可逆加成-断裂链转移沉淀聚合法制备噻菌灵分子印迹聚合物

王晓艳，张怀斌

(滨州医学院，山东 烟台 264003)

噻菌灵(TBZ)属苯并咪唑类杀菌剂，是高效、低毒和广谱的内吸性杀菌剂，具有预防和治疗作用，尤其对麦类赤霉病有特效，广泛应用于庄稼的生产、储存及保鲜[1]，但其在土壤、水以及作物中仍有一些残留，对人、畜有一定的毒副作用。由于苯并咪唑类杀菌剂在样品中含量极低、基体复杂，因此，其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，因此，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。

分子印迹技术是近几年来集高分子合成、分子设计、分子识别、仿生生物工程等众多学科优势发展起来的一门边缘学科，广泛应用于分离、催化、化学/生物传感器等众多领域。目前，分子印迹聚合物的制备方法主要包括自由基聚合和溶胶-凝胶过程。自由基聚合是比较常用的方法，主要包括本体聚合、悬浮聚合[2]、两步溶胀聚合[3]、沉淀聚合[4]。其中，沉淀聚合不需要加入表面活性剂或稳定剂，沉淀的微粒干净、表面无表面活性剂或稳定剂的残留，避免了悬浮聚合和本体聚合等方法合成的聚合物微球表面因吸附乳化剂或稳定剂而影响分子识别选择性的现象。利用沉淀聚合法可制备微米到亚微米的分子印迹聚合物，而利用可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合技术制备的分子印迹聚合物分子量分布窄、分散性更好、印迹效率更高。

作者在此将可逆加成-断裂链转移聚合技术与沉淀聚合技术结合，合成了噻菌灵分子印迹聚合物，并与传统沉淀聚合法制备的分子印迹聚合物进行了对比。

1 实验

1.1 试剂与仪器

扫描电子显微镜(SEM)，油浴锅，高速离心机，超声波清洗器，高效液相色谱仪。

1.2 分子印迹聚合物的制备

准确称取34 mg(0.17 mmol)模板分子噻菌灵与58 μL(0.68 mmol)功能单体甲基丙烯酸置于50 mL烧瓶中；加入12.5 mL乙腈溶解，密封，放置12 h使模板和单体充分作用；加入480 μL(3.4 mmol)交联剂二乙烯基苯、41 mg(0.25 mmol)引发剂偶氮二异丁腈和100 μL CTA超声溶解后，置于冰水浴中通氮10 min；在60 ℃油浴中聚合24 h后，离心过滤，用体积比为1∶1的甲醇-乙酸溶液索氏提取24 h以洗去模板分子和残余的功能单体，再用甲醇洗至中性，干燥，备用。

作为对照，传统沉淀聚合在不加CTA的条件下合成；非印迹聚合物在不加模板分子噻菌灵的条件下合成。

1.3 吸附效果对比

称取20 mg分子印迹聚合物置于5 mL具塞刻度试管中，加入2 mL不同浓度噻菌灵溶液，在室温下振荡24 h后，离心，取上清液用反相高效液相色谱法分析。色谱条件：C18柱(EP-C18，4.6 mm×250 mm,5 μm)；流动相为乙腈-水(60∶40)；流速1 mL·min-1；进样量20 μL；柱温为室温；紫外检测波长298 nm。

按下式计算印迹聚合物的吸附量(Q)：

式中：c0和cF分别为吸附前、后噻菌灵溶液的浓度；V为溶液的体积；m为印迹聚合物的质量。

2 结果与讨论

2.1 分子印迹聚合物的表征

图1是分子印迹聚合物(MIPs)和非印迹聚合物(NIPs)的扫描电镜图片。

a.RAFT-MIPs b.TR-MIPs c.RAFT-NIPs d.TR-NIPs

由图1可以看出，可逆加成-断裂链转移沉淀聚合所制备的分子印迹聚合物(RAFT-MIPs)微球是单分散的(图1a)，且比较均匀；而传统的沉淀聚合所制备的分子印迹聚合物(TR-MIPs)微球分散性不太好(图1b)，只有部分微球是单分散的，很多微球都粘连在一起，导致了印迹的空穴大部分被包埋起来；非印迹聚合物(图1c、d)几乎全部粘连在一起，分散性很差。

2.2 吸附效果比较

采用静态平衡法，测定印迹聚合物在10～80 mg·L-1噻菌灵溶液中的等温吸附曲线，结果见图2。

图2 分子印迹聚合物和非印迹聚合物的吸附等温线

由图2可以看出：

(1)印迹聚合物对噻菌灵的吸附量随噻菌灵初始浓度的增大而上升，当浓度大于60 mg·L-1时，吸附基本上达到饱和。这是因为，在印迹聚合物微球与噻菌灵溶液之间存在吸附-解吸动态平衡，当溶液初始浓度较低时，被吸附的模板分子的量也很少，吸附量小，即模板分子不能占据所有的空穴；随着溶液初始浓度的增大，越来越多的空穴被占据，直至饱和。

(2)在噻菌灵初始浓度相同的条件下，分子印迹聚合物对噻菌灵分子的吸附量明显高于非印迹聚合物的吸附量。这表明分子印迹聚合物对噻菌灵分子具有特异性识别能力。

(3)相同的条件下，利用可逆加成-断裂链转移沉淀聚合法制备的分子印迹聚合物(RAFT-MIPs)对噻菌灵分子的吸附量明显高于传统沉淀聚合法制备的分子印迹聚合物(TR-MIPs)的吸附量。这主要是因为，TR-MIPs的分散性不好，很多印迹空穴被包埋起来，识别位点减少，导致吸附量比RAFT-MIPs低很多。这与扫描电镜的结果是一致的。

在噻菌灵初始浓度为40 mg·L-1时，RAFT-MIPs和TR-MIPs的吸附动力学曲线见图3。

图3 RAFT-MIPs和TR-MIPs的吸附动力学曲线

由图3可以看出，在前3 h内RAFT-MIPs的吸附速率较快，占平衡吸附量的一半，在7 h后基本达到吸附平衡；而TR-MIPs需要9 h才能达到吸附平衡。这表明采用可逆加成-断裂链转移沉淀聚合技术制备的分子印迹聚合物(RAFT-MIPs)有更好的传质效率，在相同的吸附时间内，RAFT-MIPs吸附量是TR-MIPs吸附量的2～3倍。这是因为RAFT-MIPs的分散性更好，具有更多的识别位点。

3 结论

采用可逆加成-断裂链转移沉淀聚合技术合成了噻菌灵分子印迹聚合物。该聚合物微粒具有更好的分散性，且印迹效果比传统沉淀聚合法得到的分子印迹聚合物更好， 为从复杂的农药残留中富集和分离噻菌灵提供了可能。

参考文献：

[1] Ito Y，Goto T，Oka H，et al.Simple and rapid determination of thiabendazole,imazalil,ando-phenylphenol in citus fruit using flow-injection electrospray ionization tandem mass spectrometry[J].J Agric Food Chem，2003，51(4):861-866.

[2] Jing T，Gao X，Wang P，et al.Determination of trace tetracycline antibiotics in foodstuffs by liquid chromatography-tandem mass spectrometry coupled with selective molecular-imprinted solid-phase extraction[J].Anal Bioanal Chem,2009,393(8):2009-2018.

[3] Tan C J，Chua H G，Ker K H，et al.Preparation of bovine serum albumin surface-imprinted submicron particles with magnetic susceptibility through core-shell miniemulsion polymerization[J].Anal Chem，2008，80(3)：683-692.

[4] Wang J，Cormack P A G，Sherrington D C，et al.Monodisperse,molecularly imprinted polymer microspheres prepared by precipitation polymerization for affinity separation applications[J].Angew Chem Int Ed,2003,42(43):5336-5338.

[5] Meijier J，Vermeer P，Brandsma L.A simple preparative method for dithioesters[J].Recl Trav Chim，Pays-Bas,1973,92(6):601-604.