磁性分子印跡聚合物微球?qū)Ψ悄俏鞫〉奈叫阅苎芯?/h1>
2017-05-21 03:21:03劉治剛于世華
山東化工 2017年23期
劉治剛，高 艷，金 華，于世華
(1. 吉林化工學(xué)院 分析測試中心，吉林 吉林 132022；2. 吉林化工學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)
分子印跡聚合物是一種高選擇性的固相微萃取材料，可從復(fù)雜樣品中選擇性分離富集目標(biāo)物，因此在固相萃取、免疫分析、電化學(xué)傳感等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1-6]。磁性材料是一種以超順磁氧化鐵為核的納米材料，可以借助磁力的作用將目標(biāo)物與基質(zhì)分開，在分析化學(xué)、生物科學(xué)以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域逐漸發(fā)揮出越來越大的作用[7]。因此，在磁性納米顆粒表面進(jìn)行分子印跡制備的磁性分子印跡聚合物核殼微球,兼有良好的超順磁性和高選擇吸附性兩大優(yōu)點(diǎn)[8-9]。本文利用所制備的磁性分子印跡考察了不同條件對非那西丁的提取效率。
1 實驗部分
1.1 實驗儀器與試劑
α-甲基丙烯酸，分析純，阿拉丁試劑；乙二醇二甲基丙烯酸酯，分析純，阿拉丁試劑；2,2偶氮二異丁腈，分析純，阿拉丁試劑；乙醇(C2H5OH)，分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；甲醇，色譜純，天津市永大化學(xué)試劑有限；冰醋酸，分析純，沈陽市新西試劑廠；甲苯，分析純，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；非那西丁，色譜純，阿拉丁試劑。
大功率電動攪拌器(JJ-1)，常州市國華電器有限公司；電熱恒溫水浴鍋(DZKW-0-1)，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；雙頻數(shù)控超聲波清洗器(KQ-250VDE)，昆山市超聲儀器有限公司；紫外分光光度計(UV-7504 PC)，上海欣茂儀器有限公司；分析天平(FA2104A)，上海精天電子儀器有限公司；紅外線快速干燥器(WS70-1)，上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司；高效液相色譜儀(LC20A)，日本島津。
1.2 實驗方法與步驟
1.2.1 磁性分子印跡聚合物的制備
按照文獻(xiàn)的制備方法[10]，首先制備雙鍵修飾的磁性微球，之后將非那西丁、α-甲基丙烯酸(MAA)、乙二醇二甲基丙烯酸脂(EGDMA)、2,2偶氮二異丁腈(AIBN)、以及80 mL甲苯置于150 mL的三口瓶中，氮?dú)獯祾?0min，70℃攪拌反應(yīng)12 h，反應(yīng)完全后，醋酸銨乙醇溶液洗去模板分子，水洗、醇洗、干燥，空白印跡聚合物(NIPs)制備與上述方法相同，只是制備過程中未加入非那西丁。
1.2.2 非那西丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
分別配制出1、5、7.25、12.5、25、50 μg/mL的非那西丁標(biāo)準(zhǔn)待測液。利用高效液相色譜儀進(jìn)行含量測定。液相色譜條件：色譜柱(Shim-pack VP-ODS C18，15×4.6 mm，5 μm)，流動相(甲醇：水=80：20)，檢測波長(247 nm)，柱溫(40℃)，流速(1 mL/min)，進(jìn)樣量(25 μL)。
吸附量計算公式：
(1)
式中：q為吸附量(μg/mg)，m0為吸附劑質(zhì)量(mg)，c0、ct分別為初始和t時刻非那西丁的濃度，V0為溶液體積(mL)。
1.2.3 吸附劑用量對吸附量的影響
分別稱取0.010 g、0.020 g、0.030 g、0.040 g、0.050 g MIPs，加入非那西丁的標(biāo)準(zhǔn)溶液，攪拌反應(yīng)，取樣，磁分離，取上清液，微孔濾膜過濾后用高效液相色譜儀檢測非那西丁含量，并計算吸附量。
1.2.4 非那西丁初始濃度對吸附量的影響
配制濃度分別12.5、50、75、100 μg/mg的非那西丁水溶液，加入0.030 g的MIPs，攪拌反應(yīng)，取樣，磁分離，取上清液，用液相色譜進(jìn)行測定，并計算吸附量。
1.2.5 溫度對吸附量的影響
取適量的MIPs，加入非那西丁的甲醇水溶液，置于20、25、30、35、50 ℃的恒溫體系中，攪拌反應(yīng)，取樣，磁分離，取上清液，用液相色譜進(jìn)行測定，并計算吸附量。
1.2.6 吸附性能實驗
取相同質(zhì)量的MIPs和NIPs，分別加入同濃度的非那西丁的甲醇水溶液，攪拌反應(yīng)，取樣，磁分離，取上清液，用液相色譜進(jìn)行測定，液相條件同上，并計算吸附量。
2 實驗結(jié)果
2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
不同濃度非那西丁的色譜圖和標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。
圖1 不同濃度非那西丁液相色譜(a)和標(biāo)準(zhǔn)曲線圖(b)
圖1a中，從上至下，非那西丁的濃度依次為1、5、6.25、12.5、50 μg/mL，由峰面積對濃度作圖，得到非那西丁的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖2b所示，可以看出，擬合的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好，線性相關(guān)性為0.9972。
2.2 吸附劑用量對吸附量的影響
分別考察不同吸附劑用量為0.010、0.020、0.030、0.040、0.050 g對西地那非吸附量的影響，通過高效液相色譜儀進(jìn)行含量測定，根據(jù)公式1計算吸附量，以吸附劑用量對吸附量作圖，如圖2所示。
圖2 吸附量隨吸附劑用量(a)和吸附時間(b)的變化曲線
通過圖2a曲線可以看出，隨著MIPs用量的增加，吸附量表現(xiàn)出先增加后平緩的趨勢，由于樣品中目標(biāo)分子的量是固定不變的，當(dāng)某一質(zhì)量的MIPs把溶液中的非那西丁分子完全平衡時，再增加MIPs的質(zhì)量，吸附量將固定不變。圖2b是不同吸附劑用量在不同吸附時間的吸附量，可以觀察到，整個吸附過程主要經(jīng)歷快速、平衡吸附兩個階段，開始階段(0～3min內(nèi))吸附迅速，為主要吸附階段，這是因為在制備MIPs時是以非那西丁為模板，當(dāng)去除模板分子后形成洞穴的空間結(jié)構(gòu)與識別位點(diǎn)都與非那西丁匹配，所以MIPs可以快速捕捉并吸附目標(biāo)分子非那西丁。5～30min以后為吸附平衡階段即吸附劑達(dá)到飽和，吸附量保持不變。
2.3 非那西丁初始濃度對吸附量的影響
通過圖3中曲線可以看出，隨著非那西丁初始濃度的增加，吸附量有所增加，當(dāng)初始濃度達(dá)到50 μg/ mg時，再增加非那西丁的濃度，吸附量不在增加，吸附量達(dá)到飽和。
圖3 吸附量隨非那西丁濃度變化曲線
2.4 溫度對吸附量的影響
分別考察20、25、30、35、40℃下MIPs對非那西丁吸附量的影響，結(jié)果如圖4所示。當(dāng)溫度從 20 ℃增加到 35℃時，吸附量從 36 mg/g 上升到 66 mg/g，所以升溫對吸附過程有利，主要是因為吸附是一個吸熱的過程，低溫時有些吸附往往在短時間內(nèi)達(dá)不到吸附平衡。繼續(xù)升高溫度，當(dāng)溫度達(dá)到50℃時，吸附量下降，可能是由于溫度過高導(dǎo)致目標(biāo)分子在溶劑中與MIPs的競爭導(dǎo)致的吸附量下降。
圖4 吸附量隨吸溫度變化曲線
2.5 吸附性能研究
為了驗證MIPs和NIPs對非那西丁吸附性能的差異，進(jìn)行了吸附對比實驗，如圖5所示。
圖5 MIPs與NIPs吸附量對照圖
通過圖5 可以看出，MIPs的吸附量大約為NIPs的二倍，說明制備的MIPs洗脫后留下與非那西丁分子空間構(gòu)型相匹配的“孔穴”，有利于吸附非那西丁及其類似結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，而NIPs對非那西丁也有一定的吸附作用，這可能是部分位于聚合物表面的單體與非那西丁產(chǎn)生了氫鍵作用的結(jié)果，屬于非特異性吸附。
3 結(jié)論
以MIPs為吸附劑，非那西丁為待吸附物，高效液相色譜為檢測平臺，對非那西丁含量進(jìn)行檢測和分析。結(jié)果表明：在非那西丁濃度為50 μg/mL、吸附劑用量為20 mg、溫度為20℃條件下，MIPs最大吸附量為63.80 mg/g。同時為了證明MIPs對目標(biāo)分子非那西丁有較好的吸附性能，制備了磁性非分子印跡聚合物(NIPs)作為對照，結(jié)果表明：MIPs的吸附量高于NIPs。
參考文獻(xiàn)
[1]Zhang X,Oakes K D,Luong D,et al.Solid-phase microextraction coupled to LC-ESI-MS/MS: Evaluation and correction for matrix-induced ionization suppression/enhancement for pharmaceutical analysis in biological and environmental samples[J].Anal Chem,2011,83(17):6532-6538.
[2]Wackerlig J,Schirhagl R.Applications of molecularly imprinted polymer nanoparticles and their advances toward industrial use: A review[J].Anal Chem,2016,88(1):250-261.
[3]Zhou C H,Wang T T,Liu J Q,et al.Molecularly imprinted photonic polymer as an optical sensor to detect chloramphenicol[J].Analys,2012,137(19):4469-4474.
[4]Lv C H,Wang S O,Fang G Z,et al.Molecularly Imprinted Polymers as Antibody Alternatives in Sorbent Immunoassays[J].Prog Chem,2012,24(5):844-851.
[5]Zhang R L,Xu S,Luo J,et al.Molecularly imprinted photo-sensitive polyglutamic acid nanoparticles for electrochemical sensing of hemoglobin[J].Microchim Acta,2015,182(1-2):175-183.
[6]Zeng Y B,Zhou Y,Zhou T S,et al.A novel composite of reduced graphene oxide and molecularly imprinted polymer for electrochemical sensing 4-nitrophenol[J].Electrochim Acta,2014,130:504-511.
[7]Wang W N,Ma R Y,Wu Q H,et al.Magnetic microsphere-confined graphene for the extraction of polycyclic aromatic hydrocarbons from environmental water samples coupled with high performance liquid chromatography-fluorescence analysis[J].J Chromatogr A,2013,1293:20-27.
[8]He X P,Lian Z R,Tan L J,et al.Preparation and characterization of magnetic molecularly imprinted polymers for selective trace extraction of dienestrol in seawater[J].J Chromatogr A,2016,1469:8-16.
[9]Zhou Y S,Zhou T T,Jin H,et al.Rapid and selective extraction of multiple macrolide antibiotics in foodstuff samples based on magnetic molecularly imprinted polymers[J].Talanta,2015,137:1-10.
[10]You Q P,Zhang Y P,Zhang Q W,et al.High-capacity thermo-responsive magnetic molecularly imprinted polymers for selective extraction of curcuminoids[J].J Chromatogr A,2014,1354:1-8.
劉治剛，高 艷，金 華，于世華
(1. 吉林化工學(xué)院 分析測試中心，吉林 吉林 132022；2. 吉林化工學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)
分子印跡聚合物是一種高選擇性的固相微萃取材料，可從復(fù)雜樣品中選擇性分離富集目標(biāo)物，因此在固相萃取、免疫分析、電化學(xué)傳感等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1-6]。磁性材料是一種以超順磁氧化鐵為核的納米材料，可以借助磁力的作用將目標(biāo)物與基質(zhì)分開，在分析化學(xué)、生物科學(xué)以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域逐漸發(fā)揮出越來越大的作用[7]。因此，在磁性納米顆粒表面進(jìn)行分子印跡制備的磁性分子印跡聚合物核殼微球,兼有良好的超順磁性和高選擇吸附性兩大優(yōu)點(diǎn)[8-9]。本文利用所制備的磁性分子印跡考察了不同條件對非那西丁的提取效率。
1 實驗部分
1.1 實驗儀器與試劑
α-甲基丙烯酸，分析純，阿拉丁試劑；乙二醇二甲基丙烯酸酯，分析純，阿拉丁試劑；2,2偶氮二異丁腈，分析純，阿拉丁試劑；乙醇(C2H5OH)，分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；甲醇，色譜純，天津市永大化學(xué)試劑有限；冰醋酸，分析純，沈陽市新西試劑廠；甲苯，分析純，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；非那西丁，色譜純，阿拉丁試劑。
大功率電動攪拌器(JJ-1)，常州市國華電器有限公司；電熱恒溫水浴鍋(DZKW-0-1)，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；雙頻數(shù)控超聲波清洗器(KQ-250VDE)，昆山市超聲儀器有限公司；紫外分光光度計(UV-7504 PC)，上海欣茂儀器有限公司；分析天平(FA2104A)，上海精天電子儀器有限公司；紅外線快速干燥器(WS70-1)，上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司；高效液相色譜儀(LC20A)，日本島津。
1.2 實驗方法與步驟
1.2.1 磁性分子印跡聚合物的制備
按照文獻(xiàn)的制備方法[10]，首先制備雙鍵修飾的磁性微球，之后將非那西丁、α-甲基丙烯酸(MAA)、乙二醇二甲基丙烯酸脂(EGDMA)、2,2偶氮二異丁腈(AIBN)、以及80 mL甲苯置于150 mL的三口瓶中，氮?dú)獯祾?0min，70℃攪拌反應(yīng)12 h，反應(yīng)完全后，醋酸銨乙醇溶液洗去模板分子，水洗、醇洗、干燥，空白印跡聚合物(NIPs)制備與上述方法相同，只是制備過程中未加入非那西丁。
1.2.2 非那西丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
分別配制出1、5、7.25、12.5、25、50 μg/mL的非那西丁標(biāo)準(zhǔn)待測液。利用高效液相色譜儀進(jìn)行含量測定。液相色譜條件：色譜柱(Shim-pack VP-ODS C18，15×4.6 mm，5 μm)，流動相(甲醇：水=80：20)，檢測波長(247 nm)，柱溫(40℃)，流速(1 mL/min)，進(jìn)樣量(25 μL)。
吸附量計算公式：
(1)
式中：q為吸附量(μg/mg)，m0為吸附劑質(zhì)量(mg)，c0、ct分別為初始和t時刻非那西丁的濃度，V0為溶液體積(mL)。
1.2.3 吸附劑用量對吸附量的影響
分別稱取0.010 g、0.020 g、0.030 g、0.040 g、0.050 g MIPs，加入非那西丁的標(biāo)準(zhǔn)溶液，攪拌反應(yīng)，取樣，磁分離，取上清液，微孔濾膜過濾后用高效液相色譜儀檢測非那西丁含量，并計算吸附量。
1.2.4 非那西丁初始濃度對吸附量的影響
配制濃度分別12.5、50、75、100 μg/mg的非那西丁水溶液，加入0.030 g的MIPs，攪拌反應(yīng)，取樣，磁分離，取上清液，用液相色譜進(jìn)行測定，并計算吸附量。
1.2.5 溫度對吸附量的影響
取適量的MIPs，加入非那西丁的甲醇水溶液，置于20、25、30、35、50 ℃的恒溫體系中，攪拌反應(yīng)，取樣，磁分離，取上清液，用液相色譜進(jìn)行測定，并計算吸附量。
1.2.6 吸附性能實驗
取相同質(zhì)量的MIPs和NIPs，分別加入同濃度的非那西丁的甲醇水溶液，攪拌反應(yīng)，取樣，磁分離，取上清液，用液相色譜進(jìn)行測定，液相條件同上，并計算吸附量。
2 實驗結(jié)果
2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
不同濃度非那西丁的色譜圖和標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。
圖1 不同濃度非那西丁液相色譜(a)和標(biāo)準(zhǔn)曲線圖(b)
圖1a中，從上至下，非那西丁的濃度依次為1、5、6.25、12.5、50 μg/mL，由峰面積對濃度作圖，得到非那西丁的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖2b所示，可以看出，擬合的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好，線性相關(guān)性為0.9972。
2.2 吸附劑用量對吸附量的影響
分別考察不同吸附劑用量為0.010、0.020、0.030、0.040、0.050 g對西地那非吸附量的影響，通過高效液相色譜儀進(jìn)行含量測定，根據(jù)公式1計算吸附量，以吸附劑用量對吸附量作圖，如圖2所示。
圖2 吸附量隨吸附劑用量(a)和吸附時間(b)的變化曲線
通過圖2a曲線可以看出，隨著MIPs用量的增加，吸附量表現(xiàn)出先增加后平緩的趨勢，由于樣品中目標(biāo)分子的量是固定不變的，當(dāng)某一質(zhì)量的MIPs把溶液中的非那西丁分子完全平衡時，再增加MIPs的質(zhì)量，吸附量將固定不變。圖2b是不同吸附劑用量在不同吸附時間的吸附量，可以觀察到，整個吸附過程主要經(jīng)歷快速、平衡吸附兩個階段，開始階段(0～3min內(nèi))吸附迅速，為主要吸附階段，這是因為在制備MIPs時是以非那西丁為模板，當(dāng)去除模板分子后形成洞穴的空間結(jié)構(gòu)與識別位點(diǎn)都與非那西丁匹配，所以MIPs可以快速捕捉并吸附目標(biāo)分子非那西丁。5～30min以后為吸附平衡階段即吸附劑達(dá)到飽和，吸附量保持不變。
2.3 非那西丁初始濃度對吸附量的影響
通過圖3中曲線可以看出，隨著非那西丁初始濃度的增加，吸附量有所增加，當(dāng)初始濃度達(dá)到50 μg/ mg時，再增加非那西丁的濃度，吸附量不在增加，吸附量達(dá)到飽和。
圖3 吸附量隨非那西丁濃度變化曲線
2.4 溫度對吸附量的影響
分別考察20、25、30、35、40℃下MIPs對非那西丁吸附量的影響，結(jié)果如圖4所示。當(dāng)溫度從 20 ℃增加到 35℃時，吸附量從 36 mg/g 上升到 66 mg/g，所以升溫對吸附過程有利，主要是因為吸附是一個吸熱的過程，低溫時有些吸附往往在短時間內(nèi)達(dá)不到吸附平衡。繼續(xù)升高溫度，當(dāng)溫度達(dá)到50℃時，吸附量下降，可能是由于溫度過高導(dǎo)致目標(biāo)分子在溶劑中與MIPs的競爭導(dǎo)致的吸附量下降。
圖4 吸附量隨吸溫度變化曲線
2.5 吸附性能研究
為了驗證MIPs和NIPs對非那西丁吸附性能的差異，進(jìn)行了吸附對比實驗，如圖5所示。
圖5 MIPs與NIPs吸附量對照圖
通過圖5 可以看出，MIPs的吸附量大約為NIPs的二倍，說明制備的MIPs洗脫后留下與非那西丁分子空間構(gòu)型相匹配的“孔穴”，有利于吸附非那西丁及其類似結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，而NIPs對非那西丁也有一定的吸附作用，這可能是部分位于聚合物表面的單體與非那西丁產(chǎn)生了氫鍵作用的結(jié)果，屬于非特異性吸附。
3 結(jié)論
以MIPs為吸附劑，非那西丁為待吸附物，高效液相色譜為檢測平臺，對非那西丁含量進(jìn)行檢測和分析。結(jié)果表明：在非那西丁濃度為50 μg/mL、吸附劑用量為20 mg、溫度為20℃條件下，MIPs最大吸附量為63.80 mg/g。同時為了證明MIPs對目標(biāo)分子非那西丁有較好的吸附性能，制備了磁性非分子印跡聚合物(NIPs)作為對照，結(jié)果表明：MIPs的吸附量高于NIPs。
參考文獻(xiàn)
[1]Zhang X,Oakes K D,Luong D,et al.Solid-phase microextraction coupled to LC-ESI-MS/MS: Evaluation and correction for matrix-induced ionization suppression/enhancement for pharmaceutical analysis in biological and environmental samples[J].Anal Chem,2011,83(17):6532-6538.
[2]Wackerlig J,Schirhagl R.Applications of molecularly imprinted polymer nanoparticles and their advances toward industrial use: A review[J].Anal Chem,2016,88(1):250-261.
[3]Zhou C H,Wang T T,Liu J Q,et al.Molecularly imprinted photonic polymer as an optical sensor to detect chloramphenicol[J].Analys,2012,137(19):4469-4474.
[4]Lv C H,Wang S O,Fang G Z,et al.Molecularly Imprinted Polymers as Antibody Alternatives in Sorbent Immunoassays[J].Prog Chem,2012,24(5):844-851.
[5]Zhang R L,Xu S,Luo J,et al.Molecularly imprinted photo-sensitive polyglutamic acid nanoparticles for electrochemical sensing of hemoglobin[J].Microchim Acta,2015,182(1-2):175-183.
[6]Zeng Y B,Zhou Y,Zhou T S,et al.A novel composite of reduced graphene oxide and molecularly imprinted polymer for electrochemical sensing 4-nitrophenol[J].Electrochim Acta,2014,130:504-511.
[7]Wang W N,Ma R Y,Wu Q H,et al.Magnetic microsphere-confined graphene for the extraction of polycyclic aromatic hydrocarbons from environmental water samples coupled with high performance liquid chromatography-fluorescence analysis[J].J Chromatogr A,2013,1293:20-27.
[8]He X P,Lian Z R,Tan L J,et al.Preparation and characterization of magnetic molecularly imprinted polymers for selective trace extraction of dienestrol in seawater[J].J Chromatogr A,2016,1469:8-16.
[9]Zhou Y S,Zhou T T,Jin H,et al.Rapid and selective extraction of multiple macrolide antibiotics in foodstuff samples based on magnetic molecularly imprinted polymers[J].Talanta,2015,137:1-10.
[10]You Q P,Zhang Y P,Zhang Q W,et al.High-capacity thermo-responsive magnetic molecularly imprinted polymers for selective extraction of curcuminoids[J].J Chromatogr A,2014,1354:1-8.
