魏 琴, 陳秀秀, 白麗紅, 趙 亮, 黃艷萍, 劉照勝

(天津醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院, 天津市臨床藥物關(guān)鍵技術(shù)重點實驗室, 天津 300070)

分子印跡技術(shù)是以目標(biāo)分子為模板,在功能單體及交聯(lián)劑存在下制備對該分子具有特異性識別能力的聚合物的方法,該技術(shù)制得的產(chǎn)物即為分子印跡聚合物(molecularly imprinted polymers, MIPs)[1]。MIPs可以與印跡分子特異性結(jié)合,其在外消旋體、小分子類似物及生物大分子等分離分析方面具有重要的應(yīng)用[2-4]。傳統(tǒng)的MIPs通常需要高交聯(lián)度(大約80%～90%)保持聚合物的空間結(jié)構(gòu),以實現(xiàn)對模板的識別[5]。但是這種高交聯(lián)度形成的聚合物其內(nèi)部網(wǎng)格致密,導(dǎo)致分子進(jìn)出印跡空穴受阻,傳質(zhì)變慢,作為高效液相色譜的固定相會帶來嚴(yán)重的色譜峰展寬,導(dǎo)致定性定量困難。因此,需要發(fā)展新一代的MIPs,以避免為獲得對模板分子良好印跡而產(chǎn)生的高交聯(lián)度依賴。

制備低交聯(lián)度MIPs的一種新策略是應(yīng)用液晶單體[6]。液晶單體是一類末端具有可極化基團(tuán)的剛性棒狀分子,在MIPs制備時,液晶單體的加入可以替代部分化學(xué)交聯(lián)劑,利用其剛性棒狀結(jié)構(gòu)的相互作用,起到固定柔性的聚合物鏈的作用,可使得制備的MIPs在很低交聯(lián)度水平下也能夠印跡和識別模板。因為用物理交聯(lián)取代了部分化學(xué)交聯(lián),由此制備的MIPs與傳統(tǒng)的高交聯(lián)度MIPs相比具有更易結(jié)合的位點,有效減少了印跡位點包埋、位點利用率低的困擾,因此具有更高的結(jié)合容量。同時,伴隨著化學(xué)交聯(lián)水平的降低,模板分子的傳質(zhì)也大為提高。最近,已有基于液晶單體的MIPs在仿生催化劑[7]、手性固定相[8]、藥物釋放材料[9]及電化學(xué)傳感器[10]等方面的研究,其都顯示出不同以往的優(yōu)勢,因此有望成為新一代的MIPs。

盡管液晶MIPs具有獨(dú)特的優(yōu)勢,但與傳統(tǒng)MIPs相比,其印跡效果由于交聯(lián)度的大幅降低而下降也是不爭的事實。因此研究液晶印跡柱的吸附特性以及特異性吸附與非特異性吸附隨交聯(lián)度的變化規(guī)律,對設(shè)計新型液晶MIPs并提高印跡效果有著至關(guān)重要的意義。但已有的工作只是將液晶MIPs應(yīng)用于不同領(lǐng)域,尚未對其結(jié)合特性進(jìn)行深入的討論。本研究擬從色譜分離熱力學(xué)角度出發(fā),在合成液晶MIPs和色譜條件優(yōu)化后,對其結(jié)合位點數(shù)及解離常數(shù)等進(jìn)行系統(tǒng)考察,總結(jié)其結(jié)合特性及規(guī)律,為理性設(shè)計新一代液晶MIPs打下良好的基礎(chǔ)。

藥物和個人護(hù)理用品(PPCPs)作為一種新的環(huán)境污染物廣受研究者關(guān)注,這是因為未被除去的PPCPs會在環(huán)境中不斷累積,從而對生態(tài)環(huán)境及人類健康產(chǎn)生極大危害,(S)-萘普生((S)-naproxen, 以下簡稱萘普生或NAP,結(jié)構(gòu)式見圖1)就是其中一種常見的PPCPs污染物。由于在環(huán)境水體中存在濃度低、極性強(qiáng)且環(huán)境樣品基質(zhì)復(fù)雜等特點,常規(guī)的萃取技術(shù)難以實現(xiàn)對PPCPs有效的分離和富集,因此已成為急需破解的技術(shù)難題之一。

圖 1 萘普生及其結(jié)構(gòu)類似物和CPCE的結(jié)構(gòu)式Fig. 1 Structures of naproxen and its analogues and CPCE

鑒于MIPs的選擇性吸附已成為一種有前景的富集水中污染物的方法,在本文實驗中我們用三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)為交聯(lián)劑,以甲苯和十二醇為致孔劑,在不銹鋼管柱中合成整體柱骨架,然后在其上二次聚合接枝,以萘普生為模板,加入液晶單體4-氰基苯基單環(huán)己基乙烯(CPCE)合成液晶MIPs整體柱,并進(jìn)行色譜保留及分離熱力學(xué)的研究。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

高效液相色譜儀:CoM 6000(CoMetro Technology,美國);Waters 2487系列(Waters公司,美國)。

以下試劑純度除特別說明外均為分析純。萘普生和酮洛芬(ketoprofen, KET)購于浙江仙居化工有限公司,布洛芬(ibuprofen, IBU)、芬布芬(fenbufen, FENBI)、非諾洛芬(fenoprofen, FENO)及氟比洛芬(flurbiprofen, FLU)均購于湖北恒碩化工有限公司,CPCE購于石家莊斯蒂亞諾精細(xì)化工有限公司,4-乙烯吡啶(4-VP,色譜純)、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)均購于美國Sigma公司,甲苯(色譜純)購于廊坊市興科化工有限公司,異辛烷、十二醇、偶氮二異丁腈(AIBN)均購于天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司,乙腈(色譜純)、乙酸(色譜純)分別購于天津市彪士奇科技發(fā)展有限公司、天津市康科德科技有限公司,甲醇(色譜純)、乙腈、丙酮、乙酸等試劑均購于天津市江天化工技術(shù)有限公司。萘普生結(jié)構(gòu)類似物和液晶單體的結(jié)構(gòu)式見圖1。

1.2 表面接枝印跡整體柱的制備方法

1.2.1骨架材料的制備

按照表1稱取AIBN,加入適量TRIM,再加入致孔劑甲苯和異辛烷或者甲苯和十二醇溶液,超聲溶解15 min使之均勻、澄清,通氮?dú)?0 min以除去氧氣,然后注入不銹鋼柱(100 mm×4.6 mm),將兩端封住,于48 ℃恒溫水浴中反應(yīng)適當(dāng)時間。將柱取出并連于CoM 6000 HPLC儀的高壓泵上,用乙腈沖洗除去整體柱中的致孔劑,沖洗液總體積約為150 mL。最后用乙腈將系統(tǒng)平衡至基線水平,在流速為0.5 mL/min下測定柱壓。

表 1 接枝印跡整體柱骨架材料制備的配方

1.2.2接枝MIPs的制備

取模板NAP 0.20 mmol、功能單體4-VP 0.81 mmol和引發(fā)劑AIBN 10.8 mg,再按照表2加入CPCE、EDMA及致孔劑甲苯和十二醇,超聲溶解20 min,得到均勻、澄清的預(yù)聚合液,向其中通入氮?dú)?0 min以除去氧氣。將骨架整體柱C5連接到CoM 6000高效液相色譜儀上,用同樣比例的甲苯和十二醇沖洗,再將預(yù)聚合液以0.2 mL/min的速度注入整體柱中,柱兩端封住于53 ℃恒溫水浴中反應(yīng)4 h后將柱取出,先用乙腈沖洗以除去整體柱中殘留的致孔劑,然后再用甲醇-乙酸(9∶1, v/v)混合液沖洗至除去模板分子,流速由0.1 mL/min逐漸增大至1 mL/min,沖洗液總體積約為150 mL?？瞻子≯E柱除不加模板外,其余步驟同上。

表 2 接枝到整體柱骨架上的MIPs配方

1.3 色譜保留考察

將P1柱連接到Waters高效液相色譜儀上,以乙腈-乙酸緩沖鹽(50 mmol/L, pH 3.6)為流動相,依次改變乙腈含量為50%～95% (v/v)進(jìn)行上樣?；蛘咭砸译?乙酸緩沖鹽(50 mmol/L, 99∶1)為流動相,改變緩沖鹽溶液pH(3.0～5.0)進(jìn)行實驗。其中,流動相流速為0.5 mL/min,上樣量為20 μL,檢測波長254 nm,柱溫為28 ℃。獲得萘普生及其類似物在不同流動相條件下的保留因子。

1.4 動態(tài)吸附實驗和前沿分析

將印跡整體柱連接到Waters高效液相色譜儀上,用乙腈-乙酸緩沖鹽(pH 3.6, 50 mmol/L)(99∶1, v/v)作流動相,將不同濃度的萘普生溶液(0.1～0.4 mmol/L)依次上樣,以1.0 mL/min的流速流過色譜柱,當(dāng)流出曲線達(dá)到一個穩(wěn)定的平臺,即為完成一個突破曲線。實驗中不同交聯(lián)度的印跡整體柱(P1～P5, P7)都可以獲得一系列的濃度對應(yīng)突破曲線。P6由于無印跡效果無法進(jìn)行該實驗。萘普生的動態(tài)平衡吸附量(Q)可由公式(1)計算[11]:

(1)

其中A0為萘普生的濃度,V為吸附達(dá)到平衡時萘普生的保留體積(可用半高法在突破曲線上測得),V0為死體積(通過測定丙酮的保留時間算得),v為柱床體積。對動態(tài)吸附實驗得到的突破曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行前沿分析[12]:

(2)

其中Bt為結(jié)合位點總數(shù),Kd為解離常數(shù)。根據(jù)公式(2)繪制1/[A0(V-V0)]對1/A0的關(guān)系圖。

1.5 吸附等溫線分析

從突破曲線實驗可得不同濃度萘普生在MIPs上的動態(tài)平衡吸附量,用熱力學(xué)模型對其進(jìn)行擬合并分析。Langmuir方程可以模擬模板分子在印跡固定相表面單分子層吸附達(dá)到平衡時Q與C的關(guān)系[13]:

(3)

式中Q0為單層吸附的最大吸附量,KL為吸附系數(shù),C為達(dá)到平衡時分析物在流動相中的濃度。

鑒于印跡固定相為非均勻性吸附材料,我們用Freundlich方程以評估MIPs的非均一性[13]:

lgQ=lgKF+1/nlgC

(4)

式中KF用來表征總結(jié)合位點數(shù)和平均親和系數(shù)。1/n為非均一性指數(shù),1/n值越接近0,表明MIPs的非均一性越強(qiáng),印跡效應(yīng)越大。

用Scatchard方程對吸附等溫線進(jìn)行擬合,可以評價分子印跡聚合物的結(jié)合位點類型。Scatchard方程可寫為[14]:

(5)

其中Qmax為MIPs最大表觀吸附量。根據(jù)Scatchard方程,若Q/C對Q作圖呈一良好的直線,則表明MIPs存在一類等價的結(jié)合位點。然而有時Q/C對Q明顯呈非線性關(guān)系,這表明聚合物的結(jié)合位點并不是等價的,但在Scatchard圖兩端往往具有較好的直線關(guān)系,分別代表了高親和位點和低親和位點。由Scatchard圖兩端的直線的斜率和截距可求得兩類結(jié)合位點的平衡離解常數(shù)Kd和最大表觀吸附量Qmax。

1.6 計量置換研究

將P1柱連接到Waters HPLC儀上,在流速為0.5 mL/min、柱溫為28 ℃條件下,將不同量的乙酸作為強(qiáng)氫鍵競爭性溶劑加入到乙腈中,考察流動相中乙酸含量為0.5%～3.0%(v/v)時對萘普生及其類似物的保留因子的影響。依據(jù)計量置換模型(SDM-R),將測得的色譜數(shù)據(jù)以方程(6)進(jìn)行擬合[15]:

lnk=lnA-nβI

(6)

其中k是保留因子,I是流動相中的乙酸百分比。lnA為溶質(zhì)與固定相之間總體的親和力,它包括了溶質(zhì)與MIPs孔結(jié)構(gòu)之間的空間效應(yīng),以及溶質(zhì)、溶劑和功能單體之間的作用。β表示由強(qiáng)溶劑取代的弱溶劑的平衡常數(shù)。n表示溶質(zhì)分子吸附在固定相上時,從固定相中釋放出的強(qiáng)溶劑分子的數(shù)目。

1.7 分子識別熱力學(xué)

為了考察溫度對于分離的影響,我們研究了不同溫度下模板及其類似物在二次聚合柱(交聯(lián)度70%、26%、15%、7.5%)上的保留。在流速為0.5 mL/min條件下將溫度從25 ℃逐步升到45 ℃,重復(fù)進(jìn)樣。根據(jù)Van’t Hoff公式[16],利用實驗中得到的保留因子k和萘普生類似物與萘普生之間的分離因子α評估模板及其類似物在MIPs上保留的焓變、熵變和Gibbs自由能。即:

(7)

(8)

其中,R、T、Φ為分別為氣體常數(shù)、絕對溫度以及相比。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面接枝印跡整體柱的制備考察

由于液晶印跡聚合物具有天然的彈性,難以抵抗HPLC的高壓,易變形,難于直接作為HPLC的固定相。應(yīng)用接枝二次聚合制備的方法可以很好地解決這一問題,即先制備滲透性良好的聚合物整體柱,然后利用表面印跡的方法在整體柱骨架上進(jìn)行分子印跡。Zhang等[8]曾用此思路制備出具有高印跡因子和良好選擇性的MIPs并應(yīng)用于HPLC分離。本研究我們采用類似的方法,選用TRIM為聚合單體,在不銹鋼管柱中合成具有良好通透性和固定形態(tài)的聚合物整體柱骨架,然后合成接枝印跡整體柱。

2.1.1骨架材料的制備

骨架材料被合成以后,其表面必須有剩余的雙鍵存在,以保證二次聚合的進(jìn)行。過去的文獻(xiàn)表明,TRIM聚合物中表面雙鍵的剩余量與溫度密切相關(guān),即低溫聚合會在TRIM聚合物的表面剩余更多的碳碳雙鍵[17]。在本實驗中,我們選擇48 ℃作為反應(yīng)溫度,根據(jù)文獻(xiàn)[18],在TRIM骨架結(jié)構(gòu)表面約有12%游離的碳碳雙鍵可作為MIPs印跡時的錨定位點。此外,在骨架材料的制備中,為保證聚合物骨架具有較好的通透性以及剛性,我們優(yōu)化了一系列的聚合參數(shù),包括致孔劑種類和組成、反應(yīng)時間等。由于使用甲苯和異辛烷為致孔劑時,骨架剛性不夠,導(dǎo)致二次接枝無法進(jìn)行,故我們選擇了甲苯和十二醇為致孔劑。根據(jù)表1可知C5柱柱效最高,且柱壓較小,通透性較好,故最終我們選擇其進(jìn)行后續(xù)的實驗。

2.1.2接枝MIPs的制備

對于制備表面印跡的聚合物整體柱來說,盡管各種聚合條件對聚合物的通透性、剛性以及印跡效果都有影響,但本實驗決定實驗關(guān)鍵成敗的卻是致孔劑,因為最終制備的聚合物能夠承受HPLC的高壓是實驗的必要條件,因此致孔劑的組成和種類是我們的主要考察因素。目前成功用于制備MIPs薄層的致孔劑體系有:甲苯[10]、氯仿[19]和一些混合溶劑,如環(huán)己醇-十二醇[20]、甲苯-異辛烷[21]和三元致孔體系(甲苯-異辛烷-DMSO)[22]。實驗表明,只使用甲苯做致孔劑不能使二次接枝很好地完成,這是因為只用甲苯會導(dǎo)致薄層中小孔結(jié)構(gòu)過多而使柱壓增大,導(dǎo)致二次聚合柱無法沖通(P10柱)。而十二醇是致大孔溶劑[23],有報道甲苯-十二醇為很好的致孔劑[24],并且在我們的實驗中能夠很好地溶解模板NAP和液晶單體。因此,在我們的實驗中選用甲苯-十二醇作為MIPs的致孔劑。

2.1.3接枝印跡整體柱色譜行為及印跡因子

為了系統(tǒng)研究含有液晶單體的低交聯(lián)度MIPs的結(jié)合特性,我們制備了一系列低交聯(lián)度的MIPs(P1～P6),另外還合成了交聯(lián)度70%的二次無液晶印跡柱P7與之形成對比(見表2),其中印跡因子可由公式IF=kMIP/kNIP計算,kMIP和kNIP分別為萘普生在MIPs和對應(yīng)的NIPs上的保留因子。由表3可看到,隨著交聯(lián)度降低,制得的液晶MIPs模板保留減弱,柱效升高,其中印跡因子在交聯(lián)度15%時最大,而當(dāng)交聯(lián)度為5%時,無印跡效果;相反,當(dāng)交聯(lián)度為70%時,即無液晶單體時,制得的MIPs柱效升高,但印跡因子明顯低于柱效最低的P1柱。此外,制備的低交聯(lián)液晶印跡整體柱(P1)能使萘普生與其結(jié)構(gòu)類似物達(dá)到基線分離(見圖2)。

表 3 萘普生在不同印跡整體柱上的色譜參數(shù)

圖 2 萘普生及其結(jié)構(gòu)類似物在P1柱上的色譜分離圖Fig. 2 Chromatogram of naproxen and its analogues on column P1

2.2 接枝印跡整體柱色譜行為考察

2.2.1流動相乙腈比例的影響

從圖3a可看出,當(dāng)乙腈含量從50%增加到80%時,萘普生及其結(jié)構(gòu)類似物的保留因子均迅速減小,此時可能是疏水作用主導(dǎo)保留機(jī)制;而乙腈含量從80%增加到95%時,萘普生及其類似物的保留因子均稍有增加,此時可能是氫鍵或其他靜電相互作用主導(dǎo)保留機(jī)制的結(jié)果,這一結(jié)果與先前的報道無液晶單體的NAP-MIP研究結(jié)果相反[25]。因此,這表明由于液晶單體的加入,使得控制印跡系統(tǒng)保留的機(jī)制由原來的氫鍵作用變?yōu)榱耸杷饔?。另?MIPs P1柱對萘普生的保留因子始終大于其他類似物,表明MIPs P1柱具有較好的吸附特異性。

圖 3 (a)流動相中乙腈含量和(b)流動相pH值對萘普生及其類似物在P1柱中色譜保留的影響Fig. 3 Effects of (a) acetonitrile content and (b) pH of mobile phase on the retention factors (k) of naproxen and its analogues in column P1

2.2.2流動相pH值的影響

進(jìn)一步研究了在液晶MIP上NAP及其類似物保留對pH的依賴性。從圖3b可看出,在pH為3.6時,萘普生保留最大。盡管模板和類似物的保留都受到了流動相pH值的影響,但在pH 3.6～5.0時模板的保留因子變化趨勢最為明顯,因此pH對模板分子影響最大。MIP對模板的保留主要受到NAP解離水平的影響,在pH 3.0～3.6時,模板主要成分子狀態(tài),易與功能單體形成較多的印跡復(fù)合物,此時MIP對模板的保留較強(qiáng)。在更低pH條件下,溶劑中有比較多的游離氫離子與模板結(jié)合,影響其與功能單體形成印跡復(fù)合物,所以當(dāng)pH值從3.6減少到3.0時,保留因子稍有減小;而在pH 3.6～5.0時,流動相酸堿度已超過NAP的pKa,模板萘普生中的-COOH成離子狀態(tài),不易形成氫鍵,印跡復(fù)合物的形成也受影響,所以NAP的保留因子也減少。

2.3 前沿分析

對突破曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行前沿分析,可求得MIPs的結(jié)合位點總數(shù)Bt和解離常數(shù)Kd(見表4)。在液晶MIPs中,雖然交聯(lián)度15%時其印跡因子最大,但從前沿分析結(jié)果可以看到其結(jié)合位點總數(shù)并不是最大的。隨著交聯(lián)度從15%降低至7.5%, MIPs的結(jié)合位點數(shù)逐漸增大,但印跡因子減小,這可能是由于低交聯(lián)度導(dǎo)致非特異性結(jié)合位點增加所致。相比于P3柱,交聯(lián)度為26%的P1柱的結(jié)合位點總數(shù)較小,從而導(dǎo)致印跡因子較小;但是當(dāng)交聯(lián)度為20%和70%時,結(jié)合位點總數(shù)較大,而印跡因子卻下降了。為了探究此處印跡因子下降的原因,進(jìn)一步深入分析液晶MIPs識別的機(jī)理及規(guī)律,我們進(jìn)行了以下的分析。

2.4 吸附等溫線分析

2.4.1Langmuir擬合

采用Langmuir模型對吸附等溫線擬合可得各柱單層最大吸附量Q0和吸附系數(shù)KL(見表4)。從表4可以看出,交聯(lián)度為15%時,Q0最大,這與前沿分析的Bt值并不相符,但該結(jié)果與其具有最大的印跡效果是一致的,這表明Langmuir模型似乎更能科學(xué)地表征基于液晶單體的印跡系統(tǒng)的吸附性能。當(dāng)交聯(lián)度增大或者減小時,Q0均減小。此外,雖然交聯(lián)度15%時的Q0與交聯(lián)度70%時的相差不大,但其在柱效低于P7整體柱的情況下,也能展現(xiàn)出更加優(yōu)異的印跡效果。從表4可以看出P3的印跡因子顯著高于P7,這表明液晶單體在提高M(jìn)IPs識別性能方面具有巨大潛力。

2.4.2Freundlich擬合

采用Freundlich模型對吸附等溫線擬合得到的數(shù)據(jù)見表4,KF越大表明吸附容量越高,1/n值越小表明非均一性能越強(qiáng)。從表4中可以看出,P3柱1/n最小,KF明顯大于其他液晶印跡柱,表明P3具有較強(qiáng)的非均一性能和較高的吸附容量。交聯(lián)度增大或者減小,其吸附容量(除P7外)和吸附能力都是減小,這與印跡因子的變化規(guī)律也是一致的。與Langmuir模型擬合結(jié)果類似,雖然P3的吸附容量稍低于P7,但其非均一性能要明顯高于70%交聯(lián)度的非液晶柱。另外,1/n值都小于1說明本實驗制備的表面接枝印跡整體柱都是單層吸附[13]。

2.4.3Scatchard分析

在本研究中,根據(jù)Scatchard方程發(fā)現(xiàn)Q/C對Q明顯呈非線性關(guān)系,但曲線的兩端分別有較好的直線關(guān)系,表明制備的液晶印跡柱具有兩類結(jié)合位點:高親和力位點和低親和力位點。由Scatchard圖兩端的直線的斜率和截距可求得兩類結(jié)合位點的平衡離解常數(shù)(Kd)和最大表觀吸附量(Qmax)(見表5)。

表 5 不同印跡整體柱的Scatchard擬合參數(shù)

由表5可看出,只有交聯(lián)度為15%時,高親和位點的Qmax高于低親和位點的Qmax,表明MIP的特異性吸附強(qiáng)于非特異性吸附。此外其他的MIP無論交聯(lián)度增加或減少,高親和位點的Qmax始終低于低親和位點的Qmax,即MIP上特異性吸附量始終小于非特異性吸附量。例如,當(dāng)交聯(lián)度增加為26%時,MIP特異性結(jié)合位點減少,高親和位點的Qmax降低;當(dāng)交聯(lián)度減少至7.5%時,由于物理交聯(lián)增大導(dǎo)致的非特異性結(jié)合位點增多,低親和位點的Qmax顯著增加。對于交聯(lián)度70%的非液晶印跡柱,其低親和位點的Qmax遠(yuǎn)高于高親和位點的Qmax,即其非特異性吸附遠(yuǎn)強(qiáng)于特異性吸附,這也解釋了為什么前沿分析中P7的Bt大于P3,而印跡因子卻顯著小于P3。但與前沿分析結(jié)果不同的是,交聯(lián)度為20%的P2柱用Scatchard擬合的結(jié)合位點數(shù)要低于P3,這與印跡因子的變化規(guī)律是一致的,表明Scatchard分析也能準(zhǔn)確直觀地反映液晶印跡整體柱的識別特性。此外,交聯(lián)度15%時的MIP解離常數(shù)也比較小,表明P3對于模板的結(jié)合力更強(qiáng)。

2.5 計量置換研究

在分子印跡聚合物的分子識別過程中,起主導(dǎo)作用的是三維孔穴結(jié)構(gòu)還是模板分子與功能單體之間的相互作用,目前還存在分歧[15]。計量置換模型是在液相色譜體系中全面考察溶質(zhì)、溶劑及固定相分子之間的各種相互作用和不同種類溶劑分子在固定相表面上的競爭吸附的理論模型[26],因此被用來進(jìn)一步分析液晶MIP的分子識別機(jī)制。

計量置換研究結(jié)果如表6所示,相關(guān)系數(shù)的絕對值都超過0.9,這證實了SDM理論可以成功地應(yīng)用于基于液晶單體的分子印跡系統(tǒng)。在液晶印跡柱P1上,模板NAP的lnA值明顯高于其類似物,說明P1對印跡分子具有更高的親和性,即模板與功能單體的非共價相互作用。在印跡柱上,當(dāng)不同的溶質(zhì)分子被吸附在固定相上時,如果印跡分子的結(jié)構(gòu)越匹配MIPs的空腔結(jié)構(gòu),印跡分子覆蓋的活性位點數(shù)量越高,從固定相釋放的相應(yīng)數(shù)量溶劑分子也就越高,即nβ越高[15]。從表6可以知道,印跡柱上的空穴結(jié)構(gòu)與模板NAP匹配性很高(nβ=36.3),但稍次于其類似物酮洛芬(nβ=39.5)。但P1對空間最匹配的酮洛芬的親和力(lnA=0.242)不及模板分子(lnA=0.645)的1/2,這說明空間效應(yīng)不是決定該液晶印跡系統(tǒng)的分子識別能力的主要因素。

表 6 液晶印跡整體柱P1的SDM-R結(jié)果

2.6 分子識別熱力學(xué)

根據(jù)Van’t Hoff公式,以lnk和lnα分別對1/T作圖,得到了直線關(guān)系圖(見圖4)。在試驗溫度范圍內(nèi),模板和3個類似物的lnk和lnα的Van’t Hoff線性擬合良好,并且保留因子隨著溫度升高而減少。表7總結(jié)了NAP及其類似物在不同交聯(lián)度MIPs上的焓變、熵變和焓變差、熵變差。對于低交聯(lián)液晶MIPs柱,即26%、15%、7.5%交聯(lián)柱,|ΔΔH|T|ΔΔS|,則表明該非液晶MIPs的分離過程是一個焓控制的過程。

圖 4 萘普生與其類似物在不同交聯(lián)度整體柱上的保留因子以及分離因子(α)隨溫度變化的Van’t Hoff圖Fig. 4 Van’t Hoff plots of retention factors and separation factors (α) of naproxen and its analogues versus temperature on imprinted monoliths with different crosslinking degrees

表 7 不同交聯(lián)度的印跡整體柱的熱力學(xué)參數(shù)

3 結(jié)論

本文制備了一系列低交聯(lián)度液晶MIPs,通過與常規(guī)的高交聯(lián)度MIPs比較分析發(fā)現(xiàn),液晶的加入具有顯著提高吸附特異性和吸附容量的能力。熱力學(xué)研究可以看到低交聯(lián)度液晶印跡整體柱展現(xiàn)出了與高交聯(lián)度非液晶印跡整體柱不同的保留機(jī)制。總之,本文對低交聯(lián)液晶印跡柱的保留機(jī)制和識別熱力學(xué)的研究為新一代MIP固定相的特性提供了更為深入地認(rèn)識,未來我們將對該類色譜固定相傳質(zhì)機(jī)理進(jìn)行深入研究,為液晶MIP這種新型固定相的理性設(shè)計及合成提供有益的信息。