苯磺酸氨氯地平印記聚合物的制備及吸附性能

許文靜， 張文生， 張社利

(焦作師范高等專科學(xué)校 分離與吸附材料工程技術(shù)研究中心，河南 焦作 454000)

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苯磺酸氨氯地平印記聚合物的制備及吸附性能

許文靜， 張文生， 張社利

(焦作師范高等專科學(xué)校 分離與吸附材料工程技術(shù)研究中心，河南 焦作 454000)

采用本體聚合的方法合成了苯磺酸氨氯地平印跡聚合物，對(duì)功能單體的種類及用量、交聯(lián)劑用量、模板濃度和聚合時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，掃描電子顯微鏡(SEM)和選擇性吸附實(shí)驗(yàn)表征了印記聚合物的結(jié)構(gòu)特征及分子識(shí)別性能。結(jié)果表明，以丙烯酸為功能單體，當(dāng)氨氯地平、丙烯酸和乙二醇二甲基丙烯酸酯的摩爾比為1∶2∶10時(shí)，所合成的聚合物具有最大的吸附容量，達(dá)到(127.08±2.92) mg/g，印跡因子α為1.30±0.03，苯磺酸氨氯地平與二羥丙茶堿的分離因子δ為6.57。首次合成了苯磺酸氨氯地平印記聚合物，并且這種聚合物對(duì)苯磺酸氨氯地平有良好的識(shí)別和富集能力。

分子印記聚合物; 苯磺酸氨氯地平; 特異識(shí)別; 吸附性能

0 引 言

苯磺酸氨氯地平(amlodipine besylate)為第三代雙氫吡啶類鈣拮抗劑(以下稱氨氯地平)，分子式C20H25ClN2O5·C6H6O3S，由于具有服藥量低、藥效維持時(shí)間長(zhǎng)、不良反應(yīng)少等優(yōu)點(diǎn)，是理想的長(zhǎng)效降壓藥物，也是目前臨床上治療冠心病、高血壓的重要藥物[1-2]。分離檢測(cè)氨氯地平的方法常用高效液相色譜法[3]、紫外分光光度法[4]、反相高效液相色譜法[5]、高效毛細(xì)管電泳法[6]等,高效液相色譜法是作為標(biāo)準(zhǔn)方法用于氨氯地平的分離檢測(cè)的。對(duì)于生物樣品，如血漿等，測(cè)定其中的目標(biāo)物常用萃取法進(jìn)行提取，此法耗費(fèi)溶劑多、污染環(huán)境又費(fèi)時(shí)[7-8]。

分子印記聚合物(Molecularly Imprinted Polymers，MIPs)是一種以待分離分子為模板，人工合成的有分子識(shí)別功能的聚合物[9-12]，具有結(jié)構(gòu)預(yù)定性、分子識(shí)別性、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在生物活性物質(zhì)、藥物、農(nóng)藥和環(huán)境污染物等的選擇性富集、分離和檢測(cè)方面顯示出廣泛的應(yīng)用前景[13-15]。

本研究以氨氯地平為模板，合成一種新型功能高分子材料——氨氯地平印記聚合物，對(duì)氨氯地平分子有特異的識(shí)別功能，在基質(zhì)固相分散、固相萃取等高效液相色譜法前處理中用作分散劑，對(duì)試樣中目標(biāo)分子進(jìn)行富集、分離和凈化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

氨氯地平原料藥，純度大于98%(常州瑞明藥業(yè)有限公司)；二羥丙茶堿原料藥，純度大于98%(上海現(xiàn)代哈森(商丘)藥業(yè)有限公司)；乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)(廣州雙鍵貿(mào)易有限公司)；甲基丙烯酸(MAA)，丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸甲酯(MA)4種單體均為分析純(上海化學(xué)試劑公司)，使用前減壓蒸餾除去阻聚劑；偶氮二異丁腈(AIBN)、氯仿、丙酮、甲醇、乙酸均為分析純。

Quonxe 2000型掃描電子顯微鏡(荷蘭FEI公司)；Lambda 35紫外可見分光光度計(jì)(PE公司)；SHA-B型水浴恒溫振蕩器(金壇市精達(dá)儀器制造廠)；RFJ型小型安培瓶熔封機(jī)(吉首市中誠(chéng)制藥機(jī)械廠)。

1.2 印記聚合物的制備

稱取一定量的模板分子氨氯地平溶于氯仿中，加入功能單體，振蕩預(yù)組裝60 min。再分別加入交聯(lián)劑EGDMA和AIBN，超聲20 min后通入氮?dú)猓鄯狻Ｖ糜?0 ℃水浴振蕩器中恒溫反應(yīng)18 h。所得塊狀聚合物經(jīng)粉碎后過200目篩，把聚合物放入索氏抽提器中，用甲醇/乙酸(V/V為9/1)抽提洗滌，直至抽提液用紫外檢測(cè)無模板分子吸收，最后用甲醇將聚合物洗至中性，用丙酮反復(fù)沉降，除去過細(xì)粒子，得到分子印跡聚合物微粒(MIPs)。聚合物在80 ℃下真空干燥24 h。

非印記聚合物(NIPs)除了不加模板分子，其制備方法同印記聚合物(MIPs)。

1.3 聚合物的吸附性能

精確稱取50 mg的MIPs或NIPs置于150 mL磨口錐形瓶中，分別加入100 mL質(zhì)量濃度為100 mg/L的氨氯地平水溶液，25 ℃恒溫?fù)u床密閉振蕩24 h后，離心，取上清液于237 nm處測(cè)定其吸光度。

吸附量Q由吸附前后的質(zhì)量濃度差計(jì)算，計(jì)算公式如下:

(1)

(2)

式中：C0為吸附質(zhì)起始質(zhì)量濃度，mg/L；Ce為吸附質(zhì)平衡質(zhì)量濃度，mg/L；V為溶液體積，L；m為吸附劑的質(zhì)量，g；Q為吸附量，mg/g；α為印跡因子;QMIPs為單位質(zhì)量印跡聚合物的飽和吸附量(mg/g);QNIPs為單位質(zhì)量非印跡聚合物的飽和吸附量(mg/g)。

1.4 吸附選擇性實(shí)驗(yàn)

精確稱取50 mg的MIPs和NIPs，分別加入50 mL氨氯地平-二羥丙茶堿水混合溶液(混合后兩者質(zhì)量濃度均為50 mg/L)，25 ℃恒溫水浴振蕩24 h，離心，取上清液分別于237、273 nm(二羥丙茶堿最大吸收波長(zhǎng))處測(cè)定其質(zhì)量濃度。采用KD及δ評(píng)價(jià)其特異吸附性能,

(3)

(4)

(5)

式中:KD為結(jié)合位點(diǎn)平衡解離常數(shù)，L/g；Cp為聚合物吸附底物的濃度，即聚合物對(duì)底物的吸附量Q，mg/g；Ce為吸附平衡時(shí)溶液中底物的濃度，mg/L；δ為分離因子；δMIPs為MIPs的分離因子;δNIPs為NIPs的分離因子；δ′為相對(duì)分離因子；KDi為模板分子的結(jié)合位點(diǎn)平衡解離常數(shù)，L/g；KDj為干擾分子的結(jié)合位點(diǎn)平衡解離常數(shù)，L/g。

1.5 印記聚合物的表面形態(tài)分析

采用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)真空干燥后的MIPs和NIPs的表面形貌進(jìn)行分析，在50 000倍的放大倍數(shù)下觀察。

2 結(jié)果與討論

2.1 功能單體的選擇

功能單體對(duì)于非共價(jià)鍵的MIPs合成非常重要，當(dāng)模板分子和功能單體之間形成氫鍵、范德華力和靜電引力等非共價(jià)力時(shí)，合成的MIPs對(duì)模板分子才有較高的親和性和選擇性。以4種功能單體分別制備了MIPs，干燥后測(cè)試其吸附性能，結(jié)果見表1。表1 不同功能單體制備的MIPs對(duì)模板分子的吸附性能的影響

單體MAAAAAMMA吸附量Q/(mg·g-1)123.0125.399.7107.7

從表1可以看出，以甲基丙烯酸和丙烯酸為功能單體聚合得到的MIPs的吸附量較大。從外觀上看，這兩種MIPs呈粒狀，強(qiáng)度比較大，另外兩種呈面粉狀，強(qiáng)度較小。故選擇丙烯酸為功能單體。

2.2 模板與單體的比例對(duì)MIPs吸附性能的影響

調(diào)節(jié)丙烯酸的用量合成MIPs，干燥后測(cè)試其吸附性能，結(jié)果見表2。由表2看出，當(dāng)模板與功能單體的比例為1∶2和1∶6時(shí)，MIPs吸附量比較大;1∶2時(shí)其印記因子較高;1∶8時(shí)吸附量和印記因子都比較低。可能是比例不利于MIPs形成有效結(jié)合位點(diǎn)。所以選擇模板與功能單體的比例為1∶2進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)。

表2 氨氯地平與丙烯酸的摩爾比對(duì)聚合物吸附性能的影響

2.3 交聯(lián)劑對(duì)MIPs吸附性能的影響

調(diào)節(jié)交聯(lián)劑的用量合成MIPs，用靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)考察其吸附性能，結(jié)果見表3。由表3可知，當(dāng)功能單體和交聯(lián)劑的摩爾比為1∶5時(shí)，MIPs的吸附效果最好。交聯(lián)劑用量過小，聚合物的剛性較差，形成的洞穴容易被破壞；交聯(lián)劑用量過大時(shí)，會(huì)使聚合物形成致密的結(jié)構(gòu)，不利于模板分子的洗脫，同時(shí)減少吸附位點(diǎn)而導(dǎo)致吸附量降低。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇功能單體與交聯(lián)劑為1∶5的摩爾比。

表3 功能單體和交聯(lián)劑摩爾比對(duì)聚合物吸附性能的影響

2.4 聚合時(shí)間對(duì)MIPs吸附性能的影響

考察60 ℃時(shí)聚合時(shí)間對(duì)MIPs的吸附性能的影響，見表4。由表4可知，隨著聚合時(shí)間的延長(zhǎng)，MIPs的吸附量增大，印記因子也隨之增大。這可能是因?yàn)榫酆蠒r(shí)間延長(zhǎng)，聚合物的剛性變強(qiáng)，孔穴的空間結(jié)構(gòu)變穩(wěn)定，不容易受到破壞。當(dāng)聚合時(shí)間達(dá)到18 h時(shí)，吸附容量和印跡因子達(dá)到最大值。再繼續(xù)延長(zhǎng)聚合時(shí)間，吸附容量和印跡因子變化不大。因此，實(shí)驗(yàn)選擇聚合時(shí)間為18 h。

表4 聚合時(shí)間對(duì)聚合物吸附性能的影響

2.5 溶劑量對(duì)MIPs的影響

固定模板分子、功能單體和交聯(lián)劑的摩爾比，即1∶2∶10，改變?nèi)軇┯昧浚疾炀酆衔锏奈叫阅埽Y(jié)果見表5。由表5可知，隨著溶劑量的增大，MIPs的吸附量隨之增加。這是由于溶劑量增大，單位質(zhì)量MIPs形成的孔穴也隨之增多，吸附量增大。當(dāng)溶劑量為12.5 mL時(shí)，MIPs的吸附量達(dá)到最大。繼續(xù)增加溶劑用量，MIPs的吸附量不再隨之增加。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇溶劑用量為12.5 mL，此時(shí)氨氯地平物質(zhì)的量濃度為0.08 mol/L。

表5 聚合時(shí)間對(duì)聚合物吸附性能的影響

2.6 印記聚合物的吸附選擇性

選擇氨氯地平和二羥丙茶堿為底物進(jìn)行選擇性吸附實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表6。由表6可以看出，MIPs對(duì)模板分子有良好的識(shí)別能力和選擇性。這是因?yàn)镸IPs中存在與模板分子相結(jié)合的功能基團(tuán)，和與之相匹配的特定形狀孔穴。而二羥丙茶堿結(jié)構(gòu)中也有羰基、羥基，但其形狀和大小與MIPs的孔穴不匹配，與識(shí)別位點(diǎn)難以發(fā)生作用，所以吸附效果較差。二羥丙茶堿在MIPs和NIPs上的吸附變化不大也說明了這一點(diǎn)。

表6 分子印跡聚合物和非印跡聚合物對(duì)模板的選擇識(shí)別性能

2.7 印記聚合物的形態(tài)分析

圖1為MIPs和NIPs的SEM圖譜。比較可知，MIPs的表面粗糙，孔穴多而較大，形成了與模板分子氨氯地平相匹配的立體孔穴。這種帶有模板分子印記的立體孔穴有利于對(duì)模板分子的吸附，從而增加了MIPs對(duì)氨氯地平的吸附能力和選擇性,而NIPs的表面較致密，孔穴少而較小。

3 結(jié) 語

通過本體聚合法合成了氨氯地平印跡聚合物。以丙烯酸為功能單體，當(dāng)氨氯地平、丙烯酸和乙二醇二甲基丙烯酸酯的摩爾比為1∶2∶10，在60 ℃下聚合18 h，得到的印跡聚合物對(duì)氨氯地平有最大的吸附能力，平衡吸附量達(dá)(127.08±2.92) mg/g，α為1.30±0.03；選擇性實(shí)驗(yàn)表明,氨氯地平與二羥丙茶堿的分離因子δ為6.57，所合成的印記聚合物具有良好的識(shí)別選擇性；SEM分析進(jìn)一步印證了所合成的MIPs中形成了與模板分子氨氯地平相匹配的立體孔穴。

圖1 氨氯地平MIPs和NIPs的掃描電子顯微鏡照片

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Preparation and Adsorption of Molecularly Imprinting Polymers for Amlodipine Besylate

XUWen-jing,ZHANGWen-sheng,ZHANGShe-li

(Separation and Adsorption Materials Engineering Technology Research Center,Jiaozuo Teachers’ College, Jiaozuo 454001, China)

Amlodipine besylate molecularly imprinted polymers (MIPs) with specific recognition and adsorption properties were prepared by bulk polymerization. Polpmerization conditions, such as the kinds and the dosages of functional monomers, the dosages of cross linker, the concentrations of the template, as well as the polymerization time, were optimized. The MIPs were characterized by scanning electronmicroscopey (SEM), and selectivity experiment was employed to investigate the specific recognition ability of polymers to amlodipine besylate. The result showed that when using AA as monomer and the molar ratio of amlodipine besylate, AA, EGDMA was 1∶2∶10, the largest amount of absorption achieved was 127.08±2.92 mg/g and the imprinting factor was 1.30±0.03. The result of selectivity study showed that the selectivity coefficient was 6.57 with respect to amlodipine-diprophylline system. The amlodipine besylate MIPs were prepared at first and the MIPs had the excellent ability of recognition and enrichment for amlodipine besylate.

molecularly imprinted polymers(MIPs); amlodipine besylate; specific recognition; adsorption properties

2014-03-07

河南省科學(xué)技術(shù)廳基金項(xiàng)目(132300410167,122102310497)；焦作市科技局科技計(jì)劃項(xiàng)目(201217)

許文靜(1966-)，女，河南焦作人，副教授，主要從事聚合物制備及應(yīng)用研究。Tel.：13462426505;E-mail：xwj900128@126.com

O 631.2

A

1006-7167(2015)01-0030-04