专利名称：有机磷类杀虫剂纳米硅胶表面分子印记聚合物的制备方法
技术领域：
本发明属于分子印记聚合物技术领域，尤其涉及对有机磷类杀虫剂具有特异性识 别的分子印记聚合物的制备方法。
背景技术：
有机磷农药是目前在我国农药市场所占份额最大、农业活动中使用最多最广的一 类农药。理论上，由于其在环境中易降解、不易生物富集、所以是对生态效应影响较小的新 生代农药。事实上，有机磷农药不仅在北极地区被检测出，甚至可以转化为某种持久性的有 机污染物，对环境产生危害。另外有机磷农药在体内与胆碱酯酶形成磷酰化胆碱酯酶，从而 抑制乙酰胆碱酯酶的生成，对生物体也产生急性毒性效应。近年来许多研究指出，有机磷农 药具有烷基化作用，对动物有致癌、致畸和致突变作用。因此，发展快速、准确的有机磷农药 残留检测技术有助于农药的科学管理和使用，有助于环境中农药残留的检测和治理；有助 于保证食品安全和更好地解决国际贸易争端问题。
随着科技的发展，农药残留检测方法也得到了很大的提高。目前主要有化学方法、 色谱法、酶法、免疫法、传感器法和生物检测方法等。这些方法测定前都必须对样品进行预 处理，去除干扰杂质，富集痕量待测物的组分。而普通的固相萃取填料对目标物的吸附都是 非特异性的，选择性低，易受复杂基质的干扰，影响了前处理效率。这就要求必须开发一种 对有机磷杀虫剂有高选择性和高亲和力的分离纯化材料。分子印记技术是近十年来发展起来的模拟抗体_抗原相互作用原理的新技术。在 合适的溶剂中，模板分子与功能单体依靠分子间作用力形成主客体配合物，再加入交联剂 和引发剂，自由基引发聚合形成稳定的高分子聚合物；除去模板分子后，聚合物中留有对模 板分子或结构类似物具有特异性结合的，并且空间匹配的位点，当再次与模板分子结合时， 可以对模板分子选择性的识别和富集的作用。中国农业大学(CN 1263777C)公开了一种对 有机磷杀虫剂的分子印记聚合物及其制备方法与应用。天津科技大学(CN 101342483A)公 开了一种敌敌畏选择性功能材料的合成方法。国家海洋局第一海洋研究所(CN 1773287A) 公开了有机磷农药仿生识别检测试剂盒。另外还有一些分子印记聚合物的文献报道[严 守雷，高志贤，房彦君。高分子学报，1(2006) 160-163 ；S. Marx, A. ZaItsman，I. Turyan, D. Mandler, Anal. Chem，76 (2004) 120-126]。但这些分子印记聚合物都是以本体聚合的方式 进行制备，虽然制得的材料经过粉碎处理，但仍有很多的模板分子处于材料内部，洗脱时， 难以除去；当与模板分子结合时，模板分子又难以到达内部的结合位点，因此聚合物的亲和 效率不是很理想。
发明内容
技术问题针对目前有机磷类杀虫剂残留检测方法的不足以及传统分子印记聚合 物自身的缺点，本发明提供三种对有机磷杀虫剂具有特异识别性能的表面分子印记聚合物 及其制备方法。从而实现对有机磷类杀虫剂残留物的高选择的分离、富集及高灵敏度的检测。 技术方案有机磷类杀虫剂纳米硅胶表面分子印记聚合物的制备方法，包括以无 水乙醇为溶剂，浓氨水为催化剂，正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源合成纳米SiO2微球，然后用 无水乙醇超声洗涤至中性、离心，真空干燥至恒重，备用。纳米硅胶表面分子印记聚合物的 制备步骤为(1)将制得的SiO2微球进行表面接枝改性，所述接枝改性方法为将制得的 SiO2微球置于IOmol L—1的盐酸溶液中，酸化后用水洗涤至中性，离心，沉淀物真空干燥至恒 重，即得酸化的SiO2微球，取适量超声分散于体积浓度为5% 15%的Y -甲基丙烯酰氧 基丙基三甲氧基硅烷(Y-MPTS)的甲苯溶液中，通N2除氧，50°C下搅拌回流12h制得SiO2O MPTS，再用甲醇超声洗涤，离心，以除去未反应的Y-MPTS，真空干燥至恒重，备用。或，将制 得的SiO2微球置于IOmol L—1的盐酸溶液中，酸化后用水洗涤至中性，离心，沉淀物真空干 燥至恒重，即得酸化的SiO2微球，取适量超声分散于体积浓度为5% 15%的Y-氨基丙基 三乙氧基硅烷(Y-APTS)的甲苯溶液中，通N2除氧，50°C下搅拌回流12h，制得SiO2OAPTS, 再用甲醇超声洗涤，离心，以除去未反应的Y-APTS，真空干燥至恒重，备用；另将偶氮二氰 基戊酸(ACVA)适量置于盛有20mL 二氯甲烷的反应瓶中，并将反应瓶置于冰水浴中，加入 氯化亚砜，密封搅拌12h，反应结束后除去溶剂和多余的氯化亚砜，将所得的酰氯化产物溶 于甲苯溶液中，加入先前的制备的SiO2OAPTS,置于冰水浴中，加入适量碳酸钾，搅拌24h制 得Si02@APTS-ACVA，然后依次用甲苯、水洗涤，室温下真空干燥至恒重，备用。或，将制得的 SiO2微球置于IOmol L—1的盐酸溶液中，酸化后用水洗涤至中性，离心，沉淀物真空干燥至 恒重，即得酸化的SiO2微球，取适量超声分散于体积浓度为5% 15%的Y-氨基丙基三 乙氧基硅烷(Y-APTS)的甲苯溶液中，通N2除氧，50°C下搅拌回流12h，制得SiO2OAPTS,再 用甲醇超声洗涤，离心，以除去未反应的、-APTS，真空干燥至恒重，然后将干燥后的SiO2O APTS分散于无水甲苯中，加入适量的丙烯酰氯(AA)和无水碳酸钾，置于冰浴中搅拌24h，制 得SiO2OAPTS-AA,然后依次用甲苯，水洗涤，室温下真空干燥至恒重，备用。(2)将模板分子、 功能单体加入聚合溶剂中混合，充分摇勻，4°C下放置4 12h，制得预组装溶液。(3)将步 骤(1)制得的各种修饰SiO2微球超声分散于聚合溶剂中，加入交联剂、引发剂及步骤(2)制 得的预组装溶液，磁力搅拌，通N2除氧，在N2气氛下，控温加热引发聚合。(4)反应结束后离 心除去上清液，沉淀物用甲醇乙酸体积比为9 1的混合溶液反复超声洗涤，直至上清液 经紫外检测不到模板分子为止。(5)将去除模板分子的聚合物微球置于60°C真空干燥箱内 干燥至恒重，分别得到分子印记聚合物微球SiO#CP-MIP 1，Si02iCP-MIP 2和SiO#CP_MIP 3。以连续滴定法合成纳米SiO2微球，按照下述方法制备将无水乙醇、浓氨水按体积 比50 9混合均勻得溶液A ；再将TEOS与无水乙醇按体积比6 1混合均勻得溶液B;室 温下将溶液B以10 30滴/秒的速度连续加入搅拌的溶液A中，转速为300 700rpm， 当溶液A与溶液B的体积比为59 35时，滴加完毕，再持续搅拌24h;用无水乙醇反复超 声洗涤至中性、离心，60°C下真空干燥至恒重，制得的SiO2微球过筛，得到不同粒径的纳米 SiO2 微球(100 IOOOnm)。 上述步骤(2)中，模板分子为毒死蜱(CP)，功能单体为甲基丙烯酸(MAA)，聚合溶 剂为甲苯乙腈体积比为1 3的混合溶液或乙腈或氯仿；模板分子与功能单体的摩尔比 为 1 2 1 5。
上述步骤(3)中，交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)；引发剂为过氧化二苯甲酰(BPO)，引发剂用量为功能单体与交联剂双键质量总量的1%。上述步骤(3)中，改性SiO2微球的用量为0. Ig对应0. 68mmol模板分子，对应50mL 聚合溶剂。上述步骤(3)中，功能单体与交联剂摩尔比为1 5。上述步骤(3)中，控温加热引发聚合，升温程序如下50°C反应6h，升温至60°C反 应24h，再加热至80°C反应6h。非印记聚合物(Si02@CP-NMIP)的制备过程，除在合成过程中不添加模板分子以 夕卜，其余步骤和Si02@CP-MIP相同。有益效果本发明所开发的制备有机磷类杀虫剂分子印记聚合物的方法，以有机 磷类杀虫剂(毒死蜱)为模板分子，所得的分子印记材料具有良好的分子识别性能，可以对 环境样本中的有机磷类杀虫剂残留物进行选择性分离和富集。
图1是本发明中功能化修饰的硅胶的红外图谱；(a) SiO2OMPTS (b) SiO2O APTS-ACVA (C) SiO2OAPTS-AA (d)普通 SiO2 ；图2是本发明实施例1对毒死蜱具有特异性识别的表面分子印记聚合物SiO2O CP-MIP 1的合成示意图；图3是本发明实施例2对毒死蜱具有特异性识别的表面分子印记聚合物SiO2O CP-MIP 2的合成示意图；图4是本发明实施例3对毒死蜱具有特异性识别的表面分子印记聚合物SiO2O CP-MIP 3的合成示意图；图5是本发明合成的表面分子印记聚合物的透射电镜图；(a)Si02@CP-MIP 1(b) Si02iCP-MIP 2 (c)Si02iCP-MIP 3 ；图6是本发明合成的表面分子印记聚合物的㈧静态吸附曲线和⑶动态吸附曲 线；· Si02@CP-MIP 1 ；· Si02iCP-MIP 2 ;▲ Si02iCP-MIP 3 ；□ SiO2IgCP-WIP 1 ；〇 SiO2IgCP-WIP 2 ；Δ SiO2IgCP-WIP 3。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步说明。实施例1将50mL的无水乙醇和9mL浓氨水混合均勻得溶液A ；再将5mL的TEOS与30mL无 水乙醇混合均勻得溶液B ；室温下将溶液B以15d/s的速度连续滴入高速磁力搅拌的溶液A 中，转速为700rpm，滴加完毕后持续搅拌24h ；用无水乙醇反复超声洗涤至中性、离心，60°C 下真空干燥至恒重。得到400nm左右的硅胶小球。将制得的SiO2微球置于50mL(IOmol Γ1)的盐酸溶液中，酸化24h后用超纯水反 复洗涤至中性，离心，沉淀物置于真空干燥箱内，60°C下干燥至恒重；称取酸化过的3102微 球0.5g超声分散于一定量的甲苯溶液中，加入IOmL γ-MPTS，使得γ-MPTS在甲苯中的体 积浓度为5% 15%，磁力搅拌下通N2除氧，转速为300rpm，在队气氛下加热回流12h，制得SiO2OMPTS,然后用甲醇反复超声洗涤，离心，除去未反应的￥_1^^，在601下真空干燥至恒重，备用。取模板分子CP 0. 2394g，功能单体MAA 0. 145mL溶于30mL乙腈和甲苯(3 1)的 混合溶液中，置于4°C冰箱中静置12h。同时称取0. Ig上述功能化的硅胶SiO2OMPTS分散在 20mL的乙腈和甲苯(3 1)的混合溶液中，超声lh。然后将自组装的溶液与分散的SiO2O MPTS混合，加入交联剂EGDMA 1. 3mL，引发BPO 40mg,磁力搅拌下通N2除氧15min，密封，在 N2气氛下控温加热引发聚合；50°C反应6h，升温至60°C反应24h，再加热至80V反应6h。反应结束后离心除去上清液，沉淀物用甲醇-乙酸(9 1，ν/ν)溶液反复超声 洗涤，直至上清液经紫外检测不到模板分子。将去除模板分子的聚合物微球用甲醇洗至中 性，置于真空干燥箱内，60°C下干燥至恒重，即可得到毒死蜱分子印记聚合物微球(Si0# CP-MIP 1)。实施例2将50mL的无水乙醇和9mL浓氨水混合均勻得溶液A ；再将5mL的TEOS与30mL无 水乙醇混合均勻得溶液B ；室温下将溶液B以15d/s的速度连续滴入高速磁力搅拌的溶液A 中，转速为700rpm，滴加完毕后持续搅拌24h ；用无水乙醇反复超声洗涤至中性、离心，60°C 下真空干燥至恒重。得到400nm左右的硅胶小球。将制得的SiOJi球置于50mL (IOmol L—1)的盐酸溶液中，酸化24h后用超纯水反复 洗涤至中性，离心，沉淀物置于真空干燥箱内，60°C下干燥至恒重；然后称取酸化过的SiO2 微球0.5g超声分散于一定量的甲苯溶液中，加入IOmL γ-APTS，使得γ-APTS在甲苯中的 体积浓度为5% 15%，磁力搅拌下通N2除氧，转速为300rpm，在队气氛下加热回流12h， 制得SiO2OAPTS,然后用甲醇反复超声洗涤，离心，除去未反应的Y -APTS，在60°C下真空干 燥至恒重，备用。取Ig ACVA置于盛有50mL 二氯甲烷的反应瓶中，并将反应瓶固定在冰水浴中；力口 入IOmL氯化亚砜，密封，磁力搅拌反应12h后，除去溶剂和多余的氯化亚砜。将所得的酰氯 化产物溶于50mL甲苯溶液中，加入先前制备的SiO2OAPTS 0. 5g，置于冰水浴中，加入无水碳 酸钾8. 5g，磁力搅拌24h制得Si02@APTS-ACVA，然后依次用甲苯，超纯水各洗2 3次，离
心，在室温下真空干燥至恒重，备用。取模板分子CP 0. 2394g，功能单体MAA 0. 145mL溶于30mL乙腈和甲苯(3 1)的 混合溶液中，置于4°C冰箱中静置12h。同时称取0. Ig上述功能化的硅胶Si02@APTS-ACVA 分散在20mL的乙腈和甲苯(3 1)的混合溶液中，超声lh。然后将自组装的溶液与分散 的Si02@APTS-ACVA混合，加入交联剂EGDMA 1. 3mL，引发剂BPO 40mg,磁力搅拌下通N2除氧 15min，密封，在N2气氛下控温加热引发聚合；50°C反应6h，升温至60°C反应24h，再加热至 80°C反应 6h。反应结束后离心除去上清液，沉淀物用甲醇-乙酸(9 1，ν/ν)溶液反复超声 洗涤，直至上清液经紫外检测不到模板分子。将去除模板分子的聚合物微球用甲醇洗至中 性，置于真空干燥箱内，60°C下干燥至恒重，得到毒死蜱分子印记聚合物微球(Si02@CP-MIP 2)。实施例3将50mL的无水乙醇和9mL浓氨水混合均勻得溶液A ；再将5mL的TEOS与30mL无水乙醇混合均勻得溶液B ；室温下将溶液B以15d/s的速度连续滴入高速磁力搅拌的溶液A中，转速为700rpm，滴加完毕后持续搅拌24h ；用无水乙醇反复超声洗涤至中性、离心，60°C 下真空干燥至恒重。得到400nm左右的硅胶小球。将制得的SiOJi球置于50mL (IOmol L—1)的盐酸溶液中，酸化24h后用超纯水反复 洗涤至中性，离心，沉淀物置于真空干燥箱内，60°C下干燥至恒重；然后称取酸化过的SiO2 微球0.5g超声分散于一定量的甲苯溶液中，加入IOmL γ-APTS，使得γ-APTS在甲苯中的 体积浓度为5% 15%，磁力搅拌下通N2除氧，转速为300rpm，在队气氛下加热回流12h， 制得SiO2OAPTS,然后用甲醇反复超声洗涤，离心，除去未反应的Y -APTS，在60°C下真空干 燥至恒重，备用。将制备的SiO2OAPTS 0. 5g分散在50mL无水甲苯中，加入IOmL AA,无水碳酸钾 8. 5g，置于冰浴中，磁力搅拌24h制得SiO2OAPTS-AA,然后依次用甲苯，超纯水各洗2 3次，
离心，在室温下真空干燥至恒重，备用。取模板分子CP 0. 2394g，功能单体MAA 0. 145mL溶于30mL乙腈和甲苯(3 1) 的混合溶液中，置于4°C冰箱中静置12h。同时称取0. Ig上述功能化的硅胶SiO2OAPTS-AA 分散在20mL的乙腈和甲苯(3 1)的混合溶液中，超声lh。然后将自组装的溶液与分散 的SiO2OAPTS-AA混合，加入交联剂EGDMA 1. 3mL,引发剂BPO 40mg,磁力搅拌下通N2除氧 15min，密封，在N2气氛下控温加热引发聚合；50°C反应6h，升温至60°C反应24h，再加热至 80°C反应 6h。反应结束后离心除去上清液，沉淀物用甲醇-乙酸(9 1，ν/ν)溶液反复超声 洗涤，直至上清液经紫外检测不到模板分子。将去除模板分子的聚合物微球用甲醇洗至中 性，置于真空干燥箱内，60°C下干燥至恒重，得到毒死蜱分子印记聚合物微球(Si02@CP-MIP 3)。
权利要求
有机磷类杀虫剂纳米硅胶表面分子印记聚合物的制备方法，包括以无水乙醇为溶剂，浓氨水为催化剂，正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源合成纳米SiO2微球，然后用无水乙醇超声洗涤至中性、离心，真空干燥至恒重，备用；其特征在于制备步骤为(1)将制得的SiO2微球进行表面接枝改性，所述接枝改性方法为将制得的SiO2微球置于10mol L-1的盐酸溶液中，酸化后用水洗涤至中性，离心，沉淀物真空干燥至恒重，即得酸化的SiO2微球，取酸化的SiO2微球超声分散于体积浓度为5％～15％的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(γ-MPTS)的甲苯溶液中，通N2除氧，50℃下搅拌回流12h制得SiO2@MPTS，再用甲醇超声洗涤，离心，以除去未反应的γ-MPTS，真空干燥至恒重，备用；或，将制得的SiO2微球置于10molL-1的盐酸溶液中，酸化后用水洗涤至中性，离心，沉淀物真空干燥至恒重，即得酸化的SiO2微球，取酸化的SiO2微球超声分散于体积浓度为5％～15％的γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(γ-APTS)的甲苯溶液中，通N2除氧，50℃下搅拌回流12h，制得SiO2@APTS，再用甲醇超声洗涤，离心，以除去未反应的γ-APTS，真空干燥至恒重，备用；另将偶氮二氰基戊酸(ACVA)适量置于盛有20mL二氯甲烷的反应瓶中，并将反应瓶置于冰水浴中，加入氯化亚砜，密封搅拌12h，反应结束后除去溶剂和多余的氯化亚砜，将所得的酰氯化产物溶于甲苯溶液中，加入先前的制备的SiO2@APTS，置于冰水浴中，加入适量碳酸钾，搅拌24h制得SiO2@APTS-ACVA，然后依次用甲苯、水洗涤，室温下真空干燥至恒重，备用；或，将制得的SiO2微球置于10mol L-1的盐酸溶液中，酸化后用水洗涤至中性，离心，沉淀物真空干燥至恒重，即得酸化的SiO2微球，取酸化的SiO2微球超声分散于体积浓度为5％～15％的γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(γ-APTS)的甲苯溶液中，通N2除氧，50℃下搅拌回流12h，制得SiO2@APTS，再用甲醇超声洗涤，离心，以除去未反应的γ-APTS，真空干燥至恒重，然后将干燥后的SiO2@APTS分散于无水甲苯中，加入适量的丙烯酰氯(AA)和无水碳酸钾，置于冰浴中搅拌24h，制得SiO2@APTS-AA，然后依次用甲苯，水洗涤，室温下真空干燥至恒重，备用；(2)将模板分子、功能单体加入聚合溶剂中混合，充分摇匀，4℃放置4～12h，制得预组装溶液；(3)将步骤(1)制得的各种修饰SiO2微球超声分散于聚合溶剂中，加入交联剂、引发剂及步骤(2)制得的预组装溶液，磁力搅拌下通N2除氧，在N2气氛下控温加热引发聚合；(4)反应结束后离心除去上清液，沉淀物用甲醇∶乙酸体积比为9∶1的混合溶液反复超声洗涤，离心，直至上清液经紫外检测不到模板分子为止；(5)将去除模板分子的聚合物微球置于真空干燥箱内，60℃下干燥至恒重，分别得到分子印记聚合物微球SiO2@CP-MIP 1，SiO2@CP-MIP 2和SiO2@CP-MIP 3。
2.根据权利要求1所述的有机磷类杀虫剂纳米硅胶表面分子印记聚合物的制备方法， 其特征在于以连续滴定法合成纳米SiO2微球，按照下述方法制备将无水乙醇、浓氨水按 体积比50 9混合均勻得溶液A ；再将TEOS与无水乙醇按体积比6 1混合均勻得溶液B; 室温下将溶液B以10 30滴/秒的速度连续加入搅拌的溶液A中，转速为300 700rpm， 当溶液A与溶液B的体积比为59 35时，滴加完毕，然后持续搅拌24h;用无水乙醇反复 超声洗涤至中性、离心，60°C下真空干燥至恒重，制得的SiO2微球过筛，得到100 IOOOnm 粒径的纳米SiO2微球。
3.根据权利要求1所述的有机磷类杀虫剂纳米硅胶表面分子印记聚合物的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中，模板分子为毒死蜱(CP)，功能单体为甲基丙烯酸(MAA)，聚合 溶剂为甲苯乙腈体积比为1 3的混合溶液或乙腈或氯仿；模板分子与功能单体的摩尔 比为1 2 1 5。
4.根据权利要求1所述的有机磷类杀虫剂纳米硅胶表面分子印记聚合物的制备方法， 其特征在于所述步骤(3)中，交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)；引发剂为过氧化 二苯甲酰(BPO)，引发剂用量为功能单体与交联剂双键质量总量的1%。
5.根据权利要求1所述的有机磷类杀虫剂纳米硅胶表面分子印记聚合物的制备方法， 其特征在于所述步骤(3)中，改性SiO2微球的用量为0. Ig对应0. 68mmol模板分子，对应 50mL聚合溶剂。
6.根据权利要求1所述的有机磷类杀虫剂纳米硅胶表面分子印记聚合物微球的制备 方法，其特征在于所述步骤(3)中，功能单体与交联剂摩尔比为1 5。
7.根据权利要求1所述的有机磷类杀虫剂纳米硅胶表面分子印记聚合物微球的制备 方法，其特征在于所述步骤(3)中，控温加热引发聚合，升温程序如下50°C反应6h，升温 至60°C反应24h，再加热至80°C反应6h。
全文摘要
有机磷类杀虫剂纳米硅胶表面分子印记聚合物的制备方法，包括纳米SiO2微球的制备；将制得的SiO2微球进行三种不同的表面接枝改性；制备预组装溶液；将其中一种改性SiO2微球超声分散于聚合溶剂中，加入交联剂、引发剂及预组装溶液，反应结束后离心除去上清液，沉淀物用甲醇/乙酸的混合溶液去除模板分子，将去除模板分子的聚合物微球置于真空干燥箱内，60℃下干燥至恒重，即可得到分子印记聚合物微球。本发明制备得到的三种不同的分子印记聚合物对有机磷类杀虫剂(毒死蜱)具有特异性识别，可以对环境样本中的有机磷类杀虫剂残留物进行选择性分离和富集。
文档编号B01J20/30GK101811033SQ200910234240
公开日2010年8月25日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者彭艳, 罗晶, 聂力, 胡琴, 谢颖, 都述虎, 陆庆, 陈丹君, 陈丽娜, 陈雪梅 申请人:南京医科大学