专利名称：四环素分子印迹聚合物膜电极的热聚合制备方法
技术领域：
本发明涉及四环素分子印迹聚合物，以及制备四环素分子印迹聚合物膜电 极的方法。
背景技术：
四环素类抗生素是一类广谱抗生素，被广泛地应用于水产和畜牧养殖行业， 由于大量使用，抗生素在动物体内、粪便和水土中的残留程度非常高，对人类 健康形成潜在的危害。我国的有关标准规定在动物源类食品中四环素类抗生素
的残留量不得超过100pg^g。四环素属于四环素类抗生素中的一种，在牛奶、
鱼类等许多介质中均有残留，目前常用的检测手段主要包括微生物法、酶联免 疫吸附法、高效液相色谱以及液相色谱-串联质谱等，这些方法有的检测灵敏度 低，有的成本高或抗干扰性能弱、前处理过程复杂、需要大型仪器，均不适用 于现场、快速检测。
分子印迹技术是采用目标分子作为模板，使用单体和交联剂在一定条件下 发生聚合反应得到聚合物，然后将目标物洗脱，可以形成具有与目标分子相匹 配的空间结构和结合位点，主要应用在抗原与抗体模拟、固相萃取以及传感等 方面。
目前将分子印迹技术应用于四环素检测的相关研究主要集中在以下二个方
面
(一)制备四环素分子印迹聚合物作为固相萃取填料，用于四环素检测的前
处理过程。例如，Cai等在《Separation and Purification Technology》(纯化与分离 技术)，2004， (35)， 215—221上发表的文章"Molecularly-imprinted polymers selective for tetracycline binding"(分子印迹聚合物选择性结合四环素)中描述了以四环素分子作为模板的分子印迹聚合物的制备方法，并考察了其选择性结合四环素的 能力，论述了交联度和溶剂极性的影响。中国专利申请"一种四环素分子印迹
聚合物及其应用"(申请号200710070753.X)，公开了一种四环素分子印迹聚合 物的制备方法以盐酸四环素分子为模板分子、甲基丙烯酸为功能单体、乙—
醇二甲基丙烯酸酯为交联剂、偶氮二异丁腈为引发剂，经原位聚合得到小颗粒 状聚合物，它可用作固相萃取柱的填充材料。中国专利申请"一种四环素分子印
迹整体柱的制备方法"(申请号200810052541.3)，公开了以四环素分子为模板分 子、甲基丙烯酸为功能单体、乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂、偶氮二异丁腈 为引发剂，环己醇和十二醇混合液为致孔剂，于不锈钢柱中60。C下热聚合制备 四环素分子印迹整体柱的方法，该分子印迹整体柱可直接作为固相萃取柱实现 四环素分子的有效分离。以上研究都无法应用于现场、快速检测。
(二)采用光聚合方法，制备四环素分子印迹聚合物膜电极，应用于四环素 电化学检测的工作电极。中国专利申请"四环素分子印迹聚合物膜电极及其制 备和应用"(申请号200810012433.3)，公开了一种光聚合法制备四环素分子印 迹聚合物膜电极的方法，其特征在于将模板分子盐酸四环素、功能单体苯乙 烯、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯、引发剂偶氮二异丁腈、致孔剂甲醇或氯仿 或甲苯混合并超声溶解后通过紫外灯光聚合在电极基体上聚合得到，但使用该 方法，四环素分子印迹聚合物膜在电极基体表面覆盖得不够均匀，会影响四环 素电化学检测的灵敏度。
发明内容
本发明的目的，是提供一种制备四环素分子印迹聚合物膜电极的方法，能进 一步提高四环素分子印迹聚合物膜电极在电化学检测四环素中的灵敏度和检出 限。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的
一种四环素分子印迹聚合物膜电极的热聚合制备方法，是将由模板分子、功 能单体、交联剂、引发剂、致孔剂构成的复合物经过聚合反应、洗脱模板分子在电极基体表面形成四环素分子印迹聚合物膜，电极基体为以下电极中的一种 铂、钯、金、玻碳电极，经过电沉积铂或钯或金的钛、铂、钯、金电极；其特 征在于包括以下步骤
步骤一，将模板分子四环素、功能单体甲基丙烯酸、交联剂乙二醇二甲基丙 烯酸酯、引发剂偶氮二异丁腈、致孔剂甲醇或氯仿或甲苯超声溶解形成均匀的 溶胶状复合物，模板分子、功能单体、交联剂摩尔比为1 3: 2 15: 90，当模板
分子的质量为0.1g时，引发剂质量为0.02 0.05g，致孔剂的体积为5 10mL;
歩骤二，将电极基体浸入溶胶状复合物中5~30秒，缓慢提拉出来，放入可 密封的管中，向管中充氮气除氧5 10分钟后，将管密封好，置于恒温装置中， 在温度为55~65°C的恒温条件下热聚合反应12~36小时，在电极基体表面形成 一层聚合物膜；
步骤三，将覆盖有聚合物膜的电极基体浸入乙醇中浸泡3 5小时，再浸入去 离子水中浸泡3 5小时，以洗脱模板分子；
歩骤四，将电极在50~60°C温度下干燥2~5小时，使致孔剂充分挥发，得 到四环素分子印迹聚合物膜电极。
热聚合反应具有加热均匀的优点，能避免聚合物的团聚，易于在电极表面形 成涂覆均匀的四环素分子印迹聚合物膜，具有较多的识别点位，从而提高电化 学检测灵敏度。
重复步骤二，将电极表面多次在溶胶中浸渍以及聚合，可以增加四环素分子 印迹聚合物膜的厚度，还可使膜分布更加均匀，但如果次数过多，会使下层聚 合物的孔隙被上层聚合物覆盖，影响对模板分子的洗脱效果、减少识别点位， 影响检测效果。因此第—步骤可重复1~4次。
热聚合反应温度控制在55 65。C，最佳范围为58 62°C，热聚合反应时间为 12~36小时，最佳范围为20 25小时。所用的密封管可以是一端开口的塑料管、 玻璃管或石英管等。
电极基体可以采用铂、钯、金、玻碳电极，也可以采用经过电沉积铂或钯或金的钛、铂、钯、金电极，电沉积铂、钯、金能使金属表面呈现微纳米结构，提供较大的比表面积，使电极基体与聚合物更好地结合。选择电沉积铂的钛电极为电极基体，成本较低。采用电沉积铂的钛电极时，可将纯度高于99%的钛
片打磨抛光并清洗后，在含有1.5 3g/L的盐酸的0.01~0.03mmol/L氯铂酸溶液中电沉积铂，沉积电压为-0.40 -0.20￥(相对于饱和甘汞电极)，沉积时间为10~40分钟。沉积结束后，用去离子水冲洗电极，目的是洗脱表面吸附的氯铂酸以及结合不牢固的铂。使用铂、钯、金、玻碳电极时，要用八1203粉体打磨，并且经过乙醇、水的超声清洗。电沉积钯或者金时，电解液可以选择对应的盐或者酸(比如氯化钯、氯金酸等)。
用本发明的方法制备的四环素分子印迹聚合物膜电极，四环素含量检测范围为0.1~10mg/L，检出限为0.026mg/L，与光聚合制备的四环素分子印迹聚合物膜屯极相比，检出限数值较低，灵敏度较高，更有利于实现现场快速检测。
图1是以电沉积铂的钛片为电极基体，热聚合法制备的四环素分子印迹聚合物膜电极的扫描电子显微镜图(SEM)。采用Quanta 200 FEG扫描电镜，加速电压为20kV，图中白色雪花状物质是聚合一层分子印迹薄膜后的铂颗粒。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例l，以铂电极为电极基体，热聚合法制备四环素分子印迹聚合物膜电极。
取四环素0.1g、甲基丙烯酸0.038mL、乙二醇二甲基丙烯酸酯3.53mL(摩尔比为1: 2: 90)，偶氮二异丁腈0.05g，以及10mL甲醇混合后，置于超声清洗仪中进行超声溶解，形成均匀的溶胶状复合物。
将铂电极用Al203粉体打磨后，分别以乙醇和水为溶液进行超声清洗，晾干。将电极在上述制备的溶胶中浸渍5秒，然后置于可密封的塑料管中，向管
中充氮气除氧5分钟，密闭后置于55T的恒温水浴锅中，聚合反应12小时；
重复该步骤一次。
两次热聚合反应后，将电极先在乙醇中浸泡3小时，再在去离子水中浸泡3小时，以达到洗脱模板分子的目的。最后将该电极于50。C温度下干燥5小时，以使致孔剂充分挥发，得到四环素分子印迹聚合物膜电极。
实施例2，以沉积金的钛电极为电极基体，热聚合法制备四环素分子印迹聚合物膜电极。
取四环素0.3g、甲基丙烯酸0.305mL、乙二醇二甲基丙烯酸酯3.53mL(摩尔比为换3: 15: 90)，偶氮二异丁腈0.06g，以及15mL氯仿混合后，置于超声清洗仪中进行超声溶解，形成均匀的溶胶状复合物。
将大小为20mmx30mm的工业纯钛片(纯度〉99%)依次用350#、 800#、 1000#以及1200#金刚砂纸打磨后，置于乙醇溶液中超声清洗3分钟，再用去离子水超声清洗20分钟，将钛片彻底清洗干净。采用二电极系统电沉积金，沉积液为2g/L氯金酸溶液，该氯金酸溶液含有0.01mmol/L的盐酸溶液，沉积电压为-0.30V(相对于饱和甘汞电极)，沉积时间为30分钟。沉积结束后，用去离子水冲洗，以洗脱表面吸附的氯金酸以及结合不牢固的金。
将制成的电极基体晾干后，在上述制备的溶胶中浸渍30秒，然后置于可密封的玻璃管中，向管中充氮气除氧10分钟，密闭后置于65°C的烘箱中，聚合反应24小时；将该表面覆有聚合物的电极基体从玻璃管中取出，先在乙醇中浸泡5小时，再在去离子水中浸泡3小时，以达到洗脱模板分子的目的。最后将该电极于60。C干燥3小时，以使致孔剂充分挥发，得到四环素分子印迹聚合物膜电极。
实施例3，以沉积铂的钛电极为电极基体，热聚合法制备四环素分子印迹聚
合物膜电极及其电化学检测应用。
取四环素0.2g、甲基丙烯酸0.135mL、乙二醇二甲基丙烯酸酯3.53mL(摩尔比为2: 7:卯)，偶氮二异丁腈0.06g，以及14mL甲醇混合后，置于超声清洗
仪中进行超声溶解，形成均匀的溶胶状复合物。
将大小为20mmx30mm的工业纯钛片(纯度>99%)按实施例2所述的工艺打磨清洗后，采用三电极系统电沉积铂，沉积液为2g/L氯铂酸溶液，该氯铂酸溶液含有0.01mmol/L的盐酸溶液，沉积电压为-0.35V(相对于饱和甘汞电极)，沉
积时间为30分钟。沉积结束后，用去离子水冲洗，以洗脱表面吸附的氯铂酸以及结合不牢固的铂。
将制成的电极基体晾干后，在上述制备的溶胶中浸渍20秒，然后置于可密封的塑料管中，向管中充氮气除氧7分钟，密闭后置于60。C的恒温水浴锅中，聚合反应30小时；将该表面覆有聚合物的电极基体从塑料管中取出，先在乙醇中浸泡4小时，再在去离子水中浸泡5小时，以达到洗脱模板分子的目的。最后将该电极于60。C干燥2小时，以使致孔剂充分挥发，得到四环素分子印迹聚合物膜电极。
电极的扫描电子显微镜图(SEM)如图l所示，由图中可见，四环素分子印迹聚合物附着均匀、致密，膜表面没有皲裂。
电化学检测的电解液为10mL硫酸钠溶液，pH=7.0，采用传统的三电极工作体系，工作电极为所制得的膜电极，对电极是铂电极，参比电极是饱和甘汞电极，工作电压是0.5V。当电流信号达到稳定状态时，向反应器中分别加入浓度为0.1、 0.5、 1.0、 5.0、 15.0、 20.0mg/L的四环素溶液，根据电流一浓度的对应关系，建立标准曲线。按三倍电流噪音计算得出本发明对水体中的四环素检出限为0.026mg/L，检测范围为0.1 10mg/L。与光聚合法相比，灵敏度有明显的提高(光聚合法制备的四环素分子印迹膜电极的检测范围为0.6 20mg/L，检出限为0.08mg/L)。
在同样条件下，将含有四环素5.0 mg/L的水样用该方法检测，根据测得的电流，与标准曲线对比，得出该水样的四环素浓度为4.85mg/L，误差为3.0%。
权利要求
1、一种四环素分子印迹聚合物膜电极的热聚合制备方法，是将由模板分子、功能单体、交联剂、引发剂、致孔剂构成的复合物经过聚合反应、洗脱模板分子在电极基体表面形成四环素分子印迹聚合物膜，电极基体为以下电极中的一种铂、钯、金、玻碳电极，经过电沉积铂或钯或金的钛、铂、钯、金电极；其特征在于包括以下步骤步骤一，将模板分子四环素、功能单体甲基丙烯酸、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯、引发剂偶氮二异丁腈、致孔剂甲醇或氯仿或甲苯超声溶解形成均匀的溶胶状复合物，模板分子、功能单体、交联剂摩尔比为1～3∶2～15∶90，当模板分子的质量为0.1g时，引发剂质量为0.02～0.05g，致孔剂的体积为5～10mL；步骤二，将电极基体浸入溶胶状复合物中5～30秒，缓慢提拉出来，放入可密封的管中，向管中充氮气除氧5～10分钟后，将管密封好，置于恒温装置中，在温度为55～65℃的恒温条件下热聚合反应12～36小时，在电极基体表面形成一层聚合物膜；步骤三，将覆盖有聚合物膜的电极基体浸入乙醇中浸泡3～5小时，再浸入去离子水中浸泡3～5小时；步骤四，将电极在50～60℃温度下干燥2～5小时。
2、 根据权利要求1所述的四环素分子印迹聚合物膜电极的热聚合制备方法， 其特征在于，重复步骤二1 4次。
3、 根据权利要求1或2所述的四环素分子印迹聚合物膜电极的热聚合制备 方法，其特征在于，步骤二中的热聚合反应温度为58~62°C，时间为20~25小时。
全文摘要
本发明涉及四环素分子印迹聚合物，以及制备四环素分子印迹聚合物膜电极的方法。将模板分子四环素、功能单体甲基丙烯酸、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯、引发剂偶氮二异丁腈、致孔剂甲醇或氯仿或甲苯超声溶解形成均匀的溶胶状复合物，在温度为55～65℃的恒温条件下，通过热聚合反应、洗脱模板分子在电极基体表面形成四环素分子印迹聚合物膜。本发明的四环素分子印迹聚合物膜电极可以作为电化学法检测水体中四环素的工作电极，便于实现现场快速检测，其检测范围为0.1～10mg/l，检出限为0.026mg/l。
文档编号G01N27/333GK101672820SQ20091018780
公开日2010年3月17日 申请日期2009年10月12日 优先权日2009年10月12日
发明者燮 全, 王红涛, 赵慧敏, 硕 陈 申请人:大连理工大学