錢淳豪 張 潔 呂 萍 黃斌斌 張 甜 楊曉鈺 張蕙茜 盛建國

（江蘇科技大學(xué)糧食學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212100）

石墨烯（Graphene，G）具有特殊的電子、機械、熱能以及光電子特性，是一種單原子單層原子經(jīng)過sp2 雜化、由碳原子緊密包裝在蜂窩晶格中的平面薄板[1]。石墨烯具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和結(jié)構(gòu)特性，因其特殊的能帶結(jié)構(gòu)而具有獨特的電子性質(zhì)[2]，是世上最薄、最堅硬的材料，也被認為是富勒烯、碳納米管和石墨的基本組成單元[3]。因為石墨烯是平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，間隙有利于吸附原子，表面較多的皺褶增加了它的比表面積，因此石墨烯有較強的吸附能力[4]。

氧化石墨烯（Graphene oxide，GO）是石墨烯的衍生物，它的結(jié)構(gòu)和石墨烯類似，并且含氧官能團占比豐富，是一種高吸附性的多孔材料[5]。氧化石墨烯含有羧基（- COOH）、羥基（- OH）和含氧基團，其中含氧基團和- OH 位于氧化石墨烯的表面，- COOH位于氧化石墨烯的邊緣處。氧化石墨烯有很好的親水性和水通量，又因為表面有大量的基團，因此它是一種良好的用于制備分子印跡聚合物的載體，模板分子/ 假模板分子、功能單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑在氧化石墨烯表面聚合形成分子印跡聚合物[6]。

本文通過在GO 表面接上Fe3O4，再在GO@Fe3O4表 面 包 裹SiO2， 得 到GO@ Fe3O4@SiO2后，以GO@Fe3O4@SiO2為改性磁性粒子、5，7- 二甲氧基香豆素（DMC）為假模板分子，使用表面分子印跡法合成AFB1- GO@Fe3O4@SiO2分子印跡聚合物（AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs）和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2非分子印跡聚合物（AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs）。通過透射電鏡、傅里葉變換紅外光譜、振動樣品磁強計對其進行表征[7-9]，對實際樣品中黃曲霉毒素B1（AFB1）濃度進行檢測和開展加標回收實驗。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗儀器

Tecnai 12 透射電子顯微鏡，Philips Company，Holland；670- IR+610- IR 傅里葉變換紅外光譜儀，Agilent Company，USA；7404 型振動樣品磁強計，美國LakeShore 公司；DF- 101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，上海力辰邦西儀器科技有限公司；FD- 100熒光定量免疫分析儀，上海飛測生物科技有限公司。

1.2 實驗試劑

丙烯酰胺，化學(xué)純，上海潤捷化學(xué)試劑有限公司；乙二醇二甲基丙烯酸酯，分析純，上海麥克林生化科技有限公司；5，7- 二甲基氧香豆素，分析純，上海麥克林生化科技有限公司；六水合三氯化鐵；分析純，江蘇強盛功能化學(xué)股份有限公司；正硅酸乙酯，分析純江蘇強盛功能化學(xué)股份有限公司；黃曲霉毒素B1，純品，北京百奧萊博科技有限公司；氮氣，江蘇強盛功能化學(xué)股份有限公司。

1.3 制備材料

（1）制備GO@Fe3O4

稱取40.000 mg 氧化石墨烯（GO）加入36 mL 乙二醇中，超聲分散2 h 至GO 完全溶解。向上述溶液中依次加入0.205 g 六水合三氯化鐵（FeCl3·6H2O），1.800 g 無水乙酸鈉，0.800 g 聚乙二醇- 4000，室溫下以800 r/min 的速率磁力攪拌2 h 至完全溶解，轉(zhuǎn)入50 mL 高壓反應(yīng)釜中，放入200 ℃烘箱中，恒溫反應(yīng)10 h，自然冷卻至室溫，將混合溶液轉(zhuǎn)移至燒杯，通過磁鐵收集溶液中的磁性聚合物，并用超純水清洗6 次以上，60 ℃真空干燥24 h，得到GO@Fe3O4。

（2）制備GO@Fe3O4@SiO2

稱取500 mg GO@Fe3O4分散于49.5 mL 無水乙醇中，在冰水浴控溫下加入6.3 mL 超純水和2.2 mL正硅酸乙酯。在700 r/min 轉(zhuǎn)速下磁力攪拌10 min，再逐滴加入2.0 mL 濃氨水，繼續(xù)攪拌反應(yīng)12 h。將混合物在外磁場下分離，用無水乙醇洗滌3 次，于60 ℃真空干燥12 h，即得GO@Fe3O4@SiO2。

（3）制備AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs

稱取0.206 g（1 mmol）5，7- 二甲氧基香豆素，加入0.284 g（4 mmol）丙烯酰胺和120 mL 乙腈，超聲混合均勻后靜置6 h，進行預(yù)聚合。

接著加入GO@Fe3O4@SiO20.500g、乙二醇二甲基丙烯酸酯3.964g（20 mmol）和0.05g2，2- 偶氮二異丁腈，充N2排O215 min，置于60℃油浴中磁力攪拌24 h。產(chǎn)物用磁鐵分離，棄去上清液。用V（甲醇）∶V（乙酸）=9∶1 的混合液130 ℃索氏抽提72 h，抽提完成后用超純水洗滌至中性，于60 ℃真空干燥24 h，得到AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs。

作為對照制備AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs，除了不加模板分子5，7- 二甲氧基香豆素，其余過程同上[10]。

1.4 表征產(chǎn)物

用透射電鏡對GO@Fe3O4@SiO2、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs形貌和結(jié)構(gòu)進行表征。用傅里葉變換紅外光譜儀對GO@Fe3O4@SiO2、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 進行表征。用振動樣品磁強計對GO@@Fe3O4@SiO2、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 磁性能進行研究。

1.5 動力學(xué)吸附實驗

AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 動力學(xué)吸附實驗：稱取4 mg AFB1AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 置于2 mL 離心管中，加入1.5 mL 的50 mg/L 5，7- 二甲氧基香豆素甲醇標準溶液，在室溫下分別振蕩10、20、30、40、50、60、80 min，磁分離。準確移取400 μL 上清液用甲醇稀釋至4 mL，用紫外- 可見分光光度計（λ=327 nm） 測定5，7- 二甲氧基香豆素的吸光度值，根據(jù)標準曲線計算5，7- 二甲氧基香豆素的濃度，最后計算吸附容量和印跡因子[11]。

AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 動力學(xué)吸附空白實驗：稱取4 mg AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 置于2 mL 離心管中，加入1.5 mL 甲醇溶液，在室溫下分別振蕩10、20、30、40、50、60、80 min，磁分離。準確移取400 μL 上清液用甲醇稀釋至4 mL，用紫外-可見分光光度計（λ=327 nm）測定吸光度值[12]。

AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 的動力學(xué)吸附實驗和動力學(xué)吸附空白實驗方法同上。

1.6 實際樣品的檢測

選擇幾種具有代表性的物質(zhì)進行檢測，例如玉米、花生、豬飼料，檢測實際樣品中黃曲霉毒素B1的濃度并進行加標回收實驗，樣品處理使用參考文獻[13]的方法。

分別稱取玉米、花生樣品25.0 g，粉碎過篩（80目） 后放入250 mL 錐形瓶中，加入V（甲醇）∶V（水）=70∶30 溶液125 mL，超聲振蕩提取30 min，用定性試紙過濾收集濾液，取提取物15 mL，加純水30 mL，混勻，取3 mL 作為樣品提取液。稱取0.04 g AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs，加入3 mL 樣品提取液和適量甲醇，超聲2 min，磁分離后加入超純水活化2 min，磁分離，加入稀釋后的提取液，震蕩60 min后磁分離，使用熒光定量免疫分析儀檢測上清液中黃曲霉毒素B1濃度[14]。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 形貌分析

對GO @Fe3O4@SiO2、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 進 行 透 射 電 鏡（TEM） 表 征。 圖1 是 在 不 同 放 大 倍 數(shù) 下GO@Fe3O4@SiO2的TEM圖。圖1（a）為100nm 放大倍數(shù)，圖（b）圖為200nm 放大倍數(shù)。Fe3O4為表征圖中的深色部分，SiO2和GO 為表征圖中的淺色部分，SiO2包被在Fe3O4表面形成Fe3O4@SiO2，之后復(fù)合物均勻分散在GO 表面。GO@Fe3O4@SiO2有輕微的團聚現(xiàn)象，因為Fe3O4是一種磁性材料，其偶極矩作用造成材料團聚。

圖1 GO@Fe3O4@SiO2 的TEM 圖

圖2 是AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs （a）和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs（b）的TEM圖。圖2（a）是AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 表征圖，從圖中可以看出，表征物邊緣處呈現(xiàn)絮狀，外表粗糙，而GO@Fe3O4@SiO2 外表呈現(xiàn)光滑狀態(tài)，表明AFB1-GO@Fe3O4@SiO2MIPs 成功合成。AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 有團聚現(xiàn)象，這是由于磁性材料的偶極矩作用導(dǎo)致的。圖2（b）是AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 表征圖，和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 類似，表明AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 成功合成。

2.2 傅里葉變換紅外光譜分析

使用傅里葉變換紅外光譜（FT- IR） 儀對GO@Fe3O4@SiO2、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs、AFB1-GO @Fe3O4@SiO2NIPs 進 行 分 析。 圖3 是GO@Fe3O4@SiO2（a）、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2 MIPs（b）、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs（c）的FT- IR 圖。傅里葉紅外光譜檢測的是物質(zhì)表面官能團的組成，因為Fe3O4被包裹在內(nèi)層，所以GO@Fe3O4@SiO2、AFB1- GO @Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 三者都沒有得到Fe 特征峰。圖3 中GO@Fe3O4@SiO2在981.33 cm-1處出現(xiàn)Si- O- Si 特征吸收峰， 說明SiO2成功包裹在Fe3O4表面；在1265.22 cm-1出現(xiàn)C- O- C 伸縮振動峰、1667.26 cm-1出現(xiàn)C=O 伸縮振動峰、3709.72 cm-1出現(xiàn)- OH 不對稱伸縮振動峰和彎曲振動吸收峰，說明GO 成功合成。圖3 中AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 在1000.89 cm-1處出現(xiàn)Si- O- Si 特征吸收峰，說明SiO2成功包裹在Fe3O4表面；在1772.43 cm-1出現(xiàn)C=O 伸縮振動峰、3704.13 cm-1出現(xiàn)- OH 不對稱伸縮振動峰和彎曲振動吸收峰，說明GO 成功合成；在1412.25 cm-1處出現(xiàn)丙烯酰胺C- N 的吸收振動峰，說明分子印跡聚合物中的單體成功與交聯(lián)劑結(jié)合，進一步說明AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 成功合成。圖3 中AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 的光譜圖類似，說明AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 成功合成，并且兩者都沒有出現(xiàn)5，7- 二甲氧基香豆素的特征吸收峰，說明模板分子已經(jīng)被洗脫干凈。

圖3 不同樣品的FT-IR 圖

2.3 磁性能分析

利用振動樣品磁強計對GO @Fe3O4@SiO2、AFB1- GO @Fe3O4@SiO2MIPs 、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 的磁性能進行分析。圖4 是GO@Fe3O4@SiO2（a）、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs（b）、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs（c）的磁滯回線測定結(jié)果（磁場范圍：±20000 Oe）。根據(jù)圖4 可以看出三組樣品的磁場強度都不是很高，其中GO@Fe3O4@SiO2的磁響應(yīng)能力相較于其他兩者來說較強，最大比飽和磁強度為19.05 emu/g，當Fe3O4表面包覆SiO2和GO 后，由于非磁性材料的屏蔽效應(yīng)，導(dǎo)致樣品飽和磁化強度下降。AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs、AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 磁最大比飽和磁強度分別為5.10 emu/g、9.19 emu/g，說明包覆分子印跡聚合物的改性Fe3O4磁強度進一步減弱。三種材料的剩余磁強度和矯頑力都接近于0，表現(xiàn)為超順磁性。

圖4 不同樣品的磁滯回線

表1 吸附時間對吸附效果的影響

2.4 動力學(xué)吸附實驗結(jié)果研究

為了驗證AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 的吸附能力隨著吸附時間增加所產(chǎn)生的變化，在一定的室溫下，將一定的5，7- 二甲氧基香豆素溶液加入到一定量聚合物中，按照時間梯度震蕩后離心分離，在λ=327 nm 下測定上清液中的吸光度。以吸附時間（min）為橫坐標，吸附容量Q（mg/g）為縱坐標做動力學(xué)吸附平衡容量曲線，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 動力學(xué)吸附平衡容量曲線

繪制5，7- 二甲氧基香豆素紫外吸收標準曲線。根據(jù)紫外- 分光光度法測定不同濃度下5，7-二甲氧基香豆素的吸光度值，以5，7- 二甲氧基香豆素濃度（mg/L）為橫坐標，吸光度值為縱坐標，繪制5,7- 二甲氧基香豆素標準曲線[15]。結(jié)果顯示，R2=0.9997，線性回歸方程為y=0.0723x- 0.013。

據(jù)圖5 可知，隨著5，7- 二甲氧基香豆素吸附時間上升，AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1-GO@Fe3O4@SiO2NIPs 的吸附容量呈現(xiàn)上升趨勢，當吸附時間到達60 min 的時候基本達到吸附平衡狀態(tài)，印跡因子K=1.35，AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs的吸附效果優(yōu)于AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs，進一步說明AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 具有5，7- 二甲氧基香豆素的特異性識別位點。 結(jié)合圖6 的5，7- 二甲氧基香豆素紫外吸收標準曲線圖，當5，7- 二甲氧基香豆素濃度為50 mg/L，吸附時間為60 min 時，有較好的的吸附效率和分子印跡材料特異性。

圖6 5，7-二甲氧基香豆素紫外吸收標準曲線圖

2.5 實際樣品檢測結(jié)果

根據(jù)1.1.5 的方法對花生、玉米和豬飼料進行處理，并檢測其中的黃曲霉毒素B1 的含量，檢測結(jié)果如表2 所示。

表2 實際樣品中黃曲霉毒素B1 含量

由表2 可知，使用AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs對樣品進行濃縮后，玉米、花生和豬飼料中檢測出黃曲霉毒素B1的含量分別是0.19 μg/kg、0.14 μg/kg、0.52 μg/kg，它們都沒有超過國標限量。

2.6 實際樣品加標回收實驗

對實際樣品進行加標回收實驗，玉米和豬飼料中黃曲霉毒素B1 的添加量分別為5 μg/kg、10 μg/kg、20 μg/kg，花生中的添加量為5 μg/kg、10 μg/kg、15 μg/kg，根據(jù)2.4 所示方法平行測定三次，結(jié)果如表3 所示。

表3 樣品中黃曲霉毒素B1 的含量加標回收率

由表3 可知，在添加三種黃曲霉毒素B1 后，使用AFB1- Fe3O4@SiO2MIPs 對樣品進行富集濃縮，所得黃曲霉毒素B1加標回收率為50.55 %～107.00 %，相對標準偏差為3.1 %～7.3 %。

3 結(jié)論

本文基于表面分子印跡法合成AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs，對其進行表征， 進行AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 和AFB1- GO@Fe3O4@SiO2NIPs 的動力學(xué)吸附實驗與靜態(tài)吸附實驗確定吸附甲醇中5，7- 二甲氧基香豆素最佳吸附濃度和吸附時間，并對實際樣品中AFB1 濃度進行檢測和開展加標回收實驗。結(jié)果表明，當5，7- 二甲氧基香豆素濃度為50 mg/L，吸附時間為60 min 時，有較好的的吸附效率和分子印跡材料特異性。AFB1- GO@Fe3O4@SiO2MIPs 對黃曲霉毒素B1（AFB1）的加標回收率為50.55 %～107.00 %，相對標準偏差為3.1 %～7.3 %。