有机磷神经毒剂分子印迹聚合物的设计与研究

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神经毒剂是对有机磷乙酰胆碱酯酶抑制剂的统称,在直接接触后可以迅速导致人体死亡,故对泄露后环境中危害残留物的吸附以及对空气、水、土壤和生物样品中神经毒剂的痕量检测是目前研究的重点。为了得到具有良好特异性吸附能力的分子印迹聚合物(molecular imprinting polymers,MIPs),本文采用理论计算与实验相结合实现了对MIPs的高效设计,并研究了其吸附能力与检测性能。具体内容如下:1.首先,采用DFT/B3LYP-D3(BJ)/6-31G(d,p)方法,首次分析确定了双(对硝基苯基)磷酸酯(BNPP)可以替代对氧磷,在有机磷神经毒剂分子印迹聚合物(MIPs)制备中作为模拟模板的可行性。其次,通过分子模拟计算得到了BNPP和对氧磷分别与各功能单体形成的最低能复合物的构型和结合能,确认了BNPP和对氧磷两种模板分子的最佳功能单体皆为酰胺类和羧酸类功能单体。最终,选择4-甲基丙烯酰胺基安替比林(MAAP)为第一功能单体,分别以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸(MAA)和4-乙烯基吡啶(4-VP)作为第二功能单体,计算了三组双功能单体体系分别与两种模板分子形成的最低能复合物构型和数据,结果表明MAAP-MAA体系和MAAP-AM体系都与模板分子具有良好的结合能力。2.采用甲基丙烯酰氯改性4-安替比林得到新型功能单体——MAAP,通过红外光谱和核磁共振等表征产物。以BNPP为模板分子,研究了分别以MAAP、MAA、AM为单体制备的MIPs的吸附性能,试验结果表明MAAP为单体制备的MIPs吸附性能最佳。3.以BNPP为模板分子,比较了MAAP-MAA体系和MAAP-AM体系的单体配比对MIPs吸附性能的影响,二者的最大吸附容量分别达到13.11 mg/g和12.78 mg/g。实验结果与理论计算数据一致,表明理论计算结果对有机磷神经毒剂MIPs的设计和研究具有指导意义。并对MIPs制备过程中的交联剂种类和用量、引发剂用量、聚合温度等因素进行优化,最终得到的MIPs对BNPP具有优异的特异性吸附能力,且重复使用5次后仍能保持良好的吸附能力,MIPs表面微观印迹孔穴明显,且热稳定性良好。4.将制备的MIPs与电化学检测相结合,探究了MIPs修饰电极的制备方法和检测条件,并研究了多壁碳纳米管(MWNT)和大孔碳(MPC)对MIPs/GCE电极的影响,为高灵敏性神经毒剂电化学传感器的设计提供了可行的发展方向。
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