專利名稱：四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極的熱聚合制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及四環(huán)素分子印跡聚合物，以及制備四環(huán)素分子印跡聚合物膜電 極的方法。
背景技術(shù)：
四環(huán)素類抗生素是一類廣譜抗生素，被廣泛地應(yīng)用于水產(chǎn)和畜牧養(yǎng)殖行業(yè)， 由于大量使用，抗生素在動物體內(nèi)、糞便和水土中的殘留程度非常高，對人類 健康形成潛在的危害。我國的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在動物源類食品中四環(huán)素類抗生素
的殘留量不得超過100pg^g。四環(huán)素屬于四環(huán)素類抗生素中的一種，在牛奶、
魚類等許多介質(zhì)中均有殘留，目前常用的檢測手段主要包括微生物法、酶聯(lián)免 疫吸附法、高效液相色譜以及液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜等，這些方法有的檢測靈敏度 低，有的成本高或抗干擾性能弱、前處理過程復(fù)雜、需要大型儀器，均不適用 于現(xiàn)場、快速檢測。
分子印跡技術(shù)是采用目標(biāo)分子作為模板，使用單體和交聯(lián)劑在一定條件下 發(fā)生聚合反應(yīng)得到聚合物，然后將目標(biāo)物洗脫，可以形成具有與目標(biāo)分子相匹 配的空間結(jié)構(gòu)和結(jié)合位點(diǎn)，主要應(yīng)用在抗原與抗體模擬、固相萃取以及傳感等 方面。
目前將分子印跡技術(shù)應(yīng)用于四環(huán)素檢測的相關(guān)研究主要集中在以下二個方
面
(一)制備四環(huán)素分子印跡聚合物作為固相萃取填料，用于四環(huán)素檢測的前
處理過程。例如，Cai等在《Separation and Purification Technology》(純化與分離 技術(shù))，2004， (35)， 215—221上發(fā)表的文章"Molecularly-imprinted polymers selective for tetracycline binding"(分子印跡聚合物選擇性結(jié)合四環(huán)素)中描述了以四環(huán)素分子作為模板的分子印跡聚合物的制備方法，并考察了其選擇性結(jié)合四環(huán)素的 能力，論述了交聯(lián)度和溶劑極性的影響。中國專利申請"一種四環(huán)素分子印跡
聚合物及其應(yīng)用"(申請?zhí)?00710070753.X)，公開了一種四環(huán)素分子印跡聚合 物的制備方法以鹽酸四環(huán)素分子為模板分子、甲基丙烯酸為功能單體、乙—
醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑、偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，經(jīng)原位聚合得到小顆粒 狀聚合物，它可用作固相萃取柱的填充材料。中國專利申請"一種四環(huán)素分子印
跡整體柱的制備方法"(申請?zhí)?00810052541.3)，公開了以四環(huán)素分子為模板分 子、甲基丙烯酸為功能單體、乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑、偶氮二異丁腈 為引發(fā)劑，環(huán)己醇和十二醇混合液為致孔劑，于不銹鋼柱中60。C下熱聚合制備 四環(huán)素分子印跡整體柱的方法，該分子印跡整體柱可直接作為固相萃取柱實(shí)現(xiàn) 四環(huán)素分子的有效分離。以上研究都無法應(yīng)用于現(xiàn)場、快速檢測。
(二)采用光聚合方法，制備四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極，應(yīng)用于四環(huán)素 電化學(xué)檢測的工作電極。中國專利申請"四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極及其制 備和應(yīng)用"(申請?zhí)?00810012433.3)，公開了一種光聚合法制備四環(huán)素分子印 跡聚合物膜電極的方法，其特征在于將模板分子鹽酸四環(huán)素、功能單體苯乙 烯、交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙烯酸酯、引發(fā)劑偶氮二異丁腈、致孔劑甲醇或氯仿 或甲苯混合并超聲溶解后通過紫外燈光聚合在電極基體上聚合得到，但使用該 方法，四環(huán)素分子印跡聚合物膜在電極基體表面覆蓋得不夠均勻，會影響四環(huán) 素電化學(xué)檢測的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種制備四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極的方法，能進(jìn) 一步提高四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極在電化學(xué)檢測四環(huán)素中的靈敏度和檢出 限。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極的熱聚合制備方法，是將由模板分子、功 能單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、致孔劑構(gòu)成的復(fù)合物經(jīng)過聚合反應(yīng)、洗脫模板分子在電極基體表面形成四環(huán)素分子印跡聚合物膜，電極基體為以下電極中的一種 鉑、鈀、金、玻碳電極，經(jīng)過電沉積鉑或鈀或金的鈦、鉑、鈀、金電極；其特 征在于包括以下步驟
步驟一，將模板分子四環(huán)素、功能單體甲基丙烯酸、交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙 烯酸酯、引發(fā)劑偶氮二異丁腈、致孔劑甲醇或氯仿或甲苯超聲溶解形成均勻的 溶膠狀復(fù)合物，模板分子、功能單體、交聯(lián)劑摩爾比為1 3: 2 15: 90，當(dāng)模板
分子的質(zhì)量為0.1g時，引發(fā)劑質(zhì)量為0.02 0.05g，致孔劑的體積為5 10mL;
歩驟二，將電極基體浸入溶膠狀復(fù)合物中5~30秒，緩慢提拉出來，放入可 密封的管中，向管中充氮?dú)獬? 10分鐘后，將管密封好，置于恒溫裝置中， 在溫度為55~65°C的恒溫條件下熱聚合反應(yīng)12~36小時，在電極基體表面形成 一層聚合物膜；
步驟三，將覆蓋有聚合物膜的電極基體浸入乙醇中浸泡3 5小時，再浸入去 離子水中浸泡3 5小時，以洗脫模板分子；
歩驟四，將電極在50~60°C溫度下干燥2~5小時，使致孔劑充分揮發(fā)，得 到四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極。
熱聚合反應(yīng)具有加熱均勻的優(yōu)點(diǎn)，能避免聚合物的團(tuán)聚，易于在電極表面形 成涂覆均勻的四環(huán)素分子印跡聚合物膜，具有較多的識別點(diǎn)位，從而提高電化 學(xué)檢測靈敏度。
重復(fù)步驟二，將電極表面多次在溶膠中浸漬以及聚合，可以增加四環(huán)素分子 印跡聚合物膜的厚度，還可使膜分布更加均勻，但如果次數(shù)過多，會使下層聚 合物的孔隙被上層聚合物覆蓋，影響對模板分子的洗脫效果、減少識別點(diǎn)位， 影響檢測效果。因此第—步驟可重復(fù)1~4次。
熱聚合反應(yīng)溫度控制在55 65。C，最佳范圍為58 62°C，熱聚合反應(yīng)時間為 12~36小時，最佳范圍為20 25小時。所用的密封管可以是一端開口的塑料管、 玻璃管或石英管等。
電極基體可以采用鉑、鈀、金、玻碳電極，也可以采用經(jīng)過電沉積鉑或鈀或金的鈦、鉑、鈀、金電極，電沉積鉑、鈀、金能使金屬表面呈現(xiàn)微納米結(jié)構(gòu)，提供較大的比表面積，使電極基體與聚合物更好地結(jié)合。選擇電沉積鉑的鈦電極為電極基體，成本較低。采用電沉積鉑的鈦電極時，可將純度高于99%的鈦
片打磨拋光并清洗后，在含有1.5 3g/L的鹽酸的0.01~0.03mmol/L氯鉑酸溶液中電沉積鉑，沉積電壓為-0.40 -0.20￥(相對于飽和甘汞電極)，沉積時間為10~40分鐘。沉積結(jié)束后，用去離子水沖洗電極，目的是洗脫表面吸附的氯鉑酸以及結(jié)合不牢固的鉑。使用鉑、鈀、金、玻碳電極時，要用八1203粉體打磨，并且經(jīng)過乙醇、水的超聲清洗。電沉積鈀或者金時，電解液可以選擇對應(yīng)的鹽或者酸(比如氯化鈀、氯金酸等)。
用本發(fā)明的方法制備的四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極，四環(huán)素含量檢測范圍為0.1~10mg/L，檢出限為0.026mg/L，與光聚合制備的四環(huán)素分子印跡聚合物膜屯極相比，檢出限數(shù)值較低，靈敏度較高，更有利于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場快速檢測。


圖1是以電沉積鉑的鈦片為電極基體，熱聚合法制備的四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極的掃描電子顯微鏡圖(SEM)。采用Quanta 200 FEG掃描電鏡，加速電壓為20kV，圖中白色雪花狀物質(zhì)是聚合一層分子印跡薄膜后的鉑顆粒。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例l，以鉑電極為電極基體，熱聚合法制備四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極。
取四環(huán)素0.1g、甲基丙烯酸0.038mL、乙二醇二甲基丙烯酸酯3.53mL(摩爾比為1: 2: 90)，偶氮二異丁腈0.05g，以及10mL甲醇混合后，置于超聲清洗儀中進(jìn)行超聲溶解，形成均勻的溶膠狀復(fù)合物。
將鉑電極用Al203粉體打磨后，分別以乙醇和水為溶液進(jìn)行超聲清洗，晾干。將電極在上述制備的溶膠中浸漬5秒，然后置于可密封的塑料管中，向管
中充氮?dú)獬?分鐘，密閉后置于55T的恒溫水浴鍋中，聚合反應(yīng)12小時；
重復(fù)該步驟一次。
兩次熱聚合反應(yīng)后，將電極先在乙醇中浸泡3小時，再在去離子水中浸泡3小時，以達(dá)到洗脫模板分子的目的。最后將該電極于50。C溫度下干燥5小時，以使致孔劑充分揮發(fā)，得到四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極。
實(shí)施例2，以沉積金的鈦電極為電極基體，熱聚合法制備四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極。
取四環(huán)素0.3g、甲基丙烯酸0.305mL、乙二醇二甲基丙烯酸酯3.53mL(摩爾比為換3: 15: 90)，偶氮二異丁腈0.06g，以及15mL氯仿混合后，置于超聲清洗儀中進(jìn)行超聲溶解，形成均勻的溶膠狀復(fù)合物。
將大小為20mmx30mm的工業(yè)純鈦片(純度〉99%)依次用350#、 800#、 1000#以及1200#金剛砂紙打磨后，置于乙醇溶液中超聲清洗3分鐘，再用去離子水超聲清洗20分鐘，將鈦片徹底清洗干凈。采用二電極系統(tǒng)電沉積金，沉積液為2g/L氯金酸溶液，該氯金酸溶液含有0.01mmol/L的鹽酸溶液，沉積電壓為-0.30V(相對于飽和甘汞電極)，沉積時間為30分鐘。沉積結(jié)束后，用去離子水沖洗，以洗脫表面吸附的氯金酸以及結(jié)合不牢固的金。
將制成的電極基體晾干后，在上述制備的溶膠中浸漬30秒，然后置于可密封的玻璃管中，向管中充氮?dú)獬?0分鐘，密閉后置于65°C的烘箱中，聚合反應(yīng)24小時；將該表面覆有聚合物的電極基體從玻璃管中取出，先在乙醇中浸泡5小時，再在去離子水中浸泡3小時，以達(dá)到洗脫模板分子的目的。最后將該電極于60。C干燥3小時，以使致孔劑充分揮發(fā)，得到四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極。
實(shí)施例3，以沉積鉑的鈦電極為電極基體，熱聚合法制備四環(huán)素分子印跡聚
合物膜電極及其電化學(xué)檢測應(yīng)用。
取四環(huán)素0.2g、甲基丙烯酸0.135mL、乙二醇二甲基丙烯酸酯3.53mL(摩爾比為2: 7:卯)，偶氮二異丁腈0.06g，以及14mL甲醇混合后，置于超聲清洗
儀中進(jìn)行超聲溶解，形成均勻的溶膠狀復(fù)合物。
將大小為20mmx30mm的工業(yè)純鈦片(純度>99%)按實(shí)施例2所述的工藝打磨清洗后，采用三電極系統(tǒng)電沉積鉑，沉積液為2g/L氯鉑酸溶液，該氯鉑酸溶液含有0.01mmol/L的鹽酸溶液，沉積電壓為-0.35V(相對于飽和甘汞電極)，沉
積時間為30分鐘。沉積結(jié)束后，用去離子水沖洗，以洗脫表面吸附的氯鉑酸以及結(jié)合不牢固的鉑。
將制成的電極基體晾干后，在上述制備的溶膠中浸漬20秒，然后置于可密封的塑料管中，向管中充氮?dú)獬?分鐘，密閉后置于60。C的恒溫水浴鍋中，聚合反應(yīng)30小時；將該表面覆有聚合物的電極基體從塑料管中取出，先在乙醇中浸泡4小時，再在去離子水中浸泡5小時，以達(dá)到洗脫模板分子的目的。最后將該電極于60。C干燥2小時，以使致孔劑充分揮發(fā)，得到四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極。
電極的掃描電子顯微鏡圖(SEM)如圖l所示，由圖中可見，四環(huán)素分子印跡聚合物附著均勻、致密，膜表面沒有皸裂。
電化學(xué)檢測的電解液為10mL硫酸鈉溶液，pH=7.0，采用傳統(tǒng)的三電極工作體系，工作電極為所制得的膜電極，對電極是鉑電極，參比電極是飽和甘汞電極，工作電壓是0.5V。當(dāng)電流信號達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，向反應(yīng)器中分別加入濃度為0.1、 0.5、 1.0、 5.0、 15.0、 20.0mg/L的四環(huán)素溶液，根據(jù)電流一濃度的對應(yīng)關(guān)系，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。按三倍電流噪音計算得出本發(fā)明對水體中的四環(huán)素檢出限為0.026mg/L，檢測范圍為0.1 10mg/L。與光聚合法相比，靈敏度有明顯的提高(光聚合法制備的四環(huán)素分子印跡膜電極的檢測范圍為0.6 20mg/L，檢出限為0.08mg/L)。
在同樣條件下，將含有四環(huán)素5.0 mg/L的水樣用該方法檢測，根據(jù)測得的電流，與標(biāo)準(zhǔn)曲線對比，得出該水樣的四環(huán)素濃度為4.85mg/L，誤差為3.0%。
權(quán)利要求
1、一種四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極的熱聚合制備方法，是將由模板分子、功能單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、致孔劑構(gòu)成的復(fù)合物經(jīng)過聚合反應(yīng)、洗脫模板分子在電極基體表面形成四環(huán)素分子印跡聚合物膜，電極基體為以下電極中的一種鉑、鈀、金、玻碳電極，經(jīng)過電沉積鉑或鈀或金的鈦、鉑、鈀、金電極；其特征在于包括以下步驟步驟一，將模板分子四環(huán)素、功能單體甲基丙烯酸、交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙烯酸酯、引發(fā)劑偶氮二異丁腈、致孔劑甲醇或氯仿或甲苯超聲溶解形成均勻的溶膠狀復(fù)合物，模板分子、功能單體、交聯(lián)劑摩爾比為1～3∶2～15∶90，當(dāng)模板分子的質(zhì)量為0.1g時，引發(fā)劑質(zhì)量為0.02～0.05g，致孔劑的體積為5～10mL；步驟二，將電極基體浸入溶膠狀復(fù)合物中5～30秒，緩慢提拉出來，放入可密封的管中，向管中充氮?dú)獬?～10分鐘后，將管密封好，置于恒溫裝置中，在溫度為55～65℃的恒溫條件下熱聚合反應(yīng)12～36小時，在電極基體表面形成一層聚合物膜；步驟三，將覆蓋有聚合物膜的電極基體浸入乙醇中浸泡3～5小時，再浸入去離子水中浸泡3～5小時；步驟四，將電極在50～60℃溫度下干燥2～5小時。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極的熱聚合制備方法， 其特征在于，重復(fù)步驟二1 4次。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極的熱聚合制備 方法，其特征在于，步驟二中的熱聚合反應(yīng)溫度為58~62°C，時間為20~25小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及四環(huán)素分子印跡聚合物，以及制備四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極的方法。將模板分子四環(huán)素、功能單體甲基丙烯酸、交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙烯酸酯、引發(fā)劑偶氮二異丁腈、致孔劑甲醇或氯仿或甲苯超聲溶解形成均勻的溶膠狀復(fù)合物，在溫度為55～65℃的恒溫條件下，通過熱聚合反應(yīng)、洗脫模板分子在電極基體表面形成四環(huán)素分子印跡聚合物膜。本發(fā)明的四環(huán)素分子印跡聚合物膜電極可以作為電化學(xué)法檢測水體中四環(huán)素的工作電極，便于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場快速檢測，其檢測范圍為0.1～10mg/l，檢出限為0.026mg/l。
文檔編號G01N27/333GK101672820SQ20091018780
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月12日
發(fā)明者燮 全, 王紅濤, 趙慧敏, 碩 陳 申請人:大連理工大學(xué)