雙酚a和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的製作方法

2023-08-11 00:16:51

專利名稱：雙酚a和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，直接應用於水產品、環境樣品中痕量雙酚A和壬基酚的富集和分析。
背景技術：
雙酹A (BisphenolA,簡稱BPA)和燒基酹(Alkylphenols)為兩類常見環境激素類物質，由於結構的相似性常被歸為一類研究對象，稱為酚類環境雌激素。大量實驗室研究和環境調查結果表明，壬基酚(NP)和雙酚A (BPA)等物質對男性精子數量的減少、女性乳腺癌、子宮癌發病率的增加、雄性動物的雌性化以及鳥類、魚類和哺乳動物生育率的下降、部分生態系統中動物雌雄比例失調等具有不容忽視的作用，給生態環境和人體健康帶來嚴重威脅，因而成為一類新的研究和監測的重要物質。
由於BPA、NP是重要的精細化工原料和中間體，廣泛存在於環境土壤或江河湖泊的水體和生物體。環境樣品或生物體中BPA、NP的含量極低，加上樣品基體複雜，難以直接測定，常常需要經樣品前處理後才能進行分析。因此，發展高效高選擇性的樣品前處理新方法有重要意義。分子印跡技術(Molecular Imprinting Technique, MIT)是為獲得在空間結構和結合位點上與某一分子(模板分子)完全匹配的聚合物的製備技術。分子印跡聚合物(Molecularly Imprinted Polymer, MIP)因對模板分子具有特異性選擇識別,特別是用作固相萃取的填料，以實現對目標物質的濃縮、富集，消除複雜的生物樣品或環境樣品中基體的幹擾，是當前樣品前處理的一項重要研究課題。徐靖等人(聚氯乙烯，2010，38(7) :35-38)以壬基酚為模板分子，原位聚合法製備分子印跡聚合物用於基質固相分散萃取PVC玩具和汙泥中的壬基酚，對壬基酚的萃取回收率97. 8%;李永敏等人(科學技術與工程，2011，11(25) :6145-6147)利用分子印跡與溶膠凝膠技術，以氨基丙基三乙氧基矽烷為功能單體，四乙氧基矽烷為交聯劑，以壬基酚為模板分子製備了壬基酚分子印跡材料，聚合物對壬基酚的最大吸附容量為3. 85 mg/g；Guerreiro等人(Anal. Chim. Acta, 2008, 612(1): 99-104)以計算機模擬，壬基酌·為模板分子沉澱聚合法製備分子印跡聚合物用於固相萃取水樣中壬基酚，聚合物對壬基酚的最大吸附容量為 231 mg/g ;Ntifiez 等人(J S印aration Science, 2008, 31(13) : 2492- 2499)採用本位聚合法，以甲苯為制孔劑製備分子印跡聚合物用於固相萃取複雜環境固體樣品中壬基酌■及其類似物，回收率 60% 100%。Surong Mei 等人(Microchemical Journal, 2011,98(1) :150-155)以BPA分子印跡固相萃取結合毛細管電泳測定河水、井水中痕量ΒΡΑ，固相萃取回收率因基體不同在71. 20% 86. 23%。林福華等人(分析化學，2012，40(2):243-248)以BPA為模板分子，利用整體材料原位聚合技術製備分子印跡聚合物為基質的萃取餅，應用於水樣BPA的萃取，回收率為86. 2% 112%。Canale等人(J SeparationScience, 2010，33(11) : 1644-1651)以氟雙酚A衍生物4，4』-六氟苯酚作為虛擬模板製備的分子印跡聚合物應用於水樣中BPA的固相萃取，回收率大於90%。江明等人(分析化學，2008, 36⑶1089-1092)採用塊狀聚合法，以甲苯與液體石蠟混合溶劑為致孔劑，製備一種雙酚A分子印跡微球，粒徑3 μπι。許志鋒等人(中山大學學報(自然科學版)，2005，44 (3) :53-57)採用原位聚合法，以甲苯做致孔劑，以雙酚A為模板分子製備雙酚A的分子烙印聚合物，結合位點對模板分子的最大表觀結合量為148. I umol/g (MBPA=228. 28 g/mol)。楊本曉等人(南京大學學報(自然科學)，2007，43(4) :351-357)採用本體聚合法，以雙酚A為模板分子、2-乙烯吡啶為功能單體、聚三甲基丙烯酸丙三醇酯為交聯劑製備雙酚A分子印跡聚合物，表觀最大吸附量為7. 23 μ mol / g。蘇博(東華大學，2010)用沉澱聚合法，以甲基丙烯酸(MAA)為功能單體，二乙烯苯(DVB)為交聯劑製備雙酚A分子印跡聚合物，最大吸附量為606.9 ymol/g。趙美萍等人(高等學校化學學報，2003，24(7) : 1204-1206)採用原位聚合法，以雙酚A為模板分子、甲基丙烯酸(MAA)為功能單體、乙腈為致孔劑，二甲基丙烯酸乙二醇酯為交聯劑製備雙酚A分子印跡聚合物，對雙酚A的萃取回收率為101. 7%。張進等人(貴州教育學院學報(自然科學)，2008，19(9): 17-19)採用表面分子印跡技術，在矽膠表面合成了基於雙酚A的分子印跡聚合物，最大吸附量為1.4 ymol/g。翟美娟(南京醫科大學，2011)以雙酚A為模板分子，正矽酸四乙酯為交聯劑，氨丙基三乙氧基矽烷為功能單體，通過溶膠凝膠聚合反應在二氧化矽小球表面反應上一層分子印跡聚合物塗層的方法，製備粒徑均勻的納米分子印跡聚合物，對雙酚A的萃取回收率為97%。 現有技術都是以壬基酚或雙酚A作為單模板分子製備壬基酚分子印跡聚合物或雙酚A分子印跡聚合物，採用多為本體聚合法和原位聚合法，所得的聚合物的形貌多為不規則塊狀，對模板分子雖表現出較高的選擇性識別能力，但吸附容量低，柱效低。當樣品基體複雜時，常導致對模板分子及其結構類似物萃取回收率偏低，缺乏應用前景。

發明內容
為了解決現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，是一種選擇性和吸附容量高、粒徑較均一的球形分子印跡聚合物，可廣泛地應用於水產品、水環境樣品中雙酚A和壬基酚的富集、分析，萃取回收率達99%以上。本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，是通過以下步驟來製備的
A)將O.2 2. O mmol壬基酌·、O. 2 2. O mmol雙酌· A溶於氣仿中，再加入O. 8 8. O mmol甲基丙烯酸，超聲波處理30分鐘，於0-4°C溫度下自組裝8-12小時；
B)加入0.1 1.0mmol疏水劑、0.1 I.O mmol的表面活性劑、20 80 mL超純水、10. 0 50· O mmol交聯劑和0. 0100 0· 1000 g引發劑，混合；
C)超聲波處理1(Γ15分鐘，通氮氣除氧氣8 15分鐘，再超聲波處理1(Γ15分鐘，利用超聲波對溶液中的物質具有高分散性的特點，形成穩定乳液，於5(T10(TC水浴中機械攪拌，反應5 24小時得到白色聚合物微球；
D)將得到的聚合物微球研碎，用體積比為9:1的甲醇-乙酸溶液索氏萃取至紫外檢測不到壬基酚和雙酚A，再用甲醇洗至中性，研磨過篩，乙腈沉降，真空乾燥至恆重，得到雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物。根據本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的進一步特徵，所述步驟A中，雙酚A與壬基酚的摩爾比為1:1。
根據本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的進一步特徵，所述步驟A中，雙酚A與甲基丙烯酸的摩爾比為1: 4。根據本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的進一步特徵，所述步驟A中，壬基酚與甲基丙烯酸的摩爾比為1: 4。根據本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的進一步特徵，所述步驟B中，疏水劑與表面活性劑的摩爾比為4:1。根據本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的進一步特徵，所述步驟B中，交聯劑與引發劑的比例為400:1 (mmol:g)。根據本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的進一步特徵，所 述步驟B中，所述疏水劑選自石蠟，正十二烷，正十四烷，正十六烷，正十八烷。根據本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的進一步特徵，所述步驟B中，所述交聯劑選自乙二醇二甲基丙烯酸酯，聚乙二醇二丙烯酸酯、三甲醇基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRM)、甲季戊四醇三丙烯酸酯(PETAR)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETER)。根據本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的進一步特徵，所述步驟B中，所述引發劑選自偶氮二異丁腈(AIBN)，過硫酸鉀，過硫酸銨，過硫酸鹽-四甲
基亞乙二胺。根據本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的進一步特徵，所述步驟B中，所述表面活性劑是由斯盤80與十六烷基三甲基溴化銨按1:9飛:5的比例混合而成的混合表面活性劑。本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，具有以下特點和優點以雙模板分子代替單模板分子，將功能單體、雙模板分子(壬基酚和雙酚A)在疏水溶劑中自組裝；將疏水劑(正十四烷)、表面活性劑(司盤80和十六烷基三甲基溴化銨)溶於超純水中，製成微乳液；將上述兩種溶液混合，加入交聯劑(EDMA)和引發劑(AIBN)，在磁力攪拌下於水浴中熱引發，通過靜電作用、氫鍵作用製備得到雙模板分子印跡聚合物微球。本發明所製備的印跡聚合物具有球形形貌(如圖2所示)，粒徑較均一(粒徑約為
O.Γ0.7 ym)、選擇性高、吸附容量高(經靜態吸附實驗測定，對雙酚A和壬基酚的最大吸附量分別為42. 07 mg/g ,23. 65 mg/g)，萃取回收率高(以製備的印跡聚合物微球為固相萃取填料，在甲醇加載、2 mL水淋洗、6 mL甲醇-乙酸(9:1，V/V)洗脫條件下，經固相萃取實驗測定，對雙酚A和壬基酚的萃取回收率分別為99. 9%和98. 1%)、製備方法簡單等顯著優點，非常適用於水產品和水環境樣品中痕量雙酚A和壬基酚的富集和分析。


圖I是本發明製備雙模板分子印跡聚合物的作用原理圖。圖2是本發明製備印跡聚合物(MIP)的掃描電鏡圖。圖3是本發明測定肇慶市西江水的HPLC色譜圖；圖中，(a)未經處理的西江水樣；(b)西江水樣經MIP-SPE萃取;(c)添加22. 03Pg/L NP,22. 83Pg/L BPA的西江水樣經MIP-SPE 萃取。
具體實施例方式實施例一本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的製備 本實施例所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的製備的原理圖如圖I所
示，製備方法包括以下步驟
A)將I.O mmol壬基酌·、I. O mmol雙酌· A溶於氯仿中,4. O mmol MAA,超聲30分鐘,於0-4°C溫度下自組裝8-12小時；
B)加入O.8 mmol正十四燒，O. 2 mmol混合表面活性劑、50 mL超純水、20. O mmol乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)和0. 0500 g偶氮二異丁腈(AIBN)混合；
C)超聲10min，通氮氣除氣泡5 min，再超聲10 min確保形成乳液後於80°C水浴中機械攪拌，反應14 h得到聚合物，聚合物的形貌如圖2所示； D)將聚合物研碎，用體積比為9:1的甲醇-乙酸溶液索氏萃取至紫外檢測不到壬基酚和雙酚A，再用甲醇洗至中性，研磨過篩，乙腈沉降，真空乾燥至恆重，得到雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物。上述製備工藝中，所採用的表面活性劑優選是由斯盤80與十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)按3:7的比例混合而成的混合表面活性劑。實施例二 本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的製備 本實施例所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的製備的原理圖如圖I所
示，製備方法包括以下步驟
A)將0.2 mmol壬基酌·、0. 2 mmol雙酌· A溶於氯仿中，0. 8 mmol甲基丙烯酸(MAA),超聲30分鐘，於0-4°C溫度下自組裝8-12小時；
B)加入0.I mmol石臘,0. I mmol混合表面活性劑、20 mL超純水、10. O mmol聚乙二醇二丙烯酸酯和0. 0100 g過硫酸鹽-四甲基亞乙二胺混合；
C)超聲12min，通氮氣除氣泡8min，再超聲12 min確保形成乳液後於50°C水浴中機械攪拌，反應5 h得到聚合物，聚合物的形貌如圖2所示；
D)將聚合物研碎，用體積比為9:1的甲醇-乙酸溶液索氏萃取至紫外檢測不到壬基酚和雙酚A，再用甲醇洗至中性，研磨過篩，乙腈沉降，真空乾燥至恆重，得到雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物。上述製備工藝中，所採用的表面活性劑優選是由斯盤80與十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)按1:9的比例混合而成的混合表面活性劑。
實施例三本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的製備本實施例所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球的製備的原理圖如圖I所示，製備方法包括以下步驟
A)將2.O mmol壬基酌·、2. O mmol雙酌· A溶於氯仿中,8. O mmol甲基丙烯酸(MAA),超聲30分鐘，於0-4°C溫度下自組裝8-12小時；
B)加入I.O mmol正十六烷(或正十八烷)，I. O mmol混合表面活性劑、80 mL超純水、50. O mmol TRIM (或 40. O mmol PETAR 或 PETER)和 0. 1000 g 過硫酸鉀(或過硫酸銨)混合；
C)超聲15min，通氮氣除氣泡15 min，再超聲15 min確保形成乳液後於100°C水浴中機械攪拌，反應24 h得到聚合物，聚合物的形貌如圖2所示；
D)將聚合物研碎，用體積比為9:1的甲醇-乙酸溶液索氏萃取至紫外檢測不到壬基酚和雙酚A，再用甲醇洗至中性，研磨過篩，乙腈沉降，真空乾燥至恆重，得到雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物。上述製備工藝中，所採用的表面活性劑優選是由斯盤80與十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)按5:5的比例混合而成的混合表面活性劑。實施例四本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物用於肇慶市西江水樣的檢測
西江水樣(2mL，肇慶市端州區江濱三路西江邊)，過O. 22 μ m濾膜後，分別直接進行以下兩組檢測=(I)HPLC直接檢測；(2)MIP-SPE-HPLC-FID分離檢測，其中分離檢測柱的固相萃取填料為實施例一所製備的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物。
結果見圖3。由圖3可以看出，西江水樣直接進行HPLC測定的色譜圖(圖3a)，在雙酚A色譜峰(2. 587 min)附近有基體幹擾；經分子印跡固相萃取(MIP-SPE)處理後的HPLC色譜圖(圖3b)，在雙酚A (2.587 min)、壬基酚(4. 395 min)色譜峰附近沒有觀察到明顯的幹擾峰；添加22. 03Pg/L NP,22. 83Pg/L BPA的西江水樣經MIP-SPE處理後的HPLC色譜圖(圖3c)沒有機體的幹擾，在2. 587 min (雙酚A)、4. 395 min (壬基酚)處觀察到明顯的色譜峰。本發明所述的分子印跡聚合物可用於水樣品中的雙酚A和壬基酚的檢測分析。實施例五本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物用於啤酒的檢測 取超市購買的啤酒樣品2mL過O. 22 μ m濾膜後，分別直接進行以下兩組檢測(1)HPLC
直接檢測；(2)MIP-SPE-HPLC-FID分離檢測，其中採用實施例二所製備的的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物作為分子印跡固相萃取(MIP-SPE)的填料。測試結果見表I。表I啤酒樣品中BPA和NP的測定結果(n=3)
樣品I測定值(Pg/L) I加標量(Pg/L).. I平均測得值(Pg/L) I回收率％|1^0°/廠 BPAW22.8322.6099.0 4.4
NPInd丨22.03\2 . 37丨97· O 丨3· O
ND :無檢測。由表I可以看出，原啤酒樣品檢測不到BPA或NP ;在啤酒樣品中加入BPA或NP後，採用MIP-SPE-HPLC檢測到BPA和NP的回收率分別為99. 0%和97. 0%, RSD小於4. 4%,說明採用本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物作為分子印跡固相萃取(MIP-SPE)的填料，對於雙酚A和壬基酚的吸附回收率極高，可以適用於對啤酒等飲料樣品的雙酚A和壬基酚的監測分析。實施例六本發明所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物用於鯽魚的檢測 市購鯽魚7尾，重量500±200 g。其中2尾作空白魚，5尾暴露在添加壬基酚和雙酚A
的西江水樣中一周，進行毒理實驗探究。將魚去鱗去內臟後，分別取魚鰓、適量魚肉片放在絞肉機中搗碎，稱重。25 mL乙醚提取，震蕩3 h，棄渣取清夜，渦旋離心去蛋白，氮氣吹乾後溶於5 mL甲醇，進行分子印跡固相萃取(採用實施例三所製備的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物作為分子印跡固相萃取(MIP-SPE)的填料)，過O. 22 μπι濾膜，稀釋10倍進行MIP-SPE-HPLC檢測，結果見表2。表2市售的鯽魚中BPA和NP的測定結果(η=3)
權利要求
1.一種雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，其特徵在於，所述聚合物微球是通過以下步驟來製備的 A)將O.2 2. O mmol壬基酌·、O. 2 2. O mmol雙酌· A溶於氣仿中，再加入O. 8 8. O mmol甲基丙烯酸，超聲波處理30分鐘，於0-4°C溫度下自組裝8-12小時； B)加入0.1 1.0mmol疏水劑、0.1 I.O mmol的表面活性劑、20 80 mL超純水、10. 0 50· O mmol交聯劑和0. 0100 0· 1000 g引發劑，混合； C)超聲波處理1(Γ15分鐘，通氮氣除氧氣8 15分鐘，再超聲波處理1(Γ15分鐘，利用超聲波對溶液中的物質具有高分散性的特點，形成穩定乳液，於5(T10(TC水浴中機械攪拌，反應5 24小時得到白色聚合物微球； D)將上述聚合物微球研碎，用體積比為9:1的甲醇-乙酸溶液索氏萃取至紫外檢測不到壬基酚和雙酚A，再用甲醇洗至中性，研磨過篩，乙腈沉降，真空乾燥至恆重，得到雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物。
2.根據權利要求I所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，其特徵在於所述步驟A中，雙酚A與壬基酚的摩爾比為1:1。
3.根據權利要求I所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，其特徵在於所述步驟A中，雙酚A與甲基丙烯酸的摩爾比為1: 4。
4.根據權利要求I所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，其特徵在於所述步驟A中，壬基酚與甲基丙烯酸的摩爾比為1:4。
5.根據權利要求I所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，其特徵在於所述步驟B中，疏水劑與表面活性劑的摩爾比為4:1。
6.根據權利要求I所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，其特徵在於所述步驟B中，交聯劑與引發劑的比例為400:1 (mmol:g)。
7.根據權利要求I或5所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，其特徵在於所述步驟B中，所述疏水劑選自石蠟，正十二烷，正十四烷，正十六烷，正十八烷。
8.根據權利要求I或5所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，其特徵在於所述步驟B中，所述表面活性劑是由斯盤80與十六烷基三甲基溴化銨按1:9飛:5的比例混合而成的混合表面活性劑。
9.根據權利要求I或6所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，其特徵在於所述步驟B中，所述交聯劑選自乙二醇二甲基丙烯酸酯，聚乙二醇二丙烯酸酯、三甲醇基丙烷三甲基丙烯酸酯、甲季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯。
10.根據權利要求I或6所述的雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球，其特徵在於所述步驟B中，所述引發劑選自偶氮二異丁腈，過硫酸鉀，過硫酸銨，過硫酸鹽-四甲基亞乙二胺。
全文摘要
本發明涉及一種雙酚A和壬基酚雙模板分子印跡聚合物微球。它是通過以下步驟來製備的將壬基酚、雙酚A溶於氯仿中，再加入甲基丙烯酸，超聲波處理30分鐘，0-4℃自組裝8-12小時；加入疏水劑、表面活性劑、超純水、交聯劑和引發劑，混合；超聲波處理10~15分鐘，通氮氣除氧氣8~15分鐘，再超聲波處理10~15分鐘，形成穩定乳液，50~100℃水浴攪拌，反應5~24小時得到白色聚合物微球；研碎，用9:1的甲醇-乙酸溶液索氏萃取至紫外檢測不到壬基酚和雙酚A，再用甲醇洗至中性，研磨過篩，乙腈沉降，真空乾燥。本發明提供了一種選擇性高、吸附容量高、萃取回收率高、粒徑較均一的球形分子印跡聚合物，適用於水產品和水環境樣品中雙酚A和壬基酚的富集和分析。
文檔編號C08J9/26GK102911306SQ201210381798
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月10日 優先權日2012年10月10日
發明者韋壽蓮, 劉永, 汪洪武, 黃惠雪, 嚴子軍 申請人:肇慶學院