一种双酚A磁性分子印迹聚合物的制备方法及其在双酚A荧光检测中的应用转让专利
申请号 : CN201910850827.4
文献号 : CN112552469B
文献日 : 2022-03-11
发明人 : 卢一辰 , 张佳凤 , 熊晓辉 , 李婷婷 , 肖维玮 , 毛佳昊 , 陈昊东 , 郑彬 , 洪鸿亮
申请人 : 南京工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种双酚A磁性分子印迹聚合物的制备方法,其特征在于,合成的步骤包括:步骤一:将Fe3O4@SiO2分散在甲醇中,滴加MPS‑甲醇溶液,搅拌,通过磁铁收集所得双键化修饰的vinyl‑Fe3O4@SiO2;称取(a) g的双酚A、(b) μL的4‑乙烯基吡啶、(c) mL无水乙腈混合均匀,在冰浴和氮气保护下搅拌均匀,待反应结束后置于4 ℃条件下过夜保存;在混合物中加入(d) g vinyl‑Fe3O4@SiO2、(e) mL的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、(f) mL 偶氮二异丁腈乙腈溶液,氮气保护下先在50 ℃下反应6 h,接着在60 ℃下反应24 h,通过外加磁场进行产物分离并将其洗净干燥待用;
步骤二:将步骤一得到的材料用甲醇‑醋酸混合溶液进行索氏提取,待模板分子洗脱完全后将洗净产物真空干燥,即得到双酚A磁性分子印迹聚合物 (BMMIPs);
(d)/(a) =5‑8(w/w),(b)/(c)=5‑15(v/v),(c)/(d)=280‑320(v/w),(c)/(e)=8‑12(v/v);其中当(a):(b):(e)=1:4:15时,合成的印迹聚合物材料吸附量和特异性最佳。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤一中 (b)/(c)= 7‑10 (v/v),(b)/(f)=5‑15(v/v),(c)/(d)=290‑310 (v/w)。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤一中在冰浴和氮气保护下搅拌20‑35 min,加入的AIBN‑乙腈溶液中AIBN质量为130‑150mg,乙腈体积为80‑90 mL。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤二甲醇‑醋酸混合溶液中甲醇与醋酸体积比值为5‑12,索氏提取的时间为25‑32 h。
5.基于权利要求1所述制备方法制备获得的磁性分子印迹聚合物的双酚A荧光检测方法,其特征在于,检测步骤如下:
1)称取适量BMMIPs,加入到一定量的液态食品样品中,室温下摇床振荡,用磁铁分离BMMIPs,倒去上清液,收集BMMIPs;
2)加入适量的无水甲醇到步骤1)收集的BMMIPs中进行超声洗脱三次,合并洗脱液并氮气吹干,再用适量超纯水复溶后加入荧光反应体系,包括:(g) mL 吖啶橙溶液;(h) µL H2SO4溶液;(i) mL FeSO4溶液;(j) mL H2O2溶液,并用超纯水定容至10 mL,摇匀后于恒温水浴中放置15 min,自然冷却至室温后,测定其荧光强度,通过外标法计算实际样品中双酚A含量。
6.根据权利要求5所述的检测方法,其特征在于:所述步骤2)加入的无水甲醇体积为1‑
5 mL,超声时间为2‑6 min。
7.根据权利要求5所述的检测方法,其特征在于:所述 (h)/(g)=30‑50(v/v);(h)/(i)=
130‑150(v/v);(h)/(j)=60‑100 (v/v)。
8.根据权利要求5所述的检测方法,其特征在于:所述步骤2)中吖啶橙浓度为2.5×10‑5 ‑5 ‑1 ‑3 ‑3 ‑1
‑3.0×10 mol L ,H2SO4溶液浓度为4.5×10 ‑5.5×10 mol L ,FeSO4溶液浓度为0.5‑3 ‑3 ‑1 ‑3 ‑3 ‑1
×10 ‑1.5×10 mol L ,H2O2溶液浓度为1.5×10 ‑2.5×10 mol L 。
9.一种权利要求1‑4任一所述制备方法制备获得的双酚A磁性分子印迹材料。
10.一种权利要求1‑4任一所述制备方法制备获得的双酚A磁性分子印迹聚合物在测量实际样品中双酚A含量的应用。
说明书 :
一种双酚A磁性分子印迹聚合物的制备方法及其在双酚A荧光
检测中的应用
技术领域
双酚A的特异性富集与快速分离检测的目的,属于分析化学领域。
背景技术
分泌系统,由此引发的农产品及食品安全问题受到了人们的广泛关注。
集和分离的吸附剂有硅胶、氧化铝、佛罗里硅土等。由于其吸附谱较广,在复杂基质中容易
产生目标物的吸附量的竞争抑制以及净化效果差的不利结果。而现有食品双酚A的检测方
法中,应用最为广泛的主要有:色谱法、分光光度法和免疫分析法。但同样受到样品前处理
的提取效率低、杂质干扰大、提取耗时耗力等问题的影响。目前仍然没有一个很好的方法对
食品中的双酚进行特异性富集和分离A。此外,样品预处理的常用材料缺乏对这些高灵敏度
检测方法的选择性。因此,需要制备一种高选择性的双酚A检测识别材料,以应对复杂的操
作条件和高昂的时间成本。
构,从而选择性地结合目标物,而其他的干扰物质则不能与之结合,因此可以起到分离、富
集目标物的浓度。与抗体、酶或生物分子相比,分子印迹具有如下优点:①制备成本相对较
低;②分子印迹材料具有优秀的物理和化学稳定性。因此,分子印迹技术成为样品前处理研
究热门。
行,其装柱操作繁琐、会产生高压、萃取过程耗时,这在一定程度上限制了分子印迹固相萃
取的广泛应用。磁性分子印迹萃取的方法可解决上述问题,并保持分子印迹固相萃取的优
点。磁性分子印迹固相萃取是指使分子印迹聚合物带有磁性,可通过外加磁场分离,避免了
传统分子印迹固相萃取装柱、上样等耗时操作。与传统的分子印迹固相萃取技术相比,磁性
分子印迹固相萃取在分离和富集实际样品中的靶标分子方面具有明显的优势。具体为:首
先,在外加磁场的作用下,磁性分子印迹聚合物能快速地完成吸附、回收及洗脱等富集分离
过程,整个操作过程耗时短;其次,由于磁场对磁性分子印迹聚合物具有特殊的选择性磁响
应,在没有外加磁场时,磁性分子印迹聚合物能够悬浮在含有大量固体颗粒的实际样品中,
同时吸附和富集靶标分子,可以避免洗脱过程中共存固体颗粒性物质的干扰;此外,磁性分
子印迹固相萃取的上样量可调,可实现自动化应用,满足对实际样品分析的自动化、微量化
和高通量化的需求。
测定参数、灵敏度高和检测手段简便等优点,常用于水体中的重金属检测。但食品中的某些
基质背景会导致荧光信号的改变,从而影响结果的准确性,因此该方法在食品中的应用常
受限于样品的前处理方法。然而,磁性分子印迹的固相萃取前处理给荧光检测提供了一个
快速便捷的途径。
发明内容
成;②荧光检测方法的条件优化;③实际样品中的应用。
磁铁收集所得双键化修饰的vinyl‑Fe3O4@SiO2,并用甲醇溶液洗数次,真空下干燥保存。称
取(a)g的双酚A(bisphenol A,简称:BPA)、(b)μL的4‑乙烯基吡啶(4‑vinylpyridine,简称:
4‑VP)、(c)mL无水乙腈混合均匀,在冰浴和氮气保护下搅拌均匀,待反应结束后置于4℃条
件下过夜保存;在混合物中加入(d)g vinyl‑Fe3O4@SiO2、(e)mL的三羟甲基丙烷三甲基丙烯
酸酯(trimethylolpropane trimethacrylate,简称:TRIM)、(f)mL偶氮二异丁腈(2,2'‑
Azobis(isobutyronitrile),简称:AIBN)乙腈溶液,氮气保护下先在50℃下反应6h,接着在
60℃下反应24h。通过外加磁场进行产物分离并将其洗净干燥待用;
(h)μL H2SO4溶液;(i)mL FeSO4溶液;(j)mL H2O2溶液。并用超纯水定容至10mL,摇匀后于恒
温水浴中放置15min,自然冷却至室温后,测定其荧光强度,通过外标法计算实际样品中双
酚A含量。
85‑90);
25‑32h(最佳为27‑30h);
v/v);(h)/(i)=130‑150(最佳为130‑140,v/v);(h)/(j)=60‑100(v/v);
10 ‑5.5×10 mol L ,FeSO4溶液浓度为0.5×10 ‑1.5×10 mol L ,H2O2溶液浓度为1.5
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×10 ‑2.5×10 mol L 。
露,识别位点在聚合物微球表面,对目标物的结合效率和分离效率更高。同时,该材料具有
超强顺磁性,能在外界磁场作用下实现快速磁分离,极大规避了现有富集净化小柱的过柱
时间长、样品基质阻塞柱体的现象。
分的清除羟自由基,致使荧光猝灭,利用荧光信号降低和双酚A浓度的线性相关性进行定量
检测。同时,引入合成的磁性分子印迹材料作为其前处理材料,极大改善了该检测方法因样
品基质导致的灵敏度低、检测平行差等问题。并建立了基于磁性分子印迹为前处理的双酚A
的荧光检测新方法。该方法操作简便、试剂便宜,灵敏度高。因此本发明提供了一种能在液
态复杂食品介质中富集、分离、检测双酚A的方法,有望在食品快速检测方面得到推广和应
用。
进一步与模板分子双酚A、4‑VP、TRIM、AIBN在乙腈溶液中聚合形成新型核壳结构的BMMIPs。
把所得到的BMMIPs应用到样品前处理中,结合吖啶橙与双酚A的荧光反应,建立在液体食品
样品中双酚A的快速富集、分离和检测方法。本发明具有操作简单,抗干扰能力强,灵敏度
高,耗时较短等优点。对实际样品(超纯水、矿泉水、橙汁等)进行了加标回收,回收率为
‑1
80.23%‑116.75%,相对标准偏差小于7.2%,样品检出限为16.5μg L (根据三倍基线噪音
值计算得出)。
附图说明
具体实施方式
下搅拌5min后逐滴加入20mL的2‑丙醇和4mL的TEOS。在连续搅拌20h后,用磁铁将产物Fe3O4@
SiO2从混合物中分离出来。并用超纯水和乙醇通过磁铁洗涤若干次,真空条件下干燥储存。
=1:4,v/v),并在30℃下继续搅拌24h。通过磁铁收集所得双键化修饰的vinyl‑Fe3O4@SiO2,
并用甲醇溶液洗数次,真空下干燥保存。
‑1
0.3gFe3O4@SiO2、9mL的TRIM、90mL浓度为167mg mL 的AIBN乙腈溶液,氮气保护下先在50℃
下反应6h,接着在60℃下反应24h。通过外加磁场进行产物分离并将其洗净干燥待用;
A,对应的非印迹聚合物(BMNIPs1)制备条件与BMMIPs1一致。
在摇床,在25℃,190rpm条件下震荡24h。用磁铁将BMMIPs1(BMNIPs1)与溶液分离,上清液过
0.22μm滤膜。
式计算得出聚合物材料对BPA的吸附平衡容量Qe(mg g )。
量为80.98mg g ,非印迹聚合物的最大吸附量为26.40mg g 。
附,分不同的时间间隔取样,测定在不同吸附时间下,聚合物材料对BPA的吸附量Qe(mg g
‑1
)。
差异较大的化学物敌草隆(diuron)和作为竞争物。以乙腈‑水混合溶液(1:9,v/v)作溶剂,
配制4种农药浓度均为0.4mM。称取10mg的BMMIPs1(或BMNIPs1)于15mL具塞试管,加入10mL配
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制好的混合溶液,将试管置于25℃摇床振荡吸附5min。在吸附结束后,用转速为8000r min
离心5min,再取上清液用紫外分光光度计在相应的最大吸收波长处测得各物质的吸附浓
度,并计算出吸附量。
‑1 ‑1 ‑1 ‑1
、8.11mg g 和5.63mg g ,对差异较大的敌草隆的吸附量为13.48mg g 。然而,非印迹材
料对所有待测物的吸附量小于印迹材料,且之间没有显著性差异,说明印迹材料表面形成
了特异性空穴,对双酚A具有特异性吸附,因而吸附量大于其他化学物。而非印迹材料对双
酚A和其他化学物的吸附均为非特异性,因而彼此之间的吸附量没有差异。
80ng mL 自来水实际样品中,室温下摇床振荡5min,待吸附完全后,磁铁分离,倒去上清液,
在双酚A印迹材料中加入1mL无水甲醇,超声进行洗脱,重复进行三次,将洗脱液合并后氮气
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吹干,加入超纯水,涡旋数秒,充分混合均匀后,依次加入2.7×10 mol L 吖啶橙溶液2mL,
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5.0×10 mol L H2SO4溶液80μL,1.0×10 mol L FeSO4溶液0.6mL,2×10 mol L 的H2O2溶
液1mL,用超纯水定容至10mL,摇匀后置于45℃恒温水浴中15min,自然冷却至室温后,测定
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其荧光强度,通过外标法计算实际样品中双酚A含量。30ng mL 、50ng mL 、80ng mL 自来
水实际样品的回收率分别为85.36%、116.75%和112.18%。
、80ng mL 橙汁实际样品中,室温下摇床振荡5min吸附完全后,磁铁分离,倒去上清液,在
双酚A印迹材料中加入1mL无水甲醇,超声进行洗脱,重复进行三次,将洗脱液合并后氮气吹
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干,加入超纯水,涡旋,充分混合均匀后,依次加入2.7×10 mol L 吖啶橙溶液2mL,5.0×
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10 mol L H2SO4溶液80μL,1.0×10 mol L FeSO4溶液0.6mL,2×10 mol L 的H2O2溶液
1mL,用超纯水定容至刻度,摇匀后置于45℃恒温水浴15min,自然冷却至室温后,测定其荧
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光强度,通过外标法计算实际样品中双酚A含量。30ng mL 、50ng mL 、80ng mL 橙汁实际
样品回收率分别为85.67%、114.21%、85.35%,符合定量检测要求。
、80ng mL 蔬菜汁实际样品中,室温下摇床振荡5min吸附完全后,磁铁分离,倒去上清液,
在双酚A印迹材料中加入1mL无水甲醇,超声进行洗脱,重复进行三次,将洗脱液合并后氮气
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吹干,加入超纯水,涡旋,充分混合均匀后,依次加入2.7×10 mol L 吖啶橙溶液2mL,5.0
‑3 ‑1 ‑3 ‑1 ‑3 ‑1
×10 mol L H2SO4溶液80μL,1.0×10 mol L FeSO4溶液0.6mL,2×10 mol L 的H2O2溶液
1mL,用超纯水定容至刻度,摇匀后置于45℃恒温水浴中15min,自然冷却至室温后,测定其
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荧光强度,通过外标法计算实际样品中双酚A含量。30ng mL 、50ng mL 、80ng mL 橙汁实
际样品回收率分别为80.23%、90.63%、88.21%,符合定量检测要求。
包括以下步骤:
‑1
0.3g Fe3O4@SiO2、9mL的TRIM、90mL浓度为167mg mL 的AIBN‑乙腈溶液,氮气保护下先在50
℃下反应6h,接着在60℃下反应24h。通过外加磁场进行产物分离并将其洗净干燥待用;
A,对应的非印迹聚合物(BMNIPs2)制备条件与BMMIPs2一致。
190rpm条件下震荡24h。用磁铁将BMMIPs2(BMNIPs2)与溶液分离,上清液过0.22μm滤膜。
附量为87.31mg g ,非印迹聚合物的最大吸附量为68.23mg g 。根据印迹因子(imprinted
factor,简称:IF=QeBMMIPs/QeBMNIPs)公式计算得1.28。印迹因子越趋近于1,说明印迹材料的
特异性越差。可见,功能单体甲基丙烯酸不适用于双酚A磁性印迹的合成。
步骤:
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SiO2、8.6mL的TRIM、90mL浓度为167mg mL 的AIBN乙腈溶液,氮气保护下先在50℃下反应
6h,接着在60℃下反应24h。通过外加磁场进行产物分离并将其洗净干燥待用;
A,对应的非印迹聚合物(BMNIPs3)制备条件与BMMIPs3一致。
190rpm条件下震荡24h。用磁铁将BMMIPs3和BMNIPs3与溶液分离,上清液过0.22μm滤膜。
40.82mg g ,非印迹聚合物(BMNIPs3)的最大吸附量为32.89mg g 。与BMMIPs1相比,吸附量
减少了49.6%。同时,其印迹因子为1.24。可见,该印迹聚合物并非理想材料。
酚A,并通过荧光分析法进行定量,包括以下步骤:
分别处理5mL的30ng mL 双酚A的橙汁加标样品,吸附分离后,加入3mL无水甲醇进行洗脱,
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将洗脱液用氮气吹干后,加入2.7×10 mol L 吖啶橙溶液2mL,5.0×10 mol L H2SO4溶液
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80μL,1.0×10 mol L FeSO4溶液0.6mL,加入2×10 mol L 的H2O2溶液1mL,用超纯水定容
至10mL,摇匀后置于45℃恒温水浴中15min,自然冷却至室温后,测定其荧光强度,通过外标
法计算实际样品中双酚A含量。结果发现,利用磁性分子印迹处理后的样品加标回收率为
88.33%,而通过C18固相萃取柱后的样品加标回收率为406.51%。可见,C18固相萃取柱不
能消除食品基质对荧光检测双酚A的影响。
性更好。
单体合成的印迹聚合物吸附量,BMMIPs是BMNIPs的近3.1倍。两者差异性更大特异性更强,
所以选用4‑VP作为最佳的功能单体选择。
合成的BMMIPs最大吸附量仅有40.82mg g ,是BMNIPs吸附量的近1.2倍,而以模板分子、功
能单体、交联剂制备比例为1:4:15合成的BMMIPs吸附量是BMNIPs吸附量近3.1倍,且最大可
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达80.98mg g ,两者吸附量相差更大,且特异性更强。所以当模板分子、功能单体、交联剂制
备比例为(d)/(a)=5‑8(w/w),(b)/(c)=5‑15(最佳为7‑10,v/v),(c)/(d)=280‑320(最佳
为290‑310,v/w),(c)/(e)=8‑12(v/v);其中当(a):(b):(e)=1:4:15时,合成的印迹聚合
物材料吸附量和特异性最佳。(其中(a):双酚A质量,单位:g;(b):4‑VP体积,单位:μL;(c):
无水乙腈体积,单位:mL;(d):Fe3O4@SiO2质量,单位:g;(e):TRIM体积,单位:mL);
可能的。因此,本发明不应局限于实施例所公开的内容。本发明要求保护的范围以权利要求
书界定的范围为准。