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1、 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 仪器装置与实验技术 特丁津分子印迹整体萃取棒的研制及其萃取性能 胡玉玲 3 朱 飞 李家威 李攻科 (中山大学化学与化学工程学院,广州510275) 摘 要 以特丁津为模板分子,甲基丙烯酸为功能单体,三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯为交联剂,甲苯为致孔 剂,在75 下封管聚合反应24 h后,以HF溶液腐蚀除去玻璃毛细管,制备得到分子印迹整体萃取棒,优化了 聚合配方和合成条件。采用扫描电镜表征了萃取棒表面形貌,结果表明:萃取棒表面呈疏松
2、、 多孔的结构。 研究了特丁津分子印迹整体萃取棒作为三嗪类除草剂样品前处理分离介质的萃取条件和萃取性能。采用甲 苯为萃取剂,萃取60 min后以150L甲醇解吸。与不加模板分子的整体萃取棒相比,分子印迹整体萃取棒 对模板分子特丁津及其结构类似物西玛津、 西草净、 莠去津、 莠灭净、 扑灭津及特丁净表现出选择性识别能力, 富集率分别提高到1. 58. 1倍,对氯三嗪的萃取选择性优于硫三嗪。 关键词 分子印迹,特丁津,整体萃取棒,三嗪类除草剂 2008208209收稿; 2008212201接受 本文系国家自然科学基金(No. 20775095, 20705042)和广东省自然科学基金(No. 0
3、6023094)资助项目 3E2mail: ceshylmail . sysu. edu. cn 1 引 言 三嗪类除草剂在世界范围内广泛使用,由于其 “ 致癌、 致畸、 致突变 ” 的性质,世界各主要农业大国 对粮食中三嗪除草剂残留制定了严格的限量标准 1。三嗪类除草剂在样品中含量极低、 基体复杂 ,因 此可靠的分析结果直接依赖于高效和高选择性的样品前处理技术。常规样品前处理方法操作繁杂、 处 理时间长、 试剂消耗量大、 选择性低 2 。有必要发展具有特异性识别能力的分离富集材料 ,以提高农残 分析的准确性和速度。 分子印迹聚合物(molecularly i mprinted polymer
4、s, M IPs)是一种人工合成的通过模板分子、 功能单体 和交联剂相互作用的具有三维空间结构的受体,对模板分子有“ 预定 ” 的识别能力,具有从复杂样品中 选择性吸附目标分子或结构类似化合物的能力,将M IP作为萃取介质分离富集复杂样品中的痕量被分 析物,可克服生物、 环境及食品样品体系复杂、 预处理繁琐等不利因素,达到分离富集的目的 3。M IP在 三嗪类除草剂分析中的应用近年来得到了快速的发展 48 。Turiel等8采用玻璃毛细管封管聚合的方 法制备了固相微萃取纤维用于土壤和蔬菜样品中三嗪化合物的分离富集。 搅拌棒吸附萃取( stir bar sorptive extraction,
5、SBSE)是1999年提出的一种样品前处理技术,由于其 高效、 快速、 操作方便等特点受到关注,高选择性涂层的研制成为SBSE发展的关键 9 。Zhu等10制备 了分子印迹搅拌棒涂层,提高了萃取选择性。但SBSE技术在搅拌过程中完成萃取,容易造成涂层磨 损,导致萃取重现性下降。本研究以特丁津为模板分子,采用封管聚合方法制备得到分子印迹整体萃取 棒,并研究了其作为三嗪类除草剂样品前处理分离介质的萃取性能。 2 实验部分 2. 1 仪器与试剂 Shimadzu LC220A高效液相色谱仪(日本岛津公司) ; HGC212氮吹仪(天津恒奥科技发展有限公 司) ; HN1006型超声清洗仪(广州华南超
6、声设备厂 ) ; 电磁搅拌/加热平台(美国Supelco分析仪器公 司) ; XL230扫描电子显微镜(荷兰菲利浦电子光学有限公司) ;Mars2X微波萃取仪(美国CEM公司)。 特丁津、 莠去津、 西玛津、 西草净、 莠灭净、 扑灭津及特丁净(96. 0% ,山东滨州农药厂 ) ; 甲醇(HPLC 第37卷 2009年3月 分析化学(FENXIHUAXUE) 仪器装置与实验技术 Chinese Journal ofAnalytical Chemistry 第3期 466470 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing Hou
7、se. All rights reserved. 纯, Sigma2Aldrich公司 ) , 乙腈(HPLC纯,Merck公司 ) ; 甲基丙烯酸(MAA)、 偶氮二异丁腈(A I BN)(分 析纯,天津大茂化学试剂厂 ) ; 三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TR I M) (95. 0% ,美国罗姆公司)。 2. 2 分子印迹整体萃取棒的制备 将模板分子(特丁津)、 功能单体(MAA)、 溶剂(甲苯)振荡混匀,静置12 h使模板分子与功能单体 进行自组装,然后加入交联剂(TR I M)和引发剂(A I BN) ,通入N2,将聚合液注满内径分别为0. 3、015和 1. 0 mm,长度为10 c
8、m的玻璃毛细管,两端胶塞密封, 75下反应24 h。聚合完成后放入 V(HF)V (H 2O) =1 3混合溶液中浸泡12 h,腐蚀除去玻璃毛细管,图1为除去玻璃毛细管模具前后对 图1 玻璃毛细管除去前后图片 Fig . 1 Monolithic bar before and after removing silica capillarywalls a.除去前( before removing silica capillary walls) ; b.除去后 (after removing silica capillarywalls)。 比图。由图1可见,除去玻璃毛细管模具后所得整 体萃取棒具有
9、较好的韧性和机械强度,不易折断。 采用V (CH 3 OH) V(HAc) = 11混合溶液超声清洗 除去模板分子至解吸液中检测不到特丁津, 120 下 老化3 h。将所得的M IP整体材料分割成1. 9 mm的 整体萃取棒备用。 非分子印迹聚合物(N IP)整体萃取棒的合成不 加模板分子特丁津,其余过程同M IP整体萃取棒。 2. 3 萃取实验条件 在一定浓度10 mL待测液中,加入搅拌磁子,转 速为250 r/min,放入分子印迹整体萃取棒进行萃取, 萃取过程中萃取棒浸没于样品溶液中随搅拌转动。 萃取一定时间后,取出萃取棒,吹干表面吸附的溶剂,放入150L样品瓶内的插管中,加入150L甲
10、醇,超声解吸一定时间后取20L解吸液进样分析。 2. 4 色谱分析条件 Dikma C18钻石柱(250 mm4. 6 mm I . D. , 5m) ,柱温40;流动相为V (CH 3 CN) V (H 2O) =1 1 混合溶液,流速为1. 0 mL /min;采用SPD2M20A二极管阵列检测器,检测波长为223 nm。 2. 5 样品前处理条件 取一定量生菜样品,剪碎,在60 下烘干恒重并过筛(粒径0. 771 mm)。然后准确称取1 g至微波 萃取罐,加入30 mL乙腈,在60 下微波提取20 min。过滤,滤液在4060 下旋转蒸干,用5 mL甲 苯重新溶解,加入分子印迹整体萃取棒
11、萃取。 3 结果与讨论 3. 1 制备条件研究 研究中采用热引发自由基聚合反应原理、 封管聚合的方式制备分子印迹整体萃取棒。反应过程如 图2所示: (1)在甲苯溶剂中,功能单体甲基丙烯酸与模板分子特丁津通过分子间的氢键作用进行分子 自组装,形成预聚体; (2)在完成自组装的溶液中加入交联剂和引发剂,使预聚体与交联剂在75 下发 生热引发聚合反应,形成刚性聚合物。甲苯在此过程中还充当致孔剂的角色 ; (3) 采用V (CH 3 OH) V(HAc) =11混合溶液作为洗脱液,超声辅助洗脱,使分子印迹聚合物中产生与模板分子大小、 形状相 匹配的立体空穴(即识别位点)。利用分子印迹聚合物固定相进行吸
12、附萃取时,即利用识别位点对三嗪 类化合物分子的官能团、 分子大小互补识别,形成分子间氢键作用,实现高选择性吸附萃取。 为获得识别位点多、 选择性高且具有高机械强度的分子印迹整体萃取棒,需严格控制反应物组成、 聚合反应时间和温度等条件。 实验中采用易与特丁津目标物形成氢键作用的甲基丙烯酸作为功能单体,三元交联剂TR I M作为 交联剂,与二元交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDG MA)相比用量更少而达到相同的交联度,从而提高 单位质量M IP中可结合的位点数目。研究结果表明,采用甲苯作为聚合溶剂模板分子特丁津具有良好 的溶解性能,还可避免由于氢键作用对模板分子与功能单体的自组装产生的不利影响。采用
13、模板分子、 764 第3期胡玉玲等:特丁津分子印迹整体萃取棒的研制及其萃取性能 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图2 特丁津分子印迹整体吸附萃取棒聚合反应过程 Fig . 2 Polymerization of terbuthylazine molecularly imprinted monolithic bar 功能单体与交联剂的不同摩尔比 (1 44、148、1412、1414、1416、1418) ,所得整体萃取棒之间的 机械强度存在较大差别,当交联剂TR
14、 I M用量增大到配比为1418时,所得整体萃取棒已具有较好的刚 性,不易发软变形。反应温度过低或反应时间不足会造成固定相发生局部聚合和聚合度下降,无法制备 刚性萃取棒;而反应温度过高和反应时间过长则会造成所得整体萃取棒发生断裂。在75下反应 24 h,所得整体萃取棒聚合充分,不发生断裂。 图3为自制特丁津分子印迹整体萃取棒的表面形貌扫描电镜图。从图3可看出,萃取棒表面呈疏 松、 多孔的结构,有利于增加萃取容量和加速待分析物在萃取棒内部的传质。 图3 特丁津分子印迹整体吸附萃取棒表面形 貌扫描电镜图 Fig . 3 Scanning electron micrographs of terbut
15、h2 ylazine2imprinted molecularly imprinted monolith2 ic bar 3. 2 萃取和解吸条件的选择 图4显示了在不同萃取剂中M IP整体萃取棒对模板分 子特丁津的萃取效果。由图4可见,以水、 甲醇、 乙醇、 正丁 醇、 乙酸乙酯和四氢呋喃为萃取剂,M IP整体萃取棒的萃取 效果较差,而以氯仿和甲苯为萃取剂,萃取率明显提高。这 是因为水、 甲醇、 乙醇、 正丁醇、 乙酸乙酯能占据M IP中的 氢键结合位点,从而破坏模板分子特丁津与M IP的氢键作 用。氯仿和甲苯不参与氢键形成,保证了M IP结合位点对 特丁津的有效识别。文献5 报道:当萃取剂与
16、聚合剂一 致时可以获得更好的萃取效果。本实验结果也表明,采用 甲苯作为萃取剂时特丁津的萃取率最高。 以甲苯为萃取剂,考察了20、30、40、50、60、70和 90 min不同萃取时间对特丁津萃取率的影响。结果显示,当萃取时间为60 min时萃取率最高。 表1 萃取剂对特丁津萃取效果的影响 Table 1 Effect of extraction solvents on extraction efficiency of terbuthylazine 试剂 Regent H2O 甲醇 Methanol 乙醇 Ethanol 正丁醇 n2Butyl 乙酸乙酯 Ethylacetate 四氢呋喃 Tetrahydrofuran 氯仿 Chloroform 甲苯 Toluene 峰面积 Peak area (10 4) 0. 150. 460. 130. 120. 380. 031. 75. 5 10g/L特丁津标准溶液( terbu
