徐 莉，徐小艷，許志鋒，黃健文

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東廣州510642;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州510642;3.衡陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)系，湖南衡陽(yáng)421008)

分子印跡是一種制備對(duì)特定的模板分子具有專(zhuān)一識(shí)別性能聚合物的技術(shù)，分子印跡聚合物 (molecularly imprinted polymer，MIP)有可預(yù)見(jiàn)的選擇性和高度的穩(wěn)定性，主要應(yīng)用于色譜分離、固相萃取劑、生物傳感器、催化等方面［1－9］。

磁性分子印跡聚合物具有磁性納米粒子的磁學(xué)性能以及MIP的良好分子識(shí)別性能，可以在外加磁場(chǎng)作用下實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單分離，使MIP的應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步拓展［10－12］。

本文以一種廣泛使用的闊葉雜草除草劑2，4－二氯苯氧乙酸 (2，4－D)為模板分子，以Fe3O4為磁性粒子，采用油酸包覆的方法，在Fe3O4表面涂上分子印跡聚合物層，從而制得對(duì)2，4－D具有特異性識(shí)別的磁性分子印記聚合物。通過(guò)熱重分析儀以及透射電鏡對(duì)Mag-MIPs進(jìn)行了表征，采用紫外分光光度法測(cè)定了磁性印跡聚合物對(duì)模板分子的吸附性能。以Mag-MIPs為固相萃取材料，對(duì)模擬水樣中的2，4－D進(jìn)行了分析檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)藥品

2，4－二氯苯氧乙酸 (2，4－D)，天津市大茂化學(xué)試劑廠;二甲基丙烯酸乙二醇酯 (EGDMA)、油酸，天津大茂試劑廠;MAA，上海凌峰試劑公司;β-CD，上海博奧生物技術(shù)有限公司;偶氮二異丁腈 (AIBN)，天津市福晨化學(xué)試劑廠;聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;FeCl3·6H2O和FeCl2·7H2O，廣州化學(xué)試劑廠;其它試劑均為分析純。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 磁性分子印跡聚合物的制備

Fe3O4納米粒子采用共沉淀法制備［10］，磁性分子印跡聚合物的制備參考文獻(xiàn) ［11］的方法。將58.5 mg 2，4－D溶解于15 mL二甲基亞砜中，加入0.68 mL MAA，超聲攪拌30 min。另取一燒杯加入1.1 g Fe3O4、1 mL油酸和3.4 mL EGDMA，超聲攪拌30 min。再將攪拌后的2，4－D溶液加入其中，超聲攪拌30 min，得到預(yù)聚合溶液。

將上述預(yù)聚合溶液倒入250 mL三頸燒瓶中，加入溶有0.2 g PVP的75 mL DMSO/H2O溶液(V(DMSO)∶V(H2O)=9∶1)以及 0.1 g AIBN，60℃水浴恒溫?cái)嚢柘路磻?yīng)24 h。用磁鐵分離出反應(yīng)產(chǎn)物，并用甲醇洗滌至無(wú)油狀液滴，置于60℃真空干燥箱中真空過(guò)夜，得黑色粉末狀固體。加入甲醇/乙酸溶液 (V(甲醇)∶V(乙酸)=9∶1)洗脫至紫外檢測(cè)無(wú)模板分子，得到相應(yīng)的模板聚合物(magnetic imprinted polymers，Mag-MIPs)。不加入模板分子2，4－D，其它步驟與前述步驟相同，制得相應(yīng)的空白聚合物 (magnetic non-imprinted polymers，Mag-NIPs)，其制備示意圖見(jiàn)圖1。

2.2 分子印跡聚合物的表征

采用日本電子公司的TEM－1200EX透射電鏡觀察樣品形態(tài)，日本島津Shimadzu UV－2800紫外分析儀測(cè)定樣品對(duì)模板分子的吸附性能，日本島津Shimadzu DTG－60熱重分析儀對(duì)樣品進(jìn)行熱失重分析。

圖1 磁性分子印跡聚合物的制備示意圖Fig.1 Schematic representation of polymerization of 2，4－D Mag-MIPs

2.3 Mag-MIPs對(duì)模板分子的固相萃取性能研究

2.3.1 磁性分子印跡聚合物的吸附性能 分別準(zhǔn)確稱(chēng)取Mag-MIPs和Mag-NIPs各10 mg，分別置于50 mL離心管中，加入10 mL質(zhì)量濃度為50～400 mg/L的2，4－D甲醇溶液，25℃恒溫震蕩24 h。取出樣品，磁鐵分離出上層清液，用紫外光譜測(cè)定其在284 nm處吸光度值A(chǔ)，計(jì)算其吸附量。

2.3.2 Mag-MIPs對(duì)2，4－D的固相萃取性能 在寧蔭湖 (華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi))取一定量的湖水，進(jìn)行抽濾處理后，置于4℃的冰箱中保存。加入一定量的2，4－D，配得質(zhì)量濃度為50和200 μg/L的模擬水樣。稱(chēng)取一系列50 mg Mag-MIPs置于錐形瓶中，分別加入250 mL的模擬水樣，震蕩2 h后，用磁鐵吸附Mag-MIPs，除去溶劑，加入2 mL甲醇洗滌2次，震蕩30 min，除去溶劑。加入3mL甲醇/乙酸 (V(甲醇)∶V(乙酸)=9∶1)溶液洗脫2次，收集洗脫液。使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將溶劑蒸除后加入3 mL甲醇溶解。采用高效液相色譜檢測(cè)甲醇溶液中2，4－D的含量。色譜條件:色譜柱為Hypersil ODS(250 mm ×4 mm，5 μm);流動(dòng)相為甲醇/磷酸溶液 (V(甲醇)∶V(φ=0.1%磷酸)=35∶65);流速為1 mL/min;檢測(cè)波長(zhǎng)為282 nm;進(jìn)樣量為 20 μL。

3 結(jié)果與討論

3.1 磁性分子印跡聚合物的表征

對(duì)Fe3O4和Mag-MIPs(圖2)進(jìn)行了透射電鏡表征，從透射電鏡圖可知，Mag-MIPs粒子基本呈現(xiàn)有規(guī)則的球形，粒徑約在10 nm左右。由圖可知，F(xiàn)e3O4粒子聚集現(xiàn)象明顯，而Mag-MIPs的聚集程度明顯下降?？赡苁怯捎谌橐壕酆线^(guò)程中PVP起到了明顯的分散作用。

圖2 Fe3O4(a)，Mag-MIP(b)的透射電鏡圖Fig.2 TEM images of Fe3O4(a)，Mag-MIPs(b)

采用熱重分析儀在氮?dú)獗Ｗo(hù)下對(duì) Fe3O4和Mag-MIPs進(jìn)行熱失重分析，以研究分子印跡聚合物在磁性粒子上的附著情況。結(jié)果如圖3所示，F(xiàn)e3O4在700℃內(nèi)失重為4.32%，Mag-MIPs的失重主要發(fā)生在260～470℃，失重率40.1%，其原因主要是分子印跡聚合物的分解造成。與Fe3O4的失重比較，Mag-MIPs的失重明顯，表明約有40%的MIPs包覆在Fe3O4表面。

圖3 Fe3O4(a)and Mag-MIPs(b)的熱失重曲線圖Fig.3 TG curves of Fe3O4(a)and Mag-MIPs(b)

采用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)對(duì)磁性印跡聚合物的磁學(xué)性能進(jìn)行了表征，圖4為Mag-MIPs的磁滯回線示意圖，由圖可知，Mag-MIPs的飽和磁化強(qiáng)度為14.79 emu/g，說(shuō)明Mag-MIPs具有磁分離特性，可以利用磁鐵對(duì)Mag-MIPs進(jìn)行分離，從而使操作更為簡(jiǎn)便。三幅插入照片分別表示Mag-MIPs在溶液中的靜置狀態(tài) (1)、分散狀態(tài) (2)、被磁鐵吸附后的狀態(tài) (3)。

圖4 Mag-MIPs在25℃時(shí)的磁滯回線Fig.4 Magnetic hysteresis loops of Mag-MIPs at 25℃

3.2 結(jié)合實(shí)驗(yàn)

利用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定吸附后的吸光度A，計(jì)算得出吸附平衡質(zhì)量濃度ρt(mg/L)。設(shè)樣品的起始質(zhì)量濃度為ρ0(mg/L)，樣品溶液體積為V(L)，Mag-MIPs或Mag-MIPs用量為m(g)。按如下公式計(jì)算吸附量Qt(mg/g)，并以ρo為橫坐標(biāo)，以Qt為縱坐標(biāo)作圖可得等溫吸附曲線［13－14］，如圖5所示。

吸附結(jié)果如圖5所示，在一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，Mag-MIPs對(duì)底物的吸附量隨底物質(zhì)量濃度增大而增大，由圖中可知Mag-MIPs吸附量在一定質(zhì)量濃度下始終大于Mag-NIPs的吸附量，說(shuō)明Mag-MIPs對(duì)印跡分子具有特異性吸附能力。

3.3 固相萃取的吸附分析

3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定 在相應(yīng)的高效液相色譜條件下，以2，4－D甲醇溶液濃度c為橫坐標(biāo)，以峰面積A為縱坐標(biāo)，得出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程。A=－38.08023+7.56971c，R2為0.99932。

3.3.2 固相萃取分析 采用磁性分子印跡聚合物Mag-MIPs作為固相萃取材料，一方面具有磁性材料在分離回收方面的優(yōu)勢(shì)，本實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行固相萃取實(shí)驗(yàn)時(shí)，不是采用傳統(tǒng)的固相萃取柱，而是將Mag-MIPs置于250 mL錐形瓶中，通過(guò)磁鐵控制Mag-MIPs的分離回收。另一方面由于分子印跡聚合物對(duì)模板分子的特異吸附性能，使得分子印跡的固相萃取條件變得簡(jiǎn)單。由于氫鍵作用使得模板分子與Mag-MIPs之間具有較強(qiáng)的特異性結(jié)合能力，在去除干擾性雜質(zhì)和洗脫模板分子時(shí)變得容易，不再需要用大量溶劑進(jìn)行篩選。結(jié)果表明，采用2×2.0 mL的甲醇為洗滌劑，2×3.0 mL的甲醇/乙酸(V(甲醇)∶V(φ=5%乙酸)=9∶1)溶液為洗脫劑，能有效地對(duì)2，4－D進(jìn)行分離與富集。

實(shí)驗(yàn)表明，不同質(zhì)量濃度樣品在采用Mag-MIPs處理后，2，4－D的峰形明顯，檢測(cè)變得相對(duì)容易。圖6分別是標(biāo)準(zhǔn)溶液 (a)，Mag-MIPs對(duì)50 μg·L－1的水樣處理前 (b)和處理后 (c)樣品的HPLC 分析圖，以及 Mag-NIPs對(duì) 50 μg·L－1模擬水樣進(jìn)行處理后樣品的HPLC圖譜 (d)。從樣品處理前后的譜圖可以看出，所制得的Mag-MIPs對(duì)湖水有一定的凈化作用。以50 μg·L－1模擬湖水為例，處理前由于受到基質(zhì)的干擾，與標(biāo)準(zhǔn)樣品相同保留時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的峰形復(fù)雜 (圖b箭頭所示之處)，很難對(duì)目標(biāo)分析物進(jìn)行分離與分析檢測(cè)，用Mag-MIPs處理樣品后，由于減少了雜質(zhì)的干擾，2，4－D變得更加容易檢測(cè)，且峰面積有顯著的增加，Mag-MIPs對(duì)目標(biāo)分析物的富集倍數(shù)最高可達(dá)到125倍。而采用Mag-NIPs處理水樣或未經(jīng)任何處理進(jìn)行直接檢測(cè)均無(wú)法檢出。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)溶液(a)，含2，4－ D 50 μg·L－1的水樣(b)及分別采用Mag-MIPs、Mag-NIPs對(duì)水樣進(jìn)行處理后的洗脫溶液(c，d)Fig.6 The chromatogram of standard solution(a)，water sample with 50 μg·L－12，4－ D(b)，elution sample after a clean-up by Mag-MIPs-SPE(c)，the water sample afer a clean-up by Mag-NIPs-SPE(d).The arrow indicated the peak of 2，4－ D

當(dāng)加標(biāo)樣品質(zhì)量濃度為 200 μg·L－1的湖水時(shí)，回收率31.4% ～34.1%，相對(duì)平均偏差為2.78%(n=3)。當(dāng)加標(biāo)樣品質(zhì)量濃度為50 μg·L－1的湖水時(shí)，回收率91.7% ～110.4%，相對(duì)平均偏差為7.38%(n=3)。當(dāng)加標(biāo)樣品質(zhì)量濃度過(guò)大時(shí)，樣品中2，4－D的量超過(guò)Mag-MIPs對(duì)模板分子的吸附能力，也間接表明了Mag-MIPs對(duì)模板分子有一定的結(jié)合容量。

4 結(jié)論

以2，4－二氯苯氧乙酸為模板分子，甲基丙烯酸 (MAA)為功能單體，采用油酸包覆的方法制得對(duì)2，4－二氯苯氧基乙酸具有特異性識(shí)別的納米磁性分子印記聚合物 (Mag-MIPs)。熱重分析表明，MIPs包覆率為40%左右;紫外吸附實(shí)驗(yàn)表明Mag-MIPs對(duì)模板分子具有較好的吸附效果，且Mag-MIPs可用磁鐵加以分離。以Mag-MIPs為固相萃取材料，能有效的對(duì)模擬水樣中的2，4－D進(jìn)行分離純化，表明Mag-MIPs在樣品的分離與分析檢測(cè)方面具有良好的應(yīng)用前景。

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