分子印跡聚合物微球的制備*

劉 冰，陳永愧

（新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453000）

有機磷農(nóng)藥殘留分析是一種重要的痕量組分的分析技術(shù)，既需要靈敏度比較高的痕量分析技術(shù)，又需要精密的微量操作方法和手段。雖然現(xiàn)在質(zhì)譜聯(lián)用、超臨界流體色譜等更精確的檢測方法及其聯(lián)用技術(shù)仍然是農(nóng)殘分析的主要手段[1]，且這類方法具有檢測靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點，但由于所需儀器貴重，維護成本高，且中間處理過程復(fù)雜、分析時間也比較長，因而現(xiàn)場檢測極為不便[2-5]。近年來，電化學(xué)法、酶抑制法、免疫分析法等一些用于有機磷農(nóng)藥殘留分析的現(xiàn)場快速檢測方法迅速發(fā)展起來。雖然這些方法具有檢測時間短、靈敏度高、檢測成本低、選擇性強和適于現(xiàn)場檢測等優(yōu)點，但這些方法在有機磷農(nóng)藥殘留濃度很低的情況下其準(zhǔn)確性不高，且無法鑒別有機磷農(nóng)藥的種類[6-10]。

傳統(tǒng)的牛奶中農(nóng)藥殘留檢測方法不能滿足含有復(fù)雜基質(zhì)的牛奶樣品痕量分析的有效富集凈化，并且樣品前處理長時間，并且方法復(fù)雜，準(zhǔn)確性不高。鑒于此，必須開發(fā)一種簡單、方便、安全、易于實現(xiàn)自動化、富集凈化效率高的前處理方法。分子印跡-固相法（MISPE）由于自身的獨特優(yōu)勢在此方面有所應(yīng)用。如，分子印跡-固相萃取-HPLC 法測定牛奶和蝦仁中的氯霉素[11]，MISPE 凈化牛奶中的磺胺嘧啶磷[12-13]。但關(guān)于分子印跡-固相法處理牛奶樣品中有機磷農(nóng)藥的報道至今很少。

本論文內(nèi)容為 MISPE 法萃取牛奶中的有機磷農(nóng)藥。建立一種新的前處理方法，克服傳統(tǒng)固相萃取吸附填料的選擇性差等缺點，提高含有復(fù)雜基質(zhì)的牛奶樣品中有機磷農(nóng)藥富集凈化效率和檢測準(zhǔn)確度。同時有利于其他含復(fù)雜基質(zhì)的生物樣品中藥物殘留的檢測方法的建立。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

FULI-9790 型 GC 氣相色譜儀，F(xiàn)TLA-2000 型紅外分光光度計，TU-190l 型紫外可見分光光度計，Quanta-200 型掃描電鏡；實驗中所用試劑均為分析純。

1.2 實驗步驟

稱取0.0916g ACEP(印跡分子，0.5mmol)、0.1722g α-MAA(單體，2.0mmol ) 溶于7.5mL 氯仿中，于冰箱中放置12 小時，然后加入 TMPTA (交聯(lián)劑，10.0mmol )、50.0mg AIBN（引發(fā)劑）形成均勻有機相。再稱取2.0g PVAl24 加入裝有75.0mL二次蒸餾水的燒瓶中，水浴加熱使其溶解，然后冷卻至室溫，攪拌下把上述有機相慢慢加入燒瓶中，得乳白色的懸濁液。惰性氣體保護下60℃水浴中反應(yīng)過夜。MIPs 用40℃水洗滌4 次后，離心收集MIPs，用稀醋酸和甲醇的混合液索氏提取24h，然后用10.0mL 甲醇洗滌3 次。微球自然晾干后，40℃真空干燥過夜，取300～400 目篩的 MIPs 待用。

2 結(jié)果與討論

2.1 ACEP 與α-MAA 相互作用

為了優(yōu)化最佳反應(yīng)條件，預(yù)測聚合物的選擇性和反應(yīng)機理，我們利用紫外分光光度法和紅外光譜法研究了印跡分子與α-MAA 在氯仿中的相互作用，我們發(fā)現(xiàn)兩者混合后，隨著功能單體α-MAA 量的增加，紫外光譜的最大吸收波長和紅外光譜的主要官能團的波數(shù)都發(fā)生了變化，表明ACEP和α-MAA之間產(chǎn)生了相互作用，推測為ACEP 和α-MAA 之間的氫鍵作用[14-15]。

2.2 制備MIPs 的影響因素

2.2.1 功能單體用量的影響

本文選擇甲基丙烯酸為功能單體。一方面因為它帶有烯鍵可與TMPTA 聯(lián)結(jié)形成聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，另一方面因為它帶有能與模板發(fā)生作用的官能團。聚合物形成后烯類殘基作為網(wǎng)絡(luò)骨架的一部分留到聚合物中，除去模板后形成的識別空腔表面則為固定排布的功能基團。MIPs 的制備不僅與單體的種類有關(guān)，且與單體的用量密切相關(guān)。甲基丙烯酸作為功能單體不僅與ACEP 具有較強的作用力和較多的結(jié)合位點，對MIPs 的吸附性能也有很大的影響。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，雖然增加功能單體的用量可使模板分子與其作用更充分，但過量的功能單體可能導(dǎo)致非組裝的功能單體殘基之間產(chǎn)生非選擇性的結(jié)合位點的增加，從而降低其吸附性能；另一方面過量的功能單體可能引起自身的締臺，導(dǎo)致選擇性結(jié)合位點數(shù)降低[16]。而過低的比例會使結(jié)合位點不足，綜合考慮這些影響因素，本文選擇模板分子與功能單體的物質(zhì)的量比為1∶4 來制備MIPs。

2.2.2 交聯(lián)劑用量的影響

交聯(lián)劑的種類及用量不僅影響MIPs 的剛性和空穴形狀，而且還會影響功能單體基團排列的穩(wěn)定性。只有選擇適當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑，無規(guī)則的共聚反應(yīng)才能成功實現(xiàn)，才能有效固定客體的結(jié)合點，使之牢固地處于我們希望的結(jié)構(gòu)之中。本文選擇含三己烯基的 TMPTA 為交聯(lián)劑，因為它含有多個官能團，不僅可以提高聚合物的交聯(lián)度，增強聚合物的剛性，還有利于保持識別點的整體性。而且 TMPTA 可使制備的 MIPs 具有大孔型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、交聯(lián)度很高、穩(wěn)定性好、更好的柱容量、選擇性及分離度，且網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部傳質(zhì)過程較為容易，在分子印跡聚合物中非常合適。

實驗發(fā)現(xiàn)TMPTA 用量為4mmol 時沒有聚合成固定形態(tài)的MIPs，逐漸增加TMPTA 的用量，MIPs 對ACEP 的吸附量也逐漸增加。可知TMPTA的用量過少，不能完全使得α-MAA 和ACEP 形成的有序空間結(jié)構(gòu)固定下來，亦不能固定功能單體的特殊取向，經(jīng)優(yōu)化，制備MIPs 的ACEP、α-MAA、TMPTA 的比例為1∶4∶20。

2.2.3 氯仿用量對MIPs 粒徑的影響

在聚合過程中，溶劑不僅是各組成的良性溶劑，而且在此過程中溶劑還有為印跡高聚物提供多孔結(jié)構(gòu)，進而促進客體分子的鍵合速度的重要作用。在聚合反應(yīng)中溶劑分子在反應(yīng)結(jié)束時留在了高聚物內(nèi)部，而在后處理除去溶劑的過程中，溶劑分子所占的原始空間就在高聚物內(nèi)部形成了許多孔狀結(jié)構(gòu)。因此易于鍵合和釋出客體分子。溶劑的另一作用是能分散在聚反應(yīng)中所釋出的熱量，使聚合反應(yīng)順利進行，不會導(dǎo)致因為反應(yīng)的局部溫度過高而引發(fā)的副反應(yīng)。

印跡分子的種類決定了溶劑的選擇，氯仿是一種最為廣泛應(yīng)用的溶劑，因為它既是各組成的良性溶劑，能溶解多數(shù)單體和模板，也不會壓制氫鍵的生成，易于鍵合和釋出客體分子。在MIPs 微球制備過程中，氯仿用量會改變單體的粘度，使α-MAA更加容易分散于水中，對微球的粒徑大小及粒徑分布也會產(chǎn)生影響[17-18]。如表1 所示。

表1 氯仿對MIPs 粒徑的影響 Table 1 Effect of chloroform on the size distribution of MIPs

通過考察 TMPTA、α-MAA 和氯仿等主要成分對MIPs 制備的影響，得到最佳聚合印跡微球的配比。最終得到的印跡微球粒徑均勻，形貌規(guī)整，且 MIPs 的表面布滿了空穴。由此可知，采用懸浮聚合法制備 MIPs 微球方法簡單，得到的印跡微球粒徑分布均勻，克服了本體聚合法制備 MIPs 的費時、形貌不規(guī)整、在研磨過程中容易破壞結(jié)合位點等缺點。

3 結(jié)論

采用懸浮聚合法制備乙酰甲胺磷和甲胺磷的 MIPs，并通過優(yōu)化聚合條件，制備出粒徑均勻的印跡聚合物微球。該制備方法簡單，省時省力，易于控制 MIPs 微球粒徑，便于推廣分子印跡技術(shù)在農(nóng)藥殘留中的應(yīng)用。

[1]劉曙照，錢傳范.九十年代農(nóng)藥殘留分析新技術(shù)[J]. 農(nóng)藥，1998，37(6)：11-13.

[2]Tarbah F A，Mahler H，Temme O，el a1. An analytical method for the rapid screening of organophosphate pesticides in human biological samples and foodstuffs[J]. Forensic Sci. Int., 2001，121：126-133.

[3]Blasco C，Pieo Y Manes J，et a1. Determination of fungicide residues in fruits and vegetables by liquid chromatography-atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry[J]. Chromatogr. A，2002，947(2)：227-235.

[4]Tariq M I，Afzal S，Hussain I. Pesticides in shallow groundwater of Bahawalnagar，Muzafargarh，D. G Khan and Rajah Pur districts of Punjab[J]. Pakistan Environ. Int., 2004，30(4)：471-479.

[5]Liu M，Shi Y H，Song Y，et a1. Determination of triazine herbicides in fruits and vegetables using dispersive solid-phase extraction coupled with LC-MS[J]. J. Chromatogr. A，2005，1097，183-187.

[6]陸貼通. 生物酶技術(shù)在農(nóng)藥殘留快速檢測中的應(yīng)用進展[J]. 上海環(huán)境科學(xué)，2001，20(10)：467-470.

[7]賀筱蓉，周華英.農(nóng)殘速測卡與氣相色譜在檢測蔬菜有機磷農(nóng)藥殘留中的對比實驗[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志，2003，13(6)：678-679.

[8]郭輝，何成勇，等.分光光度計在蔬菜有機磷農(nóng)藥殘留快速檢測上的應(yīng)用[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科技，1997，12：40.

[9]Mulchandani A，Chen W，Muichandani P，et al, Biosensors for direct determination of organophosphate pesticides[J]. Biosensors and Bioelectronics，2001，16：225-230.

[10]Pogacnik L，F(xiàn)rando M. Detection of organophosphate and carbamate pesticides in vegetable samples by a photothermal biosensor[J]. Biosensors and Bioelectronies，2003，18(1)：1-9.

[11]Shi Xizhi，Wu Aibo， Zheng Sulian，et al.Molecularly imprinted polymer microspheres for solid-phase extraction of chloramphenicol residues in foods[J].Jouranl of chromatography B，2007，850：24-30.

[12]Guzman-Vazquez de Prada A，ReViejo A J，Pingarron J M. A method for the quantification of low concentration sulfamethazine residues in milk based on molecularly imprinted clean-up and surface preconcentration at a Nafion-modified glassy carbon electrode[J].Jouranl of Phamaceutical and Biomedical Analysis，2004，40：281-286.

[13]Guzman-Vazquez de Prada A，Mantmez-Ruiz P，ReViejo A J. Solid-phase molecularly imprinted on-line preconcentration and voltammetric determ- ination of sulfIamethazine in milk[J]. Analytica Chimica Acta，2005，539：l25-l32.

[14]朱曉蘭，楊俊，蘇慶德，等.久效磷分子印跡聚合物分子識別特性的光譜研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2006，26(10)：1817-1820.

[15]嚴(yán)守雷，高志賢，房彥軍.農(nóng)藥久效磷分子印跡聚合物合成及其親和性能評估[J].高分子學(xué)報，2006，1(1)：160-163.

[16]顏流水，井晶，黃智敏，等.槲皮素分子印跡聚合物的制備及固相萃取性能研究[J].分析試驗室，2006，25(5)：99-100.

[17]小宮山真，竹內(nèi)俊文，務(wù)川高志，等.分子印跡學(xué)-從基礎(chǔ)到應(yīng)用（現(xiàn)代化學(xué)前沿譯叢）[M].北京：科學(xué)出版社，2006：16.

[18]鄭細鳴，涂偉萍.分子印跡聚合物微球的粒徑的尺寸及分布[J].化工時刊，2004，18(6)：12-15.