异丙威荧光分子印迹聚合物的制备

张小伟

（陇东学院化学化工学院，甘肃省庆阳市 745000）

异丙威荧光分子印迹聚合物的制备

张小伟

（陇东学院化学化工学院，甘肃省庆阳市 745000）

以石墨烯量子点（GQDs）为荧光组分，异丙威为模板分子，甲苯/石蜡混合溶剂为致孔剂，甲基丙烯酸为功能单体，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯为交联剂，偶氮二异丁腈为引发剂，采用热引发沉淀聚合法制备了对异丙威有吸附作用的异丙威荧光分子印迹聚合物。结果表明：异丙威荧光分子印迹聚合物表面凹凸不平，直径较大；其与甲基丙烯酸之间以非共价键结合；荧光分子印迹聚合物内部存在大量印迹“空洞”或“孔穴”，对高温有一定的耐受性；异丙威荧光分子印迹聚合物具有良好的吸附性、荧光性、选择特异性，可为环境、食品中农药痕量残留检测提供一种新途径。

荧光分子印迹聚合物 石墨烯量子点 异丙威 热稳定性

异丙威，又名2-异丙基苯基甲基氨基甲酸酯，分子式C11H15NO2，为触杀性、速效性氨基甲酸酯类杀虫剂农药，主要用于防治水稻叶蝉、飞虱类、蓟马和蚂蟥，对甘蔗扁飞虱、马铃薯甲虫、厩蝇等也有良好的防治效果［1］，因而广泛用于农作物的种植栽培；但异丙威可能会通过雨水的冲刷而迁移到环境中，从而导致人畜中毒现象发生［2］。GB 2763—2014《食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》中规定，异丙威在大米中最大残留限量为0.2 mg/kg，在黄瓜中最大残留限量为0.5 mg/kg。目前，异丙威检测方法主要有气相色谱法、液相色谱法、质谱法等［3-5］，但这些方法存在试样前处理复杂、分析周期长、检测成本高、灵敏度不够等缺点。

荧光分子印迹聚合物［6-8］是将具有荧光性能的量子点与高特异选择性的分子印迹技术结合而制备的聚合物，这种聚合物具有荧光性能、特异识别目标分析物的结合位点，在复杂环境试样的分离检测中具有明显优势。本工作以石墨烯量子点（GQDs）为荧光组分，异丙威为模板分子，甲苯/石蜡混合溶剂为致孔剂，甲基丙烯酸为功能单体，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯为交联剂，偶氮二异丁腈为引发剂，采用热引发沉淀聚合法制备了异丙威荧光分子印迹聚合物，旨在为环境或食品中农药痕量残留检测提供一种新方法。

1 实验部分

1.1主要试剂

冰乙酸，无水甲醇，甲苯，液体石蜡，丙酮：均购自西陇化工股份有限公司。异丙威，灭多威，克百威，氨基甲酸甲酯（纯度≥99.5%）：均购自国药集团化学试剂有限公司。三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，甲基丙烯酸，偶氮二异丁腈（纯度≥99.0%）：均购自上海阿拉丁试剂有限公司。所有未经说明试剂均为分析纯，实验室用水为超纯水。

异丙威标准溶液的配制：称取50 mg异丙威置于小烧杯中，加入定量甲苯超声溶解后，转至50 mL容量瓶中，加甲苯定容摇匀，配制成质量浓度为1 g/L的标准储备液。

1.2主要仪器

VEGA\LSU型扫描电子显微镜，捷克Tescan公司生产；Nicolet 8700型傅里叶变换红外光谱仪，美国Nicolet公司生产；Q500型热重分析仪，美国TA仪器公司生产；7890A型气相色谱仪，美国安捷伦科技有限公司生产；UV-1700型紫外可见光分光光度计，日本岛津公司生产；F-2500型荧光分光光度计，日本日立公司生产；Centrifuge 5804R型冷冻离心机，德国Eppendorf公司生产。

1.3试样制备

GQDs的制备及纯化：称取20 mg碳纳米纤维与500 mg氢氧化钠，用玛瑙研钵研细混匀后转移至洁净的25 mL坩埚中，在马弗炉中于350 ℃加热5 h，待反应釜冷却至室温后，加入超纯水溶解所得固体，于8 000 r/min离心分离10 min，以去除大颗粒的未反应物，上清液用MWCO1000型透析袋透析处理至中性，透析后的溶液经冷冻干燥后，得到棕黄色GQDs粉末，备用。

异丙威荧光分子印迹聚合物的制备：在25 mL的圆底烧瓶中加入75 mg异丙威、5 mL甲苯、5 mL液体石蜡，磁力搅拌使其完全溶解；加入50 mg的GQDs，磁力搅拌反应30 min后，加入35 mg甲基丙烯酸搅拌反应3 h，加入交联剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯500 μL，再加入20 mg引发剂偶氮二异丁腈，振荡30 min，通氮气10 min除氧，密封瓶口后置于70 ℃恒温水浴锅中热引发聚合24 h至沉淀完全；取出沉淀冷却至室温，用研钵粉碎，过125 µm的筛子；用滤纸包裹聚合物置于索氏提取器中，用冰乙酸与甲醇体积比为6∶4的混合溶剂作为萃取剂，连续萃取24 h，期间萃取剂更换两次，洗涤至无模板分子异丙威为止；取出用甲醇洗至中性，于60 ℃真空干燥24 h，即得到异丙威荧光分子印迹聚合物。

空白荧光分子印迹聚合物的制备：除不加模板分子异丙威外，其他操作步骤与上述过程相同。

1.4测试与表征

为分析模板分子异丙威与功能单体甲基丙烯酸的键合情况以及异丙威的洗脱效果，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征了异丙威荧光分子印迹聚合物及空白荧光分子印迹聚合物。利用扫描电子显微镜（SEM）分析了两种聚合物的微观形貌、表面结构及粒径，制样时，用离子溅射仪对聚合物进行喷金处理。利用热重分析仪分析两种聚合物的热稳定性和热分解过程。

荧光分光光度计测定条件：最佳激发波长300 nm，狭缝宽度8 nm，扫描速度400 nm/min，波长200～600 nm。

平衡吸附实验：称取20 mg异丙威荧光分子印迹聚合物置于10 mL比色管中，加入2 mL质量浓度分别为0，10，20，30，40，50 mg/L的异丙威标准溶液，室温条件下充分振荡2 h。取上述悬浊液，稀释100 倍后，用荧光分光光度计测定其荧光强度。

吸附动力学实验：称取20 mg异丙威荧光分子印迹聚合物置于10 mL比色管中，加入2 mL质量浓度为100 mg/L的异丙威标准溶液，室温条件下分别震荡0，30，60，90，120，150，180 min后，用荧光分光光度计测定其荧光强度。

选择性吸附实验：称取20 mg异丙威荧光分子印迹聚合物置于10 mL比色管中，分别加入2 mL质量浓度为100 mg/L的异丙威、灭多威、克百威、氨基甲酸甲酯溶液，室温条件下充分振荡2 h后，用荧光分光光度计测定不同底物在异丙威荧光分子印迹聚合物及空白荧光分子印迹聚合物上的荧光强度。

2 结果与讨论

2.1 FTIR分析

从图1可以看出：异丙威、异丙威荧光分子印迹聚合物以及空白荧光分子印迹聚合物的FTIR谱线中出现部分重合的振动吸收峰；2 915 cm-1处是羟基的伸缩振动吸收峰，1 643 cm-1是C O的振动吸收峰，1 224 cm-1是C—O的伸缩振动峰；异丙威荧光分子印迹聚合物与空白荧光分子印迹聚合物谱线的峰型基本一致，说明印迹和洗脱时，聚合物中化学键没有新键生成或断裂，异丙威与功能单体甲基丙烯酸是以非共价键结合，同时也说明索氏提取过程可将异丙威从分子印迹聚合物中高效洗脱。

2.2 SEM观察

从图2可以看出：异丙威荧光分子印迹聚合物与空白荧光分子印迹聚合物的形态基本一致，近似于球形，直径约2.0 μm；异丙威荧光分子印迹聚合物表面凹凸不平，较为粗糙；而空白荧光分子印迹聚合物表面较为光滑平整。这可能是由于异丙威在聚合时占有一定的空间体积，表面凹凸不平，凸出部分大多是异丙威结合位点；而空白荧光分子印迹聚合物具有与异丙威分子大小、形状相匹配的“ 空洞”或“ 孔穴”，但这些“ 空洞”或“ 孔穴”均向内“ 凹陷”，从而导致空白荧光分子印迹聚合物表面光滑平整。

图1 异丙威、异丙威荧光分子印迹聚合物与空白荧光分子印迹聚合物的FTIRFig.1 FTIR of isoprocarb， isoprocarb fluorescent molecularly imprinted polymer and blank fluorescent molecularly imprinted polymer

图2 异丙威荧光分子印迹聚合物与空白荧光分子印迹聚合物的SEM照片Fig.2 SEM photos of isoprocarb fluorescent molecularly imprinted polymer and blank fluorescent molecularly imprinted polymer

2.3热重分析

从图3可以看出：从室温到96 ℃时，约有6.8%的质量损失，可能是因为异丙威荧光分子印迹聚合物置于空气中受潮后，由于加热而导致水分蒸发引起的质量损失；96～300 ℃时，异丙威分子印迹聚合物质量几乎恒定；300～450 ℃时，异丙威分子印迹聚合物质量急剧下降，质量保持率降至13.0%；温度继续上升到650 ℃时，分子印迹聚合物基本分解完全，总分解量≥95.0%。这说明制备的异丙威荧光分子印迹聚合物对高温有一定的耐受性，热稳定性能良好。

图3 异丙威荧光分子印迹聚合物的热重曲线Fig.3 Thermo gravimetric curve of isoprocarb fluorescent molecularly imprinted polymer

2.4平衡吸附性能

从图4可以看出：在异丙威质量浓度为0～50 mg/L时，异丙威荧光分子印迹聚合物吸附异丙威后，悬浮液的荧光强度随着异丙威质量浓度的增大而减小。这可能是由于异丙威荧光分子印迹聚合物不仅可以高效吸附异丙威，而且还可以产生不同程度的荧光猝灭效应。因此，采用荧光分子印迹聚合物吸附异丙威，并将吸附异丙威浓度的大小转变成相应荧光强度，从而为其测定异丙威含量提供条件。

图4 异丙威分子印迹聚合物吸附异丙威的荧光光谱Fig.4 Fluorescence spectra of isoprocarb fluorescent molecularly imprinted polymer after adsorbing isoprocarb

2.5吸附动力学

从图5可以看出：在0～120 min时，异丙威荧光分子印迹聚合物的相对荧光强度（初始荧光强度与吸附异丙威后的荧光强度比值）随时间延长而逐渐增大，可能是由于异丙威荧光分子印迹聚合物与异丙威特异性结合，从而引起荧光发生递增式的猝灭；随着时间的延长，异丙威荧光分子印迹聚合物对异丙威的吸附逐渐饱和，荧光猝灭也趋于稳定，相对荧光强度趋于不变；异丙威荧光分子印迹聚合物在120 min内，相对荧光强度达2.2，说明其具有良好的传质速度和吸附性能。

图5 异丙威分子印迹聚合物吸附异丙威的吸附动力学曲线Fig.5 Kinetic curves of isoprocarb adsorption by isoprocarb fluorescent molecularly imprinted polymer

2.6选择特异性能

从图6可以看出：异丙威荧光分子印迹聚合物吸附异丙威的相对荧光强度最大，而吸附灭多威、克百威、氨基甲酸甲酯的荧光强度基本相同，说明异丙威荧光分子印迹聚合物对异丙威具有特异选择性吸附性能，而对灭多威、克百威、氨基甲酸甲酯溶液吸附属于非特异性吸附。这可为环境、食品中含异丙威成分的农药痕量残留检测提供一种新途径。

图6 异丙威分子印迹聚合物对不同农药的选择性吸附Fig.6 Selective adsorption of different pesticides by isoprocarb molecularly imprinted polymer

3 结论

a）以GQDs为荧光组分，异丙威为模板分子，甲苯/石蜡混合溶剂为致孔剂，甲基丙烯酸为功能单体，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯为交联剂，偶氮二异丁腈为引发剂，采用热引发沉淀聚合法制备了对异丙威有吸附作用的异丙威荧光分子印迹聚合物。

b）异丙威荧光分子印迹聚合物表面凹凸不平，非常粗糙，直径较大；其与功能单体甲基丙烯酸之间以非共价键结合；荧光分子印迹聚合物内部存在大量印迹“空洞”或“孔穴”，并对高温有一定的耐受性。

c）异丙威荧光分子印迹聚合物具有良好的吸附性、荧光性、选择特异性，可为环境、食品中农药痕量残留检测提供一种新的途径。

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Synthesis of fl uorescent molecularly imprinted isoprocarb polymers

Zhang Xiaowei
（College of Chemistry & Chemical Engineering， Longdong University， Qingyang 745000， China）

Isoprocarb fluorescent molecularly imprinted polymer was prepared via thermal initiated precipitation polymerization with graphene quantum dots（GQDs）as fluorescent component，isoprocarb as template molecule，toluene/paraffin mixed solvent as pore-foaming agent， methacrylic acid as functional monomer， trimethylolpropane tris-acrylate as crosslinking agent，and azobisisobutyronitrile as initiator. The polymer is used for isoprocarb adsorption. The test results show that the polymer has rough，uneven surface and big diameter，and non-covalent bonds connect the molecules of polymer with those of methacrylic acid. A large number of 'cavities' or 'holes' exist within the polymer，which are temperature tolerance. Isoprocarb fluorescent molecularly imprinted polymer performs well in adsorption，fluorescence， and selective specificity，it can provide a new way for detection of pesticide residues in environment and food.

fluorescent molecularly imprinted polymer； graphene quantum dot； isoprocarb； thermal stability

TQ 457.2

B

1002-1396（2017）02-0046-04

2016-10-13；

2017-01-10。

张小伟，男，1982年生，硕士研究生，讲师，主要从事天然产物分离与功能高分子材料的开发工作。联系电话：18919272180；E-mail：zhangxiaow1982@163.com。

甘肃省应用化学重点学科项目（GSACKS 20130113）。