三唑磷磁性印跡固相萃取材料制備及其應用

謝成根，祝鵬程，朱俊飛，李淮芬

（1.皖西學院材料與化工學院，安徽 六安237012；2.仿生傳感與檢測技術省級實驗室，安徽 六安237012）

分子印跡聚合物是一種對目標分子具有特異選擇性和識別能力的高分子功能材料，在色譜分離、仿生傳感器、固相萃取等許多領域都具有良好的應用前景［1-3］。與傳統分子印跡聚合物材料相比，高比表面積的納米結構印跡材料由于其對目標分子具有高選擇性、高結合容量、快結合動力學等優點而引起人們高度關注［4-5］。但在實際應用過程中，分離或收集納米結構印跡材料需要經過反復離心處理，過程繁瑣，分離耗時長，損失量大，回收難、損失大成為困擾納米結構分子印跡在實際應用中的一個主要難題。相比較離心或過濾分離技術，磁分離技術過程更易、效率更高，因此，探索在功能化磁性納米粒子開展表面分子印跡技術的研究，制備擁有高磁性功能和分子識別功能的磁性印跡復合納米材料有望克服納米印跡材料難分離、易損失缺點［6-7］。本文通過表面分子印跡技術，在丙烯?；δ芑拇判訤e3O4粒子表面制備三唑磷磁性分子印跡聚合物，該磁性印跡聚合物作為固相萃取劑，實現對目標分子的高選擇性分離和富集。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

GC-2010氣相色譜儀（日本島津）；TU-1901紫外可見分光光度計（北京普析）；Nexus-670FT-IR（美國尼高力）；JSM-6700F掃描電子顯微鏡（日本電子公司）；3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（MPS）、丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、三唑磷（Sigma公司）、偶氮二異丁腈（AIBN）、甲醇、乙醇、乙腈、乙酸等除特別說明外，均為分析純，實驗用水為二次蒸餾水。

1.2 磁性Fe3O4粒子的制備及改性

在250mL的三頸燒瓶中，FeCl2·4H2O（0.01 mol）和 FeCl3·6H2O（0.02mol）完全溶解到100 mL蒸餾水中，通氮氣除氧15min后，升高溫度到80℃，在劇烈攪拌（800rpm）并保持氮氣氛條件下，逐滴滴入15mL氨水（25%），反應1h后，黑色懸浮液在磁場作用下分離，所得的Fe3O4以蒸餾水及無水乙醇洗滌數次，真空干燥24h。進一步利用硅烷化反應將MPS分子接枝到Fe3O4粒子表面，形成含有丙烯?；δ芑?MPS-Fe3O4粒子［9］。具體步驟為：將0.1g Fe3O4納米粒子分散到20mL無水甲苯中，加入1mL MPS于上述混合溶液，超聲分散15min，在惰性氣氛下回流24h，所得 MPSFe3O4粒子磁場分離，用乙醇、乙腈洗滌，真空干燥24h。

1.3 三唑磷磁性印跡聚合物（Fe3O4/MIP）的制備

20mg MPS-Fe3O4粒子超聲分散到50mL乙腈中，將三唑磷 （0.1mmol）、功能單體丙烯酰胺（0.4 mmol）、交聯劑EGDMA （1.6mmol）和引發劑AIBN（15mg）分散到上述混合溶液中，通氮除氧20 min后密封，置于一恒溫氣浴搖床中，控制轉速為300rpm，保持反應溫度60℃，反應24h后，用磁鐵收集印跡聚合物并用10%冰醋酸反復洗滌聚合物至上清液中檢測不到三唑磷分子，再以蒸餾水、甲醇、丙酮反復洗滌印跡聚合物后，真空干燥24h即得到磁性印跡聚合物。磁性非印跡聚合物合成除了不加三唑磷分子外，其他方法相同。

1.4 分子印跡固相萃取

稱取0.3g三唑磷磁性印跡/非印跡聚合物，超聲分散于1.0mL 0.1%的PVA溶液中，將此分散液慢慢滴入固相萃取柱中后（兩端用玻璃棉封堵），置于50℃鼓風干燥烘箱中烘烤2h即制得分子印跡固相萃取柱。使用時首先利用蠕動泵泵入甲醇、蒸餾水反復清洗固相萃取柱后，以1.0mL/min流速將一定量的樣品溶液循環泵入固相萃取柱50min，以保證樣品中三唑磷分子被印跡材料吸附，進一步泵入蒸餾水淋洗固相萃取柱5min，以除去在上樣過程中非選擇性吸附物質的干擾，最后使用10mL的15%醋酸/醋酸鈉（pH 4.0）-甲醇洗脫被萃取柱保留的模板分子，收集含有三唑磷的洗脫液。

1.5 氣相色譜分析條件

實驗中所有的氣相色譜測定的條件相同，色譜條件為：進樣口溫度270℃，柱溫為150℃，FPD檢測器溫度為270℃，按程序升溫在150℃保留2.0 min，200℃保留1.5min，最后在250℃保留4.0 min，其中H2流量為100mL/min，空氣流量為110 mL/min。

2 結果與討論

2.1 三唑磷磁性印跡聚合物制備

圖1（a）表示修飾MPS前后紅外光譜，顯然修飾前在3 500cm-1附近有寬的紅外吸收帶，表明Fe3O4粒子表面含有大量的羥基，這有利于與MPS發生硅烷化反應。修飾 MPS后，在1 718cm-1、2 928cm-1和2 865cm-1出現清晰的紅外吸收峰，可能分別對應MPS分子特征基團丙烯?；虲H2的紅外吸收峰，這表明通過硅烷化反應已將MPS分子接枝到Fe3O4粒子表面，形成含有丙烯酰基功能化的MPS-Fe3O4粒子。進一步利用表面功能單體誘導技術在MPSFe3O4表面印跡三唑磷分子，由圖1（b）所示，印跡聚合物完全包裹Fe3O4粒子，形成磁性印跡復合材料。實驗細節也表明，制備的印跡聚合為淡紅褐色懸濁液（圖b插圖（1）），當在外磁場的作用下印跡聚合物迅速吸附沉降，具有很好的磁敏感性（圖b插圖（2））。

2.2 磁性印跡材料固相萃取三唑磷

圖1 （a）Fe3O4接枝MPS前后紅外光譜（插圖Fe3O4接枝MPS原理示意圖）；（b）磁性印跡聚合物的SEM（插圖為磁性印跡材料磁分離）

圖2 固相萃取1.0×10-5 mol/L三唑磷溶液紫外吸收光譜變化曲線

圖2表示1.0×10-5mol/L三唑磷水溶液循環泵入固相萃取柱（0.3g Fe3O4/MIP）過程中，溶液紫外吸收光譜隨固相萃取時間變化關系。顯然，隨著吸附時間增加，三唑磷溶液的紫外吸收峰顯著減弱，當吸附時間大于50min，其紫外光譜趨于穩定，表明三唑磷固相萃取柱吸附三唑磷已得到飽和，此時固相吸附率為82%。同樣方法討論磁性非印跡材料的固相萃取率僅為8%，顯然合成的三唑磷磁性印跡復合材料能選擇性吸附目標分子，可以作為固相萃取吸附劑富集目標分子。試驗中也討論利用甲醇和乙醇為上樣溶劑，結果表明其固相萃取吸附率分別為55%和61%，因此本實驗選取水作為上樣溶劑及淋洗液，上樣時間控制為50min。

2.3 三唑磷固相萃取柱的洗脫

固相萃取柱按上述條件吸附一定量的三唑磷分子后，通過蠕動泵將10mL蒸餾水和15%醋酸/醋酸鈉（pH 4.0）-甲醇溶液循環泵入固相萃取柱，分別記錄洗脫液的紫外光譜變化。如圖3所示，當15%的醋酸/醋酸鈉（pH 4.0）-甲醇作為洗脫液，其紫外吸收峰隨洗脫時間增加而顯著增大，當洗脫時間超過30 min，紫外吸收峰趨于穩定，表明固相萃取柱中吸附的三唑磷分子已完全洗脫到洗脫液中。圖3插圖表示蒸餾水洗脫固相萃取柱的紫外光譜變化，在238 nm處僅有微弱的吸收峰，且隨著時間的變化其峰值幾乎不變，這說明蒸餾水洗脫固相色譜柱時，僅能洗脫結合力弱的非選擇性吸附分子，不能洗脫結合力大的選擇性吸附分子。因此試驗中三唑磷在固相萃取柱吸附后，可以通過泵入蒸餾水來去除非選擇吸附分子，以提高分析的選擇性。

圖3 10mL 15%醋酸/醋酸鈉（pH 4.0）-甲醇溶液循環洗脫固相萃取柱的紫外光譜變化

圖4 （a）1.0×10-6 mol/L毒死蜱和三唑磷的混合液色譜圖；（b）Fe3O4/MIP柱上的洗脫液色譜圖

2.4 固相萃取氣相色譜分析

在上述優化的實驗條件下，濃度為1.0×10-6mol/L毒死蜱和三唑磷的混合液泵入固相萃取柱，以蒸餾水為淋洗液，pH 4.0醋酸/醋酸鈉-甲醇溶液為洗脫液進行固相萃取，洗脫液用氣相色譜分析，色譜圖如圖4所示。顯然，1.0×10-6mol/L三唑磷和毒死蜱混合液經過固相萃取后，混合液中三唑磷在固相萃取柱得到有效的分離和富集，三唑磷富集約40倍，毒死蜱對三唑磷分離因數SCPF/TAP低達10-4。

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