学 皮克林乳液及制备四环素分子印迹生物炭复合微球

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170108520A1 (en) * 2015-10-20 2017-04-20 The Florida International University Board Of Trustees Materials and methods for the detection of trace amounts of substances in biological and environmental samples
CN110078853A (zh) * 2019-05-20 2019-08-02 齐鲁工业大学 皮克林乳液及制备四环素分子印迹生物炭复合微球

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUE LU: "Preparation of hydrophilic molecularly imprinted solid-phase microextraction fiber for the selective removal and extraction of trace tetracyclines residues in animal derived foods", 《JOURNAL OF SEPARATION SCIENCE》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112934200A (zh) * 2021-02-04 2021-06-11 昆明理工大学 一种超分子印迹固相微萃取纤维涂层及制备方法与应用
CN113385154A (zh) * 2021-07-15 2021-09-14 吉林化工学院 一种分子印迹溶胶凝胶涂层纤维管内固相微萃取装置及其制备方法
CN115287776A (zh) * 2022-08-23 2022-11-04 昆明理工大学 一种多位点分子印迹固相微萃取纤维及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111632583A (zh) 亲水性四环素分子印迹固相微萃取纤维的制备方法及应用
Hu et al. Novel applications of molecularly-imprinted polymers in sample preparation
Niu et al. Core-shell nanoparticles coated with molecularly imprinted polymers: a review
CN109078614B (zh) 一种基于枝状硼酸的糖蛋白分子表面印迹聚合物的制备方法及应用
Yavuz et al. Synthesis of cholesterol imprinted polymeric particles
CN111024673B (zh) 一种比率荧光分子印迹聚合物及其制备方法和应用
da Silva et al. Supercritical fluid technology as a new strategy for the development of semi-covalent molecularly imprinted materials
CN109772178B (zh) 一种基于点击化学双面负载的乙胺嘧啶分子印迹复合膜的制备方法及应用
Prasad et al. Highly sensitive and selective hyphenated technique (molecularly imprinted polymer solid-phase microextraction–molecularly imprinted polymer sensor) for ultra trace analysis of aspartic acid enantiomers
Chen et al. Bio‐inspired imprinting materials for biomedical applications
Azodi-Deilami et al. The syntheses and characterization of molecularly imprinted polymers for the controlled release of bromhexine
Zhang et al. Synthesis of molecularly imprinted polymer nanoparticles for the fast and highly selective adsorption of sunset yellow
CN113567521A (zh) 一种磁性cof表面分子印迹电化学传感器及制备方法和应用
CN106366182B (zh) pH响应型磁性复合纳米球及其制备方法与应用
Lv et al. Fast clean-up and selective enrichment of florfenicol in milk by restricted access media molecularly imprinted magnetic microspheres based on surface-initiated photoiniferter-mediated polymerization
CN104874380B (zh) 氧化石墨烯掺杂的分子印迹聚合物搅拌棒及其制备方法与应用
CN112337441B (zh) 一种苯硼酸-壳聚糖修饰的整体柱及其制备方法和应用
CN111574666B (zh) 化合物提取板及其制备方法和应用
Li et al. A Substrate‐Selective Nanoreactor Made of Molecularly Imprinted Polymer Containing Catalytic Silver Nanoparticles
Lu et al. Flow injection chemiluminescence sensor using core-shell molecularly imprinted polymers as recognition element for determination of dapsone
CN112979893A (zh) 磁性荧光材料@分子印迹颗粒的制备及利用其制备复合膜的方法
CN108459002A (zh) 一种磁性印迹传感器的制备方法与应用
Serizawa et al. Stereoregular polymerization within template nanospaces
CN109554826B (zh) 一种对氨基酸具有高效选择性的纳米电纺膜及其制备方法
He et al. A method for coating colloidal particles with molecularly imprinted silica films

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200908