黃志鵬,宋立新,沈妍錚，李媛媛，施楓椿，位艷艷，游利琴,何 娟*

(1.河南工業(yè)大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450001)

除蟲菊酯中含有的殺蟲劑是一種從干菊花中提取的物質(zhì)，擬除蟲菊酯是除蟲菊酯衍生的一類合成有機(jī)殺蟲劑，與傳統(tǒng)的農(nóng)藥相比，擬除蟲菊酯類農(nóng)藥的毒性更低，穩(wěn)定性更高并且具有廣泛的抗病蟲害性，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)中。目前擬除蟲菊酯類農(nóng)藥已經(jīng)成為市場(chǎng)上的三大殺蟲劑之一[1-3]。由于擬除蟲菊酯應(yīng)用廣泛，且殘留的擬除蟲菊酯可通過食物鏈進(jìn)入生物體內(nèi)，并對(duì)水生生物有很大的毒性，進(jìn)而可能對(duì)人體造成不良影響[4-7]。為了降低食品被污染的風(fēng)險(xiǎn)，很有必要開發(fā)一種高靈敏并且簡(jiǎn)便的檢測(cè)擬除蟲菊酯類農(nóng)藥殘留的方法。

目前對(duì)擬除蟲菊酯的檢測(cè)方法主要有氣相色譜、液相色譜、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用[8-10]等。但是由于食品中的基質(zhì)非常復(fù)雜，而且樣品中目標(biāo)物的含量很低，故需要有效的樣品前處理過程以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物質(zhì)的提取和富集[11-13]。分子印跡聚合物(MIPs)是一種具有特異性識(shí)別能力的聚合物，其通過對(duì)模板分子的預(yù)聚合、聚合、洗脫等一系列過程，得到具有高度特異性的三維識(shí)別空腔，通過空腔的吸附和解吸達(dá)到對(duì)目標(biāo)物特異分離與富集的目的[14-15]，可用于前處理過程。然而，對(duì)于擬除蟲菊酯類物質(zhì)，采用目標(biāo)物本身作為模板分子時(shí)，不僅毒性較大，可能對(duì)操作人員和環(huán)境造成危害，而且會(huì)造成模板泄露，進(jìn)而導(dǎo)致假陽性。所以需要選擇一種目標(biāo)物的結(jié)構(gòu)類似物作為模板分子，以保證能夠選擇性吸附目標(biāo)物，而且不影響目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果[16]。

本文采用擬除蟲菊酯的結(jié)構(gòu)類似物二苯醚-聯(lián)苯共晶作為替代模板，使用沉淀聚合的方法，通過聚合得到對(duì)擬除蟲菊酯有選擇性吸附能力的MIPs，對(duì)其進(jìn)行表征和吸附性能研究，并與非印跡聚合物(NIPs)的吸附性能進(jìn)行了對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

UV3600紫外-可見分光光度計(jì)(島津(中國(guó))有限公司)；HHS-11-4恒溫水浴鍋(杭州匯爾儀器有限公司)；S312-90數(shù)顯恒速攪拌器(上海壘固儀器有限公司)；FED720強(qiáng)制循環(huán)熱對(duì)流多功能烘箱(上海賓德實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)；2SK雙機(jī)水環(huán)式真空泵(無錫四方真空設(shè)備有限公司)；BSA電子天平(Sartorious公司)；ASE-200(美國(guó)Dionex公司)。

二苯醚-聯(lián)苯共晶(ACROS公司產(chǎn)品(北京百靈威有限公司))；4-乙烯基吡啶(4-vp，分析純，Johnson Matthey公司)；乙二醇二甲基丙烯酸酯( EDMA，分析純，Johnson Matthey公司產(chǎn)品(阿拉丁試劑有限公司))；甲醇、乙醇、丙酮(色譜純，北京世紀(jì)瑞維發(fā)展有限公司)；乙腈(色譜純，南京化學(xué)試劑公司)；偶氮二異丁腈(AIBN，分析純，天津市凱通化學(xué)試劑公司)；三氯甲烷(分析純，開封黃海化工有限公司)；擬除蟲菊酯類標(biāo)準(zhǔn)樣品(100 μg·mL-1，農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所研制)：聯(lián)苯菊酯(石油醚)GSB G23065-94；甲氰菊酯(石油醚)GSB G23031-92；氯菊酯(石油醚)GSB G23034-92；氯氰菊酯(石油醚)GSB G23033-92；氰戊菊酯(石油醚)GSB G23032-92；毒死蜱(丙酮)GSB05-1877-2008。

1.2 聚合物的合成

取0.918 mL(3 mmol)二苯醚-聯(lián)苯共晶、1.944 mL(18 mmol) 4-vp以及15 mL 氯仿于250 mL三口燒瓶中，超聲10 min，然后加入11.286 mL(60 mmol)EDMA并超聲10 min，最后加入100 mL乙醇以及95.2 mg AIBN，在70 ℃油浴鍋中磁力攪拌反應(yīng)8 h，抽濾，烘干，得到淡白色粉末狀顆粒。

將合成的聚合物用甲醇-乙酸(9∶1，體積比)溶液洗脫至洗脫液中檢測(cè)不到模板分子，更換純甲醇作為洗脫液，洗至洗脫液呈中性，烘干聚合物備用。

使用相同方法(不添加替代模板)合成非印跡聚合物。

1.3 聚合物等溫吸附曲線的測(cè)定

稱取16份印跡聚合物(每份0.025 g)于10 mL離心管中，編號(hào)1～16，分別加入質(zhì)量濃度為5～80 μg· mL-1的聯(lián)苯菊酯(用10%甲醇溶解)溶液5 mL，封口并渦旋1 min，靜置15 h。使用紫外分光光度計(jì)依次測(cè)定每份聚合物上清液的吸光度，并計(jì)算吸附后溶液中聯(lián)苯菊酯的質(zhì)量濃度。根據(jù)吸附前后溶液中的聯(lián)苯菊酯質(zhì)量濃度計(jì)算聚合物的吸附量Q。Q(μg· g-1)=(C0-C1)m-1V，式中：C0為聯(lián)苯菊酯吸附前的質(zhì)量濃度(μg ·mL-1)；C1為聯(lián)苯菊酯吸附后的質(zhì)量濃度(μg· mL-1)；V為聯(lián)苯菊酯標(biāo)準(zhǔn)液的體積(mL)；m為印跡聚合物的質(zhì)量(g)。

非印跡聚合物測(cè)定方法同上。

1.4 聚合物吸附量的測(cè)定

稱取20份印跡聚合物(每份0.025 g)于10 mL離心管中，編號(hào)1～20，分別加入5 mL 20 μg·mL-1的聯(lián)苯菊酯溶液。放置不同時(shí)間后測(cè)定溶液的吸光度，并換算成聯(lián)苯菊酯的質(zhì)量濃度，根據(jù)公式Q=(C0-C1)m-1V計(jì)算聚合物不同吸附時(shí)間的吸附量Q。

1.5 聚合物的選擇性實(shí)驗(yàn)

稱取0.015 g印跡聚合物，加入毒死蜱、甲氰菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯、氯菊酯、聯(lián)苯菊酯混合標(biāo)準(zhǔn)溶液10 mL(各標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度均為0.9 μg·mL-1)，封口并渦旋1 min，靜置10 h。測(cè)定吸附后溶液的質(zhì)量濃度,根據(jù)公式Q=(C0-C1)m-1V計(jì)算吸附量Q。

使用同樣方法測(cè)定非印跡聚合物的吸附量Q。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溶劑的選擇

反應(yīng)溶劑的用量決定了反應(yīng)體系中模板的濃度，減少溶劑用量可以提高模板濃度，從而產(chǎn)生更多的結(jié)合位點(diǎn)，但是溶劑用量過少則會(huì)影響聚合物的沉淀生成。在實(shí)驗(yàn)過程中維持模板分子∶功能單體∶交聯(lián)劑(摩爾比)=1∶6∶20，分別使用乙腈、三氯甲烷、乙醇作為反應(yīng)溶劑，所得3種聚合物的吸附量分別為2 010、2 220、2 678 μg·g-1，可知乙醇作為反應(yīng)溶劑時(shí)制備的聚合物對(duì)模板分子的吸附效果最好。對(duì)乙醇的用量進(jìn)行了優(yōu)化，在乙醇用量分別為80、100、120 mL時(shí)，所得3種聚合物的吸附量分別為2 338、2 565、2 506 μg·g-1，故選擇乙醇用量為100 mL。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

為了得到吸附效果更佳的二苯醚-聯(lián)苯聚合共晶印跡聚合物，經(jīng)單因素優(yōu)化，分別確定模板分子與功能單體的比例(摩爾比)范圍為1∶4～1∶8，模板分子與交聯(lián)劑的比例(摩爾比)為1∶20～1∶40，引發(fā)劑用量范圍為1%～2%，溫度范圍為60～70 ℃。在此基礎(chǔ)上采用4因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)聚合物的合成條件進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。其中因素A為模板分子與功能單體的比例；因素B為模板分子與交聯(lián)劑的比例；因素C為引發(fā)劑的用量(%)；因素D為聚合反應(yīng)溫度(℃)，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表1可知，聚合反應(yīng)的最佳反應(yīng)條件為A2B1C1D3，即模板∶功能單體∶交聯(lián)劑=1∶6∶20，引發(fā)劑用量為單體與交聯(lián)劑質(zhì)量和的1%，聚合溫度為70 ℃。

表1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of orthogonal experiment

2.3 聚合物的性能表征

使用掃描電鏡對(duì)合成的聚合物進(jìn)行表征，由圖1可以看出：合成的MIPs(圖1A)和NIPs(圖1B)均為細(xì)小球形顆粒，并且疏松多孔，具有較大的比表面積，為聚合物的良好吸附性能提供了基礎(chǔ)。

2.4 聚合物等溫吸附的測(cè)定

圖2 MIPs和NIPs的等溫吸附線Fig.2 Adsorption isotherms of MIPs and NIPs

圖3 MIPs和NIPs聚合物的選擇性吸附Fig.3 Selective adsorption of MIPs and NIPs polymersA.chlorpyrifos，B.bifenthrin，C.fenpropathrin，D.cypermethrin，E.permethrin，F(xiàn).fenvalerate

按照“1.3”方法進(jìn)行等溫吸附實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。由圖可看出，隨著標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度的增大，MIPs和NIPs的吸附量均增大，且二者的吸附量之差也逐步增大。其中當(dāng)聯(lián)苯菊酯的結(jié)構(gòu)類似物二苯醚-聯(lián)苯共晶的質(zhì)量濃度為60 μg· mL-1時(shí)，MIPs的吸附達(dá)到飽和，吸附量Q為6 041 μg· g-1，而此時(shí)NIPs的吸附量為3 264 μg· g-1。這是因?yàn)镸IPs中具有模板分子的孔穴，吸附性能更佳。

2.5 聚合物吸附量的測(cè)定

按照“1.4”方法進(jìn)行吸附量的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，MIPs的吸附量逐漸增大，7 h后基本達(dá)到吸附平衡，說明MIPs對(duì)聯(lián)苯菊酯的結(jié)構(gòu)類似物二苯醚-聯(lián)苯共晶的吸附達(dá)到飽和，此時(shí)的吸附量為3 325 μg·g-1。

2.6 選擇性實(shí)驗(yàn)

按照“1.5”方法測(cè)定了MIPs和NIPs兩種聚合物對(duì)非擬除蟲菊酯類農(nóng)藥毒死蜱和擬除蟲菊酯類農(nóng)藥聯(lián)苯菊酯、甲氰菊酯、氯菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯的選擇性吸附能力，結(jié)果顯示，MIPs對(duì)上述6種農(nóng)藥的吸附量分別為259、316、311、271、305、298 μg·g-1，而對(duì)應(yīng)的NIPs的吸附量則為169、188、181、183、151、142 μg·g-1(圖3)?？芍狹IPs聚合物對(duì)擬除蟲菊酯類農(nóng)藥的吸附量大于非擬除蟲菊酯類農(nóng)藥，且MIPs的吸附量均大于NIPs。這是由于替代模板與擬除蟲菊酯類物質(zhì)有相似的結(jié)構(gòu)，且MIPs存在能與擬除蟲菊酯類結(jié)合的功能基團(tuán)和能與擬除蟲菊酯類分子互補(bǔ)的特異性孔穴。說明在MIPs合成的過程中替代模板發(fā)揮了印跡效應(yīng)，而且合成的MIPs能夠選擇性識(shí)別、吸附目標(biāo)物質(zhì)。

3 結(jié) 論

采用替代模板二苯醚-聯(lián)苯共晶合成分子印跡聚合物，最佳合成溫度為70 ℃，參與反應(yīng)的模板分子∶功能單體∶交聯(lián)劑(摩爾比)=1∶6∶20，引發(fā)劑用量為1%。在最佳條件下合成的MIPs對(duì)擬除蟲菊酯類農(nóng)藥的最大吸附量為316 μg· g-1，對(duì)相同濃度的非擬除蟲菊酯類農(nóng)藥吸附量為259 μg· g-1，說明MIPs對(duì)擬除蟲菊酯類農(nóng)藥有特異性吸附和選擇識(shí)別能力。