三唑磷磁性印迹固相萃取材料制备及其应用

谢成根，祝鹏程，朱俊飞，李淮芬

（1.皖西学院材料与化工学院，安徽 六安237012；2.仿生传感与检测技术省级实验室，安徽 六安237012）

分子印迹聚合物是一种对目标分子具有特异选择性和识别能力的高分子功能材料，在色谱分离、仿生传感器、固相萃取等许多领域都具有良好的应用前景［1-3］。与传统分子印迹聚合物材料相比，高比表面积的纳米结构印迹材料由于其对目标分子具有高选择性、高结合容量、快结合动力学等优点而引起人们高度关注［4-5］。但在实际应用过程中，分离或收集纳米结构印迹材料需要经过反复离心处理，过程繁琐，分离耗时长，损失量大，回收难、损失大成为困扰纳米结构分子印迹在实际应用中的一个主要难题。相比较离心或过滤分离技术，磁分离技术过程更易、效率更高，因此，探索在功能化磁性纳米粒子开展表面分子印迹技术的研究，制备拥有高磁性功能和分子识别功能的磁性印迹复合纳米材料有望克服纳米印迹材料难分离、易损失缺点［6-7］。本文通过表面分子印迹技术，在丙烯酰基功能化的磁性Fe3O4粒子表面制备三唑磷磁性分子印迹聚合物，该磁性印迹聚合物作为固相萃取剂，实现对目标分子的高选择性分离和富集。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

GC-2010气相色谱仪（日本岛津）；TU-1901紫外可见分光光度计（北京普析）；Nexus-670FT-IR（美国尼高力）；JSM-6700F扫描电子显微镜（日本电子公司）；3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（MPS）、丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、三唑磷（Sigma公司）、偶氮二异丁腈（AIBN）、甲醇、乙醇、乙腈、乙酸等除特别说明外，均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。

1.2 磁性Fe3O4粒子的制备及改性

在250mL的三颈烧瓶中，FeCl2·4H2O（0.01 mol）和 FeCl3·6H2O（0.02mol）完全溶解到100 mL蒸馏水中，通氮气除氧15min后，升高温度到80℃，在剧烈搅拌（800rpm）并保持氮气氛条件下，逐滴滴入15mL氨水（25%），反应1h后，黑色悬浮液在磁场作用下分离，所得的Fe3O4以蒸馏水及无水乙醇洗涤数次，真空干燥24h。进一步利用硅烷化反应将MPS分子接枝到Fe3O4粒子表面，形成含有丙烯酰基功能化的 MPS-Fe3O4粒子［9］。具体步骤为：将0.1g Fe3O4纳米粒子分散到20mL无水甲苯中，加入1mL MPS于上述混合溶液，超声分散15min，在惰性气氛下回流24h，所得 MPSFe3O4粒子磁场分离，用乙醇、乙腈洗涤，真空干燥24h。

1.3 三唑磷磁性印迹聚合物（Fe3O4/MIP）的制备

20mg MPS-Fe3O4粒子超声分散到50mL乙腈中，将三唑磷 （0.1mmol）、功能单体丙烯酰胺（0.4 mmol）、交联剂EGDMA （1.6mmol）和引发剂AIBN（15mg）分散到上述混合溶液中，通氮除氧20 min后密封，置于一恒温气浴摇床中，控制转速为300rpm，保持反应温度60℃，反应24h后，用磁铁收集印迹聚合物并用10%冰醋酸反复洗涤聚合物至上清液中检测不到三唑磷分子，再以蒸馏水、甲醇、丙酮反复洗涤印迹聚合物后，真空干燥24h即得到磁性印迹聚合物。磁性非印迹聚合物合成除了不加三唑磷分子外，其他方法相同。

1.4 分子印迹固相萃取

称取0.3g三唑磷磁性印迹/非印迹聚合物，超声分散于1.0mL 0.1%的PVA溶液中，将此分散液慢慢滴入固相萃取柱中后（两端用玻璃棉封堵），置于50℃鼓风干燥烘箱中烘烤2h即制得分子印迹固相萃取柱。使用时首先利用蠕动泵泵入甲醇、蒸馏水反复清洗固相萃取柱后，以1.0mL/min流速将一定量的样品溶液循环泵入固相萃取柱50min，以保证样品中三唑磷分子被印迹材料吸附，进一步泵入蒸馏水淋洗固相萃取柱5min，以除去在上样过程中非选择性吸附物质的干扰，最后使用10mL的15%醋酸/醋酸钠（pH 4.0）-甲醇洗脱被萃取柱保留的模板分子，收集含有三唑磷的洗脱液。

1.5 气相色谱分析条件

实验中所有的气相色谱测定的条件相同，色谱条件为：进样口温度270℃，柱温为150℃，FPD检测器温度为270℃，按程序升温在150℃保留2.0 min，200℃保留1.5min，最后在250℃保留4.0 min，其中H2流量为100mL/min，空气流量为110 mL/min。

2 结果与讨论

2.1 三唑磷磁性印迹聚合物制备

图1（a）表示修饰MPS前后红外光谱，显然修饰前在3 500cm-1附近有宽的红外吸收带，表明Fe3O4粒子表面含有大量的羟基，这有利于与MPS发生硅烷化反应。修饰 MPS后，在1 718cm-1、2 928cm-1和2 865cm-1出现清晰的红外吸收峰，可能分别对应MPS分子特征基团丙烯酰基和CH2的红外吸收峰，这表明通过硅烷化反应已将MPS分子接枝到Fe3O4粒子表面，形成含有丙烯酰基功能化的MPS-Fe3O4粒子。进一步利用表面功能单体诱导技术在MPSFe3O4表面印迹三唑磷分子，由图1（b）所示，印迹聚合物完全包裹Fe3O4粒子，形成磁性印迹复合材料。实验细节也表明，制备的印迹聚合为淡红褐色悬浊液（图b插图（1）），当在外磁场的作用下印迹聚合物迅速吸附沉降，具有很好的磁敏感性（图b插图（2））。

2.2 磁性印迹材料固相萃取三唑磷

图1 （a）Fe3O4接枝MPS前后红外光谱（插图Fe3O4接枝MPS原理示意图）；（b）磁性印迹聚合物的SEM（插图为磁性印迹材料磁分离）

图2 固相萃取1.0×10-5 mol/L三唑磷溶液紫外吸收光谱变化曲线

图2表示1.0×10-5mol/L三唑磷水溶液循环泵入固相萃取柱（0.3g Fe3O4/MIP）过程中，溶液紫外吸收光谱随固相萃取时间变化关系。显然，随着吸附时间增加，三唑磷溶液的紫外吸收峰显著减弱，当吸附时间大于50min，其紫外光谱趋于稳定，表明三唑磷固相萃取柱吸附三唑磷已得到饱和，此时固相吸附率为82%。同样方法讨论磁性非印迹材料的固相萃取率仅为8%，显然合成的三唑磷磁性印迹复合材料能选择性吸附目标分子，可以作为固相萃取吸附剂富集目标分子。试验中也讨论利用甲醇和乙醇为上样溶剂，结果表明其固相萃取吸附率分别为55%和61%，因此本实验选取水作为上样溶剂及淋洗液，上样时间控制为50min。

2.3 三唑磷固相萃取柱的洗脱

固相萃取柱按上述条件吸附一定量的三唑磷分子后，通过蠕动泵将10mL蒸馏水和15%醋酸/醋酸钠（pH 4.0）-甲醇溶液循环泵入固相萃取柱，分别记录洗脱液的紫外光谱变化。如图3所示，当15%的醋酸/醋酸钠（pH 4.0）-甲醇作为洗脱液，其紫外吸收峰随洗脱时间增加而显著增大，当洗脱时间超过30 min，紫外吸收峰趋于稳定，表明固相萃取柱中吸附的三唑磷分子已完全洗脱到洗脱液中。图3插图表示蒸馏水洗脱固相萃取柱的紫外光谱变化，在238 nm处仅有微弱的吸收峰，且随着时间的变化其峰值几乎不变，这说明蒸馏水洗脱固相色谱柱时，仅能洗脱结合力弱的非选择性吸附分子，不能洗脱结合力大的选择性吸附分子。因此试验中三唑磷在固相萃取柱吸附后，可以通过泵入蒸馏水来去除非选择吸附分子，以提高分析的选择性。

图3 10mL 15%醋酸/醋酸钠（pH 4.0）-甲醇溶液循环洗脱固相萃取柱的紫外光谱变化

图4 （a）1.0×10-6 mol/L毒死蜱和三唑磷的混合液色谱图；（b）Fe3O4/MIP柱上的洗脱液色谱图

2.4 固相萃取气相色谱分析

在上述优化的实验条件下，浓度为1.0×10-6mol/L毒死蜱和三唑磷的混合液泵入固相萃取柱，以蒸馏水为淋洗液，pH 4.0醋酸/醋酸钠-甲醇溶液为洗脱液进行固相萃取，洗脱液用气相色谱分析，色谱图如图4所示。显然，1.0×10-6mol/L三唑磷和毒死蜱混合液经过固相萃取后，混合液中三唑磷在固相萃取柱得到有效的分离和富集，三唑磷富集约40倍，毒死蜱对三唑磷分离因数SCPF/TAP低达10-4。

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