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1 2015 年 9 月 Vol.33 No.9 September 2015 Chinese Journal of Chromatography 957 ~ 965 研究论文 DOI: / SP.J 青霉噻唑酸表面分子印迹聚合物的制备及其吸附性能的考察郑鹏磊, 罗智敏, 畅瑞苗, 葛燕辉, 杜玮, 常春, 傅强 ( 西安交通大学药学院, 陕西西安 ) 摘要 : 针对青霉素药物及乳制品中致敏杂质青霉噻唑酸 (PEOA) 的特异性分离分析, 采用表面印迹聚合法, 以青霉噻唑酸为模板分子, 制备青霉噻唑酸分子印迹聚合物 (PEOA MIPs) 通过静态吸附吸附动力学及选择性实验考察其吸附性能, 结果显示 PEOA MIPs 对青霉噻唑酸有特异的识别能力和快速的传质速率, 饱和吸附量为 mg / g, 静态吸附和吸附速率分别符合 Langmuir 模型和准二级动力学方程, 表明 MIPs 的吸附是以化学吸附为主的单分子层吸附利用扫描电镜 (SEM) 红外光谱 (FT IR) 和热重分析 ( TGA) 对聚合物进行表征, 结果显示聚合物成功接枝在硅胶表面, 并具有良好的热稳定性 PEOA MIPs 对 PEOA 具有特异的识别能力, 可用作萃取介质, 为建立快速分离分析致敏杂质青霉噻唑酸的方法提供基础关键词 : 表面分子印迹聚合物 ; 青霉噻唑酸 ; 分子识别 ; 吸附性能中图分类号 :O658 文献标识码 :A 文章编号 : (2015) Preparation of surface molecularly imprinted polymers for penicilloic acid and its adsorption properties ZHENG Penglei, LUO Zhimin, CHANG Ruimiao, GE Yanhui, DU Wei, CHANG Chun, FU Qiang (School of Pharmacy, Xi an Jiaotong University, Xi an , China) Abstract: On account of the specificity and reproducibility for the determination of penicilloic acid in penicillin, this study aims to prepare penicilloic acid imprinted polymers ( PEOA MIPs) by surface polymerization method at the surface of modified silica particles by using penicilloic acid ( PEOA) as the template molecule, methacrylic acid ( MAA) as the functional monomer, ethylene glycol dimethacrylate ( EGDMA) as the cross linker, and methanol / acetonitrile as the solvents. The synthesis conditions were optimized, and PEOA MIPs had the best adsorption capacity when the molar ratio of template molecule / functional monomer was 1 4, cross linking degree was 85% and the solvent ratio of methanol / acetonitrile was 1 1 (v / v). The adsorption properties were evaluated by adsorption experiments, including the adsorption isotherms, kinetics and selectivity. The adsorption process between PEOA MIPs and PEOA fitted the Lang muir adsorption isotherm with the maximum adsorption capacity of mg / g and the pseu do second order reaction kinetics with fast adsorption kinetics ( the equilibrium time of 45 min). The as synthesized PEOA MIPs were characterized by scanning electron microscopy ( SEM), Fourier transform infrared spectroscopy ( FT IR), and thermal gravimetric analysis (TGA). The results indicated that the MIPs layer has been successfully grafted on the surface of SiO 2 microparticles and the PEOA MIPs had the excellent thermal stability. The PEOA MIPs showed the highest selective recognition for PEOA. The PEOA MIPs possess a high adsorption capacity, rapid mass transfer rate and high selectivity to PEOA when compared with non imprinted polymers (PEOA NIPs). The PEOA MIPs was expected to be used as the solid phase 通讯联系人.Tel:(029) ,E mail:fuqiang@ mail.xjtu.edu.cn. 基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( ); 国家重大科研仪器设备研制专项基金项目 ( ); 中国博士后科学基金项目 (2014M562428). 收稿日期 :

2 958 色谱第 33 卷 extraction medium and this study provides the potential applications for fast recognition and analysis of the penicilloic acid in penicillin. Key words: surface molecularly imprinted polymer; penicilloic acid ( PEOA); molecular rec ognition; adsorption properties 1928 年,Fleming 发现了青霉素, 随后青霉素一直广泛应用于临床, 挽救了无数人的生命青霉素具有抗菌能力强高效廉价等优点, 然而其过敏反应的发生率居各类药物首位, 被视为世界性医学难题 [1,2] 近年来国内外学者研究发现致敏原并非青霉素药物本身, 而是在合成储存或使用过程中, 在潮解受热 ph 变化或酶的作用下, 青霉素的 β 内酰胺环易于开环产生青霉噻唑酸 (penicilloic acid, PEOA) 及多聚物等杂质 [3] 青霉噻唑酸在体内易与蛋白质或多糖结合形成全抗原, 激发 T 细胞, 从而诱发过敏反应, 严重者甚至导致休克或死亡 [4] 青霉素类抗生素被广泛应用于畜牧业, 然而青霉素进入动物体内, 经肝脏代谢可产生青霉噻唑酸并在肝脏蓄积, 食用此类动物源食品对人们的身体健康具有潜在危害, 严重影响食品的质量和安全 [5] 因此建立快速有效的青霉噻唑酸分离分析方法, 对提高青霉素药物的安全性减少过敏反应的发生和检测食品中抗生素的残留有重要意义目前已有报道的青霉噻唑酸分析方法有薄层色谱法 [6] 高效液相色谱法 [7,8] 高效液相色谱串联质谱法 [9,10] [11] 酶联免疫吸附法等此外, 样品的前处理技术对于复杂样品的高灵敏度检测尤为重要, 传统的前处理技术有液液萃取固相萃取 ( solid phase extraction, SPE) 等, 然而常用的萃取介质如 C8 C18 等存在特异性识别差回收率低内源性杂质干扰严重等问题, 导致分析结果存在重复性差专属性不强和准确度不高的问题近年来, 为了满足高选择性的需求, 新的萃取介质如分子印迹聚合物 (molecularly imprinted polymers, MIPs) 受到了广泛关注 [12-15], 分子印迹聚合物具有特异识别性广泛实用性和构效预定性等优点, 将分子印迹聚合物用于固相萃取介质可特异性识别复杂样品中的目标分子, 实现对目标分子及其结构类似物的选择性富集和分离分子印迹聚合物的制备方法主要有本体聚合法沉淀聚合法和悬浮聚合法等, 然而这些聚合方法存在模板分子难以洗脱印迹位点包埋过深吸附速率慢结合容量低等缺点 [16] 近年来研究发现以表面聚合法制备的聚合物具有特异的选择性更易接近的结合位点快速的传质速率和较高的结合动力学等优点, 表面聚合法已日益成为分子印迹领域的主要聚合技术 [13,15,17] 本研究采用表面印迹聚合法, 以青霉噻唑酸为模板分子, 甲基丙烯酸为功能单体, 乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂, 甲醇 / 乙腈为溶剂, 在改性硅胶表面制备青霉噻唑酸分子印迹聚合物, 并对模板分子功能单体摩尔比交联度和溶剂等聚合条件进行优化利用扫描电镜红外光谱元素分析和热重分析对聚合物形貌和物理特性进行表征结合高效液相色谱法 (HPLC), 采用静态吸附吸附动力学及选择性吸附实验对青霉噻唑酸分子印迹聚合物的吸附性能进行考察所制备的分子印迹聚合物用于固相萃取 (MISPE), 为建立青霉素类药物和食品中致敏性杂质青霉噻唑酸的分离分析方法奠定了基础, 实现青霉素药物的安全性评价和食品中青霉素残留的检测 1 实验部分 1.1 仪器试剂与材料 [18,19] 青霉噻唑酸 ( 按照已报道的合成方法自制 ); 青霉素 G( penicillin G, 纯度 >97%) 6 氨基青霉烷酸 (6 aminopenicilanic acid, 纯度 >99%) 美洛西林 (mezloeillin, 纯度 >98%) 氯唑西林 ( cloxacil lin, 纯度 >97%) 奥拉西坦 (oxiracetam, 纯度 >94%) 均购于西安仁达生物科技有限公司 ; 乙二酸二甲基丙烯酸酯 ( ethylene glycol dimethacrylate, EGDMA, 美国 Sigma 公司, 分析纯 ) 使用前经碱液萃取 ; 甲基丙烯酸 ( methacrylic acid, MAA, 天津市化学试剂研究所, 分析纯 ) 使用前经减压蒸馏处理 ; 偶氮二乙丁腈 (2,2 azobisisobutyronitrile, AIBN, 上海试剂四厂, 化学纯 ) 使用前经甲醇重结晶 ;3 氨丙基三乙氧基硅烷 (3 aminopropyltriethoxysilane, APTES, 北京百灵威化学有限公司, 化学纯 ); 磷酸氢二铵磷酸盐酸 ( 北京化工厂 ); 硅胶 ( 粒径 :100 μm, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd, 日本 ); 三蒸水 (Molelement 1805b 元素型超纯水机, 上海摩勒生物科技 ); 其余试剂均为分析纯或色谱纯 Shimadzu 色谱系统包括 LC 20AT 泵 SPD 20A 紫外检测器 CBM 102 实时分析色谱工作站 ; AUY220 型电子天平 ( 日本 Shimadzu 公司 );

3 第 9 期郑鹏磊, 等 : 青霉噻唑酸表面分子印迹聚合物的制备及其吸附性能的考察 959 Mettler Toledo ph 计 ( 德国梅特勒托利多集团 ); Thermo Nicolet Nexus 330 FT IR Spectrometer ( 美国 Madison 公司 ); TM 1000 Scanning Micro scope( 日本 Hitachi 公司 ); EL3 Elementary Ana lyser ( 德国 Elementar 公司 ); SDT Q600 Thermo gravimetric Analyzer ( 美国 TGA 公司 ); KQ3200DB 型数控超声波清洗器 ( 昆山市超声仪器有限公司 ); 101 2AB 型电热恒温鼓风干燥箱 ( 天津市泰斯特仪器有限公司 ) 1.2 HPLC 条件色谱柱 :Promosil C18 柱 (150 mm 4 6 mm, 5 μm); 流动相 : 乙腈磷酸氢二铵溶液 (0 05 mol / L, ph 6 18)(15 85, v / v), 过滤并超声后使用 ; 流速 : 0 8 ml / min; 检测波长 :225 nm; 柱温 :25 ; 进样量 :10 μl 1.3 青霉噻唑酸分子印迹聚合物的制备采用表面印迹聚合法, 以 PEOA 为模板分子, MAA 为功能单体,EGDMA 为交联剂, 甲醇 / 乙腈为溶剂, 在改性硅胶表面制备青霉噻唑酸分子印迹聚合物 (PEOA MIPs) 硅胶的活化称取球形硅胶约 6 g, 分散于 50 ml 质量分数为 10% 的 HCl 溶液中, 在 110 下加热搅拌回流 24 h, 然后用大量水洗至中性,60 下干燥 24 h 硅胶的改性称取活化硅胶约 5 g 于 100 ml 圆底烧瓶中, 依次加入甲苯 50 ml APTES 2 ml 和三乙胺 1 ml, 110 下加热搅拌回流 24 h 反应后用甲醇洗去未反应试剂,60 下干燥 24 h 即得改性硅胶 ( SiO 2 APTES) PEOA MIPs 的制备称取 0 5 mmol PEOA 于 10 ml 甲醇中, 超声溶解后加 10 ml 乙腈, 加入功能单体 MAA 168 μl (PEOA 和 MAA 的摩尔比为 1 4) 和 SiO 2 APTES 2 g, 25 下搅拌 12 h 进行预组装再加入交联剂 EGDMA 952 μl ( 交联度 85%) 和引发剂 AIBN g, 超声分散 20 min 后通氮气 20 min, 密封后于 60 下水浴反应 24 h 将反应产物减压抽滤, 并用大量甲醇洗涤, 丙酮漂洗甲醇冰醋酸 (4 1, v / v) 索氏洗脱 24 h 以除去模板分子, 然后依次用乙腈水 (20 80, v / v) 甲醇洗涤, 干燥得青霉噻唑酸表面分子印迹聚合物 (PEOA MIPs) 制备青霉噻唑酸非印迹聚合物 (PEOA NIPs), 除不加入模板分子 PEOA 外, 其他步骤同上 1.4 聚合物形貌和物理特性的表征采用扫描电子显微镜对活化硅胶和聚合物进行观察, 以获取样品表面形貌信息采用 KBr 压片法分别对活化硅胶改性硅胶和 PEOA MIPs 进行红外光谱分析采用热重分析仪分别测定活化硅胶改性硅胶及印迹聚合物的热重曲线, 并根据相对重量损失计算硅胶表面的聚合物层的重量 ( 公式 (1)) 对分子印迹聚合物进行元素分析, 并根据元素分析结果计算聚合物层的厚度 ( 公式 ( 2 ) (3)) [20] m MIPs m s = m C = loss 100% (1) 1- loss C 100- C M w M C (2) d = m C M w M C ρ S 103 (3) 其中 :m MIPs 为硅胶表面聚合物层的质量 ( mg); m s 为硅胶的质量 ( g); loss 为由热重分析所得的质量损失 ;C 为聚合物层的含碳量 ;m C 为每克硅胶表面聚合物层所含碳的质量 ( g); M w 为聚合物层的加权平均相对分子质量 ;M C 为聚合物层中碳原子的加权平均相对分子质量 ; ρ 为加权平均密度 (g / ml); S 为硅胶比表面积 ( m 2 / g); d 为聚合物层的厚度 (nm) 1.5 聚合物吸附性能的考察静态吸附实验精密称定 PEOA MIPs 和 PEOA NIPs 各 20 0 mg, 置于 10 ml 锥形瓶中, 加入 10 ~ 800 μg / ml 的 PEOA 系列溶液各 10 ml, 25 恒温空气浴振荡 1 h, 吸取上清液经 0 45 μm 微孔滤膜过滤后进行 HPLC 分析根据吸附前后 PEOA 浓度的变化计算聚合物对 PEOA 的吸附量 Q( 公式 (4)), 并用 Lang muir( 公式 (5) [21] ) 与 Freundlich( 公式 (6) [22] ) 两种模型分析静态吸附数据 Q = (C 0 -C e ) V W C e Q e = (4) 1 K L Q m + C e Q m (5) log Q e = 1 n log C e +log K F (6) 其中 : C 0 为吸附前溶液中 PEOA 的质量浓度 (μg / ml); C e 为吸附后溶液中 PEOA 的平衡质量浓度 (μg / ml); V 为 PEOA 溶液的体积 ( ml); W 为 PEOA MIPs 或 PEOA NIPs 的质量 (mg); Q e 为聚合物层的吸附量 ( mg / g); K L 为 Langmuir 吸附

4 960 色谱第 33 卷分配系数 ( L / mg); Q m 为聚合物层的最大吸附量 (mg / g); K F 和 n 均为 Freundlich 参数吸附动力学实验精密称定 PEOA MIPs 和 PEOA NIPs 各 20 0 mg, 置于 10 ml 锥形瓶中, 分别加入 400 μg / ml PEOA 溶液 10 ml, 25 恒温空气浴分别振荡 min 吸取上清液经 0 45 μm 微孔滤膜过滤后进行 HPLC 分析将吸附动力学数据用准一级动力学方程 ( 公式 (7)) 和准二级动力学方程 ( 公式 (8)) 分析 [23,24] : log (Q e -Q t )= log Q e - k 1t (7) 1 t / Q t = + t (8) k 2 Q 2 Q e e 其中 :Q e 为平衡吸附量 ( mg / g); Q t 为 t 时刻的吸附量 (mg / g); k 1 为准一级动力学方程吸附速率常数 (min -1 ); k 2 为准二级动力学方程吸附速率常数 (g / (mg min)) 吸附选择性实验精密称定 PEOA MIPs 和 PEOA NIPs 各 20 0 mg, 置于 10 ml 锥形瓶中, 分别加入 400 μg / ml 青霉素 G 6 氨基青霉烷酸美洛西林氯唑西林和奥拉西坦溶液各 10 ml, 25 下恒温空气浴振摇 1 h, 吸取上清液经 0 45 μm 微孔滤膜过滤后进行 HPLC 分析 1.6 MISPE HPLC 检测猪肝中青霉噻唑酸的前处理方法称取 150 mg PEOA MIPs 装入 2 5 ml 固相萃取空柱, 柱底端和顶端均加封聚丙烯筛板, 依次用 6 ml 甲醇和 6 ml 水冲洗取空白猪肝脏样品 2 0 g, 加入 4 ml 生理盐水匀浆处理, 并精密吸取不同浓度青霉噻唑酸溶液 200 μl 至匀浆液中, 超声分散后加入 6 ml 乙腈沉淀蛋白质, 于 r / min 下离心 10 min, 上清液再于 r / min 下离心 5 min 取上清液 1 ml 上样, 用 1 ml 异丙醇淋洗杂质, 再用 3 ml 甲醇 10% 冰醋酸 (9 1, v / v) 洗脱, 收集洗脱液并用氮气吹干, 用 1 ml 水复溶后经 0 45 μm 滤膜过滤后进行 HPLC 分析 2 结果与讨论 2.1 分子印迹聚合物的制备青霉噻唑酸分子印迹聚合物的制备流程如图 1 所示硅胶颗粒经过酸活化处理, 使其表面含有羟基基团活化硅胶与 APTES 发生反应, 将氨基基团接枝在硅胶表面加入的 PEOA 和 MAA 通过羧基和硅胶表面的氨基相互作用, 从而在硅胶表面发生聚合反应, 使聚合物层包覆在硅胶表面, 洗脱模板后, 形成青霉噻唑酸表面分子印迹聚合物图 1 青霉噻唑酸分子印迹聚合物的制备流程 Fig. 1 Preparation process of PEOA MIPs 在制备过程中功能单体 MAA 可能与模板分子 PEOA 形成氢键, 合适的模板分子功能单体摩尔比有利于聚合物具有更好的特异识别能力和吸附特性 ; 交联剂使模板分子和功能单体聚合形成高度交联刚性的聚合物, 在选择交联度时, 既要使聚合物具有一定的刚性以保持良好的空间构型, 又要具有一定的柔韧性以便易于接近其识别位点, 从而具有良好的识别性能理想的溶剂不但有助于模板分子和其他反应物的溶解, 还可能在一定程度上促进模板分子与功能单体之间的相互作用因此为了使分子印迹聚合物具有最佳的吸附能力, 分别对青霉噻唑酸分子印迹聚合物的制备条件进行了优化, 结果见图 2 从图 2a 中可以看出, 随着 MAA 的增加,PEOA MIPs 的吸附量逐渐增加 ; 但当 MAA 用量过多时, 功能单体会趋于自聚合而形成较多的非特异性结合位点, 导致印迹因子 (IF) 下降当模板分子与功能单体的摩尔比为 1 4 时, 所合成的聚合物有良好的识别能力与吸附能力, 为最佳比例从图 2b 中可以看出, 交联度为 85% 时, 聚合物对 PEOA 的吸附量和印迹因子均相对最高, 因此制备 PEOA MIPs 的最佳交联度为 85% 从图 2c 中可以看出, 当甲醇与乙腈的体积比为 3 1 时, 所合成的聚合物具有相对好的印迹因子, 但吸附量较低 ; 当甲醇与乙腈的体积比为 1 1 时, 所合成的聚合物具有相对好的印迹因子和相对较高的吸附量, 此时溶剂的极性有利于模板分子与功能单体之间氢键作用力的形成, 因此甲醇乙腈 (1 1, v / v) 为最佳溶剂综上,PEOA MIPs

5 第９期郑鹏磊等青霉噻唑酸表面分子印迹聚合物的制备及其吸附性能的考察９６１的最优制备条件为ＰＥＯＡＭＡＡ的摩尔比为１４交联度为８５溶剂为甲醇乙腈１１ｖｖ图３ａ活化硅胶ｂＰＥＯＡＭＩＰｓ和ｃＰＥＯＡＮＩＰｓ的扫描电镜图Ｆｉｇ３ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆａａｃｔｉｖａｔｅｄｓｉｌｉｃａｇｅｌｓｂＰＥＯＡＭＩＰｓａｎｄｃＰＥＯＡＮＩＰｓ图２不同制备条件对ＰＥＯＡＭＩＰｓ吸附性能的影响Ｆｉｇ２ＥｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆＰＥＯＡＭＩＰｓａｍｏｌａｒｒａｔｉｏｏｆＰＥＯＡＭＡＡｂｖｏｌｕｍｅｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｏｆｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｒｃｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏｏｆｐｏｒｏｇｅｎｉｃｓｏｌｖｅｎｔｓｍｅｔｈａｎｏｌａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅＩＦＱＭＩＰｓＱＮＩＰｓ２２聚合物形貌和物理特性的表征２２１扫描电镜分析借助扫描电子显微镜分别对活化硅胶和聚合物的表面形貌进行了观察结果见图３与活化硅胶见图３ａ相比ＰＥＯＡＭＩＰｓ见图３ｂ和ＰＥＯＡＮＩＰｓ见图３ｃ的表面更粗糙表明聚合物层在硅胶表面接枝成功而ＰＥＯＡＭＩＰｓ和ＰＥＯＡＮＩＰｓ并无明显差异２２２热重分析活化硅胶改性硅胶及印迹聚合物在２５８００温度区间的热重曲线见图４随着温度的升高活化硅胶和改性硅胶仅少量失重在８００时活化图４ａ活化硅胶ｂ改性硅胶ｃＰＥＯＡＭＩＰｓ和ｄＰＥＯＡＮＩＰｓ的热重分析曲线Ｆｉｇ４ＴＧＡｃｕｒｖｅｓｏｆａａｃｔｉｖａｔｅｄｓｉｌｉｃａｇｅｌｓｂＳｉＯ２ＡＰＴＥＳｃＰＥＯＡＭＩＰｓａｎｄｄＰＥＯＡＮＩＰｓ硅胶失重７４改性硅胶失重１０７３３的差额可能为所接枝ＡＰＴＥＳ的质量损失表明氨基成功接枝在活化硅胶表面ＰＥＯＡＭＩＰｓ和ＰＥＯＡＮＩＰｓ的热重曲线较为相似在２５２６０范围内均较稳定之后在２６０６００范围内均有较大的质量损失随后曲线趋于平坦在８００时ＰＥＯＡＭＩＰｓ和

6 962 色谱第 33 卷 PEOA NIPs 的总失重分别为 29 0% 和 38 4%, 硅胶表面 MIPs 层的重量约为 mg / g 表明聚合物层在硅胶表面接枝成功, 并且在 25 ~ 260 具有很好的热稳定性红外光谱分析活化硅胶改性硅胶 PEOA MIPs 的红外光谱分析结果见图 5 图 5a 中 cm -1 处的吸收峰为活化硅胶表面 O-H 的伸缩振动峰 ; 图 5b 中和 cm -1 处为 APTES 中 C-N 和 N-H 的伸缩振动峰, 表明硅胶表面成功接枝上 -NH 2 基团 ; 图 5c 中 cm -1 为 EGDMA 中 C-O 的伸缩振动峰, cm -1 处为聚合物骨架上 -CH 3 的伸缩振动峰, cm -1 处的强吸收峰可能为 MAA 或 EGDMA 中 C=O 的伸缩振动峰, 相比图 5b 中 N-H 的伸缩振动峰变宽, 说明聚合物中有氢键作用存在, 结果表明聚合物成功包覆在硅胶表面图 5 (a) 活化硅胶 (b) 改性硅胶和 (c) 印迹聚合物的红外光谱图 Fig. 5 FTIR spectra of ( a) activated silica gels, (b) SiO 2 APTESand (c) PEOA MIPs 元素分析对分子印迹聚合物进行元素分析, 结果见表 1 C 和 N 元素在聚合物中出现, 且 MIPs 和 NIPs 中碳的含量均较大, 经计算得 MIPs 和 NIPs 的聚合物层厚度 (d) 分别约为 2 17 和 3 13 nm, 表明功能单体和交联剂已接枝到硅胶表面, 在硅胶表面附着一定厚度的聚合物表 1 Table 1 PEOA MIPs 和 PEOA NIPs 的元素分析结果 Results of elemental analysis of PEOA MIPs and PEOA NIPs Sample C / % N / % d / nm PEOA MIPs PEOA NIPs 聚合物吸附性能的考察静态吸附实验为考察聚合物层的吸附性能, 采用静态吸附实验分别测定了 PEOA MIPs PEOA NIPs 和聚合物层的等温吸附曲线, 结果分别见图 6a c 随着溶液中 PEOA 浓度的增加, 聚合物层的吸附量均增加, 当溶液浓度增加至 600 μg / ml, 聚合物层的吸附位点趋于饱和, 从而使吸附处于平衡状态, MIPs 和 NIPs 聚合物层的饱和吸附量分别为和 mg / g 在整个吸附过程中,PEOA MIPs 的吸附量明显大于 PEOA NIPs, 表明 PEOA MIPs 对 PEOA 有特异的吸附能力在 PEOA MIPs 制备过程中,PEOA 与 MAA 之间形成氢键静电作用力等非共价作用力, 从而使在硅胶表面形成了能与模板分子 PEOA 相匹配且具有特异识别位点的三维孔穴结构, 因此 PEOA MIPs 除有同 PEOA NIPs 一样的非特异性吸附外, 还存在对模板分子的特异性吸附位点将聚合物层的等温吸附数据用 Langmuir 与 Freundlich 两种模型进行分析, 结果见表 2 Lang muir 相比 Freundlich 方程有更好的相关系数 (R 2 ), 聚合物层对 PEOA 的吸附行为符合 Lang muir 模型, 表明聚合物层对 PEOA 的吸附是单分子层吸附表 2 Langmuir 与 Freundlich 模型的等温吸附参数 Table 2 Adsorption isotherm constants for Langmuir and Freundlich equations Sample K L / (L / mg) Langmuir Q m / (mg / g) R 2 Freundlich K F n R 2 PEOA MIPs PEOA NIPs 吸附动力学实验为了研究 PEOA MIPs 达到吸附平衡所需的时间和吸附速率,PEOA MIPs 和 PEOA NIPs 吸附动力学曲线见图 6b PEOA MIPs 对青霉噻唑酸的吸附量在短时间内有很大的增加, 在 45 min 时吸附量变化趋于平缓, 达到吸附平衡 ; 且在任何时间段 PEOA MIPs 的吸附量均明显高于 PEOA NIPs 说明能与模板分子相互匹配且带有识别位点的三维空穴大都存在于聚合物的表面, 因此可以快速地吸附目标化合物用准一级动力学方程和准二级动力学方程进行吸附动力学分析, 结果见表 3 准二级动力学方程的相关系数 (R 2 ) 优于准一级动力学方程, 聚合物对 PEOA 的吸附动力学符合准二级动力学方程, 表明 PEOA MIPs 吸附识别过程主要为化学吸附,PEOA MIPs 具有快速的传质速率和结合动力学的特点

7 第 9 期郑鹏磊, 等 : 青霉噻唑酸表面分子印迹聚合物的制备及其吸附性能的考察 963 表 3 准一级和准二级模型的动力学参数 Table 3 Kinetic constants for pseudo first order rate and pseudo second order rate equations Sample Pseudo first order K 1 / Q e / R 2 Pseudo second order K 2 / (g / Q e / min -1 (mg / g) (mg min)) (mg / g) PEOA MIPs PEOA NIPs 图 6 PEOA MIPs 和 PEOA NIPs 的 (a) 等温吸附曲线 (b) 吸附动力学曲线和 (c) 聚合物层的等温吸附曲线 Fig. 6 ( a) Adsorption isotherms, ( b) kinetics of PEOA MIPs, PEOA NIPs and ( c) adsorp tion isotherms of polymer layers 1. PEOA NIPs; 2. PEOA MIPs 吸附选择性实验为考察 PEOA MIPs 对模板分子的选择性识别能力, 选择 6 氨基青霉烷酸青霉素 G 美洛西林氯唑西林和奥拉西坦作为类似物进行吸附选择性实验, 其化学结构和聚合物对其的吸附选择性结果见图 7 PEOA MIPs 对青霉噻唑酸的吸附能力最强, 印迹因子为 6 3, 6 氨基青霉烷酸青霉素 G 美洛 R 2 西林氯唑西林和奥拉西坦的印迹因子分别为和 1 0 在聚合物制备过程中, 模板分子 PEOA 在硅胶表面留下与 PEOA 空间结构相匹配且具有特异识别位点的三维孔穴, 因此对于非结构类似物奥拉西坦的吸附量很少, 且无特异性吸附对于 6 氨基青霉烷酸青霉素 G 美洛西林和氯唑西林, 结构上与青霉噻唑酸类似, 存在可与 PEOA MIPs 相互作用的位点, 但空间结构的差异影响了聚合物的吸附能力, 因此 PEOA MIPs 对其的吸附量较低, 印迹因子也低于青霉噻唑酸表明 PEOA MIPs 对模板分子有高度的选择性和识别能力 2.4 聚合方法的比较将所得硅胶表面分子印迹聚合物与文献报道采用表面分子印迹聚合法所得的聚合物进行比较 [25] Wei 等采用溶胶凝胶技术制备了对咖啡因具有特异识别能力的表面分子印迹聚合物, 饱和吸附量为 3 88 mg / g, 该法制备条件温和, 操作简便, 但在制备过程中凝胶化的程度不易控制, 溶胶凝胶印迹层易发生收缩和干裂, 导致部分结合位点被破坏, 因此该法制备的聚合物存在对目标分子吸附容量低的 [26] 问题, 且该法制备过程耗时较长 (72 h) Li 等采用表面印迹牺牲载体法制备了对盐酸小檗碱具有特异识别能力的分子印迹聚合物, 所制备的颗粒形状规整, 多孔性好, 但当载体硅胶用氢氟酸除去后, 导致聚合物机械稳定性和抗压性差, 不宜用作色谱填料或固相萃取介质, 且制备过程繁琐本文利用硅胶表面的羟基基团, 以 APTES 修饰硅胶, 从而将聚合物层嫁接在硅胶表面, 操作简便, 耗时较短 ( 24 h), 接枝聚合法增大了聚合物层结合位点的可接近性, 使其具有更好的吸附特性, 且具有机械稳定性高等优点 2.5 样品分析由于分子印迹聚合物对模板分子具有特异性吸附能力, 因此常与固相萃取技术结合来实现对目标物质的富集分离和纯化本文将制备的 PEOA MIPs 应用于固相萃取介质, 制备了分子印迹固相萃取小柱, 并与 HPLC 结合, 应用于猪肝中青霉噻唑酸的分离和分析经过 MISPE 净化前后样品的 HPLC 色谱图见图 8 经过 MISPE 净化后猪肝中内源性杂质明显减少, 表明 MISPE 预处理可以有效地消除样品中杂质的干扰, 实现对样品中 PEOA 的富集和纯化猪肝样品中 PEOA 加标回收率测定结果见表 4 PEOA 的回收率为 87 2% ~ 92 3%, RSD 均小于 7 9%, 表明该法可用于实际样品中微量 PEOA 的富集分离和分析

8 964 色谱第 33 卷图 7 PEOA 及其类似物的 (a) 化学结构和 (b)peoa MIPs 对 PEOA 及其类似物的吸附选择性 Fig. 7 ( a) Chemical structures of PEOA and its analogues and ( b) adsorption selectivity of PEOA MIPs for PEOA and its analogues 附平衡, 且吸附速率符合准二级动力学方程,PEOA MIPs 对目标物的吸附是以化学吸附为主的单分子层吸附所制备的 PEOA MIPs 具有更大的吸附量更快的吸附速率和更好的识别能力, 并用于萃取介质, 结合液相色谱技术实现猪肝中青霉噻唑酸的富集和分析, 对于提高青霉素类药物的安全性和控制食品的质量具有重要意义参考文献 : 图 8 加标猪肝样品的色谱图 Fig. 8 Chromatograms of spiked pork liver samples a. blank pork liver sample; b. spiked sample before SPE; c. spiked sample after SPE. 表 4 猪肝样品中 PEOA 的回收率 (n = 3) Table 4 Recoveries of PEOA in pork liver samples (n = 3) Spiked / (μg / g) Recovery / % RSD / % 3 结论以青霉素中致敏性杂质青霉噻唑酸为模板分子, 采用表面分子印迹聚合法制备了 PEOA MIPs, 并对制备条件进行了优化通过 SEM FT IR TGA 和元素分析结果显示聚合物层已成功接枝在硅胶表面, 并具有良好的热稳定性吸附性能研究发现 PEOA MIPs 对 PEOA 具有良好的吸附性能和特异选择识别能力, 静态吸附符合 Langmuir 方程, 其饱和吸附量为 mg / g, 并可在 45 min 内达到吸 [1] Padovan E, Bauer T, Tongio M M, et al. Eur J Immunol, 1997, 27: 1303 [2] de Groot H, Mulder W M C. Eur J Pediatr, 2010, 169(11): 1305 [3] Baldo B A. Antibodies, 2014, 3(1): 56 [4] Meng X L, Jenkins R E, Berry N G, et al. J Pharmacol Exp Ther, 2011, 338(3): 841 [5] Zhang Y, Jiang Y M, Wang S. J Agric Food Chem, 2010, 58: 8171 [6] Moats W A. J Agric Food Chem, 1983, 31(6): 1348 [7] Rambla Alegre M, Martí Centelles R, Esteve Romero J, et al. J Chromatogr A, 2011, 1218(30): 4972 [8] Zhang W Q, Hu Q X, Zhang X, et al. J Chromatogr A, 2014, 1323: 87 [9] Zhang X Y, Cai X X. Chinese Journal of Chromatography ( 张秀尧, 蔡欣欣. 色谱 ), 2014, 32(7): 693 [10] Li L X, Guo C H, Ai L F, et al. J Dairy Sci, 2014, 97(7): 4052 [11] Afolabi A S, Thottappilly G. Sci Res Essay, 2008, 3: 524 [12] Appell M, Jackson M A, Wang L C, et al. J Sep Sci, 2014, 37(3): 281 [13] Guijarro Díez M, Paniagua G, Fernández P, et al. Electro phoresis, 2012, 33(11): 1582 [14] Du W, Fu Q, Zhao G, et al. Food Chem, 2013, 139: 24 [15] Tang K, Gu X, Luo Q, et al. Food Chem, 2014, 150: 106 [16] Yan M. Molecularly Imprinted Materials: Science and

9 第 9 期郑鹏磊, 等 : 青霉噻唑酸表面分子印迹聚合物的制备及其吸附性能的考察 965 Technology. Boca Raton: CRC Press, 2004 [17] Yuan Z, Liu Y, An F. Microchim Acta, 2011, 172(1 / 2): 89 [18] Isaac G S, Stanley L H, Adelbert M K. J Pharm Sci, 1984, 73(1): 125 [19] Luo Z M, Zhou H Y, Wang W W, et al. Chinese Journal of Pharmaceutical Analysis ( 罗智敏, 周会艳, 王薇薇, 等. 药物分析 ), 2013, 33(4): 628 [20] Halhalli M R, Schillinger E, Aureliano C S A, et al. Chem Mater, 2012, 24(15): 2909 [21] Dada A O, Olalekan A P, Olatunya A M, et al. J Appl Chem, 2012, 3(1): 38 [22] Mazzotti M. J Chromatogr A, 2006, 11(26): 311 [23] Lee C R, Kim H S, Jang I H, et al. ACS Appl Mater Inter, 2011, 3(6): 1953 [24] Ho Y S, McKay G. Process Biochem, 1999, 34: 451 [25] Wei H S, Tsai Y L, Wu J Y, et al. J Chromatogr B, 2006, 836: 57 [26] Li H, Li Y, Li Z, et al. Appl Surf Sci, 2012, 258(10): 4314 岩矿测试 2016 年征订启事国内统一刊号 : CN / TD 国际标准刊号 : ISSN 国际 CODEN: YACEEK 国内邮发代号 : 国外发行代号 : BM4089 京西工商广字第 0227 号岩矿测试 1982 年创刊, 是中国地质学会岩矿测试技术专业委员会和国家地质实验测试中心共同主办的专业性学术期刊本刊以国家需求为导向, 坚持地质实验技术创新面向应用服务基层的方针和基本定位, 以发表优秀的地质与地球化学分析研究成果为核心目标, 报道国内外地质科学环境保护石油化工冶金及相关领域的基础性前瞻性和创新性研究成果, 推动分析测试技术的进步本刊主要栏目有 : 进展与评述岩石矿物分析生态环境研究矿产资源研究等征稿领域包括 : 元素分析, 岩石矿物分析与鉴定, 同位素, 勘查地球化学, 矿床地质, 矿产综合利用与评价, 海洋地质 ( 海洋油气与固体矿产地质海洋环境与灾害地质古海洋地质 ), 环境地质学, 农业地质学等本刊注重学术参考价值, 追求技术方法实用, 研究思路和写作内涵能够给读者启迪与借鉴岩矿测试是中文核心期刊( 地质学类 ), 中国科技核心期刊, 中国期刊方阵双效期刊荣获 2015 年度科学出版社期刊出版质量优秀奖, 入选中国学术期刊评价研究报告 ( ) 的 RCCSE 中国核心学术期刊被化学文摘文摘杂志剑桥科学文摘乌利希期刊指南史蒂芬斯数据库分析文摘中国科学引文数据库 (CSCD) 中国期刊网 (CNKI) 中文科技期刊全文数据库万方数据科技化期刊群等近 20 种国内外检索系统收录岩矿测试为双月刊, 大 16 开, 由科学出版社出版 ; 国内定价 30 0 元 / 册, 全年元漏订的读者可与编辑部联系岩矿测试网址 :http: / / 办公电话 : ,E mail:ykcs_zazhi@ 163.com 通讯地址 : 北京市西城区百万庄大街 26 号, 国家地质实验测试中心 ( 邮编 ) 岩矿测试编辑部供稿

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第３６卷第１期２０１６年１月环境科学学报ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅＶｏｌ３６Ｎｏ１Ｊａｎ２０１６ＤＯＩ１０１３６７１ｊｈｊｋｘｘｂ２０１５０４２９尚姣博宋艳群张媛媛等２０１６ＦｅＳｉＡｌ分子印迹材料的制备及其对酸性橙ＩＩＡＯＩＩ的选择吸附性能Ｊ环境科学学报３６１１８５１９２Ｓｈａｎｇ