吡氟草胺分子印迹聚合物的制备及性能表征-辽宁化工2022年02期

摘      要：采用本体聚合法制备吡氟草胺分子印迹聚合物（D-MIP）。以吡氟草胺为模板分子， 、2-（（三氟甲基））丙烯酸（TFMAA）为功能单体， 、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）为交联剂， 、偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂， ，采用本体聚合法制备了吡氟草胺分子印迹聚合物（D-MIP）。经吸附动力学试验、静态平衡吸附试验和选择性吸附试验证明，D-MIP具有较好的吸附性和较强的吸附能力， ，最大吸附量为1 350 mg·/kg-1。扫描电镜照片显示，聚合物呈稀松的空间网状结构， ，颗粒表面粗糙， ，颗粒之间形成大量的孔隙。

关  键  词：分子印迹聚合物; ;吡氟草胺; ;本体聚合

中图分类号：TQ 325     文献标识码： A     文章编号：1004-0935（2022）02-0000156-04

分子印迹技术[1-4]是模仿抗原-抗体原理而人工合成的对模板分子在空间结构和结合位点形成具有“记忆功能”的高分子聚合物（MIP）的技术。MIPs的特异吸附性逐渐被发掘并应用于生物传感器、化合物的提取、纯化、色谱分离等领域[5-8]。分子印迹固相萃取成功地将MIP的特性融入到固相萃取的技术中， ，为复杂基质中目标化合物的提取、分离寻找到新的解决途径[9-1211]。

目前， ，有关D-MIP的制备未见文献报IwalI5p3F5aUGSfs61m97raXfhSlrc3rP2VOonQYIAw=道。本文以吡氟草胺为模板分子， 、2-（（三氟甲基））丙烯酸（TFMAA）为功能单体， 、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）为交联剂， 、偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂， ，成功制备了吡氟草胺分子印迹聚合物（D-MIP）。经吸附动力学试验、静态平衡吸附试验和选择性吸附试验证明了分子印迹聚合物具有较好的吸附性和较强的选择性。D-MIP可用于吡氟草胺的净化提纯，，也可以用于食品和环境等复杂基质中痕量吡氟草胺残留的研究。

1  实验部分

1.1  仪器与试剂

串联质谱仪（，API 4000， ，美国应用生物系统公司）; ;液相色谱仪（，LC 20A， ，日本岛津公司）; ;电子天平（，BS244S， ，赛多利斯科学仪器有限公司）; ;电热鼓风干燥箱（，101-2， ，余姚市远东数控仪器厂）; ;集热式恒温加热磁力搅拌器（，DF-101S， ，巩义市英峪予华仪器制造厂）; ;台式离心机（，800-1， ，金坛区西城区新瑞仪器厂）; ;恒温水浴振荡器（，SHA-B， ，国华企业）;; 电子万用炉（，DL-1， ，北京市永光明医疗仪器有限公司）; ;数控超声波清洗器（，KQ5200DE， ，昆山市超声仪器有限公司）; ;扫描电镜（，FEI NOVA NanoSEM 450， ，FEI公司）。

吡氟草胺（，95%， %，沈阳化工研究院）; ;福美双（，98%， %，沈阳化工研究院）; ;无水乙醇（，分析纯， ，天津市大茂化学试剂厂）; ;TFMAA（，98%， %，阿拉丁）;; AIBN（，98%， %，麦克林）; ;EGDMA（，98%， %，阿拉丁）; ;盐酸（，分析纯， ，国药有限公司）; ;冰乙酸（，分析纯， ，天津市大茂化学试剂厂）; ;甲醇、、乙腈（，色谱纯， ，美国Fisher公司）。

1.2  D-MIP的制备

准确称取0.394 g 吡氟草胺于250 mL三角瓶中， ，加入100 mL乙腈至完全溶解后加入一定量的TFMAA室温预聚12 h ， ，依次加入5 mL EGDMA、  0.5 mmol·/L-1 AIBN超声5 min， ，持续充入氮气10 min， ，封口在60 ℃磁力搅拌24 h， ，取出制备的白色聚合物于索氏提取器中， ，用60 mL无水乙醇-乙酸（体积比8∶2， V/V）提取6 h， ，反复多次用甲醇-水（体积比     1∶1， V/V）超声洗脱至洗脱液为中性， ，然后用甲醇洗脱， ，至LC-MS/MS检测不到吡氟草胺分子为止， ，将聚合物置于60 ℃烘箱中烘干， ，得到吡氟草胺分子印迹聚合物， ，置于干燥器中备用。

非分子印迹聚合物（D-NIP）的制备步骤除不添加吡氟草胺， ，其余与D-MIP制备方法一致。

1.3  D-MIP的吸附性能测试

1.3.1  LC-MS/MS检测的条件

采用Symmetry C18色谱柱 （（150 mm×2.1 mm， ，     3.5 µm）; ），流动相A为水， ，流动相B为甲醇， ，分别添加0.1%的甲酸; 。线性梯度洗脱程序：0～1.5 min为20% B， ，1.5～3 min由20% B变为95% B， ，     3～4.5 min为95% B， ，4.5～5 min由95% B变为20% B， ，5～7 min保持20% B。流速0.35 mL·/min-1， ，柱温35 ℃， ，进样体积10 µL。

电喷雾离子源 （Electron spray ionization， （ESI））， ，正离子扫描; ;多反应监测 （Multiple reaction monitoring， （MRM））; ;电喷雾电压 Ionspray voltage， （ IS）IS） 5 500 V; ;雾化气压力65 psi （（1 psi=6 894.76 Pa））; ;气帘气压力15 psi; ;辅助气压力65 psi; ;离子源温度550 ℃; ;定性离子对、定量离子对、碰撞气能量 （Collision energy， （CE）CE） 及去簇电压 （Declustering Potential，（DP） DP） 见表1。

1.3.2  吸附动力学试验

准确称取20 mg D-MIP和D-NIP， 各7份， ，分别置于10 mL塑料离心管中， ，加入5 mL吡氟草胺溶液（10 mg·/L-1）于30 ℃恒温水浴振荡。不同时间间隔同时取出1份D-MIP和D-NIP， ，离心后取100 μ心上清液置于100 mL容量瓶中， ，用蒸馏水定容至刻度， ，取1 mL溶液过0.22 μ1滤膜， ，供LC-MS/MS测定。以10， 、20， 、30， 、40， 、50， 、60和、80 min时的吸附量Q与吸附时间t作图做图， ，绘制吸附动力学曲线。吸附量按式（1）计算。

Q=（V（C_0-C_1））/W×〖10〗^3 。                              （1）

公式 （1）

式中：Q表示—吸附量， ，μ ·/g-1; ;

V表示—吡氟草胺标准溶液的体积， ，mL; ;

C0表示—吡氟草胺的初始质量浓度， ，ng/·mL-1; ;

C1表示—吸附后吡氟草胺的质量浓度， ，ng·mL-1ng/mL; ;

W表示—D-MIP或D-NIP的质量， ，mg。

1.3.3  静态平衡吸附试验

准确称取20 mg D-MIP和D-NIP， 各6份， ，置于10 mL塑料离心管中， ，分别加入5 mL 2， 、4， 、6， 、8， 、10和、12 μ2·/mL-1的吡氟草胺标准溶液， ，在30 ℃下恒温振荡50 min， ，然后离心， ，取100 μ1上清液置于100 mL容量瓶中， ，用蒸馏水定容至刻度， ，取1 mL溶液过0.22 μ1滤膜， ，供LC-MS/MS测定。以吸附量Q与吡氟草胺质量浓度C作图做图， ，绘制等温吸附曲线。

1.3.4  D-MIP选择性吸附试验

取2份20 mg D-MIP置于10 mL塑料离心管中， ， 分别加入5 mL 10 μg·mL-1 μg/mL的吡氟草胺、福美双水溶液， ，恒温振荡50 min， ，供LC-MS/MS测定。比较MIP对2种化合物的吸附性能。

2  结果与讨论

2.1  聚合反应条件的确定

试验优化了致孔剂（乙腈）、功能单体（TFMAA）、交联剂（EGDMA）和引发剂（AIBN）的用量及配比。100 mL乙腈中加入3 mmol·/L-1 TFMAA， ，在室温预聚12 h， ，依次加入25 mmol·L-1/L EGDM和0.5 mmol·L-1/L AIBN， ，在60 ℃下聚合反应24 h。物料在上述比例及反应条件下， ，制得的聚合物产率最高， ， 聚合物呈白色颗粒状粉末， ，在图2（a）中清晰可见聚合物呈空间立体网状结构。

2.2 模板分子与功能单体的比例对吸附性能的影响

在保持上述聚合反应条件不变的情况下，改变模板分子的加入量，制得D-MIP的SEM图如图2所示。

2.2  模板分子与功能单体的比例对吸附性能的影响

在保持上述聚合反应条件不变的情况下， 改变模板分子的加入量， 制得D-MIP的SEM图。由图2可知， 当模板分子加入量的比例为1∶5时， 制得的聚合物团聚在一起， 没有形成空间分散均匀的网状结构， 不利于模板分子的洗脱， 影响聚合物吸附能力。随着模板分子量的增加， 聚合物的粒径逐渐减小， 呈现出空间的网状结构， 当模板分子的比例达到1∶3时， 聚合物呈稀松的空间网状结构， 颗粒表面粗糙， 颗粒之间形成大量的孔隙， 推测适当比例的模板分子通过静电吸附、氢键作用等在聚合物颗粒之间撑开较大的孔隙， 形成大量的空间结合位点， 模板分子被洗脱出去后在孔隙间留下具特异吸附性的结合位点。但是随着模板分子的量继续增加， 聚合物颗粒表面变得光滑， 粒径增大， 孔隙明显减少， 推测可能是模板分子相互作用降低了聚合物中形成孔穴的概率。因此， 模板分子与功能单体的比例选择1∶3。

2.3  D-MIP的吸附性能

2.3.1  吸附动力学试验结果

聚合物随着吸附时间的增加， ，吸附在聚合物表面和孔隙间的吡氟草胺分子数量增多。D-MIP和D-NIP对吡氟草胺的吸附动力学曲线如图3所示：。由图3可知，吸附时间在10～20 min之间， ，吸附速率最快; ;在20～50 min之间， ，吸附量以比较缓慢的速率持续增大; ;吸附时间增加到50 min时， ，吸附量达到饱和状态; ;继续延长吸附时间， ，吸附量还会出现略微的降低趋势。在吸附前期， ，吡氟草胺分子迅速附着在聚合物颗粒表面， ，占据表面的结合位点， ，随着时间的增加伴随着振荡作用， ，吡氟草胺分子缓慢地进入颗粒间的孔隙， ，通过具有“记忆功能”的结合位点， ，找到适合的位置。随着时间继续延长， ，到50 min时， ，聚合物表面和颗粒间的位点全部占据， ，聚合物达到最大吸附量， ，D-MIP最大吸附量为     1 350 mg·/kg-1， ，D-NIP最大吸附量为320 mg·kg-1mg/kg。因为在D-NIP表面和颗粒间缺少了这种“记忆功能”的结合位点， ，导致其吸附量明显低于D-MIP。

不同分辨率D-NIP和D-MIP的SEM图片如图4所示， 。

由图4可知，D-NIP和D-MIP在放大倍数逐渐增大的情况下，能更清晰发现D-NIP颗粒粒径明显大于D-MIP颗粒粒径，图4（f）中可以看到D-MIP颗粒表面凸凹不平，颗粒间均匀分布大量的孔隙，正因为D-MIP颗粒表面的凸凹结构和孔隙，赋予了它良好的吸附性能和特异选择性。聚合物颗粒的结构分布情况进一步证明D-MIP吸附量明显大于D-NIP。

D-NIP和D-MIP在放大倍数逐渐增大的情况下， 能更清晰发现D-NIP颗粒粒径明显大于D-MIP颗粒粒径， 图4（f）中可以看到D-MIP颗粒表面凸凹不平， 颗粒间均匀分布大量的孔隙， 正因为D-MIP颗粒表面的凸凹结构和孔隙， 赋予了它良好的吸附性能和特异选择性。聚合物颗粒的结构分布情况进一步证明D-MIP吸附量明显大于D-NIP。

由图4可知，A和d表示20 μm; b和e表示5 μm; c和f表示2 μmD-NIP和D-MIP在放大倍数逐渐增大的情况下，能更清晰发现D-NIP颗粒粒径明显大于D-MIP颗粒粒径，图4（f）中可以看到D-MIP颗粒表面凸凹不平，颗粒间均匀分布大量的孔隙，正因为D-MIP颗粒表面的凸凹结构和孔隙，赋予了它良好的吸附性能和特异选择性。聚合物颗粒的结构分布情况进一步证明D-MIP吸附量明显大于D-NIP。

2.3.2  静态吸附试验结果

保持50 min的吸附时间， ，验证聚合物在不同质量浓度吡氟草胺标准溶液中吸附量变化。，如图5所示， 。D-MIP和D-NIP均表现出随着吸附吡氟草胺质量浓度的升高， ，吸附量变大的趋势。D-NIP的吸附曲线比较平稳， ，没有出现吸附量突越的现象， ，D-MIP结构中印迹孔隙和具有特异吸附性的识别位点与吡氟草胺质量浓度相匹配， ，吡氟草胺分子在D-MIP颗粒表面和空隙中迅速占位， ，当其质量浓度达到     8 μ ·/mL-1时吸附行为达到终点， ，最大吸附量为    1 350 mg/·kg-1。XD-NIP依靠自身的缝隙和疏松的结构也存在一定的吸附行为， ，饱和吸附量为320 mg·kg-1 mg/kg。

2.3.3  选择性吸附试验结果

在相同的试验条件下， ，比较D-MIP对吡氟草胺和福美双分子的吸附能力。结果显示：，D-MIP对吡氟草胺的吸附量明显高于福美双， ，为1 350 mg·kg-1mg/kg;; 其对福美双的吸附量为350 mg·kg-1mg/kg。这再次证明D-MIP结构中形成的“记忆”孔隙和识别位点只与吡氟草胺分子相匹配， ，与福美双的分子结构不具有识别功能。

3  结 论

本文采用本体聚合法， ，以乙腈为致孔剂， 、TFMAA为功能单体， 、EGDMA为交联剂， 、AIBN为引发剂， ，制备吡氟草胺的分子印迹聚合物D-MIP， ，D-MIP的最大吸附量为1 350 mg·kg-1 mg/kg， ，明显高于D-NIP， ，具有较好的吸附性和较强的选择性。扫描电镜照片表征了聚合物呈稀松的空间网状结构， ，颗粒表面粗糙， ，颗粒之间形成大量的孔隙， ，佐证了制备的D-MIP具备良好吸附性的原因。可以利用D-MIP良好的吸附性能和选择性进一步研究食品和环境等复杂基质中吡氟草胺的提取、纯化、残留量等工作。

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Preparation and Characterization of Diflufenican

Molecularly

Imprinted Polymers

WANG Yan-song

（Shenyang Food and Drug Inspection Institute， Shenyang Liaoning 110124， China）

Abstract：  The diflufenican molecularly imprinted polymer （D-MIP） was prepared  by bulk polymerization. D-MIPs were prepared by using with trifluoromethyl acrylic acid （TFMAA） as functional monomer， ethylene glycol dimethacrylate （EGDMA） as crosslinker and azodiisobutyronitrile （AIBN） as initiator. The results of adsorption kinetics test， static equilibrium adsorption test and selective adsorption test showed that D-MIPs had good adsorption capacity and strong adsorption capacity， and the maximum adsorption capacity was 1 350 mg·kg-1mg/kg. Conclusion Scanning electron microscope （SEM） images showed that the polymer had a sparse space network structure， the surface of the particles was rough， and a large number of pores were formed between the particles.

Key words：  Molecularly imprinted polymer; Diflufenican; Bulk polymerization