吡氟草胺分子印跡聚合物的制備及性能表征

王巖松

吡氟草胺分子印跡聚合物的制備及性能表征

王巖松

（沈陽市食品藥品檢驗所，遼寧 沈陽 110124）

以吡氟草胺為模板分子、2-(三氟甲基)丙烯酸（TFMAA）為功能單體、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）為交聯劑、偶氮二異丁腈（AIBN）為引發劑，采用本體聚合法制備了吡氟草胺分子印跡聚合物（D-MIP）。吸附動力學試驗、靜態平衡吸附試驗和選擇性吸附試驗證明，D-MIP具有較好的吸附性和較強的吸附能力，最大吸附量為1 350 mg·kg-1。掃描電鏡照片顯示，聚合物呈稀松的空間網狀結構，顆粒表面粗糙，顆粒之間形成大量的孔隙。

分子印跡聚合物；吡氟草胺；本體聚合

分子印跡技術[1-4]是模仿抗原-抗體原理而人工合成的對模板分子在空間結構和結合位點形成具有“記憶功能”的高分子聚合物（MIP）的技術。MIPs的特異吸附性逐漸被發掘并應用于生物傳感器、化合物的提取、純化、色譜分離等領域[5-8]。分子印跡固相萃取成功地將MIP的特性融入到固相萃取的技術中，為復雜基質中目標化合物的提取、分離尋找到新的解決途徑[9-11]。

目前，有關D-MIP的制備未見文獻報道。本文以吡氟草胺為模板分子、2-(三氟甲基)丙烯酸（TFMAA）為功能單體、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）為交聯劑、偶氮二異丁腈（AIBN）為引發劑，成功制備了吡氟草胺分子印跡聚合物（D-MIP）。吸附動力學試驗、靜態平衡吸附試驗和選擇性吸附試驗證明了分子印跡聚合物具有較好的吸附性和較強的選擇性。D-MIP可用于吡氟草胺的凈化提純，也可以用于食品和環境等復雜基質中痕量吡氟草胺殘留的研究。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

串聯質譜儀，API 4000，美國應用生物系統公司；液相色譜儀，LC 20A，日本島津公司；電子天平，BS244S，賽多利斯科學儀器有限公司；電熱鼓風干燥箱，101-2，余姚市遠東數控儀器廠；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，DF-101S，鞏義市英峪予華儀器制造廠；臺式離心機，800-1，金壇區西城區新瑞儀器廠；恒溫水浴振蕩器，SHA-B，國華企業；電子萬用爐，DL-1，北京市永光明醫療儀器有限公司；數控超聲波清洗器，KQ5200DE，昆山市超聲儀器有限公司；掃描電鏡，FEI NOVA NanoSEM 450，FEI公司。

吡氟草胺，95%，沈陽化工研究院；福美雙，98%，沈陽化工研究院；無水乙醇，分析純，天津市大茂化學試劑廠；TFMAA，98%，阿拉??；AIBN，98%，麥克林；EGDMA，98%，阿拉??；鹽酸，分析純，國藥有限公司；冰乙酸，分析純，天津市大茂化學試劑廠；甲醇、乙腈，色譜純，美國Fisher公司。

1.2 D-MIP的制備

準確稱取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室溫預聚12 h，依次加入5 mL EGDMA、 0.5 mmol·L-1AIBN超聲5 min，持續充入氮氣10 min，封口在60 ℃磁力攪拌24 h，取出制備的白色聚合物于索氏提取器中，用60 mL無水乙醇-乙酸（體積比8∶2）提取6 h，反復多次用甲醇-水（體積比 1∶1）超聲洗脫至洗脫液為中性，然后用甲醇洗脫，至LC-MS/MS檢測不到吡氟草胺分子為止，將聚合物置于60 ℃烘箱中烘干，得到吡氟草胺分子印跡聚合物，置于干燥器中備用。

非分子印跡聚合物（D-NIP）的制備步驟除不添加吡氟草胺，其余與D-MIP制備方法一致。

1.3 D-MIP的吸附性能測試

1.3.1 LC-MS/MS檢測的條件

采用Symmetry C18色譜柱（150 mm×2.1 mm， 3.5 μm），流動相A為水，流動相B為甲醇，分別添加0.1%的甲酸。線性梯度洗脫程序：0～1.5 min為20% B，1.5～3 min由20% B變為95% B， 3～4.5 min為95% B，4.5～5 min由95% B變為20% B，5～7 min保持20% B。流速0.35 mL·min-1，柱溫35 ℃，進樣體積10 μL。

電噴霧離子源 （ESI），正離子掃描；多反應監測（MRM）；電噴霧電壓（ IS）5 500 V；霧化氣壓力65 psi（1 psi=6 894.76 Pa）；氣簾氣壓力15 psi；輔助氣壓力65 psi；離子源溫度550 ℃；定性離子對、定量離子對、碰撞氣能量（CE）及去簇電壓 （DP） 見表1。

表1 吡氟草胺、福美雙的質譜參數

1.3.2 吸附動力學試驗

準確稱取20 mg D-MIP和D-NIP各7份，分別置于10 mL塑料離心管中，加入5 mL吡氟草胺溶液（10 mg·L-1）于30 ℃恒溫水浴振蕩。不同時間間隔同時取出1份D-MIP和D-NIP，離心后取100 μ心上清液置于100 mL容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度，取1 mL溶液過0.22 μ1濾膜，供LC-MS/MS測定。以10、20、30、40、50、60、80 min時的吸附量與吸附時間做圖，繪制吸附動力學曲線。吸附量按式（1）計算。

式中：—吸附量，μ·g-1；

—吡氟草胺標準溶液的體積，mL；

0—吡氟草胺的初始質量濃度，ng·mL-1；

1—吸附后吡氟草胺的質量濃度，ng·mL-1；

—D-MIP或D-NIP的質量，mg。

1.3.3 靜態平衡吸附試驗

準確稱取20 mg D-MIP和D-NIP各6份，置于10 mL塑料離心管中，分別加入5 mL 2、4、6、8、10、12 μ2·mL-1的吡氟草胺標準溶液，在30 ℃下恒溫振蕩50 min，然后離心，取100 μ1上清液置于100 mL容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度，取1 mL溶液過0.22 μ1濾膜，供LC-MS/MS測定。以吸附量與吡氟草胺質量濃度做圖，繪制等溫吸附曲線。

1.3.4 D-MIP選擇性吸附試驗

取2份20 mg D-MIP置于10 mL塑料離心管中， 分別加入5 mL 10 μg·mL-1的吡氟草胺、福美雙水溶液，恒溫振蕩50 min，供LC-MS/MS測定。比較MIP對2種化合物的吸附性能。

2 結果與討論

2.1 聚合反應條件的確定

試驗優化了致孔劑（乙腈）、功能單體（TFMAA）、交聯劑（EGDMA）和引發劑（AIBN）的用量及配比。100 mL乙腈中加入3 mmol·L-1TFMAA，在室溫預聚12 h，依次加入25 mmol·L-1EGDM和0.5 mmol·L-1AIBN，在60 ℃下聚合反應24 h。物料在上述比例及反應條件下，制得的聚合物產率最高， 聚合物呈白色顆粒狀粉末，在圖2（a）中清晰可見聚合物呈空間立體網狀結構。

2.2 模板分子與功能單體的比例對吸附性能的影響

在保持上述聚合反應條件不變的情況下，改變模板分子的加入量，制得D-MIP的SEM圖如圖2所示。

圖2 不同比例模板分子與功能單體聚合物的SEM圖片

由圖2可知，當模板分子加入量的比例為1∶5時，制得的聚合物團聚在一起，沒有形成空間分散均勻的網狀結構，不利于模板分子的洗脫，影響聚合物吸附能力。隨著模板分子量的增加，聚合物的粒徑逐漸減小，呈現出空間的網狀結構，當模板分子的比例達到1∶3時，聚合物呈稀松的空間網狀結構，顆粒表面粗糙，顆粒之間形成大量的孔隙，推測適當比例的模板分子通過靜電吸附、氫鍵作用等在聚合物顆粒之間撐開較大的孔隙，形成大量的空間結合位點，模板分子被洗脫出去后在孔隙間留下具特異吸附性的結合位點。但是隨著模板分子的量繼續增加，聚合物顆粒表面變得光滑，粒徑增大，孔隙明顯減少，推測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，模板分子與功能單體的比例選擇1∶3。

2.3 D-MIP的吸附性能

2.3.1 吸附動力學試驗結果

聚合物隨著吸附時間的增加，吸附在聚合物表面和孔隙間的吡氟草胺分子數量增多。D-MIP和D-NIP對吡氟草胺的吸附動力學曲線如圖3所示。由圖3可知，吸附時間在10～20 min之間，吸附速率最快；在20～50 min之間，吸附量以比較緩慢的速率持續增大；吸附時間增加到50 min時，吸附量達到飽和狀態；繼續延長吸附時間，吸附量還會出現略微的降低趨勢。在吸附前期，吡氟草胺分子迅速附著在聚合物顆粒表面，占據表面的結合位點，隨著時間的增加伴隨著振蕩作用，吡氟草胺分子緩慢地進入顆粒間的孔隙，通過具有“記憶功能”的結合位點，找到適合的位置。隨著時間繼續延長，到50 min時，聚合物表面和顆粒間的位點全部占據，聚合物達到最大吸附量，D-MIP最大吸附量為 1 350 mg·kg-1，D-NIP最大吸附量為320 mg·kg-1。因為在D-NIP表面和顆粒間缺少了這種“記憶功能”的結合位點，導致其吸附量明顯低于D-MIP。

圖3 D-MIP和D-NIP對吡氟草胺的吸附動力學曲線

不同分辨率D-NIP和D-MIP的SEM圖片如圖4所示。

由圖4可知，D-NIP和D-MIP在放大倍數逐漸增大的情況下，能更清晰發現D-NIP顆粒粒徑明顯大于D-MIP顆粒粒徑，圖4（f）中可以看到D-MIP顆粒表面凸凹不平，顆粒間均勻分布大量的孔隙，正因為D-MIP顆粒表面的凸凹結構和孔隙，賦予了它良好的吸附性能和特異選擇性。聚合物顆粒的結構分布情況進一步證明D-MIP吸附量明顯大于D-NIP。

圖4 不同分辨率D-NIP和D-MIP的SEM圖片

2.3.2 靜態吸附試驗結果

保持50 min的吸附時間，驗證聚合物在不同質量濃度吡氟草胺標準溶液中吸附量變化，如圖5所示。D-MIP和D-NIP均表現出隨著吸附吡氟草胺質量濃度的升高，吸附量變大的趨勢。D-NIP的吸附曲線比較平穩，沒有出現吸附量突越的現象，D-MIP結構中印跡孔隙和具有特異吸附性的識別位點與吡氟草胺質量濃度相匹配，吡氟草胺分子在D-MIP顆粒表面和空隙中迅速占位，當其質量濃度達到 8 μ·mL-1時吸附行為達到終點，最大吸附量為 1 350 mg·kg-1。D-NIP依靠自身的縫隙和疏松的結構也存在一定的吸附行為，飽和吸附量為320 mg·kg-1。

圖5 D-NIP和D-MIP的靜態吸附曲線

2.3.3 選擇性吸附試驗結果

在相同的試驗條件下，比較D-MIP對吡氟草胺和福美雙分子的吸附能力。結果顯示，D-MIP對吡氟草胺的吸附量明顯高于福美雙，為1 350 mg·kg-1； 其對福美雙的吸附量為350 mg·kg-1。這再次證明D-MIP結構中形成的“記憶”孔隙和識別位點只與吡氟草胺分子相匹配，與福美雙的分子結構不具有識別功能。

3 結 論

本文采用本體聚合法，以乙腈為致孔劑、TFMAA為功能單體、EGDMA為交聯劑、AIBN為引發劑，制備吡氟草胺的分子印跡聚合物D-MIP，D-MIP的最大吸附量為1 350mg·kg-1，明顯高于D-NIP，具有較好的吸附性和較強的選擇性。掃描電鏡照片表征了聚合物呈稀松的空間網狀結構，顆粒表面粗糙，顆粒之間形成大量的孔隙，佐證了制備的D-MIP具備良好吸附性的原因?？梢岳肈-MIP良好的吸附性能和選擇性進一步研究食品和環境等復雜基質中吡氟草胺的提取、純化等工作。

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Preparation and Characterization of Diflufenican Molecularly Imprinted Polymers

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

The diflufenican molecularly imprinted polymer (D-MIP) was prepared by bulk polymerization 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-1. 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.

Molecularly imprinted polymer; Diflufenican; Bulk polymerization

TQ325

A

1004-0935（2022）02-0156-04

國家市場監督管理總局科技計劃項目（項目編號：2020MK134）。

2021-08-06

王巖松（1980-），男，遼寧省沈陽市人，高級工程師，博士研究生，研究方向：食品中多種有機污染物的殘留量的研究。