基于硼親和策略的紙基分子印跡膜對沙丁胺醇選擇性吸附研究

周 穎 王鼎南， 王 揚 葉素丹 王東輝 武 斌，* 張宜明，*

（1浙江農(nóng)林大學(xué)食品與健康學(xué)院，浙江 杭州 311300；2浙江省水產(chǎn)推廣技術(shù)總站，浙江 杭州 310023；3浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018）

沙丁胺醇（salbutamol，SAL）是一種人工合成的β-腎上腺素受體激動劑，廣泛用于治療人類呼吸系統(tǒng)疾?。ㄈ缦?-2］。由于其對動物體內(nèi)脂肪分解和蛋白質(zhì)合成有促進(jìn)作用，曾在畜牧業(yè)中被非法添加以提高飼料轉(zhuǎn)化率，動物組織中殘留的SAL 能夠通過食物鏈傳遞給消費者，對人體健康造成很多潛在的危害［3-4］。雖然大多數(shù)國家已禁止在飼料中添加SAL，但SAL仍被非法用于動物生產(chǎn)［5］。為了提高SAL 分析方法的性能，從復(fù)雜樣品中分離出SAL 面臨更高的要求。目前，用于SAL 分離的方法包括弱陽離子交換色譜、免疫親和柱、聚合物微萃取等［6］。然而，這些方法有的為非特異性分離技術(shù)，免疫親和柱需要制備特異性的抗體，對有機溶劑難以耐受且成本較高。因此，開發(fā)一種便捷的方法以實現(xiàn)SAL的選擇性富集非常有必要。

一直以來，紙基材料因其易于改性和較易獲得等優(yōu)點而受到研究者們的廣泛關(guān)注，尤其是Martinez等［7］于2007 年提出微流體紙基分析裝置（microfluidic paper-based analytical devices，μPADs）之后，μPADs 憑借成本低、親水性強、生物相容性好等優(yōu)點逐漸成為樣品預(yù)富集領(lǐng)域的研究熱點。早期的紙基富集材料對目標(biāo)物進(jìn)行選擇性捕獲時多依賴于化學(xué)鍵、極性、靜電結(jié)合等作用力，在富集性能和選擇性上存在一定的缺陷［8］。為了進(jìn)一步拓展μPADs 的應(yīng)用，可以通過引入不同的識別元件如金屬有機框架（metal-organic frameworks，MOFs）或分子印跡聚合物（molecularly imprinted polymers，MIPs）以構(gòu)筑仿生識別受體，實現(xiàn)對目標(biāo)物的選擇性分析和測定［9-10］。2013 年，Ge 等［11］首次研究了MIPs作為紙基分析裝置中識別元素的潛力，并證明了MIPs不僅具有極強的選擇性，同時還具備較高的靈敏度和穩(wěn)定性，紙基MIPs也因此得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。Liu等［12］設(shè)計了一種基于MIPs的新型化學(xué)發(fā)光檢測敵敵畏的紙上實驗室裝置，可以在紙基芯片上很好地實現(xiàn)吸附和洗脫程序。Hao等［13］利用聚酯纖維薄膜作為基材在其表面原位合成MIPs，對黃瓜樣品中的農(nóng)藥具有選擇性富集作用。近年，基于預(yù)安裝含有官能團(tuán)配體的功能性MOFs 在富集領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注，在原始配體的基礎(chǔ)上引入另外一個帶有官能團(tuán)的配體，通過一鍋合成法共同組裝成一個新的MOFs，不僅保留了原始MOFs 的結(jié)構(gòu)，還引入了特定的官能團(tuán)，可以有效提高材料的吸附容量［14-15］。目前，含有硼酸官能團(tuán)的配體已被廣泛用于構(gòu)建MOFs，使得MOFs 含有大量的活性位點-B（OH）2，能夠與順式二醇分子之間存在可逆的相互作用，因此，硼酸配體在模板固定和去除方面具有獨特的優(yōu)勢。而Xing 等［16］在2015 年提出的硼親和可控定向表面分子印跡技術(shù)將硼親和作用與分子印跡技術(shù)有效結(jié)合，不僅印跡效率高、通用性好，還具有抗干擾能力強、適用pH 范圍廣、質(zhì)譜兼容性好等優(yōu)點?；诖?，與MOFs、MIPs 集成的紙基分析裝置（MOFs/MIPs-μPADs）作為仿生識別受體，將在生物分析和化學(xué)領(lǐng)域開拓出更為廣泛的應(yīng)用。

本研究首次以紙基為載體，基于混合有機配體的預(yù)安裝策略，結(jié)合定向表面印跡技術(shù)，成功制備了硼親和紙基分子印跡吸附膜（FSM-BA@MIP），構(gòu)建的吸附膜能夠?qū)崿F(xiàn)對SAL 的選擇性富集。采用掃描電鏡（scanning electron microscope，SEM）、傅里葉紅外光譜（fourier transform infrared spectrometry，F(xiàn)TIR）、X 射線衍射（X-ray diffraction，XRD）和熱重（thermogravimetric，TG）對材料進(jìn)行表征，結(jié)合吸附試驗，探究FSM-BA@MIP對SAL的吸附機制，以期在分離動物源性食品中具備順式二醇結(jié)構(gòu)類有害殘留領(lǐng)域發(fā)掘更廣泛的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗中所有試劑均為分析純并且無進(jìn)一步純化。Whatman 1號定性濾紙，英國沃特曼中國代理公司；鹽酸（HCl，優(yōu)級純），蘇州永華化學(xué)股份有限公司；甲醇、乙醇、乙酸、氨水、N，N-二甲基甲酰胺（N，N-dimethylformamide，DMF）均為分析純，上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氯化鋯（ZrCl4，100%）、對苯二甲酸（terephthalic acid，TPA，99%）、3-羧基苯硼酸（3-Carboxyphenylboronic acid，3-CPBA，99%）、硅酸四乙酯（tetraethyl orthosilicate，TEOS，98%）、沙丁胺醇硫酸鹽（salbutamol，SAL，98%）、硫酸特布他林（terbutaline sulfate，TER，98%），上海阿拉丁生化科技股份有限公司；去甲腎上腺素（noradrenaline，NORE，98%）、鹽酸克倫特羅（clenbuterol hydrochloride，CBL，96%），上海麥克林生化科技股份有限公司；萊克多巴胺鹽酸鹽（ractopamine hydrochloride，RAC，94%），德國Dr.Ehrenstorfer公司。

1.2 儀器與設(shè)備

KQ5200DE 型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；SHA-B 雙功能水浴恒溫振蕩器，蘇州九聯(lián)科技有限公司；AL104 電子分析天平、FE-20 pH 計，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；DZF-6032 真空干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；MC-3020 激光雕刻機，山東銘創(chuàng)激光設(shè)備有限公司；H1850 型離心機，湘潭湘儀儀器有限公司；UltiMate 3000 液相色譜儀、Nicolet iS20 型傅里葉紅外光譜儀（波數(shù)范圍600～4 000 cm-1），美國Thermo Fisher 公司；API 4000 Qtrap三重四級桿質(zhì)譜儀，美國SCIEX 公司；QUANTA FEG 650 型掃描電鏡，美國FEI 公司；ULTIMA IV 型X 射線衍射儀，日本理學(xué)Rigaku，掃描速度2°·min-1，掃描角度5°～90°；TG 209 F3 Tarsus 型熱重分析儀，德國耐馳公司，溫度30～800 ℃，升溫速率10 ℃·min-1。

1.3 試驗方法

1.3.1 二氧化硅改性濾紙（Filter paper@SiO2，F(xiàn)S）的制備 Whatman 1號定性濾紙用激光雕刻機裁切成大小相等的形狀，用0.2 mol·L-1HCl浸泡30 min，去離子水沖洗3 次，于50 ℃真空干燥箱中烘干，獲得清潔后的濾紙（Filter paper，F(xiàn)P）。隨后將20 mL 80%的乙醇水浴加熱至40 ℃，加入500 μL 氨水超聲5 min混勻，再依次加入300 μL TEOS和FP，在40 ℃水浴搖床里振蕩反應(yīng)8 h，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水和無水乙醇分別沖洗3次，于50 ℃真空干燥1 h，獲得SiO2改性后的濾紙F(tuán)P@SiO2，即FS。

1.3.2 紙基硼酸功能化金屬有機框架材料（FS@BAZr-MOF,FSM-BA）的制備 參考Zhang 等［15］的方法并加以改進(jìn)，采用典型的溶劑熱反應(yīng)制備BA-Zr-MOF納米顆粒，稱取0.45 g ZrCl4溶于50 mL DMF 中，超聲20 min混勻。0.49 g TPA 和0.26 g 3-CPBA 分別溶于20 mL DMF，并與50 mL氯化鋯溶液混合，轉(zhuǎn)移至200 mL不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，再加入FS，在125 °C下反應(yīng)6 h。反應(yīng)結(jié)束后，待反應(yīng)釜冷卻至室溫將紙基取出，離心收集沉淀，分別用DMF 和無水乙醇沖洗3 次，50 ℃真空干燥6 h，獲得FSM-BA和BA-Zr-MOF粉末備用。

1.3.3 硼親和紙基分子印跡吸附膜（FSM-BA@MIP/NIP）的制備 模板固定：稱取一定量的SAL 溶于20 mL 甲醇溶液（pH 值8），然后加入FSM-BA，在室溫下振搖反應(yīng)2 h，結(jié)束后取出模板固定化的FSM-BA，用甲醇（pH值8）沖洗3次，去除未結(jié)合的SAL。定向印跡：將模板固定化的FSM-BA 浸入40 mL 乙醇，再加入0.6 mL 氨水和10 mL 預(yù)聚液，27 ℃下振搖反應(yīng)一定時間，聚合結(jié)束后分別用去離子水和乙醇清洗3次，去除未反應(yīng)的試劑，40 ℃真空干燥1 h。模板洗脫：在室溫下，將固定了模板的FSM-BA 轉(zhuǎn)移到20 mL 0.1 mol·L-1乙酸溶液中，設(shè)置洗脫過程為30 min/次，每洗脫1次需換新的洗脫液，重復(fù)數(shù)次以去除印跡模板，通過高效液相色譜儀（high performance liquid chromatograph，HPLC）檢測洗脫液里SAL 的殘留濃度來驗證模板是否洗脫干凈，并記錄洗脫時間。除去固定化模板后，用去離子水和乙醇各沖洗3 次，最后于40 ℃真空干燥過夜，即得FSM-BA@MIP。除了沒有添加SAL 外，還使用相同的方法合成了非印跡吸附膜FSM-BA@NIP。

1.3.4 印跡時間的優(yōu)化 本試驗定向表面印跡步驟與1.3.3 相同，將已經(jīng)進(jìn)行模板固定的FSM-BA 用無水乙醇洗滌1遍，浸入40 mL 乙醇，再加入0.6 mL氨水和10 mL 預(yù)聚液，將印跡時間設(shè)定為10～45 min進(jìn)行優(yōu)化，反應(yīng)結(jié)束后用無水乙醇和去離子水各清洗3 次，根據(jù)公式（1）計算FSM-BA@MIP/NIP 對SAL 的吸附量，并通過印跡因子（imprinting factor，IF）考察印跡效果，根據(jù)公式（2）計算。

式（1）中，Qe為單位質(zhì)量的FSM-BA@MIP 對SAL的吸附量（mg·g-1）；C0為SAL 起始溶液濃度（mg·L-1）；Ce為吸附平衡時溶液相中SAL 濃度（mg·L-1）；V為吸附平衡溶液體積（mL）；m為FSM-BA@MIP/NIP 的質(zhì)量（g）。式（2）中，QFSM-BA@MIP和QFSM-BA@NIP分別是FSMBA@MIP和FSM-BA@NIP對SAL的吸附量（mg·g-1）。

1.3.5 吸附試驗 將SAL溶于甲醇（用三乙胺調(diào)劑pH值為8）溶液中，配置得到濃度為1 g·L-1的SAL儲備液，然后稀釋至50 mg·L-1作為使用液。移取2 mL使用液于10 mL螺口小瓶中，加入2片F(xiàn)SM-BA和FSM-BA@MIP/NIP后在水浴搖床中以120 r·min-1的轉(zhuǎn)速恒溫振蕩2 h，吸附結(jié)束后取上清液過0.22 μm針頭式濾膜，用HPLC檢測SAL殘留濃度，根據(jù)公式（1）計算吸附容量。

通過控制變量來考察不同反應(yīng)條件對吸附結(jié)果的影響。首先，控制吸附時間不變，改變SAL溶液初始濃度（0.5、1、2.5、5、10、15、20、25、35、50 mg·L-1）進(jìn)行靜態(tài)吸附試驗，考察FSM-BA 和FSM-BA@MIP/NIP 對SAL 的吸附效果，并用Langmuir（3）和Freundlich（4）模型評估FSM-BA@MIP 的吸附性能；其次，控制SAL 初始濃度不變，改變吸附時間（5、10、15、20、30、40、50、60、80、100、120 min）進(jìn)行動力學(xué)吸附試驗，為進(jìn)一步研究FSM-BA@MIP 對SAL 吸附速率的控制機制，采用準(zhǔn)一級動力學(xué)（5）和準(zhǔn)二級動力學(xué)模型（6）對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析：

式中，Ce為吸附平衡時溶液中SAL的濃度（mg·L-1）；Qe為SAL的平衡吸附容量（mg·g-1）；Qm為SAL的飽和吸附容量（mg·g-1）；KL為Langmuir的吸附常數(shù)（L·mg-1）；KF為Freundlich 的吸附常數(shù)（mg·g-1）；n是非均質(zhì)系數(shù)，與材料的均勻性有關(guān)。

式中，Qe和Qt分別表示吸附平衡時和時間為t（min）時對SAL的吸附量（mg·g-1）；K1為準(zhǔn)一級吸附速率常數(shù)（min-1）；K2為準(zhǔn)二級吸附速率常數(shù)（g·mg-1·min-1）。

1.3.6 選擇性試驗 為了考察 FSM-BA@MIP 對SAL 的選擇性吸附，選擇同屬于β-腎上腺素受體激動劑的克侖特羅、特布他林、萊克多巴胺及結(jié)構(gòu)類似物去甲腎上腺素作為SAL的競爭吸附化合物。分別配置上述5種化合物的標(biāo)準(zhǔn)甲醇溶液（50 mg·L-1，2 mL），加入兩片F(xiàn)SM-BA@MIP 或FSM-BA@NIP 在水浴搖床中以120 r·min-1振蕩1 h，結(jié)束后取上清液過0.22 μm 針頭式濾膜，用HPLC 檢測殘留濃度，并根據(jù)公式（1）計算吸附容量。

1.3.7 再生試驗 控制吸附時間不變，用50 mg·L-1SAL 進(jìn)行吸附，結(jié)束后用0.1 M 乙酸溶液進(jìn)行模板洗脫，真空干燥后再次吸附，即吸附-洗脫-再吸附過程重復(fù)5次，測試FSM-BA@MIP的再生性能。

1.3.8 實際樣品分析 選取市售的豬肉或者豬肝作為實際樣品（購于當(dāng)?shù)氐挠垒x超市），具體基質(zhì)處理方法如下：取3 g 均質(zhì)后的樣品于50 mL 離心管中，分別加入SAL 標(biāo)準(zhǔn)溶液使其濃度分別為0.3、0.5 和1 μg·kg-1，混勻后加入3 mL 0.1 mol·L-1的鹽酸溶液，超聲15 min。再加入12 mL 甲醇溶液，高速渦旋3 min，于10 000 r·min-1、10 ℃條件下離心10 min，吸取上清液，用1 mol·L-1氫氧化鈉溶液調(diào)至pH 值8（若有沉淀，重復(fù)上述離心操作），上清液于4 ℃下保存?zhèn)溆?。用FSM-BA@MIP 進(jìn)行吸附-洗脫處理，收集洗脫液待上樣，每組加標(biāo)混合物進(jìn)行6 次分析，計算回收率與精密度，LC-MS/MS 方法進(jìn)樣的具體步驟與儀器條件參考《GB 31658.22-2022 動物性食品中β-受體激動劑殘留量的測定 液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法》［17］。根據(jù)公式EF=CFSM-BA@MIP/C0計算富集倍數(shù)（enrichment factor，EF）［18］，式中CFSM-BA@MIP為FSM-BA@MIP 吸附后洗脫下來的SAL 濃度，C0為樣品溶液中SAL 加標(biāo)的初始濃度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，Origin 2021進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合和圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 材料的表征

2.1.1 SEM 和EDS 分析結(jié)果 通過掃描電子顯微鏡（SEM）表征所制備材料的形態(tài)和元素，如圖1-A 所示，空白紙基FP的纖維光滑，圖1-B對FP進(jìn)行了SiO2改性修飾制得FS，可以清晰觀察到紙基纖維表面二氧化硅微球的形貌。圖1-C 是通過溶劑熱法在FS 表面構(gòu)筑BA-Zr-MOF，可以觀察到白色納米顆粒在FS表面的附著，圖1-D 為純BA-Zr-MOF 材料的形貌特征圖，證明了FSM-BA 制備成功，這與前人研究結(jié)果一致［15］。圖1-E 為FSM-BA 的能量色散X 射線（energy dispersive spectrometer，EDS）元素映射結(jié)果，可觀察到強的Zr 和Si 信號，其原子比分別為16.81% 和14.23%，進(jìn)一步證明SiO2和BA-Zr-MOF 在紙基表面上的成功構(gòu)筑。

2.1.2 FTIR分析結(jié)果 圖2為FS和FSM-BA@MIP的特征紅外光譜，1 101 cm-1處的吸收峰歸因于Si-O-Si的非對稱伸縮振動峰［15］，證明SiO2成功改性了濾紙。1 654 cm-1附近的振動歸屬于C=O的伸縮振動，1 505和1 582 cm-1處的吸收峰對應(yīng)于苯環(huán)骨架振動。此外，BA-Zr-MOF在濾紙表面生長后，苯環(huán)C-H在754 cm-1處的彎曲伸縮振動清晰可見，且1 396 cm-1處的強吸收峰為BO［12］振動形成，證明硼酸配體成功接枝在Zr-MOF上。

圖2 不同材料的FTIR分析Fig.2 FTIR analysis of different materials

2.1.3 XRD 分析結(jié)果 由圖3-A 可知，與模擬的Zr-MOF 晶體X 射線衍射相比，合成的BA-Zr-MOF 與模擬的Zr-MOF的特征峰（2θ=7.3°，8.5°，25.5°）吻合［19］，說明BA-Zr-MOF 成功合成。此外，還觀察到FSM-BA與BA-Zr-MOF 有著相同的特征衍射峰（圖3-B），證明BA-Zr-MOF 成功構(gòu)筑在濾紙上。FP 和FSM-BA@MIP在2θ=14.9°和23.2°有相似的特征衍射峰，可以推測是濾紙上的特征峰。

圖3 不同材料的XRD分析Fig.3 XRD analysis of different materials

2.1.4 TG 分析結(jié)果 如圖4 所示，在氮氣氣氛下，4種材料的質(zhì)量減輕趨勢相似。由于濾紙不耐高溫，所以FP 沒有殘留物并完全燃燒成灰燼，F(xiàn)S 的殘留物可能是未燃盡的SiO2層，F(xiàn)SM-BA 和FSM-BA@MIP 均有大量殘留物，主要是降解的濾紙及部分未降解的金屬有機材料和印跡層［20］。

圖4 不同材料的TG分析Fig.4 TG analysis of different materials

2.2 洗脫時間的考察結(jié)果

洗脫時間的考察有助于得到數(shù)量豐富且結(jié)構(gòu)完整的印跡孔穴，即制備出具有高度選擇性的FSMBA@MIP，通過HPLC 檢測每一批次洗脫液中SAL 的殘留濃度來確定洗脫次數(shù)和時間。經(jīng)測定，模板固定和定向表面印跡操作后的FSM-BA@MIP 在第三次洗脫液中已經(jīng)無法檢測出SAL，說明模板洗脫干凈，因此確定的最佳洗脫時間為2 次，每次30 min。

2.3 不同印跡時間對吸附結(jié)果的影響

為了使FSM-BA@MIP 具有更出色的識別性能，對印跡時間進(jìn)行了考察，以印跡因子（imprinting factor，IF）作為判斷依據(jù)［16］。由圖5 可知，當(dāng)時間為20 min 時，F(xiàn)SM-BA@MIP 吸附性能最佳，印跡因子達(dá)到3.2，說明20 min 的印跡時間能夠形成尺寸較為合適的印跡空腔，以實現(xiàn)對SAL的選擇性吸附。因此，在后續(xù)試驗中將印跡時間均設(shè)為20 min。

圖5 印跡時間對FSM-BA@MIP/NIP 識別性能的影響Fig.5 Influence of imprinting time on recognition performance of FSM-BA@MIP/NIP

2.4 靜態(tài)吸附結(jié)果及等溫模型分析

目標(biāo)物的初始濃度也是影響吸附性能的重要因素，在0.5～50 mg·L-1范圍內(nèi)改變SAL的初始濃度，分別測試了FSM-BA 和FSM-BA@MIP/NIP 的吸附容量，得到吸附等溫曲線，見圖6。結(jié)果表明，隨著SAL 初始濃度的增加，平衡濃度和傳質(zhì)驅(qū)動力增大，SAL的擴散速率增大，使得FSM-BA@MIP與SAL接觸頻繁，吸附容量增大，最后當(dāng)濃度增加到50 mg·L-1時，F(xiàn)SM-BA@MIP的最大吸附量達(dá)到142.86 mg·g-1，遠(yuǎn)高于FSM-BA@NIP。這主要是因為FSM-BA@MIP 表面的雙重識別位點提高了對目標(biāo)物SAL的高取向選擇性吸附。值得注意的是，沒有進(jìn)行印跡層修飾的FSM-BA，其吸附容量高于FSM-BA@MIP。這是因為FSM-BA表面除了硼親和作用，還有MOFs 材料本身所具備的非特異性吸附作用。而對FSM-BA 進(jìn)行定向表面印跡操作，洗脫過程會造成部分MOFs 材料的損耗，印跡孔穴的存在也會提高吸附選擇性，從而造成吸附容量出現(xiàn)一定程度的降低。隨后采用Langmuir 和Freundlich 模型分別對吸附結(jié)果進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖7和表1所示，F(xiàn)reundlich模型的R2為0.934～0.974，說明FSM-BA@MIP 對SAL 的吸附行為更符合Freundlich模型，屬于多層吸附［21］。

表1 Langmuir 和 Freundlich 等溫吸附模型擬合參數(shù)Table 1 Estimated values for constants for the Langmuir and Freundlich models

圖6 FSM-BA和FSM-BA@MIP/NIP 的吸附等溫線Fig.6 Adsorption isotherm of FSM-BA@MIP/NIP and FSM-BA

圖7 FSM-BA@MIP（A和C）FSM-BA@NIP（B和D）的吸附等溫模型圖，A和B為Langmuir模型，C和D為Freundlich模型Fig.7 Adsorption isothermal model analysis diagram of FSM-BA@MIP （A and C） and FSM-BA@NIP （B and D），A and B were Langmuir model，C and D were Freundlich model

2.5 動力學(xué)吸附結(jié)果及模型分析

吸附曲線如圖8-A 所示，F(xiàn)SM-BA@MIP 和FSMBA@NIP 在前20 min 均表現(xiàn)出較快的吸附速率。隨著吸附時間的增加，F(xiàn)SM-BA@MIP 吸附速率逐漸趨于緩慢，在100 min 左右達(dá)到吸附平衡，F(xiàn)SM-BA@NIP 則在25 min 達(dá)到吸附平衡。由于FSM-BA@MIP 的雙重印跡結(jié)合位點，使其吸附性能明顯優(yōu)于FSM-BA@NIP。與此同時，采用準(zhǔn)一級和準(zhǔn)二級模型對動態(tài)吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，相關(guān)擬合數(shù)據(jù)見表2，與準(zhǔn)一級動力學(xué)方程相比，F(xiàn)SM-BA@MIP 對SAL 的吸附更貼近準(zhǔn)二級動力學(xué)方程的計算值，因此，準(zhǔn)二級模型更適用于描述整個動力學(xué)吸附過程［22］，結(jié)果見圖8-B，說明FSM-BA@MIP對SAL的吸附屬于化學(xué)吸附過程。

表2 FSM-BA@MIP的動力學(xué)模型擬合參數(shù)Table 2 The fitting results of the kinetic models for FSM-BA@MIP

圖8 FSM-BA@MIP和FSM-BA@NIP的吸附動力學(xué)曲線（A），準(zhǔn)二級模型擬合（B）Fig.8 Kinetics adsorption curves （A），pseudo-second-order kinetic （B） model fitting of FSM-BA@MIP and FSM-BA@NIP

2.6 吸附選擇性

如圖9-A 所示，由于硼酸鹽親和與表面印跡的雙重作用，F(xiàn)SM-BA@MIP 具有特異性識別位點，能夠選擇性吸附具有順式二醇結(jié)構(gòu)的SAL，且吸附性能明顯優(yōu)于FSM-BA@NIP，印跡因子為3.18，而對不具備順式二醇結(jié)構(gòu)的CBL 和RAC 基本沒有吸附作用，印跡因子也僅為1.29 和1.23。值得注意的是，如圖9-B 所示，雖然TER 和NORE 在結(jié)構(gòu)和大小上與沙丁胺醇接近，但FSM-BA@MIP 在硼親和定向表面印跡作用下形成的印跡孔穴與TER 和NORE 的匹配度不足，因此吸附容量遠(yuǎn)低于對SAL的吸附容量。

圖9 FSM-BA@MIP/NIP 對沙丁胺醇及相似分子的選擇性（A），克侖特羅、特布他林、萊克多巴胺和去甲腎上腺素的結(jié)構(gòu)式（B）Fig.9 Selectivity of FSM-BA@MIP/NIP for salbutamol and similar molecules （A），structural formulae of Clenbuterol，Terbutaline，Ractopamine and Norepinephrine （B）

2.7 再生試驗和吸附機理

試驗選用0.2 mol·L-1乙酸溶液作為洗脫液，經(jīng)過5次吸附-洗脫試驗，結(jié)果見圖10。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，F(xiàn)SM-BA@MIP 對SAL 吸附能力有所下降，但重復(fù)5 次后吸附量仍可達(dá)到125.65 mg·g-1，與第一次吸附相比下降了約17%，吸附能力的下降可能是由材料在洗脫過程中造成的損耗或者未洗脫的SAL占據(jù)了結(jié)合位點所致［23］。FSM-BA@MIP與SAL的結(jié)合示意圖見圖11，表面MIPs 為吸附SAL 提供了特定的印跡識別孔穴，在堿性條件下，SAL 的順式二羥基與FSM-BA@MIP 表面的硼酸功能化MOFs 形成六元環(huán)酯（sp3），在酸性條件下，硼原子從sp3雜化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閟p2雜化，從而使得形成的共價鍵解離，SAL重新釋放到溶液中［24］。

圖10 FSM-BA@MIP的重復(fù)使用性能Fig.10 The reusability of FSM-BA@MIP

圖11 FSM-BA@MIP的制備示意和吸附機理Fig.11 Schematic diagram preparation and adsorption mechanism of FSM-BA@MIP

2.8 回收率和精密度

由表3 可知，根據(jù)前文加標(biāo)后吸附洗脫液的檢測結(jié)果，本研究建立的方法回收率為65.7%～85.9%，平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）在8.7%左右，最大富集倍數(shù)EF為87，且所用溶劑對試驗結(jié)果影響不大，與標(biāo)準(zhǔn)方法對比，結(jié)果在可行性范圍之內(nèi)，說明FSM-BA@MIP可以應(yīng)用于實際樣品的檢測。

表3 SAL在豬肉樣品中的加標(biāo)回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=6）Table 3 SAL recoveries and relative standard deviations in pork samples （n=6）

3 討論

有研究表明，基于傳統(tǒng)濾紙纖維的信號積累存在一系列問題，由于紙纖維表面存在較少的活性位點，簡單捕獲在紙表面的材料可能容易被隨后的溶劑洗滌［25］，造成損失。而經(jīng)SiO2改性后的紙基纖維比表面積增大，可有效地為吸附單元提供大量的活性位點［26］，相比未經(jīng)修飾的紙基，可以構(gòu)筑更多的目標(biāo)材料，且穩(wěn)定性較好。本研究首先對紙基表面做了SiO2改性處理，即通過溶膠-凝膠過程在紙基纖維表面形成均勻的納米氧化物顆粒［27-28］，隨后通過溶劑熱法在改性后的紙基上構(gòu)筑吸附材料。根據(jù)SEM 結(jié)果可以清晰地觀察到分布在紙基纖維表面的SiO2微球以及大量的BA-Zr-MOF顆粒，EDS元素映射和FTIR分析也驗證了這一結(jié)果，Zhang等［15］在磁珠表面做了相似的研究。

在本研究中，吸附單元BA-Zr-MOF 的配體片段3-CPBA 發(fā)揮了主要的識別作用，SAL 作為典型的1，3順式二醇類結(jié)構(gòu)藥物，可在弱堿性條件下通過硼親和作用形成六元共價環(huán)內(nèi)酯［29-30］，并在弱酸性環(huán)境中輕松解離［31-32］，這種開/關(guān)特性保證了硼酸作為建立具有順式二醇結(jié)構(gòu)分子的印跡通用技術(shù)最具潛力的親和配體［33-34］。Xing 等［16］提出的硼親和可控定向表面分子印跡技術(shù)將硼親和作用與分子印跡技術(shù)有效結(jié)合，即通過模板固定、定向表面印跡和模板去除3 個步驟成功制備出FSM-BA@MIP 紙基芯片，由于材料具有豐富的硼酸位點和印跡孔穴，可在弱堿性條件下選擇性識別SAL，建立了具有高取向性的特異性雙重識別模塊，選擇性試驗中，特定的靶向作用和印跡孔穴也實現(xiàn)了對目標(biāo)物SAL 的高度選擇。值得注意的是，其中可逆共價復(fù)合物的形成也使目標(biāo)物的洗脫和重新結(jié)合更加容易［35］。

根據(jù)吸附特征試驗結(jié)果，F(xiàn)SM-BA@MIP 對SAL 的吸附符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型和Freundlich 模型，主要以化學(xué)吸附為主，并伴隨著多層吸附，這與Song 等［36］的研究結(jié)果相似，即一些金屬有機框架材料對底物存在預(yù)富集作用。因此，F(xiàn)SM-BA@MIP 對SAL 的吸附除硼酸配體識別單位以外，BA-Zr-MOF 的其余孔穴可能還存在一定的預(yù)吸附作用。試驗得到理論最大吸附量為246.31 mg·g-1，吸附性能較好。根據(jù)再生試驗結(jié)果，即使經(jīng)過了5次吸附-解吸-再吸附過程，材料仍可保持較好的吸附性能，也側(cè)面說明了SiO2改性后的紙基不僅可以提供更多的構(gòu)筑位點，且構(gòu)筑位點的牢固性可以最大化地維持材料的性能。此外，制備材料的基材為濾紙，不僅成本較低，還可以實現(xiàn)循環(huán)再利用，具有較大的研究潛力。在今后的研究中，將會更深入開展可控定向表面印跡方面的研究，使得吸附材料具備更高的印跡因子和識別性能。

4 結(jié)論

本研究以二氧化硅改性濾紙為基材制備了一種硼親和紙基分子印跡吸附膜（FSM-BA@MIP），能夠?qū)崿F(xiàn)對SAL 的雙重選擇性吸附，理論最大吸附容量為246.31 mg·g-1，印跡因子為3.2。等溫吸附和動態(tài)吸附擬合分析結(jié)果表明，F(xiàn)SM-BA@MIP 對SAL 的吸附符合Freundlich模型和準(zhǔn)二級動力學(xué)模型。對實際樣品進(jìn)行分析，得到加標(biāo)回收率為65.7%～85.9%，平均RSD為8.7%，精確度較好，且最大富集倍數(shù)EF為87。此外，F(xiàn)SM-BA@MIP經(jīng)過5次吸附-洗脫-再吸附過程仍能保持較好的吸附性能，實現(xiàn)循環(huán)利用，再生效果良好。