利用懸掛雙鍵聚合法製備磁性鄰苯二甲酸酯類印跡聚合物的製作方法
2023-09-15 16:57:30 2
本發明屬於食品安全分析檢測技術領域，特別涉及一種適用於食用油體系中對鄰苯二甲酸酯類增塑劑具有特異性分子識別能力的磁性印跡聚合物的製備方法及其應用。
背景技術：
近年來，食用油中含有增塑劑的問題已經成為人們關注的熱點。增塑劑根據其化學組成可分為五大類：鄰苯二甲酸酯類、磷酸酯類、脂肪族二元酸酯類、檸檬酸酯類、環氧類，其中後三類的毒性較低。而鄰苯二甲酸酯類是使用最廣泛的增塑劑，佔增塑劑的70%左右，這類物質很容易從塑料中溶出，所以幾乎所有的人每天都要接觸它，呼吸的空氣、喝的水、吃的蔬菜、水果、畜產品、水產品甚至熟食的包裝袋中均可能含有鄰苯二甲酸酯。基於上述原因，鄰苯二甲酸酯汙染已受到世界各國的高度重視。
食用油中增塑劑的來源可以分為兩方面，一方面是來自於食用油的包裝。現在市場上大部分的食用油都是用塑料製品盛裝的，塑料製品含有增塑劑，這為人們提供了方便的同時，也為人們帶來了安全隱患。因為增塑劑可以從塑料製品中溶出遷移到食用油中，從而使食用油中也含有增塑劑。另一方面來源於食用油的生產運輸過程中。在食用油的生產過程中，會經過一些塑料管道，在分裝運輸過程中也可能接觸塑料器具或管道，這些塑料製品都是含有增塑劑的，所以在這些過程中也有可能帶入增塑劑。如果人們食用過多的含增塑劑的食用油，可能會產生癌變作用。同時由於大部分鄰苯二甲酸酯物質可以被看成是環境激素或內分泌幹擾素，所以也會人體的生殖發育系統造成危害。
目前，人們通常採用傳統的液-液溶劑萃取法處理不含油脂的樣品；或採用液-液溶劑萃取結合凝膠滲透色譜淨化方法處理含油脂的樣品。但對食用油來說，由於所用的萃取溶劑都能與油樣相溶，因此不能像其它樣品一樣採取該方法使水相和有機溶劑相兩相分離。這使得食用油中塑化劑含量的測定變得尤為困難。所以，尋求一種合適的方法對其進行富集、分離，並建立適當的分析方法對於測定食用油中的微量或痕量塑化劑具有重要的意義。
分子印跡技術（Molecular Imprinted Technology，MIT），也稱為分子烙印技術，現在已經被廣泛的應用於樣品前處理方面的分離和富集。通過製備出對某一目標分子具有特異選擇性的分子印跡聚合物，可實現從複雜樣品基質中選擇性分離富集目標分子及其結構類似物的目的。然而，該方法的缺點也較為突出，即在聚合物與溶液分離的過程中需要經過抽濾或離心等步驟，比較複雜。磁性固相萃取技術（Micro-solid phase extraction，M-SPE）是利用磁性物質作為吸附劑的一種新型的樣品前處理技術。通過將目標分析物吸附到分散的磁性吸附劑表面，在外部磁場作用下，目標分析物隨吸附劑一起遷移，最終通過合適的溶劑洗脫被測物質，從而與樣品的基質分離開來。該方法可使磁性顆粒快速地通過外加磁場從待測體系中分離和富集，避免了繁瑣的過濾或離心過程。如能將磁性材料與MIT相結合，利用分子印跡聚合物包覆磁性粒子製備出磁性分子印跡聚合物 (Magnetic Molecularly Imprinted Polymers，MMIPs)，就有可能使聚合物既發揮磁性材料超順磁性所帶來的快速分離的優勢，又可顯示出印跡聚合物較高的選擇性吸附特點，從而實現食用油中微量或痕量塑化劑的快速高效的分離富集。
磁性分子印跡聚合物的製備，需要4步：第1步是製備具有優良磁性的單分散磁性粒子；第2步是對磁性粒子進行表面修飾，引入可進一步接枝聚合的懸掛雙鍵等基團；第3步是在磁性粒子表面利用懸掛雙鍵進行分子印跡聚合，封裝磁性粒子並形成一層印跡聚合物；第4步是洗脫除去模板分子，得到表面具有特異識別位點的磁性分子印跡聚合物。目前，將磁性材料與分子印跡相結合的研究越來越多，然而，採用懸掛雙鍵接枝聚合技術合成鄰苯二甲酸酯類印跡聚合物並將其應用於食用油中的塑化劑的分析檢測還未見報導。
技術實現要素：
食用油傳統的分離方法需要經過離心或抽濾等步驟，而油是黏稠狀的物質，不易分離。針對該難題，本發明採用磁性分子印跡技術，在合成的分子印跡聚合物裡引入具有磁性的Fe3O4，使其在外加磁場作用下很容易即可把油中的塑化劑從樣品溶液中分離出來。本發明擬解決的技術問題是建立一種可簡單快速提取食用油體系中鄰苯二甲酸酯類增塑劑的樣品前處理方法。
本發明實現上述目的的技術解決方案如下：
首先將二價鐵鹽和三價鐵鹽按一定比例混合，在鹼性條件下反應得到磁性納米粒子，利用氯仿作溶劑製備成磁流體備用；對磁性粒子進行表面修飾，引入可進一步接枝聚合的懸掛雙鍵等基團；在磁性粒子表面利用懸掛雙鍵，以鄰苯二甲酸酯為模板分子，與功能單體，交聯劑，引發劑，助溶劑一起在包含磁流體的聚乙烯醇懸浮液中進行分子印跡聚合，製成磁性分子印跡聚合物。
所述磁性分子印跡聚合物通過如下具體步驟製得：
（1）磁流體的製備：取三口瓶，依次加入反應試劑、溶劑，水浴條件下進行機械攪拌，待瓶內固體完全溶解時，逐滴加入濃氨水，反應1 h 後升溫至60℃，然後加入油酸，再次反應1 h 後實驗停止，冷卻至室溫後，用溶劑交替洗滌產品至上層清液為中性， 用磁鐵進行分離，真空乾燥後用研缽研細可得Fe3O4磁性粒子。加入氯仿，用薄膜封口，超聲混勻製得磁流體，備用。
（2）磁流體表面修飾，引入可進一步接枝聚合的懸掛雙鍵等基團。
（3）磁性分子印跡聚合物的合成：加入模板分子鄰苯二甲酸酯，功能單體，交聯劑和引發劑，加熱攪拌反應，得到粘稠溶液。將所得的粘稠溶液用熱水洗滌，並用磁鐵吸附後倒掉上清液，重複上述操作至上層溶液澄清，然後放置在烘箱中烘乾。
（4）模板分子的洗脫：把（3）製得的磁性印跡聚合物在索氏提取器用有機溶劑-酸的混合物抽提，洗去模板分子至不能檢測出模板分子為止，再用有機溶劑洗去殘留的酸，烘乾至恆重，得到對鄰苯二甲酸酯類增塑劑有選擇性吸附的磁性分子印跡聚合物。
採用同樣比例和方法製取磁性非印跡聚合物NIP（不加模板分子）。
步驟（1）中所述的反應試劑為FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O，溶劑為二次蒸餾水，水浴溫度為30 ℃，洗滌溶劑為無水乙醇和二次蒸餾水。
步驟（3）中所述的模板分子為鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二異己酯、鄰苯二甲酸二丁苄酯等。
步驟（3）中所述的功能單體為丙烯酸、α-甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯醯胺、苯乙烯、乙烯基吡啶等，引發劑為偶氮二異丁腈、過氧化苯甲醯，交聯劑為乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙烯酸-1，4-丁二醇酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯等。
步驟（3）中所述的模板分子和功能單體的比例為1:10～100，引發劑的比例為0.5%～5%，反應溫度為50℃～100℃，反應時間為2小時～48小時。
步驟（4）中所述的有機溶劑為甲醇、乙醇、乙腈等，所述酸為甲酸、乙酸等，磁性印跡聚合物用有機溶劑和酸混合液去除模板分子，處理後得鄰苯二甲酸酯類磁性印跡聚合物。
附圖說明
圖1（a）為磁性印跡聚合物的掃描電鏡圖（×250倍），圖1（b）為磁性印跡聚合物的掃描電鏡圖（×500倍）。
圖2為 磁性分子印跡聚合物（MMIP）、磁性非分子印跡聚合物（MNIP）對鄰苯二甲酸二正辛酯（DNOP）的等溫吸附曲線。
圖3 為磁性印跡聚合物（MMIP）和磁性非印跡聚合物（MNIP）對各種鄰苯二甲酸酯類的選擇性吸附
具體實施方式
實施例1
將聚乙烯醇懸浮液轉移至250 mL三口燒瓶中，加入混合均勻的表面修飾的磁流體，置於溫度為70℃的油浴鍋中機械攪拌15 min。稱取模板分子鄰苯二甲酸二正辛酯 0.2 mL於錐形瓶中，加入單體α-甲基丙烯酸 0.17 mL和氯仿8 mL，超聲15 min，使模板分子與功能單體充分作用，再加入交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯 1.9 mL，引發劑偶氮二異丁腈 0.032 g於混合溶液中，超聲使其混合均勻後，逐滴加入到懸浮液中反應。待反應 6h後將反應溫度升到 90℃，熟化 2小時後停止反應。用熱水洗滌聚合物，並用磁鐵吸附聚合物便於直接倒出洗液。重複上述操作 10 次直至上層溶液澄清，然後放置在烘箱中烘乾。用甲醇-乙酸 (9:1，V/V) 混合溶液洗脫模板分子，真空乾燥，得到鄰苯二甲酸酯類印跡聚合物。
實施例2
將聚乙烯醇懸浮液轉移至250 mL三口燒瓶中，加入混合均勻的表面修飾的磁流體，置於溫度為70℃的油浴鍋中機械攪拌15 min。稱取模板分子鄰苯二甲酸丁苄酯0.28mL於錐形瓶中，再依次加入苯乙烯 0.294 mL，α-甲基丙烯酸0.292 mL，乙二醇二甲基丙烯酸 3.772 mL，氯仿16 mL，然後超聲 30min混合均勻。最後加入偶氮二異丁腈 0.1358 g，震蕩溶解後將混合溶液倒入恆壓滴液漏鬥中，然後在75℃的條件下，逐滴加入到懸浮液中反應。反應 7h後將反應溫度升到 85℃，熟化一小時後停止反應。洗去模板分子，真空乾燥，得到鄰苯二甲酸酯類印跡聚合物。