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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。分子印迹聚合物整体柱的制备和应用研究毕业论文-分子印迹聚合物整体柱的制备和应用研究【摘要】本研究采用环氧树脂作为单体，二乙烯三胺作为环氧树脂的固化剂，聚乙二醇为致孔剂，Cu2+在为模板离子，在内径为1cm,长为10cm的玻璃柱中制备环氧树脂-二乙烯三胺整体柱。然后对聚合物整体柱进行形貌观察，透彻理解其孔形成机理。将含有膜板分子或离子的溶液作为分离对象，通过分子印迹聚合物整体柱分析，研究不同条件下（不同的富集酸度和流速及不同的离子溶液）聚合物整体柱的吸附分离性能。对于分子印迹聚合物整体柱的洗脱和再生以及方
2、法的精密度和准确度也进行了介绍。【关键词】分子印迹聚合物整体柱吸附Cu2+【Abstract】Thisresearchpreparedepoxyresin-basedpolymermonolithiccolumnin1cm10cmi.d.glasstube,usingepoxyresinasmonomer,PEGasporegen,diethylenetriamineascuringagent，Cu2+astemplateion.Thenobservetheappearanceofitandunderstandthemechanismthoroughly.Templatemolecularso
3、lutionorthetemplateionsolutionastheseparationobject,theadsorptionanddesorptionofCu2+onthemonolithswerestudiedqualitativelyindifferentconditions.(differentacidities,flowrateanddifferentIonsolution)TheelutionandrecoveryoftheMIPMonolithicColumnsandtheprecisionofthemethodarealsointroduced.【Keyword】：MIP，
4、MonolithicColumns,Adsorption,Cu2+目录一、绪论1.1分子印迹技术研究进展31.2聚合物整体柱的制备方法41.3分子印迹整体柱61.4铜离子富集和吸附研究现状61.5分子印迹聚合物整体柱的吸附原理8二、实验部分2.1仪器和试剂92.2铜离子印迹环氧树脂基聚合物整体柱的制备9三、结果与讨论3.1聚合物整体柱的形貌观察和孔形成机理113.2富集酸度和流速对整体柱吸附的影响123.3铜离子印迹整体柱的吸附容量133.4铜离子的选择识别性能133.5洗脱和再生143.6方法的精密度和准确度15四、结论与展望16参考文献17致谢18五、附录附录一文献综述19附录二译文一28
5、译文二33译文原文一译文原文二-一、绪论1.1分子印迹技术研究进展分子印迹是制备对印迹和模板分子有选择性聚合物的技术。它最早可以追溯到Fischer的“锁匙”理论1。1949年，Dickey2首先实现了染料在硅胶中的印迹并提出“分子印迹”的概念。1972年Wulff3等首次成功制备出对糖类化合物有较高选择的共价型分子印迹聚合物(MIPs)。Mosbach等创立了非共价型MIPs制备方法4，引起了许多研究者的关注。随着Wulf和Mosbach的开拓性工作，分子印迹得到迅速发展。分子印迹聚合物简称MIPS。MIPS5具有三个特性：(i)预定性，可根据不同目的制备相应的MIPs；(ii)识别性，MI
6、PS是依据模板定做的，它具有与模板分子的立体结构和官能团相符的孔穴，所以选择性地识别模板分子；(iii)实用性，它可以与天然的生物识别系统如酶与底物、抗原与抗体等相媲美，具有抗恶劣环境、稳定性高和使用寿命长等优点。二十多年来，在固相萃取、膜分离技术、异构体的分离等方面获得广泛研究，展现了良好应用前景68。MIPS9的反应条件的选择主要考虑功能单体、交联剂、反应试剂用量、溶剂等几个方面。在MIPs的制备中，选择适宜的功能单体对制得MIPs的识别能力有很大影响，但传统筛选方法既繁琐又不能保证选出最佳的功能单体，有必要创建功能单体数据库，用组合筛选考察多种功能单体与印迹分子之间的所有可能的相互作用从
7、而快速选择出合适的功能单体。交联剂是使印迹分子和功能单体形成高度交联、刚性的MIPs，“固化”功能单体的功能基于印迹分子的周围，除去印迹分子后形成与印迹分子在形状和功能基团上完全相补的孔穴。印迹分子与功能单体的比值对分子印迹过程中识别孔穴的产生具有很大影响，对其比例的适当选择应该依据印迹分子所含有的官能团和制备过程中所用溶剂的性质，一般而言增大功能单体的比例可以充分地预组装印迹分子，但功能单体所占的比例并非越大越好。溶剂既是溶解用于聚合的所有试剂，也是制备MIPs的致孔剂，还影响功能单体和印迹分子间的结合强度、动力学性质和聚合物的形态结构，特别是在非共价键的结合体系中显得尤为重要。溶剂的用量9
8、对MIPs中孔穴的立体结构也有影响，用量太多会使MIPs的结构疏松、硬度变低而影响识别效果；用量太少又会减少MIPs中立体孔穴的数量。此外，MIPS的制备方法主要有本体聚合10、原位聚合、悬浮聚合、溶胀聚合、表面聚合等。1.2聚合物整体柱的制备方法聚合物整体柱在制备时选材范围广，因而可具有不同的选择性，适用的PH范围宽，在近几年得到了迅速的发展。通常将单体混合物及致孔剂注入到空柱中，经过热引发、自由基引发和紫外光引发在柱内聚合，然后采用合适的溶剂并由机械泵或电渗流驱动除去致孔剂和柱内残余的单体。根据整体柱制备时选用单体及交联剂的不同聚合物整体柱可分为以下几类：1.2.1聚丙烯酰胺类整体柱该类整
9、体柱采用的功能单体有丙烯酰胺、N-异丙烯酰胺、甲基丙烯酰、甲基丙酸丁酯、N-烯丙基二甲胺，交联剂则为二丙烯酰哌嗪、亚甲基二丙烯酰胺（BIS）。FujiimotoC将丙烯酰胺、BIS、2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸（AMPS）在毛细管柱内聚合。在CEC模式下，乙酰苯的柱效达150000塔板数/米。FujiimotoC认为这种整体柱的主要分离机理为筛分而不是溶质与固定相之间的相互作用。之后Fujiimoto采用疏水性较强的N-异丙基丙烯酰胺替代并丙烯酰胺，柱性能有所改善。聚合物凝胶作为固定相分离疏水化合物显现出一些反相色谱的性质，同最初的聚丙烯酰胺凝胶相比，体积排阻不再是唯一的分离模式。Hje
10、rten在反应混合物中加入甲基丙烯酸十八烷酯或甲基丙烯酸丁酯，因二者均不溶于水，经超声处理，形成乳液，再将乳液装入表面处理过的柱子中聚合而成棒状整体，固定相与毛细管内壁共价键合，在CEC模式下5min内可分离5种多环芳烃。Novotny是水相缓冲溶液与N-甲基甲酰胺的组成以所使用的甲基丙烯酸烷酯的类型而定。向反应体系中加入聚环氧乙烷（PEO）,可改善柱效。PEO是丙烯酰胺链横向聚合，有助于形成孔结构。聚合结束后，PEO及其他小分子被洗脱出来。该制备方法具有较高的重复性。Frechet将二甲基亚砜和脂肪醇作为反应物的溶剂。采用BIS，丙烯酰胺，丙烯酸丁酯在柱内制成疏水相互作用色谱柱，改柱可在3m
11、in内分离5种蛋白质。Ueno将烯丙基氨基甲酰化-CD与固定相键合制成手性固定相，在CEC模式下分别拆分酸性和中性对映体。该类柱由于紫外透明，可柱内检测，但其基质较软不宜在液相模式下使用。1.2.2聚苯乙烯类整体柱该类整体柱使用的单体种类较少，目前所使用的单体仅为苯乙烯、氯甲基丙乙烯、二乙烯基苯。采用氯甲基苯乙烯作为反应单体聚合后，氯甲基于十八烷基二甲基胺反应，进而实现在固定相中引入季胺基团。在CEC模式下分离了多肽。其分离机理基于EOF、色谱保留、泰在电场中的迁移三者的共同作用11。Frechet利用该类整体柱在HPLC模式下梯度分离了苯乙烯聚合物，其分离机理为溶质的沉淀-溶解（precip
12、itation-redissolution）。该方法也可用于共聚物的分离，其分离过程不但受共聚物分子量的影响，也受共聚物组成的影响。1.2.3聚甲基丙烯酸酯类整体柱前面提到的聚丙烯酰胺或聚苯乙烯整体柱只限于研究其色谱行为，为了获得最佳功能的色谱柱现，已将多种材料用于合成甲基丙烯酸酯类整体柱以获得性能最佳的色谱柱4。其采用的功能单体有甲基丙烯酸酯、AMPS、甲基丙烯酸缩水甘油酯、N-烯丙基二甲基胺，交联剂为亚乙基二甲基丙烯酸酯。该类柱在Ph212范围内均具有较好的稳定性。将甲基丙烯酸缩水甘油酯作为功能单体聚合后，缩水甘油酯中的环氧基团与二乙胺反应生成1-N,N-2-乙胺基-2-羟基丙基干能团，该
13、固定相在离子交换色谱模式下可用于蛋白质和低聚核苷酸的分离。Frechet将甲基丙烯酸丁酯作为功能单体聚合后，首次实现了在电渗流驱动体积排阻色谱模式下分离分子量为1000，000的聚苯乙烯。Frechet将含有手性选择器的单体作为反应单体，制成手性连续床层，实现了在CEC模式下拆分手性化合物。在制备聚合物整体柱时，通常先采用双官能团试剂-甲基丙烯酸-3-（三甲氧硅烷）丙酯对空柱进行处理，甲氧基与内壁的硅羟基反应，双键留在外面，单体在柱内聚合时，双官能团试剂的双键同时也参与了聚合，从而间接地实现了床层与管壁的共价键合。聚合是大多使用脂肪醇、环己醇、聚环氧乙烷作为致孔剂，引发剂则通常采用偶氮二异丁腈
14、、过硫酸铵、过氧化甲酰。如所制的整体柱在CEC模式下使用，为使色谱柱在电场下产生稳定地电渗流，一般需在聚合物中引入AMPS,丙烯酸或乙烯磺酸。虽然聚合物整体柱具有较好的重复性、化学选材范围广、易与制备、适用Ph值范围宽等优点，但其存在溶胀、受热变形，机械性能差等不足，并且孔径分布难以控制，由自由基引发聚合而成的整体柱重复性差，紫外（UV）引发需UV透明的毛细管。图由聚四氟乙烯的石英管，虽紫外透明，但聚四氟乙烯与毛细管结合部紧密，是毛细管易断。硅胶整体柱则在孔径控制、机械性能、耐溶剂等方面显示出一定的优越性。1.3分子印迹整体柱(MIPM)分子印迹技术是一种使所得到的聚合物的作用点对目标分析物具
15、有预定识别选择性的聚合物制备技术。闰伟英等以4一氨基吡啶(4一AP)为印迹分子原位合成整体柱。他们的研究表明有机添加剂的含量对印迹聚合物的印迹识别能力影响很大，甚至能改变混合物的流出顺序。为了提高柱效和选择性，邹汉法等选择了相对低极性的甲苯十二醇复合致孔体系，单步制备了辛可宁印迹手性整体柱。等度洗脱中非对映异构体辛可宁与辛可尼丁的较宽的色谱峰可以在梯度洗脱中得到改善。他们同时发现温度升高可以提高分离因子。HuangXiaodong等通过采用不同柱长的整体柱分离非对映性和对映性混合物，发现对分离因子没有明显的影响，这说明可以用更短的整体柱完成分离，同时可以进一步降低柱压降或者使用更大的流速。Zh
16、angMiIlHan等以苯乙烯、缩水甘油甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸为单体，二乙烯基苯、三丙烯异氰尿酸酯为交联剂，异神经酰胺为模板分子通过原位聚合制备了分子印迹整体柱，发现以神经酰胺为模板分子制备的整体柱孔径更小，对模板分子的分离性能更好，但柱压降有所升高。YahHushui等以咖啡因为印迹分子模板通过光引发聚合反应制备了毛细管整体柱，并确定最佳的聚合时间为90rain。分子印迹整体柱对单体的要求是能提供共价键或非共价键。目前研究的单体种类比较单一，多数采用甲基丙烯酸，进一步的研究有望在开发新型聚合单体、寻找更合适的交联剂、致孔剂以及聚合条件的探索等几方面展开。1.4铜离子富集和吸附研究现状离子富
17、集方法是物质萃取与分析测定中的重要组成部分,它已引起化学及相关学科的极大重视。借助离子富集我们可以测定水、食品、矿物中微量元素的含量,在环境监测和食品卫生方面意义重大。总之,萃取法、沉淀法、离子交换法已得到普遍关注和广泛应用。根据萃取物的相态和形态可将萃取法分为液-液萃取、固-液萃取、泡沫浮选萃取法。液-液萃取是一种简单、快速,应用较普遍的分离富集方法。这种方法以分配定律为原理,利用与水不相溶的有机试剂同试液一起振荡,使一些组分进入有机相,另一些组分仍在水相中,从而达到分离的目的。此方法中如何正确选择溶剂是很重要的。如用聚乙二醇-硫酸铵-铝试剂体系可萃取Fe3+、Al3+、Cu2+、Co2+、
18、Cd2+、Mn2+、Ni2+。近年来发展起来的利用高聚物水溶液在无机盐存在下可以分成两相的非有机溶剂萃取分离方法已引起人们重视。这种方法与传统的有机溶剂萃取分离法相比,具有不挥发、无毒、快速和操作简单等特点,为萃取分离法开辟了新的应用前景。固-液萃取以熔点较低的有机固态化合物(如石蜡、苯、联苯等)作溶剂,加热使之熔化,在较高温度下进行热萃取,然后冷却至室温,进行固液分离使待测物从溶液中分离出来。在对生物标准样品马尾藻、小牛肝的分析时12,用微晶萘为吸附载体的固相萃取分离富集,测定痕量Cu2+、Mn2+的新方法,并发现加入微量CO2+作辅助试剂,pH=6.2时可提高Cu2+、Mn2+的回收率。沉
19、淀法在样品溶液中加入适当的沉淀剂,利用沉淀反应,使被测组分沉淀出来或将干扰组分沉淀出去,从而达到分离目的。离子交换法利用离子交换剂与试液中的离子发生交换反应进行分离的方法。离子交换法可分为分批法(静态)和柱上法(动态)两种基本类型。离子交换剂的种类很多,主要分为无机和有机离子交换剂两大类。在分析化学中应用较多的是有机离子交换剂,又称离子交换树脂。根据树脂中存在的可交换活性基团的不同,离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂,此外还有螯合型树脂等。树脂吸附主要靠静电引力,所以能被树脂吸附的是络离子中带负电的络阴离子,且带负电越多的络阴离子的吸附势越大。同时柱径和树脂粒度是影响柱效的主要因
20、素。这些分离方法虽然都能达到对特定离子的分离,但它们也存在废渣处理困难、共沉淀明显、处理浓度低、分离系数小、成本较高等缺点。选择合适的分离方法来解决这些问题，是现在金属离子分离和吸附研究的关键。整体柱对金属离子分离技术也在这种趋势下应运而生。1.5分子印迹聚合物整体柱吸附铜离子的原理利用分子印迹技术制造的环氧树脂-二乙烯三胺整体柱吸附能力更强，有着其独特的特点。胺类化合物按氮原子上取代基（R）数目可分为一级胺、二级胺和三级胺；若按N数目可分为单胺、双胺和多胺；按结构可分为脂肪胺、脂环胺和芳香胺。一级胺对环氧树脂固化作用按亲核加成机理进行，每一个活泼氢可以打开一个环氧基团，使之交联固化。在制备的
21、环氧树脂-二乙烯三胺整体柱中含有氮原子，它含有一对孤对电子，能与溶液中的Cu2+发生配位作用，在吸附Cu2+同时要考虑其它金属离子对吸附的干扰，如Ag+，Cd2+，Co3+，Mn2+等金属离子。此外，分子印迹技术使整体柱对模板分子具有识别功能。即使在复杂溶液中，也可以专一地识别模板分子，并能辨别其光学或结构的异构体。这又加强了此整体柱的吸附能力。二、实验部分2.1仪器和试剂上海金科320CRT原子吸收分光光度计；上海大众分析仪器厂pHS-3CT数字酸度计；用保定兰格恒流泵有限公司BT00-100M蠕动泵；江苏南通实验仪器公司恒温箱；日本HitachiS-570扫描电镜。金属离子的贮备液由相应的
22、光谱纯或分析纯级硝酸盐在1.0%HNO3中配制成1000mg/L备用，实验中依据需要稀释使用。工作溶液的pH值用稀释的HNO3和NH3H2O调节。环氧树脂(环氧当量数0.54)、二乙烯三胺、聚乙二醇（PEG-2000），均购自上海化学试剂公司，分析纯。使用前未进行其他处理。实验用水为去离子水，其他试剂均为分析纯。2.2实验步骤2.21铜离子印迹环氧树脂基聚合物整体柱的制备将氯化铜溶解在95%乙醇中再与二乙烯三胺反应生成络合物溶液，在60下将环氧树脂与致孔剂聚乙二醇2000充分混合以后加入上述溶液，控制质量比为PEG2000：环氧树脂：二乙烯三胺：95%乙醇：氯化铜4：4：1：1：0.2。在强烈
23、搅拌下，待混合体系初期剧烈的放热反应结束，黏度很高的时候将其转入玻璃空管柱中密封，置于60的恒温箱中，在无搅动模式下继续反应24小时。得到管内的蓝黑色固体，取出后冷却，用热水反复洗涤除去致孔剂，再用1mol/L盐酸除去铜离子，用去离子水洗涤至中性，60度干燥后备用。反应物和聚合后产物的结构示意图如图1所示。非印迹环氧树脂聚合物整体柱的制备，除不加氯化铜外，其余步骤同上。图1反应物和聚合物的分子结构示意图2.2.2通用吸附-解析测定程序制备的整体柱在去离子水中浸泡过夜。金属离子标准溶液稀释适当倍数，调节至pH=50.2，控制流速4.0mL/min通过整体柱，流出液经过低温蒸发浓缩后用原子吸收光谱
24、测定离子浓度，由此可以计算出待分析离子在整体柱上的吸附量。吸附了离子的整体柱用10mL1.0mol/L的HNO3在2.0mL/min流速下进行解析，洗脱液中离子浓度用滴定或原子吸收测定。所有的实验均重复三次，取其平均值。三、结果和讨论3.1聚合物整体柱的形貌观察和孔形成机理环氧树脂是重要的胶黏剂品种之一，固化以后形成无限大的三维网状结构，因此具有非常好的韧性和强度。在不加聚乙二醇和模板离子的情况下，环氧树脂与二乙烯三胺反应后成为无色透明的块状体型聚合物。在非印迹整体柱的制备过程中，随着反应的进行，体系由透明逐渐变白，最终形成白色的不透明块状聚合物，这种变化无疑是由于聚乙二醇的作用。透明与不透明
25、两种情况通常是判断凝胶树脂的无孔与多孔性的重要依据，因此，根据反应的现象可以初步认定是形成了多孔结构。在铜离子印迹整体柱的制备过程中，由于铜离子加入体系变为深蓝/蓝黑色，不能从外观变化判断孔的形成。再进一步由电镜照片确认了多孔性结构（图2）。显然，聚乙二醇在体系中起到了致孔剂的作用。在反应开始时，聚乙二醇与体系中各组分形成的是均匀溶液，此时可以把聚乙二醇看作是溶剂。随着聚合反应的进行，由于聚合物分子量的增长和交联密度的增大，聚乙二醇在体系中的溶解度（或者说聚乙二醇与聚合物的相容性）逐渐降低，导致了微观相分离的发生。由此在体系内部形成了均匀分布的凝胶核，继而吸收溶剂相中的单体使得核逐渐长大，当核
26、长到足够大并且互相之间发生连接就可以形成簇，簇进一步长大并且互相连接就可以搭建成三维网状骨架结构，骨架之间充满了致孔剂，反应完成后除去致孔剂就形成了许多的空穴即多孔结构。图2铜离子印迹环氧树脂整体柱的电镜照片3.2富集酸度和流速的影响在适当的条件下，整体柱中含有的N、O原子基团能够和铜离子发生配位作用，其配位作用的大小强烈依赖于介质的酸度。适当浓度的铜离子标准溶液稀释到一定体积分别调节至pH1-9在整体柱上进行吸附试验。考虑到高pH值下的离子水解，pH大于9的溶液未进行实验。结果（见图3）表明铜离子的吸附量随着pH值增加而增加，pH5-9范围内的回收率达到95%以上，为尽量减少离子水解和可能引
27、起的干扰，选择pH5进行后续实验。图3介质酸度对回收率的影响按照通用程序和优选的pH5进行流速实验，结果（见图4）表明在样品溶液流速低于5.0mL/min时的吸附率达到95%以上，故选择4.0mL/min流速进行后续试验。由于整体柱提供了大量的微米级贯通孔和对流传质模式，与传统的颗粒填充柱相比能够获得更快的速率和更高的通量11.图4样品流速对回收率的影响3.3铜离子印迹整体柱的吸附容量精确称量干态的备用整体材料，按照通用程序和优选的实验条件进行吸附实验，逐渐增加标准铜离子溶液的浓度，直到计算出的单位质量的整体柱吸附量变化小于5%为止，取相近三次的平均值126mg铜离子/g干树脂作为最大吸附量。
28、3.4铜离子的选择识别性能为了研究铜离子印迹整体柱的选择识别性能，采用相同浓度（50g/mL）的Ni,Cu,Zn离子标准溶液分别在整体柱上进行吸附，用原子吸收测量流出液中的离子浓度，从而计算出吸附率。结果（见图5）表明印迹整体柱对铜离子的吸附率明显高于Ni和Zn。而采用非印迹的整体柱时三者没有显著差异。计算出的分离因子值为2.65（Cu/Ni）和3.16(Cu/Zn)，分离因子的定义和计算参见12，13。同时研究了Cu(II)/Ni(II)和Cu(II)/Zn(II)二元混合溶液的竞争吸附情况，分离因子值分别为1.80(Cu/Ni)and2.18(Cu/Zn)，其值要比单独吸附时小，这是由于N
29、i(II)andZn(II)离子部分占据了铜离子的吸附识别位点。尽管在竞争吸附时选择性有所下降，仍然比非印迹整体柱有更好的识别能力。图图5整体柱的选择识别性能3.5洗脱和再生在强酸性条件下，整体柱上吸附的铜离子容易被解离，重新释放到溶液中，因此可以完成含量测定和树脂再生。实验表明使用10mL1.0mol/LHNO3洗脱的回收率超过95%。洗脱流速实验表明在2.0mL/min流速下可以达到定量解析。要比富集流速低一些，这是因为吸附时采用的是大体积低浓度的样品溶液，而洗脱时是用小体积的洗脱液把高浓度的分析物全部解离下来，需要更充分的相互作用和更多的接触时间。用相同的程序，在一根整体柱上反复进行吸附
30、-解析实验10次（每次解析以后用去离子水洗涤至中性），整体柱的吸附容量和选择识别性能只有前三次使用时有一定下降，其后的连续七次重复使用几乎没有变化，相对误差小于5%。3.6方法的精密度和准确度在优化的实验条件下，平行七次的吸附-解析实验，回收率均达到了95%以上，其相对标准偏差为4.2%，检测限(3)为1.5ngmL-1。用于自制的混合离子溶液样品（KCl1.0g/L，Na2SO40.5g/L，Ca(NO3)20.1g/L，FeCl30.05g/L，AlCl30.05g/L,，Cu(NO3)20.05g/L,Ni(NO3)20.02g/L，Zn(NO3)20.02g/L）中铜离子的富集分离测定
31、，结果满意。四、结论与展望分子印迹聚合物整体柱具有做为整体柱的通透性好、制备简单、避免了柱子填充和塞子制作等优点，同时对模板分子有永久的记忆能力。作为一种新型的分离介质，其必将在分离分析领域中扮演越来越重要的角色。虽然目前商品化的分子印迹聚合物整体柱不多，但在整体柱的研究领域，探索更佳的制备条件、进一步简化制备过程、研究制备和分离机理、开发新型整体柱、开辟新的应用领域以及开展实际样品的分离分析仍有重要的理论和现实意义，也是今后的发展方向。随着制备技术的不断完善和发展，以及微制造技术的进步和微分析应用领域的需要，结合自身的优异特性，分子印迹聚合物整体柱在生物、生命、药物、环境等领域有很好的应用前
32、景。参考文献1FischerESynthesedermannoseundlavuloseJ，BerDtschChenGes1890，23：7998052DicheyFHThePreparationofSpecificAdsobentsJ，ProcNat1AcndSc，USA，1949，35：2772993WulfG，SahanA，ZabrockiKEnzymeAnalongueBuiltPolymersandTheirUsefortheResolutionofRace-matesJ，TetrahedronLett1973，432943324VlatakisG，AnderssonLI，Mulle
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35、的概念。1972年Wulff3、4等首次成功制备出对糖类化合物有较高选择的共价型分子印迹聚合物(MIPs)。Mosbach等创立了非共价型MIPs制备方法5，引起了许多研究者的关注。随着Wulf和Mosbach的开拓性工作，分子印迹得到迅速发展。MIPs具有三个特性：(i)预定性，可根据不同目的制备相应的MIPs；(ii)识别性，MIPs是依据模板定做的，它具有与模板分子的立体结构和官能团相符的孔穴，所以选择性地识别模板分子；(iii)实用性，它可以与天然的生物识别系统如酶与底物、抗原与抗体等相媲美，具有抗恶劣环境、稳定性高和使用寿命长等优点。二十多年来，在固相萃取、膜分离技术、异构体的分离等
36、方面获得广泛研究，展现了良好应用前景68。近年来，国内外对MIPs应用已有较多综述7、9、10，而对MIPs的制备技术的系统评述较少，下面总结了MIPs的制备技术条件及应用方面新进展。MIPs的制备条件1反应条件的选择11功能单体选择主要由印迹分子决定，首先功能单体能与印迹分子相互作用，且能与交联剂反应使印迹分子恰好镶嵌其中并获得预期的取向和定位。共价键MIPs具有苛刻的合成和断裂条件，相应功能单体有限，常用的功能单体为4一乙烯苯硼酸，二醇以及硼酸酯的硅烷混合物等12，其中硼酸和邻二醇基团形成的酯键可逆性好，易于形成和断裂，在糖类衍生物分析中占有重要地位11；非共价型MIPs的优点突出，新功能
37、单体的合成、使用不断有报道13、14，可以实用的单体较多9。而乙烯基吡啶功能单体则适于印迹酸性化合物。在MIPs的制备中，选择适宜的功能单体对制得MIPs的识别能力有很大影响，但传统筛选方法既繁琐又不能保证选出最佳的功能单体，有必要创建功能单体数据库，用组合筛选考察多种功能单体与印迹分子之间的所有可能的相互作用从而快速选择出合适的功能单体1517。12交联剂交联剂是使印迹分子和功能单体形成高度交联、刚性的MIPs，“固化”功能单体的功能基于印迹分子的周围，除去印迹分子后形成与印迹分子在形状和功能基团上完全补的孔穴。MIPs要求很高的交联度(7090)。最初用二乙烯基苯为交联剂，后来发现使用丙烯
38、酸酯类交联剂制备的MIPs识别性更高。乙二醇二甲基丙烯酸(EGDMA)是分子印迹中常用的交联剂，最近含有三或四个乙烯基基团的交联剂也被使用。EGDMA、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)和季戊四醇三丙烯酸酯(PETRA)均可在有机溶剂和亲水溶剂中使用，而典型的水溶性交联剂是N，N一亚甲基二丙烯酰胺7。13反应试剂用量印迹分子与功能单体的比值对分子印迹过程中识别孔穴的产生具有很大影响，对其比例的适当选择应该依据印迹分子所含有的官能团和制备过程中所用溶剂的性质，一般而言增大功能单体的比例可以充分地预组装印迹分子，但功能单体所占的比例并非越大越好，因为：(i)功能单体过量太多可增加由未参与组装的
39、功能单体所产生的非选择性结合位点；(ii)过大浓度的功能单体有可能引起自身的聚合而减少选择性结合位点数，所以印迹分子和功能单体的比例一般是1：4。即使使用混合功能单体，印迹分子与功能单体的总量也保持1：4的比值左右18。功能单体和交联剂的比例对MIPs的性能也有很大的影响。当交联剂的用量较低时，MIPs会因没有足够的交联度而无法保持稳定的孔穴构型，导致MIPs识别能力降低；但是过高浓度的交联剂会破坏印迹效果，使单体质量MIPs内含有的功能单体数目数低而减少MIPs识别位点，尤其是对于非共价键结合作用。适量的交联剂即可以减少MIPs在不同溶剂中的溶胀问题，提高选择性，尤其是可以增强对结构类似物的
40、区分能力，又能增大聚合链的空隙使待测物较快地通过扩散作用进入识别位点。14溶剂溶剂既是溶解用于聚合的所有试剂，也是制备MIPs的致孔剂，还影响功能单体和印迹分子间的结合强度、动力学性质和聚合物的形态结构，特别是在非共价键的结合体系中显得尤为重要。溶剂的用量对MIPs中孔穴的立体结构也有影响，用量太多会使MIPs的结构疏松、硬度变低而影响识别效果；用量太少又会减少MIPs中立体孔穴的数量。溶剂的极性等也不同程度地影响着印迹效果。极性大的溶剂可与印迹分子竞争功能单体，从而使制得的MIPs识别效果较差。通常非极性溶剂是最佳的选择(如甲苯、二氯乙烷等)，强极性的溶剂因减弱印迹分子和功能单体的相互作用，
41、降低MIPs的识别性能。再就是溶剂的选择对MIPs的形态、识别位点功能基的定位和位点的可达到性也有一定的影响。溶剂可以使MIPs溶胀而影响空穴的立体结构，产生弱的结合，所以用于聚合的溶剂和用于识别的溶剂最好一致以免产生溶胀而影响MIPs的识别性。非共价型MIPs对溶剂的极性有强烈的依赖性；而共价型MIPs一般受溶剂极性影响较小。15引发方式制备MIPs的引发方式：(i)自由基聚合；(ii)辐射聚合；(iii)电化学聚合。自由基聚合是MIPs制备的常用引发方式，包括热引发聚合19和光引发聚合20。研究发现低温下紫外光引发聚合，所制备MIPs的性能要优于用热引发制备的MIPs。最近，Milojko
42、vic等人21尝试用射线来引发聚合反应，但是制得聚合物热稳定性及性能较差，还需进一步完善。Panasyuk等22最先采用电化学聚合制备了用于检测苯丙胺酸的MIPs。2MIPs的制备技术21本体聚合早期大都采用本体聚合23制备MIPs，即把印迹分子、功能单体、交联剂和引发剂按一定比例溶于惰性溶剂，密封在一个真空的安培管中，经聚合制得棒状聚合物，经粉碎、过筛、洗脱等得到所需粒状MIPs。本实验室24曾用此法制备了可识别植物激素吲哚乙酸的MIPs，并探讨了识别机理。此法简单，至今仍是制备MIPs的主要方法之一；但后处理过程冗长、费时、费力，MIPs利用率低，所得粒子的不规则性降低了其分离能力，也难以
43、大规模生产。22原位聚合在色谱柱或毛细管等反应器内直接聚合制得连续型棒状MIPs。这种制备方法比较简便，没有繁琐的处理手续，且制得MIPs具有连续性、均一性的特点，从而得到较好的分离效果。Matsui等25首先在不锈刚管内制得棒状的MIPs，所得色谱柱对印迹分子有一定的选择性，但柱效和分辨率不高。Schweitz等26把毛细管柱作为合成整体MIPs的反应器，制备了预定选择性毛细管电泳色谱柱，研究结果表明：2min内就可实现印迹分子外消旋体的基线分离。这种技术成功地分离了那格列奈27，辛可宁28等药物外消旋体。23悬浮聚合这是制备微球型MIPs常用方法之一：Mayes等29率先用全氟烃为分散介质
44、，加入特制的聚合物表面活性剂使印迹混合液形成乳状溶液，引发聚合后可得粒度分布窄、形态规则的MIPs微球，作为HPLC填料有低柱压和快速扩散的优点，但分散剂全氟烃不利于环保、价格偏高和表面活性剂的用量要求严格，制约了其实用。孟子晖30等也用此法制备了用于分离外消旋体的MIPs微球，有不错的热稳定性和立体选择性。悬浮聚合工艺简单、制备周期较短，并且可在水中进行聚合而能够满足水溶性分子的印迹要求，但是所制MIPs粒径较大，影响其性能与实际应用。24溶胀聚合溶胀聚合又称为多步溶胀悬浮聚合或种子溶胀悬浮聚合：(i)采用有无皂乳液聚合法合成粒径较小的微球作为种子；(ii)用一定的乳液进行多次溶胀种子，再通
45、过还原剂的加入经光引发31或热引发32聚合物制得符合要求的MIPs微球。Hosoya等33合成的系列粒径、形状分布单一的聚苯乙烯微球，用于色谱填料。经过多步溶胀聚合制备的单分散MIPs在较短的色谱柱中就能实现对映异构体的基线分离。在水中制得系列表面带有微孔，且具有较好单分散性的MIPs微球呈现较好的特异吸附性。聚合反应可在极性溶剂中进行，所以制得MIPs可用于极性环境，这满足了酶模拟等生物环境的要求，同时MIPs的规整性和单分散性也好。另外，识别位点在MIPs微球的表面使得印迹分子的结合和洗脱可较快地达到平衡。25表面聚合是把印迹分子和功能单体在溶剂中形成的复合物与表面活化过的硅胶聚三羟甲基丙
46、烷三丙烯酸酯粒子玻璃等介质反应接枝聚合34，从而制得MIPs的一种方法。这一方法解决了本体聚合中印迹分子包埋过深或过紧而难洗脱的问题。二、整体柱35及其应用整体柱,又称棒柱、连续床层、无塞柱,它是由单体、引发剂、致孔剂等混合物通过原位制备而成一个棒状整体,具有制备方法简单、内部结构均匀、重现性好、具有较高的柱效和可进行快速分离等优点,已在反相色谱、离子交换色谱、疏水作用色谱、亲和色谱、体积排阻色谱中获得了应用,并成功分离了肽、蛋白质类固醇、芳烃、聚合物、低聚核苷酸、氨基酸等物质。1整体柱的应用1. 1快速分析整体柱的整体填充床相当于一粒灌注色谱填料，因而其具有极好的通透性。塔板高度和柱压降对流速对流速曲线表明塔板高度与柱压降随流速的增加而增幅不明显，说明在较大的流速整体柱依然具有较高的柱效和较低的柱压降。普通填充柱则无法实现这一点，其只能通过较低填料粒径来提高柱效，但填料粒径的减少又不可避免地带来柱压降显著增加的弊端。1.2流速梯度由于柱压降的限制，在普通填充柱上进行流速梯度洗脱不具有实际意义，并且柱效随流速的增加而损失较大，而整体柱有具有优异的渗透性，在较高的流速下仍能