分子印迹聚合物微球及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种分子印迹聚合物微球及其制备方法和应用。

背景技术：

随着人们生活水平和生活质量的不断提高，消费者对吸烟的安全性和环境保护意识也越来越强。卷烟产品中烟草的燃烧不完全导致其烟气中含有一定量的有害物质，对吸烟者的身体健康构成风险。其中，烟草特有亚硝胺(tobacco-specific N-nitrosamines,TSNAs)是烟草类制品中含有的具有致癌性的一类特殊有害物质，是烟叶特别是晾晒烟叶、卷烟烟气中共同存在的成分。TSNAs主要包含4种，N-亚硝基降烟碱(NNN)、N-亚硝基新烟碱(NAT)、N-亚硝基假木贼碱(NAB)和4-甲基亚硝氨基-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)。

分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymers,MIPs)是一种可以通过目标分子与聚合物分子之间的特定性结合位点和空间结构来实现特异性吸附的聚合物，发展至今已经成为高分子领域的研究热点之一，同时分子印迹聚合物因具有合成条件低廉简便、在不同化学和物理条件下具有良好的稳定性及可重现性等特点，已经成功应用于固相萃取、色谱分离、化学传感器、环境净化等多个领域。

制备MIPs的方法有很多种，通常使用的是本体聚合法。但是本体聚合方法得到的MIPs为大块固体，需要研磨筛选处理后才能使用，过程十分繁琐。沉淀聚合的原理是单体可溶于溶剂，单体反应后得到的聚合物不溶于溶剂，因此单体分子聚合到一定分子量时，会从溶液中析出形成尺寸均一的聚合物微球。通过沉淀聚合制备分子印迹聚合物方法简单，粒径均一，是近年来研究的热点。

利用MIPs降低卷烟烟气中的有害物质国内外已有一些研究，通常用于降低稠环芳烃、芳胺、烟碱等物质，而用于吸附烟气中TSNAs的MIPs材料研究较少，其中利用沉淀聚合法制备MIPs用来降低烟气中TSNAs还未有报道。利用分子印迹技术集分离与富集于一体的特点，此种材料还可应用于固相萃取柱的填料，用于烟草特有亚硝胺分析的前处理。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种分子印迹聚合物微球及其制备方法和应用，用于解决现有技术中分子印迹聚合物微球制备方法复杂，吸附效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种分子印迹聚合物微球的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：

(1)称取烟酰胺、甲基丙烯酸，溶于溶剂中，超声，静置，得混合溶液；

优选地，所述步骤(1)还包含以下特征中的任意一种或几种：

a)所述烟酰胺和甲基丙烯酸的摩尔比为1:5～7；

b)所述溶剂为质量比为1:2～3.5的甲苯和乙腈；

c)所述烟酰胺的质量为溶剂质量的0.25％～0.35％；

d)所述超声的时间至少为15min；

e)所述静置的时间至少为12h。

(2)向步骤(1)的混合溶液中加入二乙烯基苯和偶氮二异丁腈，超声，通氮气后密封并搅拌，得聚合物；

优选地，所述步骤(2)还包括以下特征中的任意一种或几种：

a)所述超声的时间至少为15min；

b)所述密封并搅拌的时间至少为18h，温度为70～75℃；

c)所述烟酰胺和二乙烯基苯的摩尔比为1:15～30；

d)所述偶氮二异丁腈的质量是烟酰胺、甲基丙烯酸以及二乙烯基苯质量总和的2％～3％；

e)所述通氮气的时间是20～60min。

(3)将聚合物放入洗脱液中，超声震荡后离心，然后再清洗，干燥，即得。

优选地，所述步骤(3)还包括以下特征中的任意一种或几种：

a)所述离心后采用紫外可见分光光度计检测洗脱液的上层清液，直到上层洗脱液中烟酰胺紫外吸收峰消失时即可清洗；

b)所述洗脱液为体积比为1:8～10的乙酸和甲醇；

c)所述超声震荡时的温度为40～60℃；

d)所述清洗采用的清洗液是甲醇；

e)所述干燥的温度为55～60℃，时间是24～30小时。

本发明的另一个方法提供了上述的分子印迹聚合物微球的制备方法制备的分子印迹聚合物微球。

本发明的另一个方法提供了上述的分子印迹聚合物微球应用于吸附烟草特有亚硝胺。

优选地，所述分子印迹聚合物微球添加于卷烟滤棒中吸附烟草特有亚硝胺。

更优选地，所述每支卷烟滤棒中分子印迹聚合物微球添加量为6～10mg。

优选地，所述分子印迹聚合物微球作为固相萃取柱填料吸附烟草特有亚硝胺。

如上所述，本发明的分子印迹聚合物微及其制备方法和应用，具有以下有益效果：

1.本发明中的分子印迹聚合物具有微球粒径均一，比表面积大，吸附位点多、对TSNAs选择性强的特点，制备的分子印迹微球对卷烟烟气中的TSNAs有良好的吸附作用。

2.本发明的分子印迹微球制备的固相萃取柱对烟草萃取液中的烟草特有亚硝胺具有选择性和富集能力，适宜于测定烟草制品中的特有亚硝胺含量分析。

附图说明

图1为实施例1制得的分子印迹聚合物微球的扫描电镜图；

图2为实施例1制得的分子印迹聚合物微球N₂等温吸附脱附曲线，采用美国麦克仪器公司ASAP 2020物理吸附仪测定材料的比表面积；

图3为实施例3制得的分子印迹聚合物微球吸附烟草特有亚硝胺的测定结果。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

说明书中的缩写及含义

烟酰胺(NAM)

甲基丙烯酸(MMA)

二乙烯基苯(DVB)

偶氮二异丁腈(AIBN)

实施例1

称取NAM 3mmol和MAA18mmol溶于33g甲苯和87g乙腈的混合溶液中，超声1h，静置12h，令模板分子与功能单体充分作用。然后加入DVB 60mmol和AIBN 0.25g，超声15min，通氮气30min除氧，密封后在磁力搅拌条件下75℃聚合反应24h得到聚合物。将聚合后得到的产物放入乙酸/甲醇(v/v＝1/9)的洗脱液中，加热超声机到60℃，超声洗脱模板分子NAM。多次超声离心过程后用紫外可见分光光度计检测洗脱液的上层清液，直到上层洗脱液中NAM紫外吸收峰消失时即可认为MIPs中的模板分子已经洗脱干净，然后再用甲醇清洗三遍MIPs，将乙酸除去，真空烘箱中60℃干燥24h，最终得到分子印迹聚合物微球MIPs。

图1为制得的本发明的分子印迹聚合物微球的扫描电镜图，采用HITACHI S4700场发射扫描电镜表征分子印迹材料的形貌，可以看出制备的分子印迹聚合物为尺寸非常均匀的微球，粒径尺寸范围分布在300nm～800nm之间。

图2为制得的本发明的分子印迹聚合物微球N2等温吸附脱附曲线，得到材料比表面为523.8m²/g。

实施例2

称取NAM 3mmol和MAA 21mmol溶于48g甲苯和98g乙腈的混合溶液中，超声15min，静置14h，令模板分子与功能单体充分作用。然后加入DVB 90mmol和AIBN 0.41g，超声20min，通氮气60min除氧，密封后在磁力搅拌条件下75℃聚合反应18h得到聚合物。将聚合后得到的产物放入乙酸/甲醇(v/v＝1/10)的洗脱液中，加热超声机到50℃，超声洗脱模板分子NAM。多次超声离心过程后用紫外可见分光光度计检测洗脱液的上层清液，直到上层洗脱液中NAM紫外吸收峰消失时即可认为MIPs中的模板分子已经洗脱干净，然后再用甲醇清洗三遍MIPs，将乙酸除去，真空烘箱中58℃干燥28h，最终得到分子印迹聚合物微球MIPs。

将100mg干燥MIPs装入3ml PP针筒内，针筒底部和样品表面均垫有10μm微孔滤膜，防止填料渗漏，然后通过甲醇淋洗活化小柱，吹干溶剂后在小柱内通过4ml烟草萃取液A(1g干燥烟叶粉末放入100ml去离子水中震荡1h得到)，收集上样后得到的溶液B，再次吹干小柱内溶液后用4ml乙酸/甲醇l(v/v＝1/9)淋洗，收集淋洗液C。将溶液A、B和C通过液相-串联质谱质检测其中TSNAs含量，结果表1所示。

表1分子印迹聚合物离线固相萃取实验浓度数据

结果表明，此种分子印迹聚合物微球制备的固相萃取小柱对于烟草萃取液中4种TSNAs的吸附效率接近100％，且溶液C中的4种TSNAs浓度数据略有上升，说明经过富集纯化后的溶液C去除了基质杂质，提高了仪器检测灵敏度，说明填料对于目标分子的吸附效果优异，是对于TSNAs理想的固相萃取填料。

实施例3

称取NAM 3mmol和MAA 15mmol溶于23g甲苯和81.7g乙腈的混合溶液中，超声30min，静置12h，令模板分子与功能单体充分作用。然后加入DVB 45mmol和AIBN 0.16g，超声20min，通氮气20min除氧，密封后在磁力搅拌条件下70℃聚合反应24h得到聚合物。将聚合后得到的产物放入乙酸/甲醇(v/v＝1/8)的洗脱液中，加热超声机到40℃，超声洗脱模板分子NAM。多次超声离心过程后用紫外可见分光光度计检测洗脱液的上层清液，直到上层洗脱液中NAM紫外吸收峰消失时即可认为MIPs中的模板分子已经洗脱干净，然后再用甲醇清洗三遍MIPs，将乙酸除去，真空烘箱中55℃干燥30h，最终得到分子印迹聚合物微球MIPs。

将得到的MIPs以8mg/支添加到由两段普通醋酸纤维滤棒复合而成的二元复合滤棒滤嘴中，材料分散在两段滤棒之间的截面上，按照标准GB/T 23228-2008测定卷烟主流烟气的TSNAs的释放量，结果如图3所示，对于卷烟主流烟气中TSNAs的降低率分别为NNK 16％、NAT 11％、NNN 5％和NAB 7％。

结果表明，此种分子印迹聚合物微球对于卷烟主流烟气中的TSNAs有明显的降低作用。

以上的实施例是为了说明本发明公开的实施方案，并不能理解为对本发明的限制。此外，本文所列出的各种修改以及发明中方法、组合物的变化，在不脱离本发明的范围和精神的前提下对本领域内的技术人员来说是显而易见的。虽然已结合本发明的多种具体优选实施例对本发明进行了具体的描述，但应当理解，本发明不应仅限于这些具体实施例。事实上，各种如上所述的对本领域内的技术人员来说显而易见的修改来获取发明都应包括在本发明的范围内。