雙酚A分子印跡聚合物為萃取介質攪拌餅固相萃取的制備及其萃取性能研究

摘 要 以雙酚A為模板，4乙烯基吡啶為單體，利用整體材料“原位”聚合技術制備分子印跡聚合物為基質的萃取餅，并與利用一次性注射器空管加工而成的萃取器相結合，建立了分子印跡攪拌餅固相萃取（MIPSCSE）技術。考察了制備條件對MIPSCSE選擇吸附性能的影響。在此基礎上，與高效液相色譜二極管陣列檢測器聯用，探討MIPSCSE對環境水樣中雙酚A及其它酚類物質的選擇萃取性能，考察萃取過程中基底離子強度、pH值以及吸附與解吸時間等萃取條件對萃取性能的影響。結果表明；在最佳萃取條件下，MIPSCSE對模板分子及其它酚類物質具有一定選擇性能和較高的富集能力，對雙酚A的線性范圍為1.0～200

SymbolmA@ g/L；檢出限LOD（S/N＝3）為0.67

SymbolmA@ g/L；定量限LOQ（S/N＝10）為2.24

SymbolmA@ g/L。在實際水樣分析中，模板分子加標回收率為86.2%～112.2%。在MIPSCSE使用過程中，萃取餅不與容器壁接觸，因此具有優良的使用壽命，至少可連續使用600 h。

關鍵詞 分子印跡聚合物；攪拌餅固相萃取；雙酚A；高效液相色譜

1 引 言

分子印跡聚合物（MIP）是一種三維網狀聚合物，兼備生物識別體系和化學識別體系的優點， 具有選擇性高、穩定性好、機械強度高、制備簡單等優點， 可選擇性識別復雜樣品中的目標物，因此被廣泛應用于樣品前處理過程中。目前，利用MIP做吸附劑的萃取技術包括固相萃取（SPE）、固相微萃取（SPME）、管內固相微萃取（ITSPME）和攪拌棒固相萃取（SBSE） 等。這些萃取技術均存在不足之處，如SPE操作較為繁瑣，且需一定的有機溶劑；SPME和ITSPME所含吸附劑量較少而導致低的萃取容量；SBSE雖具有操作簡便、高吸附容量和環境友好的特點，但在攪拌吸附過程中，其涂層不斷與容器壁進行摩擦，導致涂層開裂，影響使用壽命。因此，發展高選擇性、操作簡易、富集容量高和環境友好的樣品前處理技術具有重要意義。

本研究組曾根據整體材料的“原位”合成技術，制備基于聚（乙烯基咪唑乙烯基苯）整體材料的萃取餅，并與利用一次性注射器管加工而成的萃取器結合，建立了攪拌餅吸附萃取技術（Stir cake sorptive extraction， SCSE）。與其它萃取方法相比，SCSE具有操作簡便、靈活、富集能力高、使用壽命長和環境友好等特點。為了進一步證明SCSE的適用性，同時為環境水樣中雙酚A提供一種簡便有效的萃取方法，本研究以具有環境內分泌干擾效應的雙酚A為模板分子，制備MIP整體材料，并將其作為SCSE的吸附劑，與液相色譜/二極管陣列檢測器（HPLC/DAD）聯用，建立了測定環境水樣中雙酚A及其它酚類物質的MIPSCSEHPLC/DAD分析體系。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

高效液相色譜儀，配LC20AB泵， CBA20A控制器， SPDM20A DAD檢測器 （日本Shimadzu公司）；7725i進樣閥 （美國Rheodyne公司）；定量閥： 20

SymbolmA@ L。

雙酚A（BPA，99%）、4乙烯基吡啶（4VP，99%）和乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA，97%），購自日本TCI公司；乙腈（ACN）和甲醇（色譜純，Tedia公司）；苯酚（99%）和對硝基苯酚（pNP，98%）購自上海試劑廠；氯酚（2CP，98%）和2，4二甲基苯酚（2，4DMP，98%）均購自Alfa Aesar公司。其它試劑均為分析純；實驗用水均為 MilliQ 水（美國Millipore公司）。

2.2 標準溶液的配制

分別稱取各標準樣品10.0 mg，以甲醇溶解并定容于10 mL 棕色瓶中，配制成1000 mg/L的單標儲備液。取各單標儲備液1 mL，配制成100 mg/L混合標準儲備液，置于4 ℃的冰箱中保存。使用時，用水稀釋至所需濃度。

實際水樣分別為實驗室自來水、某品牌礦泉水以及廈門大學附近海域的海水。使用前經0.45

SymbolmA@ m濾膜過濾。

2.3 色譜條件

色譜分離柱：Phenomenex LC18 column （ 250 mm×4.6 mm i.d， 5

SymbolmA@ m）；流動相：水（A）乙腈（B），梯度洗脫程序：0～10 min，30% B；10～12 min，70% B；12～15 min，30% B；流速：0.7 mL/min；檢測波長：271 nm；進樣體積：20

SymbolmA@ L。

2.4 MIPSCSE的制備

將適量BPA和4乙烯基吡啶溶于致孔劑（正丙醇1，4丁二醇（3∶2， V/V）混合溶液）中，按比例加入乙二醇二甲基丙烯酸酯和10 mg AIBN（具體的比例見表1）。將該溶液超聲10 min，通氮氣除氧5 min，將0.4 mL反應溶液倒入一端封閉、內徑為15 mm針筒（對應10 mL一次性注射器）內，密封后垂直置于烘箱中，60 ℃恒溫聚合反應24 h。聚合反應完成后，將聚合物從針筒中推出，即可得厚度為3 mm，直徑為15 mm的MIP萃取餅，用甲醇10%乙酸（9∶1， V/V）混合液浸泡至無BPA檢出。利用10 mL注射筒加工而成的攪拌萃取器如圖1A所示，其高度為6 mm（具體的制備方法可參考文獻），將MIP萃取餅小心嵌入萃取器的一端，即可得MIPSCSE裝置（圖1B）。

空白分子印跡聚合物（NIP）萃取餅的合成除了不加入模板分子BPA外，其余步驟與MIP相同。

圖1 攪拌餅底座的結構示意圖

Fig．1 Structure diagram of stir bar

2.5 實驗方法

在室溫條件下，準確量取100 mL加標水樣于250 mL燒杯中，放入SCSE，以200 r/min的速度進行攪拌萃取。萃取完成后，取出SCSE，置于3.0 mL解吸溶液中，以同樣攪拌速度進行解吸一定時間，解吸液直接進行色譜分析。

3 結果與討論

3.1 MIPSCSE的制備與電鏡表征

為了獲得MIPSBSE的最佳制備條件，以BPA和pNP為目標物質，考察了模板分子用量、單體/交聯劑比例及致孔劑用量對MIP的吸附性能的影響（表1）。由表1可見，MIP的吸附性能受模板分子和致孔劑用量及單體/交聯劑比例影響，當BPA在總的反應液質量百分比為5.5%，4乙烯基吡啶在單體混合液中質量百分比為10%，單體混合液與致孔劑質量比為3∶7時（攪拌棒6），MIPSBSE具有最佳的選擇吸附性能。因此，攪拌棒6的制備條件用于后續研究。

圖2為MIP模板分子洗脫前后的掃描電鏡圖（SEM）。由圖2可見，在模板分子未洗脫前（圖2A），聚合物粒間致密，孔徑細小；模板分子洗脫后，孔徑有所增大（圖2B），因此有利于吸附和解析過程。

3.2 MIPSCSE對BPA萃取條件的優化

實驗以苯酚（P）、對硝基苯酚 （pNP）、雙酚A（BPA）和2，4二甲酚（2，4DMP）為目標物質，考察MIPSCSE對BPA的選擇萃取性能。考察了水樣基底的離子強度、pH值、吸附和解吸時間等因素對MIPSCSE吸附性能影響。

3.2.1 離子強度的影響 根據文獻及本課題組已有的研究基礎，離子強度對萃取效率有較大影響。本實驗通過添加不同量的NaCl改變基底的離子強度，添加量分別為0， 5%， 10%， 15%， 20%和25%，考察離子強度對萃取效果的影響。 圖3 離子強度對萃取效率的影響

Fig．3 Effect of ionic strength on extraction efficiency

實驗條件：吸附和解吸時間均為2.0 h，未調節樣品的pH值，4種目標化合物的添加濃度均為100

SymbolmA@ g/L

Conditions: extraction and desorption time were 2.0 and 2.0 h， respectively; pH value in the matrix was not changed. The spiked concentration of each analyte was 100

SymbolmA@ g/L. P: Phenol; 2，4DMP: 2，4Dimethylphenol.

從圖3a可見，隨著離子強度的增加，MIPSCSE對BPA的吸附量有所增大，但不是非常明顯，在15%時達到最大值；而對于其它3種分離物質，其吸附效果隨著離子強度的增加而明顯上升。上述變化可能是因為BPA為模板分子，MIPSCSE對其主要通過特異性吸附進行萃取，因此離子強度影響較小；而對于P， pNP和2，4DMP，雖然可通過氫鍵作用與MIPSCSE產生特異性吸附，但仍存在一定的非特異性吸附作用。因此，增加離子強度產生的鹽析作用可提高其吸附效果。考慮到研究的主要目標物質為BPA，因此選擇添加15% NaCl，改變基底的離子強度。

3.2.2 pH值的影響 在其它實驗參數固定條件下，樣品基底pH值從2.0增加到11.0，其對萃取結果的影響如圖4所示。對模板分子BPA而言，pH值從2.0增加到9.0時，吸附量沒有明顯變化，當pH值繼續增加時，吸附性能顯著下降。而對于pNP和2，4DMP，當樣品pH＞7時，MIPSCSE對其吸附量減少；當pH＜9時，吸附量則急劇下降；對于P，當樣品pH＞7時，MIPSCSE對其吸附性能明顯降低。上述變化主要是由于MIP中的印跡空穴可通過氫鍵作用實現對模板分子BPA有效作用，因此MIPSCSE對BPA的吸附受pH值的影響較小; 但當pH值高于BPA的pKa時（9.4），BPA中的OH基團解離，打斷了其與印跡空穴中的氫鍵作用，因此吸附量逐漸下降；MIPSCSE對其它3種酚類化合物，雖然印跡空穴也與它們產生氫鍵作用力，但主要作用為它們與涂層間的疏水作用。因此在較高pH值時，酚類化合物逐漸解離，它們與涂層的疏水性作用力下降，導致萃取量的減少。本實驗中pH＝9。

3.2.3 吸附和解吸時間的影響 吸附時間對MIPSCSE的吸附性能有較大影響。分別考察0.5， 1.0， 1.5， 2.0， 2.5和3.0 h的吸附時間對4種酚類物質的萃取效果，結果表明，在2.0 h時，MIPSCSE對所有目標物質可達到最佳吸附；以含0.5% （V/V） 乙酸乙腈為解吸溶劑，分別考察10， 20， 30， 40， 60和120 min的解析時間。實驗表明，解吸60 min時，目標化合物可以從MIPSCSE上被完全解吸，說明以整體材料制備的SBSE涂層具有高的通透性和較快的傳質作用。根據實驗結果，吸附和解吸時間分別確定為2.0 h和1.0 h。

綜上，MIPSCSE對BPA的最佳選擇萃取條件為：樣品基底pH＝9，離子強度為15% （w/V），吸附2.0 h，含0.5% （V/V） 乙酸乙腈為解吸溶劑，解吸1.0 h。

3.3 萃取選擇性能評價

在最佳萃取條件下，MIPSCSE和NIPSCSE對4種酚類、苯（Benzene）和甲苯（Toluene）萃取效果見圖5。MIPSCSE對4種酚類物質吸附性能均明顯高于NIPSCSE，顯示較強的選擇吸附性能；MIPSCSE對P， pNP， BPA和2，4DMP的選擇因子分別為1.52， 1.73， 1.41和1.42；而對于苯和甲苯，其在MIPSCSE和NIPSCSE上的吸附則沒有明顯差異。研究表明，MIPSCSE可通過氫鍵作用實現對酚類物質的選擇性萃取，而對于無法形成氫鍵的苯和甲苯，主要通過疏水作用被吸附，因此MIPSCSE和NIPSCSE對其吸附性能沒有明顯差異。

3.4 使用壽命考察

在SBSE萃取模式中，涂層不斷與容器底部進行接觸，因此產生機械磨損，嚴重影響涂層使用壽命，一般情況下，涂層可使用80～200 h。而對于SCSE，萃取餅在攪拌吸附過程中未與容器壁接觸，無機械磨損問題。圖6為MIPSCSE的使用壽命考察結果， MIPSCSE在連續使用600 h過程中，對4種酚類物質的萃取效果未明顯改變，具有非常理想的使用壽命。

圖6 MIPSCSE的使用壽命考察

Fig．6 Stability study of MIPSCSE

1：苯酚（P）； 2： 對硝基酚（pNP）； 3： 雙酚A（BPA）； 4： 2，4二甲基苯酚（2，4DMP）。

3.5 標準工作曲線和檢出限

用標準儲備液配制不同濃度梯度的BPA標準溶液（1.0， 5.0， 10.0， 20.0， 50.0和200.0

SymbolmA@ g/L），在最佳的萃取條件下，按2.4節所述方法，考察方法的線性相關系數、檢出限和線性范圍。

本方法對BPA測定的線性范圍為1.0～200

SymbolmA@ g/L，具有良好的線性關系（R2＝0.9992）；檢出限LOD（S/N＝3）和定量限LOQ（S/N＝10）分別為0.67和2.24

SymbolmA@ g/L。本方法具有良好的重現性，日間RSD為4.6%（n＝3）。

3.6 對實際水樣的測定

將MIPSBSE與HPLCDAD聯用，用于3個實際水樣中BPA的測定（表2），3個水樣中均未檢出BPA。實際樣品復雜的基底常干擾萃取，通過測定實際水樣不同加標量的回收率，考察本方法用于實際水樣中BPA測定的可行性。表2數據表明，本方法具有理想的回收率，其值在86.2%～112.2%之間，RSD＜8%。同時考察了MIPSCSE對苯酚、2氯酚和2，4二甲酚的實際水樣不同加標量（10 和100

SymbolmA@ g/L）的回收率，其值在65.7%～105.3%之間。

實驗結果表明， 所建立的MIPSCSEHPLC/DAD方法可靈敏測定實際水樣中的BPA。具有操作簡便、靈敏度高、重現性好、優良的使用壽命和環境友好等優點。

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Preparation of Stir Cake Sorptive Extraction Based on Bisphenol

A Imprinted Polymer and Its Extraction Performance

LIN FuHua， HUANG XiaoJia， YUAN DongXing， NONG ShuYu



（State Key Laboratory of Marine Environmental Science， Environmental Science Research Center，

Xiamen University， Xiamen 361005）



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Abstract A new stir cake sorptive extraction （SCSE） based on molecularly imprinted polymer （MIP） with bisphenol A （BPA） as template was prepared. The effect of preparation conditions on the extraction performance of MIPSCSE was studied. Then， a methodology combined the stir cake sorptive extraction and liquid desorption， followed by high performance liquid chromatography with diode array detection for the direct analysis of traces of bisphenol A （BPA） in water was developed. To achieve the optimum extraction performance， several main parameters， including pH value and contents of inorganic salt in the sample matrix， extraction and desorption time， were investigated. Under the optimized experimental conditions， the method showed good linearity between 1－200

SymbolmA@ g/L for BPA. The detection limit （S/N＝3） and quantification limit （S/N＝10） of the proposed method for BPA was 0.67 and 2.24

SymbolmA@ g/L， respectively. The recoveries of spiked target compound in real samples ranged from 86.2%－112.2%. The MIPSCSE shows excellent longevity and can be used more than 600 h.

Keywords Stir cake sorptive extraction （SCSE）; Molecularly imprinted polymer; Bisphenol A； High performance liquid chromatography/diode array detector （HPLC/DAD）

（Received 2 June 2011; accepted 8 September 2011）