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在我国乃至全世界,氯霉素等抗生素在动物性食品中残留十分严重,人们长期摄入含有氯霉素的食物,会严重影响机体健康。因此,研究出能快速有效的检测氯霉素的方法具有重要意义。
分子印迹聚合物(molecularlyimprintedpolymerics,MIPs)是一种吸附选择性好、色谱效率高、便于功能设计且对目标分子具有特异性识别性能的新型高分子材料。在色谱分离、抗体摸拟、固相萃取、生物传感器及模拟酶催化等诸多领域都有广阔的应用前景。因此研究合成对氯霉素有良好选择性的分子印迹聚合物,为氯霉素的检测提供高效的方法是一项迫切而有较大现实意义的研究。
本论文主要以氯霉素为目标底物、聚苯乙烯微球为载体,在水相中,采用超声波改进单步溶胀聚合法制备单分散性好、吸附性能优越的分子印迹聚合物微球(Molecularly Imprinted Polymeric Microspheres,MIPMs),并采用静态吸附法研究了此微球的吸附和识别性能。
本论文首先研究了种球制备工艺,通过对引发剂用量,分散剂用量,单体的用量以及反应温度及反应介质种类进行单因素试验。试验结果表明:在乙醇或90%乙醇中,引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)用量1.0%(wt%,单体用量的百分比)、分散剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)用量6%(wt%)、单体苯乙烯(St)体积25ml,在温度70℃反应聚合,得到粒径在2~4μm的单分散聚苯乙烯种球。
在此基础上,以聚苯乙烯微球为种球,以氯霉素为模板,采用超声波改进单步溶胀聚合法制备对氯霉素有良好选择吸附性的MIPMs。通过扫描电镜技术SEM和氮气吸附法对不同合成条件下的微球进行性能表征,最终确定MIPMs合成工艺为:种球用量0.9g左右,超生辅助分散后溶胀10-12h,水油比为5:1;分散体系的构成为:羟乙基纤维素(HEC)0.6g,十二烷基硫酸钠(SDS)0.2g;交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为25mmol,溶剂的配比为辛醇:氯仿=1:2;此条件下可以得到形状规整,分散性较好、粒径9μm左右、产率在75%以上的单分散MIPMs。
在成功制备氯霉素MIPMs的基础上,本实验对微球的性能进行了进一步的测试和表征,其结果如下:
(1)MIPMs的性能分析结果表明:在红外光谱分析中,EDMA在1637cm—1处C=C基的伸缩振动峰非常小,说明聚合成功。对聚合物P1(MIPMs—MAA)和P2(MIPMs—AM)的热稳定性分析表明:两种聚合物热稳定性都较好,且不同功能单体之间的区别不是非常显著,P1的最终残留率为2.29%,P2为0.64%,P1的热稳定性要略好于P2(MIPMs—MAA:以甲基丙烯酸MAA为功能单体的MIPMs;MIPMs—AM以丙烯酰胺AM为功能单体的MIPMs)。
(2)静态吸附法考察MIPMs等温吸附曲线:通过单因素试验设计对不同功能单体、不同结合点密度、不同EDMA用量制备的MIPMs等温吸附曲线进行研究得出:①MIPMs—MAA的吸附性能相对最好,MIPMs—AM吸附性能相对最差。②当MAA用量为2mmol、4mmol、6mmol时,随着MAA用量增加,吸附量Q增加;当MAA用量为8mmol时,Q减小。③EDMA用量不大于28mmol时,随着EDMA增加,Q增加。
(3)静态吸附法考察MIPMs动力学吸附曲线:通过单因素试验设计对不同功能单体、不同结合点密度、不同EDMA用量制备的MIPMs动力学吸附曲线进行研究得出:①不同功能单体制备的MIPMs,累计吸附量Q达到250μmol.G—1以上,且MAA和AM以一定比例复配时,吸附性能刚好介于MIPMs—MAA和MIPMs—AM之间,②不同结合点密度的MIPMs动力学吸附试验中,吸附前3h吸附量Q增加迅速,且总体趋势和吸附等温曲线类似,③交联剂的摩尔数对吸附动力学的影响非常显著,且在吸附前3h吸附量增加迅速,此后吸附量增加速率变小,11h后,吸附基本达到平衡。
(4)静态吸附法考察MIPMs的识别性能:通过单因素试验设计对不同功能单体、不同结合点密度、不同EDMA用量制备的MIPMs识别性能进行研究得出:①印迹聚合物微球对目标底物的吸附性能要好于非印迹聚合物微球,②不同功能单体制备的MIPMs的静态分配系数KD达到19.17,且对于氯霉素CAP的KD均大于对于甲砜霉素TAP和氟甲砜霉素FF的KD,③不同结合点密度的MIPMs对竞争分子也有很好的分离能力,其中,对于TAP的分离因子α最大达到3.54,对FF也达到2.16,④EDMA用量25mmol时,KD最大,对于竞争分子的吸附明显差于对底物的吸附,说明聚合物具有很好的分离能力。
本实验通过以微米级聚苯乙烯微球为种球,以单步溶胀聚合法成功制备出单分散好、吸附和识别性能优越的微米级的MIPMs。