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分子印迹聚合物(Molecular Imprinted Polymer,MIP)是一种性能优良的固相萃取材料,具有选择性可预定、识别能力和结合能力强、稳定性好、制备简单等优点。动物性食品中的氯霉素残留对人类的健康构成了潜在危害,制备性能优良的分子印迹聚合物来提高氯霉素检测的选择性和灵敏度具有应用前景。
目前制备氯霉素分子印迹聚合物的方法大多为分散聚合法和沉淀聚合法,这些方法的聚合一般在有机相中完成,而实际的分子识别系统通常是在水相环境中进行。种子溶胀法的聚合在水相中完成,制备的微球不仅分散性好,还可用于水相环境中的分子识别。但国内外关于种子溶胀法制备氯霉素分子印迹聚合物的报道尚少,有必要深入研究。
本论文采用种子溶胀法制备氯霉素分子印迹聚合物微球(Molecularly Imprinted Polymeric Microspheres,MIPMs)。通过扫描电镜(SEM)、红外光谱仪、综合热分析仪等考察了聚合物微球的表观形貌和性能,主要研究内容及结果如下:
(1)二步种子溶胀法与单步种子溶胀法的比较
在同样的制备条件(前人较优单步种子溶胀法制备条件)下,用光学显微镜和SEM对微球的形貌进行表征,并用静态吸附试验考察微球的吸附和识别性能。研究表明,二步种子溶胀法制备的微球比单步种子溶胀法制备的微球分散性小、吸附识别性能好,前者制备的微平均粒径为8.44μm,分散系数为14.21%,对甲砜霉素TAP的分离因子为3.39。
(2)二步种子溶胀法的制备影响因素的研究
上述试验基础上,通过单因素试验,研究二步种子溶胀法的制备影响因素。①利用显微镜考察种球的溶胀过程,筛选出较优溶胀条件:乳化方式为400W超声15min、溶胀剂为邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、溶胀温度为35℃;②利用SEM,筛选出较优合成条件:溶胀比40、搅拌速度150r/min、水油比8:1、分散剂羟乙基纤维素(HEC)1.2g、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)20mmol、氯仿用量10mL、溶胀剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)1mL。该条件下得到的微球形状规整,粒径为8.75μm,分散系数为10.29%。
(3)二步种子溶胀法制备的微球的性能分析
1)红外光谱图表明:两种聚合物MIPMs-MAA(以甲基丙烯酸为功能单体的MIPMs)和MIPMs-AM(以丙烯酰胺为功能单体的MIPMs)在1638cm-1附近的C=C伸缩振动峰都很小,说明聚合成功。
2)热稳定性分析表明:两种聚合物MIPMs-MAA和MIPMs-AM的热稳定性都较好,前者略好于后者,前者的最终残留率为2.28%,后者的为0.65%。
3)静态吸附法考察不同功能单体及用量、不同交联用量制备的微球吸附热力学曲线表明:①随着目标底物溶液浓度的增加,所有微球吸附量先增加迅速,后增加速率变小,当浓度增加到一定程度15mmol/L时,吸附量基本不变。②MIPMs-MAA的吸附性能好于MIPMs-AM;当模板分子:功能单体:交联剂=1∶4∶20时,MIPMs-MAA的吸附量最大,为530.53μmol.g-1,增大或减小功能单体与交联剂的用量,吸附量均下降。
4)静态吸附法考察不同功能单体种类及用量、不同交联剂用量制备的微球吸附动力学曲线表明:①所有微球在吸附前10min吸附速率较快,此后吸附速率减慢,15min左右吸附趋于平衡,吸附趋势类似于等温吸附曲线。②当模板分子:功能单体:交联剂=1∶4∶20时,MIPMs-MAA的吸附量最大,为470.38μmol.g-1,增大或减小功能单体与交联剂的用量,吸附量均下降,与吸附热力学曲线结果一致。
5)静态吸附法考察不同功能单体种类及用量、不同交联剂用量制备的MIPMs和非分子印迹聚合物UMIPMs的识别性能表明:①MIPMs-MAA的识别性能好于MIPMs-AM,两者均好于UMIPMs。②当模板分子:功能单体:交联剂=1∶4∶20时,MIPMs-MAA对CAP的识别能力最强,对甲砜霉素TAP和氟甲砜霉素FF的分离因子分别高达4.57和2.78,是UMIPMs的4.27和3.31倍,具有良好的识别能力,增大或减少功能单体和交联剂的用量,识别能力均降低。