基于光聚合的氟哌酸分子印迹膜电极及其制备和应用

摘要

本发明提供一种简单、灵敏、快速检测氟哌酸的基于光聚合的氟哌酸分子印迹膜电极，属于检测技术领域。该分子印迹膜电极的制备是先以乙酸为溶剂，将氟哌酸和丙烯酰胺以1:1~3:4的摩尔比，在50~80℃下回流反应5~10小时；加入交联剂，在氮气保护下聚合15~20分钟得到聚合液；再将上述聚合液滴在经抛光、超声处理的金电极上，在400~600W汞灯下照射20~40分钟，然后将金电极用甲醇与醋酸的混合液冲洗10~15分钟，消除模板而得。利用分子印迹膜电极检测氟哌酸，对氟哌酸分子有专一识别性，检测效果明显，简单易行，灵敏度高，实时性好，精度高，还可以降低其他干扰物质的影响，操作简单，成本低。

说明书

技术领域

本发明属于检测技术领域，涉及一种简单、灵敏、快速检测氟哌酸的基于光聚合的氟哌酸分子印迹膜电极；本发明同时涉及一种基于光聚合的氟哌酸分子印迹膜电极的制备方法；本发明还涉及利用基于光聚合的氟哌酸分子印迹膜电极检测氟哌酸浓度的方法。

背景技术

氟哌酸（Norfloxacin）是哇诺酮类抗菌药物的优秀代表之一，具有抗菌作用强、抗菌谱广、生物利用度高、组织渗透性好及与其他抗菌素无交叉耐药性和副作用小等特点，而且口服吸收快，己被广泛用于临床。其次，氟哌酸虽然对多种炎症有着很好的疗效，但它也存在着损害肾功能等不良反应，因此控制并检测其在体内的含量，对达到最佳治疗效果及最小毒副作用具有重要意义。传统检测氟哌酸的方法有：分光光度法，荧光法，高效液相色谱法，质谱法，色谱-质谱联用法、薄层色谱法、毛细管电泳分离-荧光检测法等方法，但这些方法都不够快速简便，而且仪器系统的操作和维护比较复杂，测试的费用也比较高。因此，发展快速简便、费用较低，而且灵敏的氟哌酸检测方法非常重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种简单、灵敏、快速检测氟哌酸的基于光聚合的氟哌酸分子印迹膜电极。

本发明的另一目的是提供一种基于光聚合的氟哌酸分子印迹膜电极的制备方法。

本发明还有一个目的，就是提供一种基于光聚合的氟哌酸分子印迹膜电极在检测氟哌酸含量中的应用。

（一）基于光聚合的氟哌酸分子印迹膜电极的制备

本发明基于光聚合的氟哌酸分子印迹膜电极的制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）将金电极用0.3 μm~0.05 μm的三氧化二铝悬浊液抛光成镜面，再经过体积分数为95 % 以上的乙醇、水超声清洗后，得到处理后的金电极；用水冲洗、氮气吹干。

（2）以乙酸为溶剂，将氟哌酸（模板分子）和丙烯酰胺（功能单体）以1:1~3:4的摩尔比，在50~80℃下回流反应5~10小时；加入氟哌酸摩尔量10~30倍的交联剂，在氮气保护下聚合15~20分钟，得到聚合液。

所述交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。

（3）将上述聚合液滴在金电极上，在400~600W汞灯下照射20~40分钟，然后将金电极用甲醇与醋酸的混合液冲洗10~15分钟，消除模板，制得氟哌酸分子印迹膜电极。

所述聚合液在金电极上形成的膜比表面积是10 ~100μl/cm²。

所述甲醇与醋酸的混合液中，甲醇与醋酸的体积比为7:3。

（二）基于光聚合的氟哌酸分子印迹膜电极的性能测试

下面通过红外光谱，紫外光谱，扫描电镜，循环伏安谱图等对上述制备的基于光聚合的氟哌酸分子印迹膜电极的性能进行测试。

图1为本发明洗去模板分子的分子印迹膜电极（a），分子印迹膜电极（b），非分子印迹膜电极（c）的红外光谱图。其中非分子印迹膜电极的制备方法除不添加氟哌酸（模板分子）外，其它步骤同氟哌酸分子印迹膜电极制备方法一致。从图1可以看出，3353.77 cm^-1的羟基吸收峰，1680 cm^-1的羰基吸收峰和3400 cm^-1的-NH吸收峰在洗去模板分子后消失，说明模板分子和功能单体之间通过氢键连接，同时模板分子被成功洗去。

图2为本发明制备的分子印迹膜电极中模板分子（氟哌酸）和功能单体（丙烯酰胺）的不同浓度比例的紫外吸收光谱。由图2可以看出，当模板分子（氟哌酸）和功能单体（丙烯酰胺）的摩尔比为1:2时，紫外吸收光谱峰最高，实验效果最好。 

图3为本发明制备的氟哌酸分子印迹膜电极和非分子印迹膜电极的扫描电镜图（SEM）。其中a.为氟哌酸分子印迹膜电极，b.为非分子印迹膜电极。通过氟哌酸分子印迹膜电极和非分子印迹膜电极的对比参数，发现氟哌酸分子印迹膜电极表面疏松，便于氟哌酸（模板分子）吸附在电极表面，从而提高其检测能力。

图4为不同电极（分别是指洗去模板分子的分子印迹膜电极，裸金电极，重新结合模板分子的分子印迹膜电极，非分子印迹膜电极）在5 mM的K₃Fe(CN)₆（含0.1 M KCl）电解质溶液中的循环伏安图。以本发明氟哌酸分子印迹膜电极或非分子印迹膜电极为工作电极，以铂为对电极，以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系进行循环伏安扫描，扫速：50mV/s。其中，a. 洗去模板分子的分子印迹膜电极，b.裸金电极，c. 重新结合模板分子的分子印迹膜电极，d. 非分子印迹膜电极。由图4可以看出，氟哌酸分子印迹膜电极比非分子印迹膜电极和裸电极具备更强的电化学活性。

图5本氟哌酸分子印迹膜电极（在氟哌酸浓度1.0×10^-6mol/L的样品溶液中浸泡8~15分钟的分子印迹膜电极）插入盛有5 mL含有5 mM铁氰化钾探针分子的摩尔浓度为0.1 M氯化钾电解质溶液中，并以氟哌酸分子印迹膜电极为工作电极、以铂为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系进行循环扫描的伏安图，扫描速度分别从10mV/s~100 mV/s，并作出峰电流-扫速线性曲线（见图6）。由图5的结果显示，在本发明的分子印迹膜电极表面上吸附氟哌酸符合表面控制的可逆电化学反应体系。由图6可以看出，而且随着描速度的变化，氟哌酸分子印迹膜电极的峰电流产生线性变化，说明氟哌酸分子印迹电极对检测低浓度的氟哌酸有很好的电流响应作用，将其用于氟哌酸的检测具有很高的灵敏度。

（三）用氟哌酸分子印迹膜电极测定氟哌酸的浓度

将氟哌酸分子印迹膜电极浸入不同浓度的氟哌酸样品溶液中8~15分钟取出，以印迹膜的金电极为工作电极、以铂为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系，进行电流时间曲线扫描，得到不同浓度的氟哌酸溶液中的电流时间曲线（见图7），通过对第15秒（此处选择第15秒是因为电流随时间变化时，在第15秒时，电流平稳，测量精确度高）时的电流值和相对应的氟哌酸溶液浓度值的数据，采用origin软件作图，建立电流与氟哌酸浓度的负对数（-lgC）的线性关系（见图8）：

i_pa = 1.44055-0.32399lgC， 相关系数 r =0.9949。

其中i_pa为第15秒时的电流值 （μA）

C为第15秒时的电流值相对应的氟哌酸浓度  (mol/L)

称取待测氟哌酸样品粉末，用0.1mol/L的乙酸溶液溶解，配制成0.1mmol/L ~0.2μmol/L（此浓度范围选择在检测限浓度为1.0×10^-9 ~ 1.0×10^-3 mol·L^-1范围之内，因为本发明制备的氟哌酸印迹膜电极在检测限浓度之内有电流响应）的样品溶液；用氟哌酸分子印迹膜电极浸入该氟哌酸样品溶液中8~15分钟取出，然后以印迹膜的金电极为工作电极、以铂为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系，进行电流时间曲线扫描，标记待测样品溶液在第15s 时的电流值，然后根据电流与氟哌酸浓度的负对数的线性关系式得到相对应的氟哌酸浓度值。

大量实验证明，待测物在样品分析过程中的损失的程度很少，回收率接近于100%，表明方法的准确性高。

实验表明，本发明电化学方法检测氟哌酸浓度的检测限为1.0×10^-9 ~ 1.0×10^-3 mol·L^-1。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、与传统的氟哌酸检测方法相比，检测效果明显，灵敏度高，实时性好，精度高。

2、利用分子印迹膜电极检测氟哌酸，对氟哌酸分子有专一识别性，可以降低其他干扰物质的影响，操作简单易行，成本低。

3、利用分子印迹膜电极检测氟哌酸具有更好的浓度线性关系，更低的检测限和跟高的精确度。

附图说明

图1为本发明洗去模板分子的分子印迹膜电极（a），分子印迹膜电极（b），非印迹分子膜电极（c）的红外光谱图。

图2为本发明氟哌酸分子印迹膜电极的紫外吸收光谱。

图3为本发明氟哌酸分子印迹膜电极和非印迹分子印迹膜电极的扫描电镜图。

图4为本发明不同电极在5 mM的K₃Fe(CN)₆（含0.1 M KCl）溶液中的循环伏安图，其中，a. 洗去模板分子的分子印迹膜电极，b.裸金电极，c. 重新结合模板分子的分子印迹膜电极，d. 非分子印迹膜电极；扫速：50mV/s。

图5为本发明氟哌酸分子印迹膜电极在5 mM的K₃Fe(CN)₆（含0.1 M KCl）溶液中的循环伏安图，扫速：10~100 mV s^-1。

图6为本发明氟哌酸分子印迹膜电极在5 mM的K₃Fe(CN)₆（含0.1 M KCl）溶液中的峰电流与扫描速度的线性曲线，其中氟哌酸浓度为1.0×10^-6mol/L。

图7为本发明氟哌酸分子印迹膜电极在不同浓度的氟哌酸溶液中的电流时间曲线。

图8为本发明氟哌酸分子印迹膜电极检测氟哌酸浓度与电流的线性曲线。

具体实施方式

下面通过具体实验例对本发明氟哌酸分子印迹膜电极的制备和应用作详细的说明。

实施例1、氟哌酸分子印迹膜电极的制备

将金电极依次用0.3 μm、0.05 μm的三氧化二铝悬浊液抛光成镜面，再依次经体积分数为95 %的乙醇、二次蒸馏水超声清洗后，得到处理后的金电极；用二次蒸馏水冲洗、纯度为99.999%的氮气吹干；

将氟哌酸1mmol和丙烯酰胺1mmol和40毫升乙酸放入100毫升的圆底烧瓶中，在50℃下回流反应5小时。随后，将10mmol三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（交联剂）加入圆底烧瓶中，通入氮气持续15分钟，得到聚合液。

将聚合液滴在所述金电极上形成膜比表面积10μl/cm²的膜，在400W汞灯下照射20分钟，然后将金电极用甲醇与醋酸的混合液（甲醇与醋酸的体积比为7:3）冲洗10分钟，消除模板，制得氟哌酸分子印迹膜电极。扫描电镜显示（见图3），发现氟哌酸分子印迹膜电极表面疏松。

实施例2、氟哌酸分子印迹膜电极的制备

将金电极依次用0.3 μm、0.05 μm的三氧化二铝悬浊液抛光成镜面，再依次经体积分数为95 %的乙醇、二次蒸馏水超声清洗后，得到处理后的金电极；用二次蒸馏水冲洗、纯度为99.999%的氮气吹干；

将氟哌酸1mmol和丙烯酰胺2mmol和40毫升乙酸放入100毫升的圆底烧瓶中，在60℃下回流反应6小时。随后，将15mmol三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（交联剂）加入圆底烧瓶中，通入氮气持续18分钟，得到聚合液。

将聚合液滴在所述金电极上形成膜比表面积20μl/cm²的膜，在400W汞灯下照射30分钟，然后将金电极用甲醇与醋酸的混合液（甲醇与醋酸的体积比为7:3）冲洗10分钟，消除模板，制得氟哌酸分子印迹膜电极。扫描电镜显示，氟哌酸分子印迹膜电极表面疏松。

实施例3、氟哌酸分子印迹膜电极的制备

将金电极依次用0.3 μm、0.05 μm的三氧化二铝悬浊液抛光成镜面，再依次经体积分数为95 %的乙醇、二次蒸馏水超声清洗后，得到处理后的金电极；用二次蒸馏水冲洗、纯度为99.999%的氮气吹干；

将氟哌酸1mmol和丙烯酰胺4mmol和40毫升乙酸放入100毫升的圆底烧瓶中，在80℃下回流反应8小时。随后，将20mmol三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（交联剂）加入圆底烧瓶中，通入氮气持续20分钟，得到聚合液。

将聚合液滴在所述金电极上形成膜比表面积50μl/cm²的膜，在600W汞灯下照射30分钟，然后将金电极用甲醇与醋酸的混合液（甲醇与醋酸的体积比为7:3）冲洗15分钟，消除模板，制得氟哌酸分子印迹膜电极。扫描电镜显示，氟哌酸分子印迹膜电极表面疏松。

实施例4、氟哌酸分子印迹膜电极的制备

将金电极依次用0.3 μm、0.05 μm的三氧化二铝悬浊液抛光成镜面，再依次经体积分数为95 %的乙醇、二次蒸馏水超声清洗后，得到处理后的金电极；用二次蒸馏水冲洗、纯度为99.999%的氮气吹干；

将氟哌酸3mmol和丙烯酰胺4mmol和40毫升乙酸放入100毫升的圆底烧瓶中，在80℃下回流反应10小时。随后，将90mmol三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（交联剂）加入圆底烧瓶中，通入氮气持续20分钟，得到聚合液。

将聚合液滴在所述金电极上形成膜比表面积100μl/cm²的膜，在400W汞灯下照射40分钟，然后将金电极用甲醇与醋酸的混合液（甲醇与醋酸的体积比为7:3）冲洗15分钟，消除模板，制得氟哌酸分子印迹膜电极。扫描电镜显示，氟哌酸分子印迹膜电极表面疏松。

实施例5~9

通过本发明的氟哌酸分子印迹膜电极检测氟哌酸浓度，并验证检测氟哌酸浓度的准确性。

称取氟哌酸样品粉末（样品的编号分别为1、2、3、4、5，分别对应实施例 5、6、7、8、9）0.1 g，用0.1mol/L的乙酸溶液溶解，配制成0.2μmol/L的样品溶液（氟哌酸标记量）；标记该样品在第15s时的电流值，得到在不同浓度的氟哌酸溶液中的电流时间曲线；采用origin软件作图，建立电流与氟哌酸浓度的负对数的线性关系；根据电流与氟哌酸浓度的负对数的线性关系式可计算得到相对应的氟哌酸浓度值（氟哌酸发现量）。

立电流与氟哌酸浓度的负对数的线性关系为：

i_pa = 1.44055-0.32399lgC， 相关系数 r =0.9949。

其中i_pa为第15秒时的电流值  （μA），

C为第15秒时的电流值相对应的氟哌酸浓度  （mol/L）。

再添加分析纯度的0.2μmol/L氟哌酸溶液（氟哌酸添加量）置于上述已配制的0.2μmol/L的样品溶液（氟哌酸标记量）中，然后用本氟哌酸分子印迹膜电极浸入该氟哌酸样品溶液中8~15分钟取出，然后以印迹膜的金电极为工作电极、以铂为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系，进行电流时间曲线扫描，标记该样品在第15s 时的电流值，根据电流与氟哌酸浓度的负对数的线性关系式得到相对应的氟哌酸浓度值（总发现量），按下式计算回收率：

检测实施例5~9中各样品溶液中氟哌酸浓度的结果见表1。

表1  实施例5~9的检验结果

实施例5~9的结过表明，待测物在样品分析过程中的损失的程度很少，回收率接近于100%，表明方法的准确性高，在检测氟哌酸的浓度具有很高的应用价值。