分子印迹化学发光分析法测定水中苯酚的研究精.docx

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分子印迹化学发光分析法测定水中苯酚的研究精

第31卷第11期2010年11月

环境科学ENVIRONMENTALSCIENCE

Vol.31,No.11

Nov.,

2010分子印迹-化学发光分析法测定水中苯酚的研究

李薇,叶芝祥

（成都信息工程学院资源环境学院,成都

610225

摘要:

以丙烯酰胺为功能单体,季戊四醇三丙烯酸酯为交联剂,偶氮二异丁腈为引发剂,乙腈为稀释剂,采用悬浮聚合法,在水

性体系中制备了表面带孔的MIPM,MIPM吸附平衡时间为120min,

饱和吸附量分别为7.03μmol·L－1

.以邻苯二酚和对苯二酚为竞争分子,分离因子分别达到1.66和1.99.本研究制备的MIPM具有良好的选择吸附性能和良好的再生性能.以MIPM为分子识别物,利用鲁米诺-高锰酸钾化学发光体系结合流动注射技术,建立了测定苯酚的分子印迹-化学发光分析方

法.测得苯酚溶液浓度在1ˑ10－3100μg·L－1

线性范围内线性相关,相关系数r为0.9996,相对标准偏差为0.99%,检出限为9ˑ10－4μg·L－1

用该方法测定水样中苯酚的加标回收率为99%105%,结果较好.关键词:

分子印迹聚合微球;悬浮聚合;苯酚;化学发光;鲁米诺;高锰酸钾

中图分类号:

X830.2

文献标识码:

A

文章编号:

0250-

3301（201011-2829-06收稿日期:

2010-01-31;修订日期:

2010-03-23基金项目:

四川省教育厅重点项目（09ZA016

作者简介:

李薇（1984,女,硕士研究生,主要研究方向为环境监

测与评价,

E-mail:

liumangtu5@MolecularlyImprintedTechnique-FlowInjection-ChemoluminescenceSystem

AnalysisDetectPhenolinWater

LIWei,YEZhi-xiang

（ChengduUniversityofInformationTechnology,CollegeofResourcesandEnvironment,Chengdu610225,China

Abstract:

Usingphenolastemplate,acrylamideasmonomers,pentaerythritoltriacrylateascrosslinkingagent,azodiisobutyronitrileasinitiatingagent,acetomitrileasthinner,wesynthesizedMIPMinaquositysystemwithsuspensionpolymerization,onwhichsurfacetherearesomeholes.TheadsorbanceofMIPMtophenolwillnolongerincreasedaftertwohours,itmeansthatitreachesthesaturationwhichwere7.03μmol·L－1.TheseparategenesofMIPMwere1.66and1.99withpyrocatecholandhydroquinoneascompetitors.TheMIPMhadthebettereffectofadsorptionandselectivity.UsingMIPMasmoleculerecognizates,wesetupanewmethodwhichwasmolecularlyimprintedtechnique-flowinjection-chemoluminescenceanalysistodetectphenol.Theresultshowsthattherangeofphenolconcentrationfrom1ˑ10－3μg·L－1to100μg·L－1withadsorbedbyMIPMislinearlydependent,whichrelativitycoefficientis0.9996andtherelativestandarddeviationis0.99%,thedetectionlimitis9ˑ10－4μg·L－1.Usingthemethodtodetectingphenolfromthewatersamples,therecoveriesofphenolis99%-105%,theresultisprettygood.

Keywords:

molecularlyimprintedpolymericmicrospheres（MIPM;suspensionpolymerization;phenol;chemoluminescenceanalysis;luminol;potassiumpermanganate

分子印迹技术（molecularlyimprintedtechnique,MIT是一种合成具有特异性识别位点和预定选择性聚合物的技术

[1,2]

可克服环境试样体系复杂、预处理手续繁杂等不利因素,为试样的采集、富集和分析提供了方便,特别对于痕量分析具有重要作用

[3]

.MIP可用作传感器识别元件[46]、色谱分析固

定相[710]

、固相萃取吸附相[1115]

等,可对痕量物质

的吸附富集处理,提高对这些物质的检测灵敏

度

[16]

.分子印迹技术中的分子印迹聚合物微球

（molecularly

imprinted

polymeric

microspheres,

MIPM的制备不需要粉碎、研磨,产物产率较高.然而聚合所用交联剂非常粘稠,其扩散和溶胀性能都较差,这给微球的制备带来了一定困难[17,18]

.已有

研究指出当在聚合体系中加入适当的稀释剂及分散

剂,

如乙腈、羟乙基纤维素[18]

可降低聚合体系的黏

度,改善交联剂单体在水中的分散性能,从而实现了

悬浮聚合法[19,20]

直接制备分散的分子印迹聚合

微球.

目前已有用化学发光法测定苯酚的研究[21,22]

然而一种化学发光体系在同一条件下能被几十种无机和有机催化或增敏,很多直接化学发光方法都难以用于复杂样品的痕量分析,选择性差是化学发光分析最大的缺点.

将分子印迹技术应用到化学发光分析中,利用分子印迹聚合物对目标分子的识别和捕获能力,使目标分子吸附在分子印迹聚合物上,与样品中的共存物质分离,再进行化学发光检测,则可消除共存物质的干扰,提高方法选择性.有研究采用分子印迹技术合成了对扑热息痛具有选择性识别的高分子聚合

环境科学31卷

物,建立分子印迹-铁氰化钾-鲁米诺化学发光体系测定扑热息痛新方法[23];也有研究利用高锰酸钾-非那西丁-甲醛化学发光体系,结合流动注射分析技术,建立了测定非那西丁高选择性的分子印迹-化学发光分析方法[24].

本研究是将分子印迹技术应用到化学发光分析中,以苯酚为模版分子,采用悬浮聚合法制备MIPM,建立起分子印迹-化学发光分析方法测定水中苯酚的方法.

1材料与方法

1.1主要试剂和仪器

主要化学试剂:

苯酚、偶氮二异丁腈、羟乙基纤维素、丙烯酰胺、季戊四醇三丙烯酸酯、氢氧化钠、乙腈、丙酮、盐酸.

主要仪器:

数显恒温磁力搅拌器（HJ-3、电脑定时恒流泵（DHL-8、紫外可见分光光度计（UV-2550、微弱发光分析仪（BPCL-1-KIC.

1.2分子印迹聚合微球的制备

1.2.1悬浮聚合法

将0.15g模板分子苯酚、0.3g功能单体丙烯酰胺[22]、10mL水加入250mL四口瓶中搅拌（60r/min30min,使模板分子和功能单体充分结合.取0.054g分散剂羟乙基纤维素、25mL的水置于100mL的烧杯中,加热搅拌使之溶解后降至室温,再将4mL交联剂季戊四醇三丙烯酸酯、0.06g引发剂偶氮二异丁腈、1.32mL稀释剂乙腈,与溶解后的羟乙基纤维素混合后加入四口瓶,搅拌均匀.通入氮气5min后,调节搅拌速度在590620r/min,采用水浴法加热,将混合悬浮液升温至70ħ引发聚合10h结束.反应过程中始终通入氮气并保持搅拌速度不变.

1.2.2洗脱处理

聚合反应完成后用减压抽滤,将滤出的MIPM用蒸馏水冲洗2次后用丙酮洗涤3次除去杂质,然后将MIPM转入100mL锥形瓶中,并加入50mL,0.01mol·L－1的NaOH.将锥形瓶放入水浴锅加热至70ħ,恒温并搅拌30min.滤出MIPM用蒸馏水洗涤3次后放入100mL烧杯,在其中加入50mL,0.01mol·L－1的NaOH溶液浸泡MIPM3h.最后滤出MIPM用蒸馏水冲洗3次后,将MIPM放入电热恒温鼓风干燥箱中60ħ干燥待用[18].

1.2.3非分子印迹聚合微球的制备

非分子印迹聚合微球（non-molecularlyimprintedpolymericmicrospheres,NIPM的制作过程,除不加模板分子外,步骤同1.2.1节.

1.3MIPM吸附性能实验

1.3.1MIPM的吸附动力学实验

取8份浓度为10mg·L－1的苯酚溶液20mL于50mL的锥形瓶中,分别加入0.2gMIPM.将上述锥形瓶,瓶口用橡胶塞塞紧,置于25ħ空气浴振荡器中振荡,每隔一定时间取一份样,用UV-2550,检测MIPM吸附前后苯酚溶液的吸光度值.

1.3.2MIPM的吸附热力学实验

取6份浓度为1、10、30、50、70和100mg·L－1苯酚溶液20mL于50mL锥形瓶中,分别加入0.2gMIPM.将上述锥形瓶瓶口用橡胶塞塞紧,置于25ħ空气浴振荡器中振荡2h.用UV-2550,检测MIPM吸附前后苯酚溶液的吸光度值.

1.3.3MIPM的选择识别能力实验

取浓度为10mg·L－1的苯酚、邻苯二酚和对苯二酚溶液各20mL于50mL锥形瓶中,分别加入0.2gMIPM.同时用NIPM作对比实验.将上述锥形瓶瓶口用橡胶塞塞紧,置于25ħ空气浴振荡器中振荡2h.用UV-2550,检测MIPM吸附前后苯酚溶液的吸光度值.

1.3.4MIPM的再生能力实验

按1.3.3节步骤操作后滤出MIPM,用0.01mol·L－1的NaOH溶液浸泡3h.用水反复冲洗至中性,在电热恒温鼓风干燥箱中于60ħ下干燥.再将MIPM重复以上1.3.3节的步骤5次.

1.4废水中苯酚的测定

1.4.1实验流路

将MIPM连入检测流路[25],以鲁米诺-高锰酸钾为化学发光体系,建立起分子印迹-流动注射化学发光分析法的流路图,如图1所示

.

P1、P2:

电脑定时恒流泵（DHL-8;R:

顺序转向阀;a:

样品;

b:

蒸馏水;c:

NaOH,d:

luminol,e:

KMnO

4

图1实验流路示意

Fig.1Experimentalflowchart

1.4.2MIPM柱的制作

向一根玻璃柱直管（6mmˑ20mm内填充0.2

0382

11期李薇等:

分子印迹-化学发光分析法测定水中苯酚的研究

gMIPM,两端用玻璃棉堵住,制成MIPM柱.将此柱接入流路.如图1.1.4.3

分析步骤

开P1（泵速0.5mL/min,将a经过R,流过MIPM7min停P1,使其吸附样品中的模板分子苯酚.再开P1（泵速1.5mL/min,将b经过R,通过MIPM清洗管壁表面附着的样品2min停P1.同时开P1和P2（泵速0.5mL/min,使c（0.01mol·L－1经过R流过MIPM,洗脱下吸附的模板分子苯酚并与d于三通中混合后,再与e混合,最后流至BPCL-1-KIC检测.2结果与讨论2.1

MIPM吸附行为

吸附剂的吸附能力可用吸附量来评价,Q=（c0－cRˑV/m,Q为吸附量（μmol·g－1;c0为底物的起始浓度（μmol·L－1

;cR为吸附结束时底物的浓

度（μmol·L－1

;V为底物溶液的体积（L,m为

MIPM的加入量（g.

2.1.1

MIPM吸附动力学行为

吸附速度表征了达到吸附平衡的快慢,是一个重要的动力学参数.吸附速度的大小通常可以用吸附时间来衡量

[18,26]

.

以吸附量-吸附时间作动力学曲线,如图2.当吸附时间达120min后,MIPM对苯酚的吸附量不再变化,说明此时吸附已达平衡

.

图2

MIPM吸附动力学曲线

Fig.2

CurveofadsorptiondynamicsofMIPM

2.1.2MIPM吸附热力学行为

研究MIPM吸附热力学性能的常用方法是绘制

其等温吸附曲线,

即在同一温度下MIPM的吸附量Q与平衡浓度cR之间的关系[18,26]

.

以吸附量-平衡浓度作热力学曲线,如图

3.

图3

MIPM吸附等温曲线

Fig.3

Curveofadsorptionthermodynamicsof

MIPM

图4

cR/Q与cR的关系曲线Fig.4

CurveofcR/QtocR

依据Langmuir等温吸附方程

[27]

:

Q=Q0KcR/（1+KcR,式中Q0为MIPM的饱和吸附量,K为吸附系数.当浓度足够低或吸附很弱时,KcR≤1,则方程可简化成:

Q=KcRQ0,

即吸附量与平衡浓度成线性.当浓度足够高或吸附很强时,KcR≥1,则方程可简化成:

Q=Q0,即吸附量与平衡浓度无关.当浓度适中,吸附量与平衡浓度的关系为:

Q=Q0KcR/（1+KcR,此式可变为:

cR/Q=cR/Q0+1/KQ0.以cR/Q为纵坐标,

cR为横坐标作图如图4.由图4可见,在所研究的范围内cR/Q与cR有很好的线性关系,

r为1

382

环境科学31卷

0.9995,表明MIPM对模板分子的吸附符合

Langmui吸附方程.由图4的斜率和截距求得K和

Q

值分别为4.21L·mmol－1和7.03μmol·g－1.

2.1.3MIPM特异性吸附因素的探讨

分子印迹聚合物对分子的选择识别性能通常用

静态分配系数K

D

和分离因子α来表征.

K

D=Q/c

R

式中,Q表示物质在聚合物上的量（μmol·g－1,c

R表示物质在溶液中的平衡浓度（μmol·L－1.

α=K

Di/K

Dj

式中,i和j分别表示模版分子和底物.

α越大表明分子印迹聚合物对模版分子的选择专一性越好.一般认为α>1.35时,分子印迹聚合物能将模版分子从混合物中分离出来[18,28].

邻苯二酚、对苯二酚与苯酚具有相似的性质和结构,容易发生竞争吸附,对检测结果影响较大,因此,有必要考察邻苯二酚、对苯二酚对苯酚的影响.以MIPM和NIPM为吸附剂时,分别测定它们在苯酚、邻苯二酚和对苯二酚溶液中的吸附能力.如表1,表明MIPM对模板分子的吸附量明显高于对其他2种竞争分子的吸附量,而NIPM对苯酚、邻苯二酚和对苯二酚的吸附量均较小且吸附量之间无显著差异.说明MIPM具有良好的选择性.

表1MIPM的特异性吸附结果（K

D

Table1ResultofspecificadsorptionofMIPM（K

D

吸附剂

1

苯酚

2

邻苯二酚

3

对苯二酚

α1/2α1/3

MIPM13.197.966.621.661.99NIPM1.911.751.791.091.06

2.1.4MIPM的再生性能

经过5次循环吸附洗脱后,以MIPM的分离因子-洗脱次数作图5,表明经多次吸附-洗脱后,MIPM分离因子趋于稳定,吸附能力并未降低,可见本研究中制作的MIPM具有良好的再生性能,吸附性能稳定,可多次重复使用.

2.2化学发光体系

实验中采用鲁米诺-高锰酸钾化学发光体系来测定苯酚,其中用5ˑ10－5mol·L－1的NaOH缓冲液配制鲁米诺,并选择体系中鲁米诺浓度为8ˑ10－6mol·L－1,高锰酸钾浓度为2.5ˑ10－5mol·L－1[21].

实验中仪器伏高压设为1000Pa.

2.3分析光谱图

图6为苯酚的化学发光分析图谱

.

图5MIPM的α与循环使用次数的关系曲线

Fig.5CurvesofαofMIPMtorecycling

times

图6苯酚的化学发光分析图谱

Fig.6Curveofchemoluminescenceofphenol

2.4苯酚的标准曲线

按1.4.3节中的步骤分别测定苯酚溶液浓度为:

100、70、30、10、1ˑ10－3μg·L－1,作发光强度-浓度标准曲线图7.线性关系式:

ΔI=6847+32.5c,相关系数r=0.9996.

2.5精密度及检出限

用1.4.3节步骤测定浓度为10μg·L－1苯酚溶液7次,测得相对标准偏差为0.99%,精密度较高.根据IUPAC对检出限的规定,方法的检出限为9ˑ10－4μg·L－1.

2.6回收率的测定

将编号1、2水样（地表水稀释分别10倍后,分别加入浓度为30、50、30和50μg·L－1苯酚溶

2382

11期李薇等:

分子印迹-

化学发光分析法测定水中苯酚的研究

图7苯酚标准曲线

Fig.7

Standardcurveofphenol

液,将4份加标样品按1.4.3节步骤测定结果如表2.3

结论

（1本研究以丙烯酰胺为功能单体,季戊四醇三丙烯酸酯为交联剂,偶氮二异丁腈为引发剂,乙腈为稀释剂,采用悬浮聚合法,在水性体系中制备了表面带孔的MIPM,MIPM吸附平衡时间为120min,

饱和吸附量分别为7.03μmol·L－1

.MIPM以邻苯二

酚和对苯二酚为竞争分子,分离因子分别为1.66和1.99.说明MIPM具有良好的选择吸附性能.并且MIPM具有良好的再生性能,吸附性能稳定,可多次重复使用.

（2以鲁米诺-高锰酸钾为化学发光体系,运用

分子印迹-化学发光分析法测得苯酚在1ˑ10－3

表2

样品测定结果

Table2

Resultsofdeterminationofsamples

样品底值/μg·L－1

加入量/μg·L－1

测定量/μg·L－1

测试1测试2测试3测试4测试5回收率/%

水样314.930.045.746.045.946.146.0102水样314.950.068.368.368.068.168.1105水样416.030.045.645.545.545.545.699水样4

16.0

50.0

66.1

66.0

66.1

66.0

66.0

101

100μg·L－1线性范围内具有很好的相关性,相关系

数r为0.9996,

相对标准偏差（10μg·L－1

n=7为0.99%,方法的检出限为9ˑ10－4μg·L－1

.用该

方法测定水样中苯酚的加标回收率为99%105%,结果较好.

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