接枝型分子印迹膜的制备及其农药电位型传感器的构建

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本研究基于分子设计,以氯甲基化聚砜(CMPSF)为基膜,采用“接枝聚合与分子印迹同步进行”与“先接枝聚合-后分子印迹”两种新型的分子表面印迹技术,制备了接枝型农药分子印迹膜,这是一种新型的分子印迹膜。以该印迹膜为敏感膜,成功地构建了农药电位型传感器,不仅构建过程简捷,而且检测灵敏度高。显然,本文的研究结果在高性能的分子印迹膜的制备方面具有明显的科学意义,在环境监测与保护领域有着重要的应用价值。首先,使用氯甲基化试剂(1,4-二氯甲氧基丁烷)使聚砜(PSF)得以氯甲基化,制得氯甲基化聚砜CMPSF,然后流延成膜,制得CMPSF铸膜,在此基础上使CMPSF膜与乙二胺(EDA)反应,得到表面键合有EDA的氨基化(AM)膜AMPSF。在水溶液体系中构建氨基/过硫酸盐(-NH2/S2O82-)表面引发体系,使对苯乙烯磺酸钠(SSS)在基膜AMPSF表面发生接枝聚合,制得了接枝膜PSF-g-PSSS。较深入地考察了主要因素对膜接枝过程的影响,优化了接枝聚合条件。采用红外光谱(FTIR)、光学显微镜(OM)及称重等法对接枝膜PSF-g-PSSS进行了表征。最后,考察研究了接枝膜对抗蚜威和阿特拉津两种含氮杂环农药化合物的吸附特性。实验研究结果表明,采用-NH2/S2O82-表面引发体系,可顺利地实施SSS在PSF膜表面的接枝聚合,接枝度随氨基化膜AMPSF表面氨基键合量的增大而增大,适宜的接枝聚合温度为70℃,溶液中适宜的过硫酸盐浓度为单体质量的0.3%。凭借强烈的静电相互作用,在pH=4的条件下,功能接枝膜PSF-g-PSSS对抗蚜威和阿特拉津两种含氮杂环农药可产生强烈的吸附作用。上述研究结果为以AMPSF为基膜,制备氮杂环农药化合物分子印迹膜奠定了充分的可行性基础。接着,采用―接枝聚合与分子印迹同步进行‖的表面印迹技术,研究制备了抗蚜威分子印迹膜。以氯甲基化聚砜(CMPSF)为基膜,以阴离子单体SSS为功能单体,以N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,以抗蚜威为模板分子,在表面引发体系-NH2/S2O82-的作用下,制得了接枝型农药抗蚜威分子印迹膜(MIM)。采用红外光谱(FITR)和光学显微镜(OM)对该分子印迹膜进行了表征。在此基础上通过等温结合实验与竞争吸附实验,深入考察研究了抗蚜威分子印迹膜的分子识别性能与机理。研究结果表明,所制备的接枝型印迹膜对模板抗蚜威分子具有特异的识别选择性和优良的结合亲和性,结合容量高达92μg/cm2,相对于分子结构与抗蚜威分子具有相似性的另一种农药阿特拉津,印迹膜对抗蚜威的选择性系数为4.54。最后,以上述印迹膜为敏感膜,便捷地构建了抗蚜威电位型传感器,考察评估了其检测性能。研究结果表明,以抗蚜威分子印迹膜为敏感膜所构建的电位型传感器,不但构建过程简捷,而且检测灵敏准确。在pH=4的水介质中,在很宽的抗蚜威浓度范围内(1×10-6~1×10-3mol/L),传感器膜电极的电位响应与抗蚜威浓度对数之间呈现良好的线性关系(线性相关系数R=0.9999),即具有良好的能斯特(Nernstian)响应;传感器的检出限为2.5×10-8mol/L;膜电极电位响应速度快,响应时间小于10s。本研究还采用―先接枝聚合后分子印迹‖的表面印迹技术,制备了阿特拉津分子印迹膜。首先以MAA为功能单体,在水介质中,在表面引发-NH2/S2O82-的作用下,使MAA在氨基化膜AMPSF表面实施了接枝聚合,制得了接枝膜PSF-g-PMAA,考察了接枝膜对阿特拉津的吸附作用。实验结果表明,在中性溶液中,凭借强静电相互作用下,接枝膜PSF-g-PMAA对阿特拉津有强的吸附作用。然后,以乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)为交联剂,以阿特拉津为模板分子,实施了分子表面印迹过程,制备了阿特拉津分子的表面印迹膜。该印迹膜对阿特拉津有特异的识别选择性,最后,以阿特拉津为敏感膜构建了阿特拉津电位型传感器,考察评估了其检测性能。以阿特拉津分子印迹膜为敏感膜所构建的电位型传感器,测试灵敏准确,且相应速度快。在较宽的浓度范围内(1×10-7~1×10-4mol/L),膜电极的电位响应与抗蚜威浓度对数呈现良好的线性关系,膜电极的检出限为4.7×10-8mol/L,膜电极电位响应时间小于10s。
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