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分子印迹技术是近年来迅速发展起来的一种新型功能高分子制备技术,它依据分子识别原理,采用人工方法制备出对特定的目标分子具有特异识别性的聚合物,它在环境监测分析、临床药物分析、食品工业以及化学仿生传感器等领域均显示出广阔的应用前景。近年来,国外已有学者开始研究分子印迹技术的制备及其在环境科学领域的应用,但国内对分子印迹技术在环境领域的研究还处于起步阶段。
本文对分子印迹的基本原理,分子印迹聚合物的制备方法和应用,以及分子印迹技术的发展作了详细的总结和评述。依据分子印迹理论,制备出对不同模板分子具有专一识别性的印迹聚合物,对其印迹机理进行详细探讨,并用静态吸附实验对其吸附性能进行了研究。
(1)利用非共价印迹原理,采用本体聚合方法,以苏丹红Ⅲ为模板分子,4-乙烯基吡啶为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,在乙腈溶液中制备出苏丹红Ⅲ分子印迹聚合物。对苏丹红Ⅲ印迹聚合机理作了细致探讨,并通过平衡吸附实验研究聚合物的识别特性,实验结果均证实了该分子印迹聚合物对苏丹红ⅡI呈现均匀的亲和力,表现出特异吸附性。Scatchard分析结果显示,印迹聚合物对苏丹红Ⅲ平衡解离常数Kd为27.24μg/ml,最大表观结合量Qmax=615.74μg/g。对苏丹红Ⅲ印迹聚合物的吸附动力学研究也证实了其对模板分子的特异吸附性能。
(2)以对硝基酚(p-NP)为模板分子,4-乙烯基吡啶为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,乙腈为致孔剂,采用本体聚合和沉淀聚合两种方法合成了对硝基酚分子印迹聚合物。
本实验特别依据制备对硝基酚沉淀印迹聚合物微球探索经验对沉淀聚合制备方法进行了过程优化控制,制得形状大小均匀分散的聚合物微球,平均粒径为0.33μm。对p-NP聚合物微球进行红外光谱表征显示,聚合物呈现较强的O-H伸缩振动峰,表明制备的印迹聚合物具有较强的吸附能力,洗脱后印迹孔穴内留下了与p-NP相互作用的结构单元。
通过静态吸附实验及底物选择性识别实验对聚合物吸附性能进行考察,对本体印迹聚合物进行Scatchard分析得出结合位点的平衡解离常数Kd为2.83 mmol/L,最大表观结合量Qmax=84.73μmol/g;对沉淀印迹聚合物的Scatchard分析,结合位点的平衡解离常数Kd为3.60 mmol/L,最大表观结合量Qmax=115.51μmol/g。与本体印迹聚合物相比较,沉淀印迹聚合物具更强的吸附容量。
底物选择性实验,选择对硝基酚(p-NP)及其异构体邻硝基苯酚(o-NP)和间硝基苯酚(m-NP)为底物,分别考察了两种方法制备的印迹聚合物对三种底物的选择吸附能力,结果显示:沉淀印迹聚合物比本体印迹聚合物呈现更强的结合能力;聚合物对三种底物吸附能力为:p-NP>m-NP>o-NP。