结晶紫印迹材料的制备及其在鲤鱼样品分析中的应用

李镇伯，邢梦轩，丁 鑫，安 源，苏雪怡，潘星雨

( 西北民族大学 化工学院，甘肃 兰州 730124)

1 引言

染料被广泛应用于纺织、造纸、橡胶、塑料、化妆品、制药以及食品工业等[1]，其产生的废水具有水量大、有机污染物含量高、难降解等特点，排放的废水会对人类健康及环境产生严重的危害，染料废水的处理已经成为研究热点[2]。结晶紫是常用的染料之一，本身很难降解，其母体化合物和代谢物均具有潜在的致突变、致畸和致癌性，目前结晶紫废水的处理方法主要有光降解法[3]、浮选法[4]和吸附法[5]等。

结晶紫又称甲基紫、龙胆紫，是一种三苯甲烷类碱性染料，过去常用作抗菌、杀寄生虫药，用于鱼类水霉病、烂腮病、烂鳍病、寄生虫病等的预防和治疗。但由于其本身难降解，其母体化合物和代谢物均具有潜在的致突变、致畸和致癌性，且能在水生动物体内长时间残留，并可能通过食物链对人类造成危害，严重影响水产品的食用安全性。目前结晶紫已被许多国家明令禁止用于水产品养殖的消毒，各国都加强了对水产品中结晶紫残留量的检测[1-2]。

常用的可以有效检测结晶紫的方法主要有高效液相色谱法，紫外-可见分光光度计法和荧光法等、但是由于结晶紫样品往往基体复杂且结晶紫含量水平不高，在检测过程中，关键是样品中有效成分的良好分离和富集。传统的分离方法操作繁杂，因此，建立从复杂基质中高效地分离富集结晶紫的方法具有重要意义。

分子印迹技术提供了一种简单的直接识别分子能力的方法。采用该技术制备的印迹聚合物材料可以在三维空间上与模板分子相匹配，因此对模板离子可以体现出超凡的特意选择性和亲和力，可用于药物分析、固相萃取及中草药有效成分的分离等领域[6-9]， 进而为结晶紫等兽药的残留检测提供了一个更高效快速的前处理方法。采用该技术制备的分子印迹聚合物(MIP)对模板分子显示出高度的亲和性和特异的选择性，可用于药物分析、固相萃取及中草药有效成分的分离等领域。

本研究在前期工作的基础上，以硅烷化的硅胶微粒为载体，采用表面分子印迹技术制备结晶紫印迹聚合物材料(CV-Mips)，并对其进行表征和性能评价。以期制备一种新型的分子印迹材料，应用于样品中结晶紫的分离纯化。

2 实验材料仪器与方法

2.1 实验装置和仪器

紫外可见光分光光度计(SPECORD 50,Analytik Jena AG,Germany)和傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet NEXUS 670 (Madison,WI,USA)应用于紫外光谱和红外光谱分析；上海奥豪斯仪器有限公司生产的800型离心机，郑州长城科工贸有限公司生产的集热式恒温加热磁力搅拌器、太仓市光明实验分析仪器厂生产的台式水浴恒温振荡器和昆山市超声仪器有限公司制造的KQ-250B型超声波清洗器用于实验分析。

2.2 化学药品和试剂

硅胶( 80～100 目)，中国海洋大学化工有限公司；结晶紫标准品，山东优索化工科技有限公司；丙烯酰胺(AM)，天津市光复精细化工研究所；N，N-亚甲基双丙烯酰胺( MBA)，沈阳市新兴试剂厂；三氨丙基三甲氧基硅烷( KH-550)，天津市光复精细化工研究所；正己烷，吉林市北华精细化工有限公司；甲醇、乙醇和冰醋酸等均为分析纯，南京化学试剂有限公司。

3 实验步骤

3.1 吸附剂的合成

3.1.1 硅胶的活化

取20 g 硅胶于250 mL 圆底烧瓶中，加入200 mL 10% HNO3溶液搅拌12 h，除去硅胶表面的无机杂质，增加硅胶表面的活性羟基数目，蒸馏水洗涤至中性，置于干燥环境中自然晾干。

3.1.2 硅烷化硅胶的制备

取10 g 的活化硅胶和10 mL 三氨丙基三甲氧基硅烷( KH-550) ，使其分散于150 mL 无水乙醇中，超声30 min 使活化硅胶充分分散开，90℃回流24 h，冷却至室温后，经无水乙醇洗涤3～4次后抽滤，80 ℃真空干燥，过夜备用，得到表面修饰过的硅胶。

3.1.3 印迹材料的制备

称取2.7g结晶紫于三口瓶中，加入100mL丙酮，完全溶解后加入5mL MAA(甲基丙烯酸)，搅拌30min然后加入5.0 g硅烷化硅胶及1.292g交联剂MBA(N，N-亚甲基丙烯酰胺)。通氮气除氧30min后加入过硫酸铵51.6mg，在40℃下回流搅拌12h后,将产物抽滤。用无水乙醇反复洗涤至滤液无色，将产物抽滤，80℃真空干燥8h，得到印迹材料(CV-Mips)。合成空白印迹聚合物( Nips) 制备过程除不加模板分子外与印迹材料合成过程均相同。

3.2 印迹聚合物的性能研究

分别称取30 mg CV-Mips 和Nips 于10 mL 具塞容量瓶中，分别加入10 mL ,10μg/mL 的结晶紫的标准溶液，置磁力搅拌器上，室温下振荡吸附1 h，用紫外分光光度计测量603 nm 处的结晶紫的游离浓度，根据前后溶液中底物的浓度变化，计算出聚合物对模板分子的吸附量率。

4 结果与讨论

4.1 红外光谱分析

采用红外光谱对活化硅胶、KH-550 修饰和印迹聚合物进行表征。由图1可知，特征吸收峰为Si-O-Si 键和Si-O-H 键伸缩振动是在1100cm-1观察到的，可以归属为Si-O变形振动的特征吸收峰在800 cm-1和470 cm-1观察到的。通过比较活化和经KH-550 修饰后的光谱图，发现波长为971 cm-1的Si-OH 吸收峰明显减弱，可以证明硅胶表面成功的接枝了KH-550；经KH-550 修饰后的硅胶载体光谱图和CV-Mips 光谱图上波数为2950，2850 cm-1的吸收峰克归属为-CH2-的弯曲振动和伸缩振动，是交联剂MBA 连接到硅胶载体的特征峰。

图1 活化硅胶、KH-550 修饰和CV-Mips红外光谱图

4.2 pH值的影响

影响分析物吸附效率的一个重要参数是样品的pH值。采用推荐的方法研究不同pH值对结晶紫吸收的影响。在pH值为2～8时对溶液进行萃取分析，然后使用紫外光谱仪进行分析。从图2可以看出，随着pH值的增大，吸附率不断增大，当溶液pH值为8时，吸附率最高，达到了80%以上，达到了良好的吸附效果。

图2 pH值对萃取吸附率的影响

4.3 吸附动力学研究

研究了不同的振荡时间(5～40min)，CV-Mips对结晶紫萃取吸附率的影响。结果(图3)表明，结晶紫的吸附量在前20 min随接触时间的增加而迅速增加，达到非平衡曲线。这是因为吸附剂表面有大量的吸附位点，可以在吸附初期吸附大量的结晶紫。这表明，表面印迹大大促进了结晶紫向结合位点扩散，吸附是一个快速的动力学过程。

图3 聚合物的吸附动力学曲线

4.4 吸附容量

图4 初始浓度对吸附容量的影响

吸附容量是一个重要的因素，因为它决定了需要多少吸附剂才能定量地从给定的溶液中富集分析物。为了研究CV-Mips对结晶紫的吸附容量，我们采用静态吸附法分别称取6份印迹材料25 mg置于烧杯中，分别加入50,100,150,200,250 μg/mL 的结晶紫混合溶液，绘制初始浓度(Co，μg mL-1)与计算所得Q(mg g-1)的关系曲线(图4)。由图可知，吸附容量随初始浓度的增大而不断增大，经计算，CV-Mips对结晶紫最大吸附容量为22.04 mg/g。

5 结论

本研究以结晶紫为模板分子，以丙烯酰胺为功能单体，三氨丙基三甲氧基硅烷( KH-550) 为表面接枝材料，N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，采用表面分子印迹的方法合成了结晶紫分子印迹聚合物，并对其性能进行了研究。结果表明，该方法克服了传统制备方法的缺点，制备过程简单，识别能力强，对底物的吸附速度快，具有良好的应用前景。