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学术论文格式参考 分类号:O658 攻读硕士学位研究生 题 目:悬浮法分子印迹聚合物微球的 制备及其结合性能的研究 学 院:化学与化学工程学院 学科、专业:分析化学 研 究 生:赵立杰 指 导 教师:苏立强 教 授 齐 齐 哈 尔 大 学 2006年 3 月 5 日 学校代号:10221 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 学校代号:10221 研究生学号:2003004010 攻读硕士学位研究生 题 目:悬浮法分子印迹聚合物微球的 制备及其结合性能的研究 学 院:化学与化学工程学院 学科、专业:分析化学 研 究 生:赵立杰 指 导 教师:苏立强 教 授 齐 齐 哈 尔 大 学 2006年 3 月 5 日 2 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 悬浮法分子印迹聚合物微球的制备 及其结合性能的研究 摘 要 分子印迹技术是一种制备对特定分子具有专一识别性能的聚合物(MIP)的技术，MIP对模板分子的识别具有预定性、专一性和实用性等优点而在分离提纯、免疫测定、生物模拟以及痕量分析等领域显示出广阔的应用前景。 本文采用扫描电镜和激光粒度仪测定微球的形态及粒径分布情况，讨论了分散剂种类、用量、搅拌速度及水油比对微球粒径的影响;用紫外可见分光光度法，扫描示差光谱，研究了模板分子与不同功能单体的相互作用。分别采用酸性的水杨酸和碱性的氨基安替比林为模板分子、甲基丙烯酸和2- 乙烯基吡啶为功能单体，在水相中以聚乙烯醇为分散剂悬浮聚合法得到分子印迹聚合物微球; 并采用平衡结合法评价了模板聚合物的结合特性，比较了由不同功能单体合成的分子印迹聚合物微球识别能力和选择性。讨论了溶剂的极性对印迹聚合物结合性能的影响;并通过模板分子结构对印迹效果的影响及底物溶液中含水量对结合性质的影响，进一步对MIP的印迹和识别机理进行了探讨。 -乙烯基吡啶为功能单体比以甲基丙烯酸为结果表明，对酸性的水杨酸以2 功能单体合成的分子印迹聚合物具有更好的识别能力和选择性。 关键词:分子印迹聚合物微球 水杨酸 悬浮聚合 底物选择性 3 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 Preparation of Molecularly Imprinted Polymer Microspheres by suspension polymerization and the Study of Their Binding Characteristics Abstract Molecular imprinting technique ( MIP ) is becoming increasingly recognized as a powerful technique of preparing synthetic polymers that contain tailor-made recognition sides for certain molecules.It has an extensive application in puritication, separation, immunoassay, enrichment, biomimics and other relevant fields for its predetermination, specificity and practicability of molecule recognition. The major factors that influence the size and sizedistribution of MIPs, such as the sort and amount of dispersive reagent, the stirring speed and the ratio of oil to water, were analyzed by scanning electron microscope (SEM). The interaction between the template and different functional monomers was studied by UV spectrum. Molecular imprinted spheres (MIPs) were prepared by suspension polymerization in aqueous using salicylic acid and aminoantipyrine as the templates, the 2-vinylpydine (2-VP) or methylacrylic acid (MAA) as functional monomers, with polyvinyl alcohol as dispersive reagent. Equilibrium binding experiment was used to investigate the binding ability to template molecule and the substrate selectivity of two polymers. Recognition characteristics were studied using bath method. The discrimination capability and selectivity of the MIPs made in different solvent were studied. The imprinting and recognition mechanism was discussed through the study on relationship between template structure and its imprinting efficiency as well. The results showed that the MIPs from 2-VP had better discrimination capability and selectivity than those from MAA. Key words: Molecularly Imprinted Microspheres Salicylic Acid Suspension polymerization Substrates selectivity 4 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 , 目 录 摘要 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ? ABSTRACT ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ? 第一章 绪论????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1 1.1 引言 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1 1.2 分子印迹技术的基本原理、理论 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1 1.2.1分子印迹技术的基本概念和原理????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1 1.2.2 分子印迹技术的分类 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 2 1.3 MIP的制备和结合特性研究 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 1.3.1 功能单体????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 1.3.2 交联剂 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 1.3.3 模板分子-功能单体-交联剂比例 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 1.3.4 溶剂 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 1.3.5引发剂和引发方式????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 6 1.3.6分子印迹聚合物的制备 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 6 1.3.7分子印迹聚合物识别特性研究 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 1.4分子印迹聚合物的应用?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 11 1.4.1分子印迹技术用于色谱分析 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 11 1.4.2分子印迹聚合物用作传感器敏感材料 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 1.4.3抗体和受体模拟物?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 1.5分子印迹技术存在的问题和发展趋势?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 1.5.2分子印迹技术存在的问题?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 1.5.2分子印迹技术的发展趋势?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 1.6本文研究内容及意义 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 15 第二章 实验 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 17 2.1 仪器及试剂 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 17 2.1.1仪器?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 17 2.1.2 试剂 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 17 5 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 2.1.3部分化学试剂的处理 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 18 2.2分子印迹聚合物微球制备 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 18 2.2.1 悬浮法水杨酸分子印迹聚合物微球的制备 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? 18 2.2.2 悬浮法4-氨基安替比林分子印迹聚合物微球的制备 ???????????????????????????????????????????? 19 2.2.3 沉淀聚合法水杨酸分子印迹聚合物微球制备?????????????????????????????????????????????????????????????? 19 2.3 分子印迹聚合物微球表征 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 20 2.3.1 聚合物微球粒度的测定?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 20 2.3.2 聚合物微球形貌的测定?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 20 2.3.3 聚合物微球对模板分子的平衡结合实验 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 19 2.3.4水杨酸与2-乙烯基吡啶相互作用的研究 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 20 第三章 结果与讨论 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 21 3.1影响分子印迹聚合物微球粒径的因素 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 21 3.1.1分散剂种类及用量对粒径的影响?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 21 3.1.2搅拌速度对粒径的影响 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22 3.1.3水油比对粒径的影响 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22 3.2分子印迹聚合物微球结合性能的影响因素 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 23 3.2.1功能单体对水杨酸印迹聚合物微球结合性能的影响 ??????????????????????????????????????????????? 23 3.2.2水杨酸与2-乙烯基吡啶相互作用的研究 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 25 3.2.3 功能单体对4-氨基安替比林分子印迹聚合物微球结合性能的影响 ???????????? 26 3.2.4 溶剂对水杨酸印迹聚合物微球结合性能的影响 ???????????????????????????????????????????????????????? 28 3.2.5 模板分子结构对印迹效果的影响 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 29 3.2.6 水对分子印迹聚合物结合性质的影响?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 30 3.3 悬浮聚合与沉淀聚合的比较?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 31 3.4 水杨酸分子印迹聚合物的Scatchard分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 32 结论 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 34 致谢 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 35 参考文献 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 36 攻读硕士学位研究生期间发表的论文 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 42 论文创新之处?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 43 6 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 关于硕士学位论文使用授权的说明???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 44 7 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 第一章 绪论 1(1引言 分子印迹技术(Molecular Imprinting Technique. MIT)是近些年来发展起来的一门新兴技术，是在Pauling的“锁匙理论”基础上建立起来的，属于超分子化学的主客体化学范畴。而所谓分子印迹聚合物(Molecular Imprinting Polymer MIP)是一种具有分子识别能力的新型高分子材料。在模板分子的存在下，功能单体和交联剂发生共聚，由于模板分子和功能单体之间存在共价或非共价的作用，使功能单体按照一定的顺序排列在模板分子的周围。聚合之后洗去模板分子，在聚合物中就流下与模板分子大小、形状、功能团互补的孔穴，使得MIP与模板分子的亲和力大大增强，表现出分子识别效应。 早在1949年，Dickey就提出了“分子印迹”这一概念，但在很长一段时间内没有引起人们的重视。直到1972年由Wulff研究小组首次报道了人工合成的有机分子印迹聚合物之后，这项技术才逐渐为人们所认识，并于近10年内得到了飞速 [1-3]的发展。迄今，在印迹机理、制备方法以及在各个领域的应用研究都取得了很大的进展，尤其是在分析化学方面的应用更是令人瞩目。在此期间，有关分子 [4-6]印迹技术的文章大量涌现，其中包括:综述、短文及研究论文等。仅最近3—4年间在各种刊物上共发表有关分子印迹方面的文章就有600余篇。可以说整个研究工作正处于欣欣向荣的阶段。分子印迹技术的主要研究工作主要集中在瑞典、德国、日本和美国。我国从事这一方向的研究还不到10年，可以说刚刚起步，主要集中在大连化物所、南开大学。 由于分子印迹聚合物(MIPs)与天然分子识别系统相比具有抗恶劣环境的能力，并表现出高度的稳定性和使用寿命长等优点，因此，MIPs在许多领域如色谱分离、固相萃取、化学仿生传感器、模拟酶催化、临床药物分析等领域展现了良好的应用前景。尤其是在模拟酶催化等生物领域的应用更具研究价值和意义。 1(2 分子印迹聚合原理 1.2.1 分子印迹技术的基本概念和原理 分子印迹技术是指为获得在空间结构和结合位点上与某一分子(模板分子)完全匹配的聚合物的实验制备技术。它是通过以下方法实现的: 1 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 (1) 先以具有适当功能基的功能单体与模板分子结合形成单体模板分子复合 物; (2) 选择适当的交联剂将功能单体互相交联起来形成共聚合物(从而使功能单 体上的功能基在空间排列和空间定向上固定下来; (3) 过一定的方法把模板分子脱去。 这样就在高分子共聚物中留下一个与模板分子在空间结构上完全匹配，并含有与模板分子专一结合的功能基的三维空穴。这个三维空穴可以选择性地重新与模板分子结合，即对模板分子具有专一性识别作用。这个三维空穴的空间结构和功能单体的种类是由模板分子的结构和性质所决定的。由于用不同的模板分子制备的分子印迹聚合物具有不同的结构和性质，所以一种印迹聚合物只能与一种分子结合，也就是说印迹聚合物对该分子具有选择性结合作用。迄今报道过的绝大多数工作都获得了较高的选择性，这也是分子印迹聚合物最大的优点之所在。 一个理想的分子印迹聚合物应具备以下性质: (1) 具有适当的刚性，聚合物在脱去模板分子后仍能保持空穴原来的形状和大 小; (2) 具有一定的柔性，使底物与空穴的结合能快速达到平衡，柔性对于分子印迹 聚合物模拟酶来说尤其具有重要意义; (3) 具有一定的机械稳定性，这一点对于高效液相色谱(HPLC尤为重要); (4) 具有热稳定性，使其能在较高温度环境下使用。因为对于一般的反应来说， 温度较高使动力学上更有利。 1.2.2 分子印迹技术的分类 根据模板分子与功能单体之间形成配合物时作用力的性质，分子印迹聚合物的制备过程分为共价作用和非共价作用。Mosbach K相应地将它们分为预组织 [7](preorganazation)方式和自组织方式(self-assembling)。前者是先将印迹分子和单体之间以可逆的共价键结合在一起，再进行聚合反应。而自组织方式是在 [8]制备印迹聚合物用非共价键作用如氢键作用、离子作用、π-π作用、疏水作用、金属配体结合作用、电荷转移等超分子作用，印迹分子和功能单体形成主客体配合物然后再进行聚合。也有人将共价作用和非共价作用相结合用于分子印迹聚合 [9-10]物的制备。 2 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 分子预组织法最早是Wulff G提出用于分子印迹聚合物的制备的。聚合前模 [11-12]板分子与可聚合的功能单体以可逆的共价键结合，在与交联剂共聚得到聚合物后，用水解等方法使模板分子与功能单体间共价键断裂释放出模板分子，得到共价型印迹聚合物。这种聚合物中有与模板分子互补并可通过共价键结合的基团，能选择性的结合模板分子。 由于共价作用很强，在模板的预组织及识别过程中结合和解离速度都很慢，很难达到热力学平衡，因而不适于快速识别，而且其识别机理与生物识别有很大差别，这种方法发展缓慢。 分子自组装方法通过非共价键形成的印迹聚合物，非共价法简便易行，印迹分子易于除去，其分子识别特性主要决定于客体分子与印迹聚合物内功能基团的氢键、离子作用及疏水作用，识别机理类似于天然生物分子;另外，非共价法在印迹过程中还可以同时采用多种单体，以提供给印迹分子更多的相互作用，产生 [13-16]。 更好的印迹效果，因此，这种方法成为研究的重点发展较快 1.3 MIP的制备和结合特性研究 1.3.1 功能单体 功能单体的选择对印迹效果的影响很重要，选取的原则是，单体的一端能和聚合物结合，而另一端能和模板分子结合。与聚合物的结合应足够强，以使除去模板后孔穴内结合基团能稳定存在。与模板的结合力则要适中，因为结合力过大模板分子将难以洗脱，过小则孔穴对模板分子的选择性不高。 在自组装分子印迹聚合物中，功能单体与模板分子之间主要是靠氢键、离子作用、金属-配基结合作用、疏水作用以及静电作用等作用力相结合。目前在分子印迹聚合物制备中应用最广泛的功能单体是羧酸类(如丙烯酸、甲基丙烯酸、三氟甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯及乙烯基苯甲酸等)、丙烯酰胺类、磺酸类以及杂环弱碱类(如2-或4-乙烯基吡啶、乙烯基咪唑等)等，其中最常用的是丙烯酸类和丙烯酰胺等。 在以上这些单体中，甲基丙烯酸(MAA)是目前在MIP制备中最通用的功能单体，它可以与酰基、羧基、氨基甲酸酯等形成氢键，从而与许多模板分子相结合，其模板聚合物有高选择性和结合能力，可以和抗体相媲美。是各类分子之间最普 3 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 遍、最常见的非共价作用力，所以甲基丙烯酸对于在非极性或弱极性有机相中对各类模板分子进行分子识别研究具有非常大的应用前景。 功能单体可以是一个，也可以用多个。采用多个功能单体的优点是聚合物与模板分子的作用力较强，选择专一性较好。在对含多官能团化合物分子的印迹中采用MAA和2-乙烯基吡啶复合型功能单体，发现所得的MIP比只用一种单体所得的MIP的选择性要强得多，但是发现两者之间存在发生较强离子作用的倾向。王 17[]进防等采用丙烯酰胺和2-乙烯基吡啶为复合功能单体对氨基酸衍生物进行印迹，结果表明丙烯酰胺可以与氨基酸衍生物的酰胺基团形成较强的氢键，而碱性功能单体2-乙烯基吡啶则与其羧基形成较强的离子作用，两者的协同作用对于氨基酸衍生物具有良好的印迹效果，而且两者之间不存在较强的作用力。 1.3.2 交联剂 交联剂是制备MIP的一个重要因素，交联剂的类型及用量直接影响单位质量MIP中可交联的功能单体的数目和交联度，而单位质量MIP中可交换的功能单体的数目和交联度又直接影响MIP的选择性和结合容量。MIP要求的交联度高，为70,,90,(摩尔比)，交联剂的种类受到限制。常用的交联剂按照交联剂中所含 [18]乙烯基的数目，可以将它们分成二元交联剂、三元交联剂和四元交联剂，这些交联剂中广泛使用的交联剂是带有两个乙烯基的乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDGMA)，为了保证MIP在进行分子识别时保持刚性结构，使MIP中的“记忆”空穴不受到破坏，在制备MIP时常采用高比例的EDGMA用量以提高交联度。但同时所制备的分子印迹聚合物的手性识别位点一般都较少，结合容量较低。三元交联剂是带有3个乙烯基的交联剂，与带有两个乙烯基的二元交联剂相比，在聚合时能够达到更高的交联度，所以在保证相同交联度的情况下，三元交联剂的用量可以比二元交联剂大量减少，从而提高单位质量MIP中可结合的位点数目。分 别以乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDGMA)和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)[19]为交联剂制的分子印迹聚合物作色谱固定相时对手性分子的拆分能力，结果表明以EDGMA为交联剂时分离因子为1.50，而以TRIM为交联剂时分离因子为2.22，拆分能力大大提高。 4 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 1.3.3 模板分子-功能单体-交联剂比例 在制备MIP时，模板分子、功能单体和交联剂三者之间的比例对于制得的 [20]MIP的性能有很大的影响。对于模板分子和功能单体的比例，一般来说，增大功能单体的比例可以使模板分子与功能单体之间的预组装进行得更加充分，但并不是功能单体的比例越大越好，因为一方面大大过量的功能单体可能导致由非组装的功能单体残基产生的非选择性的结合位点增加，另一方面功能单体浓度的过大可能引起自身的缔合，致使选择性结合位点数反而减少。所以模板分子和功能单体之间的比例在大部分的文献中都是1:4，而采用复合型功能单体则模板分子与复合型功能单体总量也保持1:4的比例。功能单体与交联剂的比例要视所采用的交联剂中乙烯基的数目的多少，对于目前被广泛采用的二元交联剂，如EDGMA，为了保证有足够高的交联度，维持MIP的刚性结构又不会因交联剂过多造成结合容量小，比例值一般为l:4;而对于最近几年发展较快的三元交联剂，如TGATMA，有研究表明最佳的比例为1:1，这个比例目前被广泛应用。 1.3.4 溶剂(致孔剂) [21]溶剂在分子印迹制备中发挥着重要作用，不仅仅是作为溶剂，还是制备过程中的致孔剂，在聚合时控制非共价键结合的程度，同时也影响着聚合物的形态和结构。一般说来，溶剂的极性越大，MIP产生的识别效果就越弱，因此最好的溶剂应选择低介电常数的溶剂，比如甲苯、二氯乙烷、氯仿等。应用极性强的溶剂会不可避免地减弱模板分子和单体间的相互作用，从而导致弱的识别。另外，聚合物的形态也受到溶剂的影响，溶剂使聚合物溶胀，从而导致结合部位三维结构的变化，引起弱的结合，所以，识别用溶剂最好与聚合用溶剂相一致，以避免任何溶胀问题的产生。Esther在研究三嗪类除草剂时对分别采用甲苯和乙腈作溶剂制备的MIP作固相萃取固定相的性能作了比较，结果表明介电常数小的甲苯溶剂制得的MIP的回收率为90,，而乙腈为溶剂时回收率仅为37.5,。同样的结论也在Mark的研究中出现，随着氯仿、乙腈、N，N一二甲基酰胺三种有机溶剂极性的增大，其MIP的结合率为76.4,、30.O,及0.O,。而Sellergren对甲苯和二氯甲烷两种溶剂对MIP结构和形态的影响进行了研究，结果表明以二氯甲烷为溶剂时聚合物没有多孔性结构且溶胀能力较大，而使用甲苯为溶剂时聚合物溶胀性 5 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 小。 1.3.5 引发剂和引发方式 分子印迹聚合物是通过自由基聚合制备的，一般以偶氮二异丁腈(AIBN)或偶氮二异庚腈为引发剂，两者之中以AIBN的应用最为广泛。 引发剂的引发主要有高温(一般为60?)热引发和低温(一般为0?)光引发两种形式。0’Shannessy等人在制备MIP的研究中发现在低温下用紫外光照射引发制备的MIP的性能要高于用高温热引发制备的MIP)，与高温热引发相比较低温光引发具有下述优点:可稳定模板分子和功能单体所形成的复合物;可印迹不稳定化合物;可以改变聚合物的物理性能以获得更好的选择性。低温光引发的光源一般都采用紫外灯。Milojkovic等人尝试用了射线来引发聚合反应，但聚合物热稳定性及表明性能都较差，实验条件还需进一步完善。 另外Sellergren等采用了高压技术来制备分子印迹聚合物，发现高压下制得的聚合物较低压下制得的聚合物有更紧密的结构、更低的孔体积、更高的密度和溶胀性，对印迹分子的保留有较大的提高。 1.3.6 分子印迹聚合物的制备方法 1.3.6.1 本体聚合法 本体聚合就是将印迹分子、功能单体、交联剂和引发剂按一定比例溶解在惰性溶剂中，然后移入一玻璃安培瓶中，采用超声波脱气，然后通入氮气以除氧，在真空下密封安培瓶，经加热或紫外光照射引发聚合得到块状聚合物。块状聚合物经粉碎、磨细、筛选等过程获得合适大小的粒子，洗脱除去模板分子。该方法制备的MIP具有满意的“记忆功能”，对印迹分子有良好的选择性和识别性。但此方法必须经过研磨、粉碎、筛选等繁琐的预处理手续。粉碎过程会产生不规则的粒子和大量超细粒子，研磨过程还会破坏一定量的印迹孔穴。如果制得的印迹聚合物用于填装色谱柱，还需经反复沉淀倾析出去超细粒子，最终得到的聚合物一般低于制备总量的50%。虽然预处理过程繁杂，但由于该方法合成操作条件易于控制、实验装置简单、便于普及，所以迄今为止仍然为MIP的主要制备方法。 1.3.6.2 原位聚合法 原位聚合是一种将模板分子、功能单体、交联剂、致孔剂和溶剂(有时本身就是致孔剂)放在某些容器(如不锈钢管、PEEK管、毛细管)中或固体表面上直接 6 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 [22-29]聚合的方法。聚合物不需要研磨、过筛和沉降等繁琐过程而直接用于分析。Matsui等人最早将原位聚合方法应用于液相色谱分离中。他们将模板分子与功能单体相互作用，然后与交联剂、引发剂和致孔剂一起放入一不锈钢管，加热引发聚合。由此制得的棒状分子印迹聚合物直接用于分离异构体二氨基蔡和苯丙氨基苯胺。结果表明，模板分子比其他异构体的保留时间都要长。由于原位聚合是在色谱柱或其它管内以及其它物质表面一步完成的，避免了封管聚合粉碎、过筛等繁琐的手续，实验过程大为简化。但为使色谱柱有良好的流动性质，制备时必需加入合适的致孔剂，而且要掌握好聚合时间和致孔剂的量;否则，制得的聚合物要么通透性差，要么选择性不好。此外，聚合反应程度的优化也是决定聚合物性能的关键。若聚合时间过长，合成的聚合物太致密就会使色谱柱的流动力学性质差，柱压高流速慢;若聚合时间太短，合成的聚合物中选择性识别位点太少，则会使柱效降低。如果采用热引发聚合，聚合温度同样也要优化。因此，原位聚合法的聚合条件往往不容易控制和掌握。 1.3.6.3 球形印迹聚合物的制备 [30-34]因此近年来印迹聚合物微球的制备成为研究的重点。瑞典Mosbach最早制备了微球形的MIPs,日本的Hosoya、Goto在这方面也做出了卓越的贡献。他们分别采用不同的方法成功的制备出分子印迹聚合物微球，并将它们用于分离技术中。 (1)分散聚合 Mosbach首先采用分散聚合得到了分子印迹聚合物微球。他们制备了一系列全氟代高聚物表面活性剂，并在具有化学惰性的全氟代碳化物分散体系中聚合得到粒径在1—25μm的微球。该方法的特点是能得到形状规则的微球，但制备过程是在非极性环境下进行的，产物适合于非极性环境。另外，该方法对表面活性剂和惰性分散剂的要求很严格。虽然分散聚合的聚合物印迹效果很好，但其制备过程非常繁琐，制备周期较长，惰性分散剂氟碳化物昂贵且不易得到。 (2)沉淀聚合 沉淀聚合又称非均相溶液聚合，是指聚合反应所使用的功能单体、交联剂和引发剂可溶，但产生的聚合物不溶而沉淀。由沉淀聚合可制得微球状聚合物，该方法不需在反应体系中加入任何稳定剂。但沉淀聚合过程是在大量反应介质中完 7 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 成的，该反应介质的量大大高于制备棒状聚合物所用的量。为此，Lei Ye采用了 [35-36]一种制备简便、成本低、产率和印迹效果也很好的沉淀聚合法。其方法是:先将给一定量的印迹分子溶于功能单体和溶剂中超声震荡5min，然后加入交联剂、引发剂，通氮气5min后密封，于60?水浴或用紫外线引发聚合24h就得到分子印迹聚合物微球。 (3)多步溶胀悬浮聚合 该方法分为两个步骤:第一步采用无皂乳液聚合法合成粒径较小的微球。第二步将上一步得到的微球作为种球，将其用一定的乳液进行多步溶胀，然后再引 [37-39]发聚合成粒径稍大的微球。 Hosoya等人在这方面做了大量工作。他们首先采用无皂乳液聚合的方法制备了聚苯乙烯(PVA)种球然后将种球在一定量的邻苯二甲酸二丁酯乳液中进行第一次溶胀，再由过氧化二苯甲酰、苯、聚乙烯醇和水制得的乳液中进行第二次溶胀，再在由一定量交联剂(EDMA)、功能单体、印迹分子、PVA和水得到的乳液中进行第三次溶胀，最后加入还原剂引发聚合得到但分散性很好的聚合物微球。 这种方法的特点是聚合反应是在水溶液中进行的，所得印迹聚合物可用于极性环境中，同时产物的但分散性很好且规整。 (4)表面模板聚合 [40-43]表面模板聚合法是近年来出现的一种全新的方法。Goto等人首先将此法用于分子印迹聚合技术中。其制备过程如下: 将含有印迹分子的水相与含有交联剂、乳化剂、功能单体的油相混合，经过超声处理形成乳液，再将乳液分散在外部水相中形成复合乳液，然后加入引发剂引发聚合即可得到聚合物微球。 制备过程中功能单体与印迹分子在乳液界面出配合，形成的配合物就留在反应界面上，交联剂单体聚合后这种聚合物结构就印迹在聚合物的表面。因此，这种方法被称为表面模板聚合。其最大的特点是由于结合位点在聚合物表面，所以印迹聚合物与印迹分子结合的速度比较快。 1.3.6.4 膜制备技术 分子印迹聚合物膜可以作为分离材料或传感器敏感材料，因此在实际中有很 8 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 [44-46]广阔的应用前景。分子印迹聚合物膜在分离方面有色谱分离所不具有的优势，它可进行连续分离，而且分离物的量也不受限制。分子印迹聚合物膜的合成有以下几种方法: 直接合成于传感器转换装置的表面，作为传感器的敏感材料，识别结合或(1) 传输被测物质，产生可检测的信号。 (2) 用原位法合成厚度为100μm左右的膜形分子印迹聚合物。其方法是先得到 制备分子印迹聚合物的混合液，然后将此混合液涂于硅烷化的玻璃片上， 在氮气氛中引发聚合。 (3) 将含有羰基等功能团的聚合物溶于溶有模板分子的溶剂中，通过相转移制 得分子印迹聚合物膜。 (4) 利用类似于PVC成膜的方法，将含有功能基团的聚合物和模板分子溶于 强极性溶剂中，将此溶液放入玻璃器皿中，待溶剂挥发后就得到分子印迹 聚合物膜。 (5) 超薄膜的制备，即在微孔氧化铝膜的孔内进行分子印迹聚合。 分子印迹聚合物膜洗脱干燥后可直接使用，但这种聚合物膜,由于交联度较高易折碎，可以通过共聚等方法提高其机械强度。 1.3.7 分子印迹聚合物识别特性研究 1.3.7.1 吸附等温线和吸附动力学 许多化合物(尤其是不饱和有机化合物)在紫外光谱区的某一波长处有强烈的吸收，且吸收值与被测溶液中该化合物的浓度有线性关系，因此可采用紫外分光光度法测定该化合物的浓度。在某一确定的温度下，准确称取一组质量相同的分子印迹聚合物进行吸附试验，在最大吸收波长下测定溶液中印迹分子的不同浓度，吸附量可由结合前印迹分子的初始浓度和结合后的印迹分子的平衡浓度计算得到，并用这些数据绘制吸附等温线。为了比较分子印迹聚合物的性质，可绘制非印迹聚合物对印迹分子的吸附等温线作为对照。 在适当的浓度范围内，非印迹聚合物的吸附等温线形状类似于Langmuir模型，且吸附量趋于饱和;而分子印迹聚合物对印迹分子的吸附量随溶液浓度升高逐渐增大，依据Langmuir等温方程: 9 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 ,,00 , ,,, C/Q,C/Q，1/bQ 式中:C为吸附液中印迹分子的平衡浓度，Q为吸附量，b为常数。 C/Q对C在一定浓度范围内有良好的线性关系，且随着 的增加吸附量也趋于饱和。不过二者的吸附量之差,随溶液浓度的增加而增大，说明组成相同的两种聚合物的空间结构存在明显的差异，其原因是分子印迹聚合物包含有固定排列的功能基的空间孔穴，其大小与印迹分子互补，这种孔穴对印迹分子呈现“记忆功能”，因此分子印迹聚合物可用于印迹分子的富集和分析。 在适当的印迹分子浓度下，一定质量的印迹聚合物对印迹分子的吸附量对时间作图可得到吸附动力学曲线。由于印迹聚合物的孔穴由体积较大的印迹分子所印迹，因而孔径较大，传质较快，开始阶段呈现出很快的吸附速度，但是一旦浅表面孔穴被吸附饱和后，其向印迹聚合物内部，孔的传质有一定的阻力而使速度下降。但总的来说，吸附速度是快的，能够快速达到吸附饱和而呈平衡状态。 在分子识别分析中常用Scatchard模型来评价分子印迹聚合物的结合特性。Scatchard方程可写为: Q/C,(Q,Q)/Kmaxd 式中:K代表结合位点的平衡离解常数， d Q代表结合位点的最大结合量， max C代表印迹分子在上层清液中的平衡浓度。 这里的结合吸附量即绘制吸附等温线时测得的吸附量。根据Scatchard方程，Q/C对Q作图呈一良好的直线，其斜率和截距分别为-1/ K 和Q/K ，这表dmaxd明在所研究的浓度范围内，分子印迹聚合物存在一类等价的结合位点，对印迹分子呈现均匀的结合能力。由斜率和截距,可以求得K和Q。然而有时Q/C对Q明dmax 显呈非线性关系，这表明聚合物对印迹分子的结合位点并不是等价的，但是在曲线的两端分别有较好的直线关系，这说明在所研究的分子印迹聚合物存在两种不同的结合位点。在分子印迹聚合物结合性质的研究中经常出现含有两种结合位点的情况，这是由于印迹分子中存在多种可能与功能单体作用的官能团引起的。由Scatchard图两端的直线的斜率和截距可求得两个结合位点的平衡离解常数和最大结合量。对于存在不同结合位点的分子印迹聚合物，采用Scatchard分析测定对 10 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 应的结合参数存在一定的近似性。当底物的浓度较高时，测定低亲和力的结合常数无法扣除高亲和力的位点的贡献而使得结果偏高;同样当底物浓度较低时，测定高亲和力的结合常数时低亲和力的位点仍有贡献，只有当底物浓度极低时低亲和力结合位点的贡献才可忽略。 1.3.7.2 色谱分析法 将一定粒径的分子印迹聚合物装入HPLC色谱柱，在色谱分离条件和影响因素优化确定条件下对印迹分子和与印迹分子有类似结构的底物进行分离。容量因子可由下式计算: / K,(t,t)/tR00 式中:t和t分别为保留时间和死时间。 R0 //一般情况下分离因子α(α=K/K)越大，色谱分离效果越好，聚合物识别印ab 迹分子的能力越强。许多的分析结果表明，分子印迹聚合物对印迹分子和非印迹分子的色谱分离效果很好，两个色谱峰完全分开，这说明印迹聚合物识别了印迹分子而使其在色谱柱内有较长的保留时间。 1.3.7.3 其它方法 孟子晖等考察了一系列分子印迹聚合物的热稳定性和孔结构，探讨了孔结构 [47-48]与手性选择性的关系，计算了手性分离过程中的某些热力学参数的变化，发现聚合物上的手性分离是一个焓控制的过程，热力学参数的变化同印迹分子的结构有关。 1.4 印迹技术的应用 1.4.1 分子印迹技术用于色谱分析 分子印迹聚合物用于色谱分析主要有以下两方面的工作:固相萃取和手性物质的分离。 1.4.1.1 固相萃取 分子印迹聚合物作为吸附剂，真正用于试样的前处理是Sellergren于1994年首先报道的以他合成的五咪(pentamidin，一种抗原虫菌药)为模板的印迹聚合物。该聚合物作为吸附剂完成了对生物液体试样尿中五咪的提取、纯化和浓缩，使之 [49-52]达到能够被直接检出的浓度，在这之后，这方面的研究报道便相继大量涌现， 11 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 [53]涉及的化合物主要有S-蔡普生、尼古丁、茶碱、咖啡因等。和传统的固相萃取剂相比，其具有高的选择性并且既能用于有机溶液，又能用于水溶液，所以近年来发展较为迅速，并己有商品化的产品出售，是最有发展前景的分子印迹应用领域之一。 1.4.1.2 手性化合物分离 大多数手性拆分的工作都集中在药物手性分子的拆分上。在天然和合成的药物中有许多手性化合物，其对映体的药理活性和毒性往往有很大差异，有时甚至性质相反，最著名的例子是肽胺哌啶酮悲剧。肽胺哌啶酮的两个对映体中只有(R)-对映体有镇静作用，而(S)-对映体是一种强力致畸剂，会导致胎儿畸形;乙胺丁醇的一种构型用于治疗结核病，而另一种构型却是致盲的，对于这种情况更应特别谨慎。1992年美国食品和药物管理局(FDA)要求今后凡是新的光学活性药物都必须把光学异构体分离出来，分别测定其药物动力学和毒理学的各项指标。这就给分离对映异构体技术的改进提出了新的要求。目前尽管已有直接的手性合成、酶拆分和其它一些分离技术，但由于MIPs与酶相比具有不受各种恶劣环境因素的影响而又具有与酶相似的专一性和选择性，因此，分子印迹技术在分离对映异构体方面有其独到之处。目前有关MIPs的文献一半以上都是有关手性及异构体 [54-61]分离的。 近来，分子印迹手性拆分工作进展迅速，而且其拆分方法已不仅限于HPLC。所研究的拆分对象包括药物、氨基酸及衍生物、肽及有机酸。 分子印迹聚合物色谱分析存在的不足: 1)该工作存在的主要不足是聚合物容量太小。这主要是因为聚合物中实际有效结合位点太少所致。Sellergren等人虽然通过自组装和预组织结合的方法，提高聚合物容量，但这一方法因其需要模板分子能发生可逆共价键反应，因而限制了它的广泛应用。 2)分子印迹聚合物在制备前首先需要纯的对映体分子，这就给一些用一般方法难以拆分的消旋物的拆分工作带来了困难。理论上讲可以用分子类似物作模板。实际上分子类似物寻找也是一件非常困难的工作，Mosbach等人建议用经部分拆分的对映体做模板进行逐步的拆分，可以想见其工作是繁琐的。 3)虽然已有报道在水相中进行了手性拆分，但也都是处于刚刚开始阶段，尚 12 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 有待进一步去研究。 总之，目前虽有不少问题有待解决(但分子印迹聚合物用于手性拆分的前景是不容否定的。 1.4.2 分子印迹聚合物用作传感器敏感材料 [63-64]分子印迹聚合物用作传感器敏感材料是分子印迹技术的一个重要研究方向。我们把这种以分子印迹聚合物作为敏感材料的传感器简称为分子印迹聚合物传感器。分子印迹聚合物敏感材料与近年来研究较热的生物敏感材料相比，具有耐高温、高压、酸、碱和有机溶剂，不易被生物降解破坏，可多次重复使用，易于保存等优点。而且，较生物材料易得，可以用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的化学方法合成出来。因此，分子印迹聚合物有希望成为取代生物材料的理想替代品。 自1987年Tabushi首次用分子印迹聚合物作为敏感材料，对维生素K、K和E12进行了测定以来，分子印迹聚合物传感器引起了人们极大的兴趣，在国外已成为传感器研究领域的一个新热点。 1.4.3 抗体和受体模拟物 用分子印迹聚合物制备人工抗体和受体，从理论上来说是对生物抗体的一种 [65-67]有益的补充，其前景是非常诱人的。在过去的几年中，许多研究证明，分子印迹聚合物可以用作制备人工抗体，可以作为免疫实验的识别物质。事实上，许多分子印迹聚合物的吸附实验都是基于竞争性放射配体结合这一原理的。如以茶碱(theophylline)和镇静剂(diazepam)为模板的印迹聚合物显示了惊人的专一性识别能力。，当这些印迹聚合物被用于竞争性实验时，对于结构相近的物质的结合能力或者完全没有，或者远低于与模板分子的结合能力。抗茶碱印迹聚合物完全能够区分印迹分子和结构上非常相似的咖啡因，而茶碱和咖啡因化学结构上只有一个甲基的差别，用一般的方法是很难把两者区分开的。更惊人的是这些分子印迹聚合物的交叉反应(cross-reactivity)与这些药物的单克隆抗体的交叉反应几乎是相同的。抗茶碱分子印迹聚合物用于检测病人血浆样品中茶碱的含量是完全符合医学检测要求的。这证明印迹聚合物抗体和受体完全可以作为生物抗体的理想替代品和有益的补充。Andersson等人成功地制备了morphine和Leu-enkephalin 印迹聚合物，该聚合物可以作为人工opioid受体。这些抗吗啡印迹聚合物不仅能 13 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 在有机溶剂中(而且能有效地在水相中完成识别过程。只是在水相中,检测限下降了10倍。但这种印迹聚合物仍然可以用于要求不太高的实验中，如药物筛选等。 分子印迹聚合物作为人工抗体和受体有以下几点好处: (1)制备容易;(2)稳定性好，适用于苛刻环境如高温、高压、强酸强碱及有机溶剂;(3)对于从自然界难得到或不能得到的抗体和受体，人工制备的模拟物则成为生物抗体和受体有用的补充;(4)造价低廉;(5)不需要大量动物;(6)不易受到生物降解的破坏， 总之，分子印迹聚合物完全可以成为生物抗体和受体的理想替代品，从目前的工作来看，如能扩展研究范围，可望得到更大的应用。 1.5 分子印迹技术存在的问题和发展趋势 1.5.1 分子印迹技术存在的问题 尽管目前分子印迹技术发展的速度比较快，而且也得到比较广泛的应用，但仍然存在许多问题。首先是分子印迹过程和分子识别过程的机理和表征问题，尽管有不少研究者在这方面作过努力,但结合位点的作用机理、聚合物的形态和传质机理仍然是研究者们所关注的问题。如何从分子水平上更好地理解分子印迹过程和识别过程，仍需努力。其次，目前分子印迹聚合物大多只能在有机相中进行聚合和应用，而天然的分子识别系统大多是在水溶液中进行的，如何能在水溶液或极性溶剂中进行分子印迹和识别仍是一大难题。第三，传统的本体法制备的印迹聚合物须经研磨、筛分等过程，不但费时、造成巨大浪费，而且得到的微粒形状不规则，还可能使结合集团遭到破坏而降低识别能力。因此如何制备识别能力高的分子印迹聚合物微球是一个重要的研究课题。 1.5.2 分子印迹技术存在的发展趋势 展望未来，分了印迹技术的发展趋势可能有如下几个方面: (1) 分子印迹和识别过程的机理将从目前的定性和半定量描述向完全定量描述发展，从分子水平上真正弄清楚印迹和识别过程。 (2) 分子印迹和识别过程将从有机相转向水相，以便完全能够达到与天然分子识别系统相媲美的完美境地。 (3) 研究制备微球形分子印迹聚合物的合成方法，使其操作更加简便，识别性能 14 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 更好，以适应更广泛的要求。 (4) 手性分离和固相萃取氨基酸、手性药物将步入商业化阶段。 (5) 印迹技术将从氨基酸、药物等小分子、超分子过渡到核苷酸、多肤、蛋白质等生物大分子，甚至生物活体细胞。 (6) 由于MIPs具有特殊的预定性，将MIPs用于催化合成将是一个倍受关注的领域。同时，MIPs仿生传感器既具有抗各种恶劣环境的能力，又具有与生物酶类似的高选择性。利用这两个性质可以将MIPS传感器做成分子探针，可以直接插人生物组织或细胞内进行探测和分析。 总之，随着生物技术、电子技术、合成手段和现代分析检测手段的迅猛发展。MIPs的合成、表征方法和理论系统将日臻完善，其应用范围将更加广泛，制备MIPs“塑料酶”、塑料血管”、分子探针已不是梦想。 1.6 本文研究内容及意义 近年来，关于分子印迹技术研究已开展的非常广泛，并获得显著进展，但仍然存在一些急待解决的一些问题。通常，分子印迹聚合物采用本体聚合法制得，产物为块状，经研碎、过筛得到所需大小的粒子后方可使用。然而研磨会导致部分结合基团遭到破坏，从而使MIP的分子识别与选择性能下降，且采用这种方法所得微粒的形状不规则，用作色谱固定相时会降低柱效。另外，研磨、筛分过程 通常只有20%)，造成巨大浪费，从而导致生产和使用成只能得到部分有用产品( 本增加。为克服块状聚合物在使用上的这些缺点，粒径均一、大小可控的分子印迹聚合物微球的制备研究被提到了日程上来。 聚合物微球可通过多步溶胀法、沉淀聚合、悬浮聚合和分散聚合等多种方法得到。张立永、郭天瑛等采用多步溶胀聚合法、多相乳液聚合法以及种子悬浮聚合法在水性体系中制备出具有一定识别性能的分子印迹聚合物微球。但这些方法都存在制备步骤繁多、工艺复杂、周期较长等缺点。沉淀聚合法也能得到粒径分布均匀的高分子微球，但这种方法需要大量溶剂且条件不易控制和掌握; Mosbach等运以氟代烷烃为分散剂用悬浮聚合的方法制得了粒径均匀的球状MIP，但氟代烷烃价格昂贵且不易得到。分散聚合是一种新的聚合方法，介于沉淀聚合和悬浮聚合之间。这种方法工艺简单，但制备出的聚合物微球交联度低，很难达到分子印迹聚合物的交联度的要求。因此，寻找操作简单、易于掌握、成 15 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 本低的合成分子印迹聚合物微球的方法，是十分必要且迫在眉睫的。 本文以聚乙烯醇为分散剂、水杨酸为模板分子在水相中采用悬浮聚合法成功的制备了分子印迹聚合物微球，对其结合性质进行了研究，并对印迹及识别机理进行了讨论。该方法制备简单、易于掌握，且采用聚乙烯醇为分散剂、水为连续相，降低了成本。具有一定的理论意义和一定的实际价值。 16 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 第二章 实验部分 2(1 仪器及试剂 2(1(1 仪器 DK-98-1电热恒温水浴锅(北京泰克仪器有限公司);TU-1901双光束紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司);HZS-H水浴振荡器(哈尔滨东明医疗仪器厂);AS3120超声波清洗器(天津奥特塞恩斯仪器有限公司);JJ-2增力电动搅拌器(江苏省金坛市医疗仪器厂);BS-200-S电子天平(北京塞多利斯天平有限公司);250ml调温电热器(江苏通州市申通电热器厂);CJ-73红外线快速干燥箱(沈阳市皇姑区长江五金机电厂);WD-987吹风机(恩达电器厂);JPT-架盘天平(江苏常熟衡器厂); LS800激光粒度分析仪OMEC(珠海欧美克科技有限公司);XL30 扫描电子显微镜 (美国FEI公司);KQ-A玻璃仪器烘干器 电热恒温鼓风干燥箱(上海跃进医疗器械厂); (河南巩义市英峪予华仪器厂); RW20顶置式机械搅拌器 (广州仪器实验室技术有限公司)。 2(1(2 试剂 水杨酸(邻羟基苯甲酸，salicylic acid，SA，分析纯，天津市天大化学试剂厂);对羟基苯甲酸(4-hydroxybenzoic acid，4HBA，分析纯，天津市天大化学试剂厂); 4-氨基安替比林(分析纯，国药集团化学试剂有限公司);氨基比林(化学纯，国药集团化学试剂有限公司);2-乙烯基吡啶(2-VP，美国Acors有机试剂); 甲基丙烯酸(MAA，分析纯，北京化工厂);乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA，东京化成工业株式会社);聚乙烯醇1788(北京试剂四厂)聚合度1700，醇解度88,，化学纯;聚乙烯醇400(北京试剂四厂)聚合度400，醇解度87-89, ; 聚乙烯醇124(中国医药集团上海化学试剂公司);偶氮二异丁腈(AIBN，分析纯，北京化工厂);甲醇(分析纯，长春化学试剂厂);丙酮(分析纯，吉林省军区化工);冰乙酸(分析纯，天大化学试剂厂);氯仿(分析纯，天津市科密欧化学试剂开发中心);乙腈(分析纯，长春化学试剂厂)。 2.1.3 部分化学试剂的处理 交联剂EDMA采用活性炭吸附除去其中阻聚剂，过滤后密封，避光保存; 17 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 功能单体MAA采用减压蒸馏除去其中阻聚剂，密封保存于阴凉处;功能单体2-VP通过活性炭吸附除去其中阻聚剂，过滤后密封，放在冷柜中低温保存;引发剂AIBN用乙醇重结晶纯化。 2.2分子印迹聚合物微球制备 2.2.1 悬浮法水杨酸分子印迹聚合物微球的制备 实验过程分为四个步骤: (1)有机相的制备:将0.122g(1mmol)水杨酸(SA)与0.344g(4mmol)甲基丙烯酸(MAA)或0.42g(4mmol) 2-乙烯基吡啶(2-Vp)混合后超声振荡1h，使模板分子和功能单体充分作用后，加入3.964g(20mmol)乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)和150mg偶氮二异丁腈(AIBN)溶于15mL乙腈超声振荡溶解并脱气，移入滴液漏斗。 (2)水相的制备:称取0.8g聚乙烯醇(PVA)1788溶于150mL水中后转移入250mL三口瓶中。 (3)混合相的制备:将有机相在一定的转速搅拌下，从滴液漏斗中慢慢地加入到三口瓶中，将两相在反应器中均匀混合，在水相中形成均匀分散的有机相液滴。 (4)聚合反应:在N的保护下60?水浴引发聚合24h，离心分离得到分子2 印迹聚合物微球。 模板分子的除去:将聚合物微球用大量水洗涤后，用滤纸包好放入索氏提取器中，再用体积比为9:1的甲醇-乙酸溶液为提取液洗脱24h，至用紫外分光光度法检测无模板分子检出。在60?恒温下真空干燥。非印迹聚合物微球的制备除不加模板分子外，其它步骤同上。 2.2.2 悬浮法4-氨基安替比林分子印迹聚合物微球的制备 称取0.8g聚乙烯醇(PVA)1788溶于150mL水中后转移入250mL三口瓶中，称0.203g(1mmol)4-氨基安替比林，0.344g(4mmol)甲基丙烯酸(MAA)或0.42g(4mmol)2-乙烯基吡啶(2-Vp),3.964g(20mmol)乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)和150mg偶氮二异丁腈(AIBN)溶于15mL乙腈超声振荡溶解并脱气。将有机相在一定的转速搅拌下慢慢地加入到三口瓶中，在N的保护下60?水浴引2 18 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 发聚合24h，离心分离得分子印迹聚合物微球，用大量水洗涤后，再用10%乙酸的甲醇溶液洗涤，直到无模板分子检出为止。真空干燥。非印迹聚合物微球的制备除不加模板分子外，其它步骤同上。 2.2.3 沉淀聚合法水杨酸分子印迹聚合物微球制备 称0.0610g(0.5mmol)水杨酸(SA)溶于100mL乙腈中，再加入0.2102g(2mmol)功能单体2-乙烯基吡啶(2-Vp),放入恒温震荡器中震荡5h，使模板分子和功能单体充分作用后加入1.9820g(10mmol)乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)和10mg偶氮二异丁腈(AIBN)超声振荡溶解并脱气。将混合液转移入150mL安培瓶中，向其中通氮气5min，在氮气氛下密封安培瓶，将安培瓶放入恒温水浴箱中于60?水浴引发聚合24h，离心分离得分子印迹聚合物微球，用10%乙酸的甲醇溶液洗涤，直到无模板分子检出为止。真空干燥。非印迹聚合物微球的制备除不加模板分子外，其它步骤同上。 2.3 分子印迹聚合物微球表征 2.3.1 聚合物微球粒度的测定 取少量聚合物微球以水作为分散介质，用LS800激光粒度测定仪，测聚合物微球的平均粒径及粒度分布情况。 2.3.2 聚合物微球形貌的测定 用扫描电子显微镜测聚合物微球的形貌。 2.3.3 聚合物微球对模板分子的平衡结合实验 将洗涤好的聚合物20.0mg放入10mL具塞比色管中，加入2.0mL已知不同 -1浓度(0.2-1.4mmol?L)的水杨酸或对羟基苯甲酸的乙腈溶液，放入恒温水浴振荡器中，并于室温震荡12h，然后将此混合液放入高速离心机中离心10min，取适量清液用乙腈稀释到一定浓度，用紫外分光光度法在适当的波长下测定水杨酸或对羟基苯甲酸的平衡浓度。利用下式计算聚合物的平衡吸附量。 Q,(C,C)V/W 0 其中:Q为每克聚合物的结合量(µmol/g); -1C为平衡结合试验中被结合化合物的原始浓度(mmol?L); 0 19 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 -1C为达到结合平衡后上层清夜中被结合化合物的浓度(mmol?L); V为结合溶液的体积(mL); W为聚合物的重量(g)。 平行测定3次取平均值。根据结合前后溶液中被结合化合物浓度的变化分析印迹聚合物的结合性能。结合底物后的模板聚合物经洗脱、干燥后可重复使用。 2.3.4 水杨酸与2-乙烯基吡啶相互作用的研究 水杨酸-乙腈溶液为参比，固定水杨酸的浓度，增加功能单体2-VP的浓度，用紫外可见分光光度法，扫描示差光谱。 20 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 第三章 结果与讨论 所谓悬浮聚合是是将不溶于水的单体在强烈的机械搅拌下分散为、油珠状液滴冰悬浮于水中，在引发剂的作用下聚合为珠状固体聚合物的方法。为防止聚合过程中聚合物结块，水相中需要加入适当的分散剂。分散剂的种类、用量、搅拌速度及水油比对微粒的粒径及分布都有影响。 3(1 影响分子印迹聚合物微球粒径的因素 3.1.1 分散剂种类及用量对粒径的影响 聚乙烯醇(PVA)是悬浮聚合中常用的分散剂，当含有模板分子、单体、交联剂、引发剂和致孔剂的有机相加入到含有聚乙烯醇的水相中，在强烈的搅拌作用下会分散成为小液滴，这时聚乙烯醇会包围在液滴周围且其疏水性基团向里而亲水性基团朝外，使小液滴稳定不发生团聚并且保护小液滴不受水分子的影响。聚乙烯醇的聚合度和用量对其分散与保护液滴的能力都有影响。我们选用三种聚合度不同的聚乙烯醇并改变其用量进行了实验。 表3-1 分散剂种类及用量对粒径的影响 MIPMS 分散剂 分散剂/单体(,) 凝聚物 平均粒径(µm) P1 PVA(124) 50 多 420 P2 PVA(124) 75 多 380 P3 PVA(400) 50 少 86 P4 PVA(400) 75 少 65 P5 PVA(1788) 5 少 74 P6 PVA(1788) 10 少 20 结果如表3-1表明，低聚合度的聚乙烯醇，其分散和保护能力较弱，形成的聚合物离子较粗，粒度分散性也较大;随着聚合度的提高，聚乙烯醇得分散和保护能力增强，聚合物粒子的尺寸变小，分布较为集中。聚乙烯醇124聚合度太低，保护能力最差，即使用量达到75,平均粒径也非常大，且有较多凝聚物。聚乙 21 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 烯醇400保护能力要大得多，但用量要大。聚乙烯醇1788保护能力最大，用量为10,时平均粒径可达20μm。 3.1.2 搅拌速度对粒径的影响 搅拌在悬浮聚合中是个重要的因素，搅拌的目的是为了使单体均匀分散，并悬浮成微小的液滴，因此聚合反应过程中的搅拌速度对产物粒径及分布的影响很大。 表3,2搅拌速度对粒径及粒径分布的影响 MIPMS 搅拌速度r/min 平均粒径(µm) 粒度分布 P1 100 85 宽 P2 150 73 窄 P3 250 20 窄 P4 300 15 宽 由表3-2可以看出，随着搅拌速度的增加，产物的平均粒径也随之下降，这是因为当搅拌速度较小时，有机相小液滴很容易相互粘结在一起，而得到粒径较大的液滴。而当搅拌速度较大时，有机相小液滴相互粘结在一起的机会减少，产物的粒径也减小。但搅拌速度过高时，液滴被搅拌子打碎的机会和液滴之间碰撞的机会也在增加，而导致粒径分布变宽。因此，最佳的搅拌速度为250r/min。 3.1.3 水油比对粒径的影响 在悬浮聚合过程中，水油比即水相与有机相的相对用量对微球粒径的大小及分散情况都有影响。 实验结果表明(如表3-3 )，随着水油比的不断增加，微球粒径逐渐减小，当水油比达到10:1时微球粒径已达到 20μm且分布均匀，而继续增大水油比则变化不大。 这是因为当水的用量较小时，有机相小液滴的浓度相对较高，在机械搅拌的作用下容易发生碰撞，发生粘结现象，而导致微球粒径大且分布不均。而随着水油比增大，有机相小液滴的浓度逐渐降低，它们之间碰撞的机会降低，产生较大或较小粒子的几率也相应减少。 22 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 表3,3 水油比对粒径的影响 MIPMS 水油比 平均粒径(µm) P1 5:1 85 P2 7:1 73 P3 10:1 20 P4 13:1 15 由以上讨论我们研究了制备分子印迹聚合物微球的最佳条件，下图是我们在最佳的实验条件制备的印迹聚合物微球的扫描电镜图。 图3-1印迹聚合物的扫描电镜图 3.2分子印迹聚合物微球结合性能的影响因素 3.2.1 功能单体对水杨酸印迹聚合物微球结合特性的影响 在分子印迹技术中,2-乙烯基吡啶(2-VP)和甲基丙烯酸(MAA)是应用最多的两种功能单体，我们在相同的条件下，分别以2-VP和MAA为功能单体制备了水杨酸印迹聚合物微球P、P及其相对应的非印迹聚合物微球P、P，在1234 -1水杨酸或对羟基苯甲酸溶液浓度为0.2-1.4mmol?L范围内它们的结合等温线如图3-2和图3-3。从图3-2可见以MAA为功能单体制备的印迹聚合物P和非印2迹聚合物P对水杨酸的结合量都不高，而以2-VP为功能单体制备的印迹聚合物4 23 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 P和非印迹聚合物P对水杨酸的结合量高于P、P，这说明由于极性水分子的1324 存在，MAA不能与模板分子很好的形成氢键作用，不能形成特定的识别位点,因此，P与P接近都很小。而2-VP为碱性功能单体与酸性的模板分子能形成离子24 作用，印迹聚合物中形成了与模板分子匹配的结合位点，因此以2-VP为功能单体制备的印迹聚合物对水杨酸的结合量高。表现在P对水杨酸的结合量明显高1 于P。说明以2-VP为功能单体制备的印迹聚合物微球对水杨酸有更高的选择性。3 同时，非印迹聚合物P中存在碱性功能基团，对酸性的水杨酸分子具有非特异3 性吸附，所以对水杨酸也有一定的结合量。即P明显高于P、P。 432 16 14 12 10 8 6Q(µmol/g)4 2 0 00.511.5 C(mmol?L-1) p1p3p2p4 图3,2聚合物在水杨酸中的结合等温线 从图3-3可知聚合物P对水杨酸的结合量高于对对羟基苯甲酸的结合量，1 这也进一步说明以2-VP为功能单体制备的印迹聚合物微球对水杨酸有很好的选择性。 24 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 16 14 12 10 8 6 Q(µmol/g)4 2 0 00.511.5 C (mmol?L-1) 水杨酸对羟基苯甲酸 图3,3 P水杨酸及对羟基苯甲酸的结合等温线 1 从图3-3可知聚合物P对水杨酸的结合量高于对对羟基苯甲酸的结合量，1 这也进一步说明以2-VP为功能单体制备的印迹聚合物微球对水杨酸有很好的选择性。 3.2.2水杨酸与2-乙烯基吡啶相互作用的研究 模板分子和功能单体之间的相互作用的强弱直接影响着分子印迹聚合物的结合能力和选择性。如果功能单体和模板分子不能很好的定向配位于印迹聚合物中，功能基团任意分布，这样就会形成大量非选择性的或选择性差的结合位点。相反，如果功能单体和模板分子之间存在较强的相互作用，就会形成大量选择性高的识别位点，而大大提高聚合物的识别能力。因此，功能单体的选择对分子印迹聚合物的识别性能的是非常重要的。为了更好的说明水杨酸与2-VP间发生了 -1相互作用，我们固定水杨酸的浓度为0.01mmol?L，2-VP的浓度分别为0.01、 -10.02、0.03、0.04mmol?L，则混合液中二者的浓度比为1:1、1:2、1:3、1: -14;以0.01mmol?L的水杨酸为参比，分别得到上述4种溶液的紫外吸收示差光谱如图3-4所示。 由图可知，随着功能单体2-VP浓度的增加，吸收峰强度逐渐增加，而最大吸收波长向长波方向移动。这表明碱性的功能单体2-VP与酸性水杨酸产生了离子作用，而正是这种作用使模板分子与功能单体形成了稳定的复合物。 25 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 3.0 2.0 A 1.0 0 230 240 250 260 270 λ/nm 图3-4乙腈中水杨酸与2-乙烯基吡啶的紫外吸收示差光谱 3.2.3 功能单体对4-氨基安替比林分子印迹聚合物微球结合性能的 影响 前面我们讨论了在酸性的水杨酸作为印迹分子时，选用碱性的功能单体2-乙烯基吡啶比酸性的甲基丙烯酸印迹、识别能力要好。为了进一步讨论水溶液中悬浮法分子印迹聚合物的印迹及识别的机理，我们以碱性的4-氨基安替比林为印迹分子，分别以2-VP 及MAA为功能单体在水溶液中用悬浮法制备了4-氨基安替比林分子印迹聚合物微球(MIP)及相应的非印迹聚合物(NMIP)，并对它们的结合及识别能力进行了实验考察。 -1我们选用浓度为2.0 mmol?L模板分子4-氨基安替比林和结构与其相似的氨基比林为底物，研究了分别以碱性的2-乙烯基吡啶和酸性的甲基丙烯酸为功能单体悬浮法制备的印迹聚合物及非印迹聚合物对底物的选择结合性。用平衡结合法测定聚合物对底物的结合量。 26 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 25 20 15 10Q(µmol/g) 5 0 1234 NMIPMIP 图3-5 不同功能单体聚合物的选择结合量示意图 图3-5中1、2分别为以MAA为功能单体的印迹聚合物及非印迹聚合物对氨基比林和4-氨基安替比林的选择结合量，而3、4为以2-VP为功能单体的印迹聚合物及非印迹聚合物对氨基比林和4-氨基安替比林的选择结合量。由图可见，无论是用碱性的2-乙烯基吡啶为功能单体还是酸性的甲基丙烯酸为功能单体的印迹聚合物对4-氨基安替比林的结合量都明显高于非印迹聚合物，而且两种印迹聚合物对4-氨基安替比林的结合量都明显高于对其类似物氨基比林的结合量。这表明在印迹聚合物中因印迹分子与功能单体之间存在作用，印迹聚合物在除去印迹分子后中留下了功能和空间结构与之相匹配的空穴，而使印迹聚合物对模板分子具有选择结合的能力。而在非印迹聚合物中功能基团的分布是任意的，因此非印迹聚合物对模板分子不能显示出特异性选择。 同时，从图中2、4我们还可以看出以甲基丙烯酸为功能单体的印迹聚合物对4-氨基安替比林的结合量都明显高于以2-乙烯基吡啶为功能单体的印迹聚合物，这是因为对于碱性的模板分子来说，以甲基丙烯酸为功能单体的印迹聚合物中MAA中的,COOH与模板分子中的,NH形成了离子作用，2-VP与模板分2 子靠氢键作用，而极性的水分子的存在破坏了这种作用，因此以甲基丙烯酸为功能单体的印迹聚合物对4-氨基安替比林的结合量都明显高于以2-乙烯基吡啶为功能单体的印迹聚合物。 27 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 3.2.4 溶剂对水杨酸印迹聚合物微球结合性能的影响 溶剂也是致孔剂，它既是溶解模板分子、功能单体、交联剂及引发剂的溶剂，在形成聚合物后它又作为惰性成分从聚合物中挥发出来而在聚合物中留下通道而起到致孔的作用。它的选择对印迹聚合物的结合性能有着重要的影响。我们分别用乙腈和氯仿为溶剂制备了水杨酸分子印迹聚合物(MIP)及非印迹聚合物(NMIP)，并比较它们的结合能力。 将洗涤好的聚合物20.0mg放入10mL具塞比色管中，加入2.0mL浓度为 -12.0mmol?L的水杨酸的乙腈溶液，放入恒温水浴振荡器中，并于室温震荡12h，然后将此混合液放入高速离心机中离心10min，取适量清液用乙腈稀释到一定浓度，用紫外分光光度法在适当的波长下测定水杨酸的平衡浓度，平行测定三次，求平衡结合量。 20 15 10 5Q(µmol/g) 0 12 乙腈 氯仿 NMIPMIP 图3,6不同溶剂制备的聚合物对水杨酸的选择性结合量示意图 图3-6可见用乙腈为溶剂制备了水杨酸分子印迹聚合物的结合能力及选择性都大于氯仿为溶剂制备了水杨酸分子印迹聚合物。乙腈的极性高于氯仿，可能是由于在印迹、识别过程中主要靠的是离子作用，而极性高的乙腈为溶剂更有利于模板分子和功能单体之间形成离子作用，因而用乙腈为溶剂制备了水杨酸分子印迹聚合物的结合能力及选择性都大于氯仿为溶剂制备了水杨酸分子印迹聚合物。 28 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 3.2.5 模板分子结构对印迹效果的影响 理论上说，只要有合适的功能单体任何分子都可以作为模板分子制成印迹聚合物。但当前可供选择使用的功能单体数量是很少的，那么对同一种功能单体来说印迹分子的结构不同，对印迹效果一定是会有影响的。我们用甲基丙烯酸为功能单体，分别以结构类似的4-氨基安替比林和氨基比林为模板分子，制备了它 -1们的印迹聚合物及非印迹聚合物，并在底物浓度为2.0 mmol?L下对它们的选择结合性进行了研究。 25 20 15 10 Q(µmol/g)5 0 12 4-氨基安替比林 氨基比林 NMIPMIP 图3-7模板分子结构对印迹聚合物选择结合量的影响 CH3 HCNH32CHN3CH3 NNOHCNNO3HC3 4-氨基安替比林 氨基比林 图3-8 4-氨基安替比林和氨基比林的结构示意图 结果如图3-7表明，以4-氨基安替比林为模板分子的印迹聚合物对印迹分子的识别能力明显高于以氨基比林为模板分子的印迹聚合物。如图3-8，这是由于4-氨基安替比林分子上的,NH基与功能单体甲基丙烯酸分子上的,COOH,2 间产生了强烈的离子作用，正是这种强烈的离子作用使在印迹和识别的过程中发挥了重要的作用，而使印迹聚合物表现出高的选择性。而氨基比林分子,,NH 基2 29 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 上的两个H被两个,CH取代了，因此很难与甲基丙烯酸分子上的,COOH间3 产生了强烈的离子作用，导致其印迹聚合物选择性低。 3.2.6 水对分子印迹聚合物结合性质的影响 为进一步讨论分子印迹聚合物在识别过程中的作用机理，选用乙腈/水及水作为结合溶液的溶剂通过改变平衡结合体系中水的含量考察分子印迹聚合物的结合特性。 将洗涤好的聚合物(印迹聚合物或非印迹聚合物)20.0mg放入10mL具塞 -1比色管中，分别加入2.0mL浓度为2.0mmol?L的(含水量从10增加到80,体积比)的水杨酸的乙腈/水溶液，放入恒温水浴振荡器中，并于室温震荡12h，然后将此混合液放入高速离心机中离心10min，取适量清液用乙腈稀释到一定浓度，用紫外光度法在适当的波长下测定水杨酸的平衡浓度。利用公式: 计算聚合物的平衡吸附量。 Q,(C,C)V/W0 20 15 10 5Q(µmol/g) 0 1020304050607080 φ(H2O)(,) NMIPMIP 图3-9底物溶液含水量不同聚合物对水杨酸选择结合量示意图 实验结果表明(如图3-9)水的含量从10增加到30,(体积比)时，印迹聚合物和非印迹聚合物对底物的结合量都随之降低，这是由于此时水在一定程度上破坏了聚合物和底物之间的离子作用，而导致平衡结合量降低。而当水的含量继续增大时，由于聚合物的疏水作用随之增加，使得印迹聚合物和非印迹聚合物对底物的结合量都随之增加，而此时印迹聚合物和非印迹聚合物对底物的结合量相差却减少，即印迹聚合物对底物的识别能力相应降低。这一结果表明离子作用在印迹聚合物对底物的识别过程中发挥着重要的作用。 30 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 将洗涤好的印迹聚合物20.0mg放入10mL具塞比色管中，分别加入2.0mL -1浓度为2.0mmol?L的(含水量从10增加到80,体积比)的水杨酸或对羟基苯甲酸的乙腈/水溶液，放入恒温水浴振荡器中，并于室温震荡12h，然后将此混合液放入高速离心机中离心10min，取适量清液用乙腈稀释到一定浓度，用紫外光度法在适当的波长下测定水杨酸或对羟基苯甲酸的平衡浓度。利用公式: Q,(C,C)V/W0 计算聚合物的平衡吸附量。 20 15 10 5Q(µmol/g) 0 1020304050607080 φ(H2O)(,) 4HBASA 图3-10底物溶液含水量不同印迹聚合物的选择结合量示意图 实验结果表明(如图3-10)水的含量从10增加到30,(体积比)时，印迹聚合物对水杨酸和对羟基苯甲酸的结合量都随之降低，这是由于此时水在一定程度上破坏了聚合物和底物之间的离子作用，而导致平衡结合量降低。当含水量继续增大时，由于疏水作用使得印迹聚合物对水杨酸和对羟基苯甲酸的结合量都随之增加，而水杨酸分子中存在分子内氢键，使得水杨酸在水中的溶解度小于对羟基苯甲酸，因此，当水的含量继续增大时，印迹聚合物对水杨酸和对羟基苯甲酸的结合量相差却有所增大，即印迹聚合物对底物的选择性相应增大。这一结果表明疏水作用在印迹聚合物对底物的识别过程中发挥着一定的作用。 3.3 悬浮聚合与沉淀聚合的比较 沉淀聚合又称非均相溶液聚合，是指聚合反应使用的单体、交联剂及引发剂能溶于分散剂，生成的聚合物不溶于分散剂而以沉淀的形式析出。通过沉淀聚合可以得到微球状聚合物，与悬浮法不同的是这种方法不需要在反应体中加入任何 31 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 稳定剂，因而省去了洗涤稳定剂的麻烦。为了进一步比较悬浮聚合与沉淀聚合制备的聚合物微球的选择结合性能，用沉淀聚合法制备了水杨酸分子印迹聚合物微 -1球。然后称取两种方法的聚合物各20.0mg，分别加入2.0mL浓度为2.0mmol?L的水杨酸或对羟基苯甲酸的乙腈溶液测定它们的选择结合性能。 25 20 15 10 Q(µmol/g)5 0 12 悬浮法 沉淀法 4HBASA 图3-11不同方法制备的聚合物对底物的选择结合两示意图 从图(3-11)可知，两种方法的聚合物对结构相似的水杨酸和对羟基苯甲酸都有选择结合的能力，沉淀法聚合物的结合能力稍大些，这可能是由于悬浮法在制备的过程中，极性很强的水分子对模板分子和功能单体的相互作用有一定的影响，而在一定程度上削弱了他们之间的氢键作用，导致识别能力降低，但悬浮法聚合物对底物的识别主要靠离子作用，因此，仍具有很强的识别能力。综合考虑，虽然沉淀法聚合物的选择性稍大些，但沉淀聚合需要大量的有机溶剂，会造成污染和浪费，且该方法不太稳定。而悬浮法聚合物对底物的选择识别虽差些，但差别不大。下一步的工作是进一步提高悬浮法印迹聚合物的选择性。 3.4 水杨酸分子印迹聚合物的Scatchard分析 在分子印迹的研究中，常常使用Scatchard模型评价分子印迹聚合物的结合特性，我们使用静态平衡结合法，测定了水杨酸分子印迹聚合物在水杨酸浓度为 -1(0.4,4.8 mmol?L)范围内的结合等温线(图 3-12)，所得的数据用于进行Scatchard分析，Scatchard方程如下 Q/C(SA),Q,Q/K maxd 其中:K 是结合位点的平衡离解常数 ，Q代表结合位点的最大结合量，dmax 32 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 C(SA)表示底物在上层清液中的平衡浓度。 35 30 25 20 15 Q(µmol/g) 10 5 0 0123456 c(SA)(mmol?L-1) 图3-12水杨酸印迹聚合物的结合等温线 根据上式，以Q/C(SA)对Q作图得图3-13，由图可见，在Scatchard图中， Q/C对Q呈线性关系，表明在所研究的浓度范围内，印迹聚合物存在一类等价的 结合位点，对水杨酸呈现均匀的结合力。由图直线的斜率和截距可以算出: -3K=4.7×10mol/L Q=55μmol/g dmax 12 11 10 9 8Q/C(mL/g) 7 6 5101520253035 Q(μmol/g) 图3-13水杨酸印迹聚合物的结合性质Scatchard图 33 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 结论 分散剂、搅拌速度、水油比对悬浮聚合物微球粒径及粒径分布有影响，确定了最佳的实验条件。功能单体对分子印迹聚合物选择结合能力的影响，结果表明酸性的水杨酸为模板采用碱性功能单体2-乙烯基吡啶印迹效果更好，而碱性的氨基安替比林以酸性功能单体甲基丙烯酸印迹聚合物识别能力更佳。溶剂、模板分子结构对印迹聚合物的印迹、识别都有影响。离子键在分子印迹及识别过程中起主要作用，疏水作用也起到一定的作用。 34 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 致谢 本论文是在导师苏立强教授悉心指导下完成的，苏老师渊博的学识、严谨的治学态度、平易近人的工作作风以及对教学和科研工作的执着、忘我和一丝不苟的精神，都给我留下了积极而深远的影响，也是我学习的楷模，将激励我不断上进，并使我受益终生。几年来，导师在工作和学习上都给予了我许多关心和帮助，在此表示衷心的感谢! 在论文完成过程中，王俊涛、何丹凤和孙晶同学在工作中也给予了本人许多无私的帮助，在此一并表示感谢! 最后，谨向所有给予我帮助、支持的老师、同学表示感谢! 35 齐 齐 哈 尔 大 学 研 究 生 硕 士 学 位 论 文 参考文献: [1] 杨敏莉,李元宗.苯甲酸及其酯类衍生物的分子印迹机理的研究.高等学校化 学学报,2004,25(6):1034,1036 [2] 孙宝维,杨敏莉,李元宗 常文保.模板结构与分子印迹效果间关系的研究.化 学学报,2003,61(6):878,884 [3] Katz A Davis M E, Investigations into the mechanisms of molecular recognition with imprinted polymers, Macromolecules, 1999, 32(12): 4113,4121 [4] 孟子晖,王进防,周良模,王清海,朱道乾.分子烙印技术进展.化学进 [J].1999,11(4):358,366 [5] 周杰,何锡文.分子模板聚合物在分析化学中的应用[J].分析测试学 报,1998,17(5):87,91 [6] 刘学良,刘莺,王俊德,商振华. 分子烙印技术的应用与最新进展[J]. 分析 化学,2002,30(10):1260-1266 [7] Lehn J, Perspectives in supramolecular chemistry.From molecular recognition towards molecular information processing and self-organization, Angewandte Chemie (International Edition in English), 1990, 29(11): 1304,1319 [8] Yano K, Tanabe K, Takeuchi T, et al, Molecularly imprinted polymers which mimic multiple hydrogen bonds between nucleotide bases, Analytica Chimica Acta, 1998, 363: 111,117 [9] HwangCh-Ch, 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