一种蒸馏沉淀聚合制备三聚氰胺分子印迹聚合物的方法

摘要

本发明公开一种蒸馏沉淀聚合制备三聚氰胺分子印迹聚合物的方法，该方法包括如下步骤：（1）将三聚氰胺、聚合反应单体和二乙烯基苯溶于乙腈中，静置；（2）向步骤（1）的溶液中加入引发剂，除氧，加热蒸馏出乙腈；（3）步骤（2）蒸馏结束后，反应液过滤，滤渣用甲醇-乙酸混合液回流提取后，干燥，得到三聚氰胺分子印迹聚合物。本发明方法解决了现有方法得到的分子印迹聚合物粒径不均一，大小不易控制，结合容量低的问题，本发明方法操作简单，无需复杂的后处理过程，所得的分子印迹聚合物微球具有良好的单分散性，结合容量可达32～44mg/g，可用于分离、检测样品中的三聚氰胺。

说明书

技术领域

本发明属于分子印迹聚合物领域，具体涉及一种蒸馏沉淀聚合制备三聚氰胺分子印迹聚合物的方法。

背景技术

三聚氰胺（Melamine, MEL），俗称 “蛋白精”，是一种重要的氮杂环有机化工原料，含氮量在66%左右，远远高于蛋白质平均含氮量。由于蛋白质含量测定方法的缺陷，三聚氰胺常被不法商人掺杂进食品或饲料中，以提高食品或饲料检测中的蛋白质含量指标。动物实验证明长期摄入三聚氰胺会引起泌尿系统结石，甚至会诱发膀胱癌。2008年，众所周知的婴幼儿奶粉中毒事件究其原因就是奶粉受三聚氰胺污染。卫生部及有关部门联合发布公告，制定三聚氰胺在乳与乳制品中的临时管理值：婴幼儿配方乳粉中三聚氰胺的限量值为1 mg/kg。然而，两年以后三聚氰胺事件再次爆发，给我国乳制品行业的生产销售带来了严重的负面影响。因此，建立一种奶制品等食品样品中痕量三聚氰胺残留的检测方法，对于保证消费者身体健康以及维护经济社会的稳定具有十分重要的现实意义。

目前三聚氰胺的检测方法主要有高效液相色谱法、高效液相-质谱法、气相-质谱法。但无论采用何种方法，都应该首先对实际样品进行前处理。固相萃取是常用的样品前处理技术，但常规的固相萃取柱由于缺乏对待测目标组分的特异性选择吸附能力，很难有效排除复杂样品基质对待测组分的干扰。

分子印迹技术能人工合成对目标分子具有预定选择性的分子印迹聚合物（Molecularly imprinted polymers, MIPs），所得到的MIPs与目标分子有“锁—钥”的对应识别关系，所以具有高选择性。其次，MIPs还具有高强度（即耐高温、耐有机溶剂、耐酸碱等）的优点。因此，该技术近年来发展迅速，已广泛应用于药物分离、食品与环境检测、抗体或受体模拟催化、传感器等诸多领域，显示出良好的应用前景。三聚氰胺分子印迹聚合物可以对奶粉样品中的三聚氰胺进行有效纯化和富集，实现三聚氰胺进行快速、准确的检测。

目前国内外已报道有关三聚氰胺分子印迹聚合物的制备方法主要有沉淀聚合和悬浮聚合等。杨卫海、严守雷等采用的沉淀聚合法制备了三聚氰胺的分子印迹聚合物。沉淀聚合通常将反应所用的单体、交联剂、引发剂溶于合适的溶剂中，反应中产生的聚合物因不溶于溶剂而以微球形态沉淀。这种方法通常使用的溶剂量较大，功能单体的浓度较低，溶剂的选择较为苛刻。王新娣采用悬浮聚合法制备了三聚氰胺印迹材料，并将其用于奶粉的前处理。悬浮聚合法通常是将反应物溶于有机溶剂中，然后转移到含分散稳定剂的水相中，搅拌并引发反应。但是存在表面活性剂等稳定剂难以去除，所制得的聚合物成分复杂等缺点。而且采用上述这些方法得到的三聚氰胺分子印迹聚合物与三聚氰胺的结合容量最高也不到20 mg/g。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述问题，提供一种通过蒸馏沉淀聚合制备三聚氰胺分子印迹聚合物的方法。

本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种蒸馏沉淀聚合制备三聚氰胺分子印迹聚合物的方法，包括如下步骤：

（1）将三聚氰胺、聚合反应单体和二乙烯基苯溶于乙腈中，静置；

（2）向步骤（1）的溶液中加入引发剂，除氧，加热蒸馏出乙腈；

（3）步骤（2）蒸馏结束后，反应液过滤，滤渣用甲醇-乙酸混合液回流提取，洗脱除去三聚氰胺分子，干燥，得到三聚氰胺分子印迹聚合物。

进一步，所述三聚氰胺与聚合反应单体的摩尔比优选为1∶(2~16)。更优选的摩尔比为1∶(2~5)。

进一步，步骤（1）的溶液中，聚合反应单体和二乙烯基苯的总体积浓度为5~7%，聚合反应单体与二乙烯基苯的摩尔比为1∶(4~7)。

进一步，所述聚合反应单体为甲基丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯。

步骤（1）所述静置优选在避光的条件下静置10~20 h。

进一步，所述引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰。

进一步，所述引发剂优选为聚合反应单体和二乙烯基苯总质量的1~5%。

进一步，步骤（2）蒸馏速度控制在1.5~2小时内将一半的乙腈蒸出。

进一步，步骤（3）所述甲醇-乙酸混合液中甲醇与乙酸的体积比优选为(10~8)∶1。

依上述方法制备得到的三聚氰胺分子印迹聚合物应用于三聚氰胺的分离和检测。

本发明方法操作较为简单，制备条件易于控制，无需复杂的后处理过程，且所得分子印迹聚合物为单分散性良好、粒径均一的微球，微球的粒径在0.5～5 μm左右，结合容量可达32～44 mg/g。

附图说明

图1为实施例1聚合物的电镜图片。

图2为聚合物的红外光谱图。

图3为实施例2聚合物的电镜图片。

图4为聚合物与三聚氰胺的结合等温曲线。

图5为奶粉样品中加入三聚氰胺 (1 μg/g) 的高效液相色谱图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1 MEL印迹聚合物的合成I

取三聚氰胺（MEL）0.22 g、甲基丙烯酸0.60 mL、二乙烯基苯5.0 mL溶于80 mL乙腈中，超声2 min使之混合均匀，避光静置12 h后置于三口烧瓶中，然后加入偶氮二异丁腈0.13 g，通入氩气除氧5 min后以120 r/min的速度搅拌并于室温开始水浴加热，约30 min内加热至乙腈沸点，此时开始收集馏出液，通过控制温度，在1.5～2 h内蒸出40 mL乙腈时结束反应。聚合得到的乳液，经超声、抽滤后，滤渣用甲醇洗涤3次，用甲醇-乙酸（9∶1, v/v）作为洗脱剂于索式提取器中提取24 h，之后用甲醇冲洗数次，烘箱50 ℃干燥，即得到三聚氰胺分子印迹聚合物（Molecularly imprinted polymers, MIPs）。除不加模板分子MEL外，非印迹聚合物（Non-imprinted polymers, NIPs）的制备方法同上。

 所得聚合物如图1所示（A1为MIPs，A2为NIPs），可见均可得到粒径较均一、单分散性较好的微球。

洗脱前后的红外光谱图如图2所示（a为MEL，b为洗脱前的MIPs，c为洗脱后的MIPs），洗脱前，聚合物中尚有MEL的特征峰，洗脱后，聚合物中MEL的特征峰消失，说明MEL已经除去。

实施例2 MEL印迹聚合物的合成II

甲基丙烯酸用量为0.43 mL、二乙烯基苯用量为3.57 mL，其它条件同实施例1，所得聚合物如图3所示（B1为MIPs，B2为NIPs）。

实施例3 MEL印迹聚合物的合成III

取三聚氰胺（MEL）0.22 g、甲基丙烯酸甲酯0.80 mL、二乙烯基苯5.0 mL溶于80 mL乙腈中，超声2 min使之混合均匀，避光静置12 h后置于三口烧瓶中，然后加入过氧化苯甲酰0.19 g，通入氩气除氧5 min后以120 r/min的速度搅拌并于室温开始水浴加热，约30 min内加热至乙腈沸点，此时开始收集馏出液，通过控制温度，在1.5～2 h内蒸出40 mL乙腈时结束反应。其他条件同实施例1。该MEL印迹聚合物的最大结合容量为32.75 mg/g（测试方法同实施例4）。

实施例4 MEL印迹聚合物的结合容量试验

称取实施例1制得的9份MIPs或NIPs（50 mg）于10 mL离心管中，除一份加入5 mL甲醇作为空白，另8份分别加入浓度依次为1.00、2.00、4.00、7.00、10.00、13.00、16.00、20.00 mg/mL的MEL甲醇溶液5 mL。将离心管密封，放入振荡器中25 ℃恒温振荡24 h，取出离心，吸取上清液用高效液相色谱仪测定MEL含量，计算MEL在聚合物上的结合量，绘制静态结合等温线，如图4所示。

从图4中MIPs、NIPs结合等温线趋势可以看出，随着MEL浓度的增加，MIPs和NIPs的吸附量都在增加，但是，MIPs的吸附量明显大于NIPs，MIPs和NIPs最大吸附量分别为MIPs与NIPs的最大结合容量分别为44.04 mg/g与17.05 mg/g，这是由于MIPs具有与模板分子的空间结构和官能团结合位点互补的立体空穴，这些空穴能与MEL发生特异性结合，当这些空穴全部被占据之后，即吸附到达平衡。而NIPs只能依靠非特异性吸附，因此MIPs对MEL有更高的吸附容量，主要是印迹效应的结果。

实施例5 MEL印迹聚合物的选择性结合试验

称取3份50 mg MIPs至10 mL离心管中，各加入3.00 mg/mL的MEL甲醇溶液5 mL；同时称取3份50 mg MIPs于离心管中，各加入3.00 mg/mL的三聚氰酸（CYA）甲醇溶液。将两组样液置于振荡器中，25 ℃恒温振荡3h后取样，离心，测定上清液中各物质的含量。NIPs按同样操作进行。结果见表1。

 表1 MIPs和NIPs结合性能比较

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MIPs对分子的选择识别性能通常用静态分配系数K_P、分离因子α、相对分离因子β来表征。静态分配系数K_P的定义为：                 

K_P=C_i / C_j     (1)

式中，C_i、C_j分别表示底物在聚合物和溶液中的浓度。K_P体现了MIPs对底物结合能力的大小，越大说明结合能力越强。

分离因子α的定义为：

α= K_P^’/ K_P^’’     (2)

K_P^’和K_P^’’分别表示模板分子和竞争分子的静态分配系数。α越大表明MIPs对模板分子的选择专一性越好。若α<1或在1附近，则表明MIPs对底物没有选择性；若α>1则表明，MIPs对底物有一定的选择性。

相对分离因子β的定义如下：

β=α_m / α_n      (3)

其中α_m和α_n分别表示MIPs和NIPs对底物的分离因子。β体现了MIPs与NIPs在分子识别和选择性能上的差异，即体现印迹效果的优劣。β越大表明印迹效果越好。

如表1所见，MIPs和NIPs的K_P(MEL)明显大于K_P(CYA)，说明MIP对MEL的结合能力更强。α_MEL=2.8891>1，α_CYA=0.9497，接近于1，表明MIP对模板分子MEL有一定的选择性，而对CYA不具有选择性。

实施例6 MEL印迹聚合物的固相萃取实验

步骤1：分子印迹固相萃取小柱的制备

称取实施例1 制得的MIPs和NIPs各0.2 g，分别装入聚丙乙烯小柱中（柱容量5 mL，直径8 mm），用甲醇反复冲洗，得到固相萃取小柱，用乙腈浸润，备用。

步骤2：样品溶液的制备

称取2 g市售奶粉四份，分别置于10 mL离心管中，向其中三份加入高、中、低浓度的MEL标准品，第四份加入溶剂乙腈-水（75∶25，v/v）作为空白对照。随后加入10 mL乙腈-水（75∶25，v/v），超声提取20 min后，以10000 r/min离心10 min，取上清液备用。

步骤3：固相萃取

取上述所得上清液5 mL以1 mL/min的速度加入到固相萃取小柱中，以2.0 mL乙腈-甲醇（3∶1，v/v）为淋洗液，3.0 mL甲醇-氨水（9∶1，v/v）为洗脱液进行萃取，最后将洗脱液用氮气吹干，用流动相定容至100 μL，用高效液相色谱检测。

固相萃取结果

如图5（a为萃取前，b为NIPs柱萃取，c为MIPs柱萃取）所示，不经固相萃取的奶粉样品很难实现MEL的检测，经过固相萃取后（MIPs和NIPs柱），分析物MEL的浓度都有所提高，可进行定量。然而，经MIPs柱固相萃取后，MEL的浓度较经NIPs柱更大，说明MIPs柱富集程度更高，这源于MIPs对MEL较高的亲和能力。对奶粉样品中MEL的加样回收率测定结果见表2，MEL的加样回收率为92.3～100.1%，RSD ≤6.4%，检测限为0.01 μg/g。

表2  奶粉样品中MEL的加样回收率（n=3）

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