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尼古丁印迹聚合物的保留行为研究

目录

摘要3

关键词3

1前言4

2.实验部分5

2.1仪器与试剂5

2.2实验方法5

2.2.1αAl203–尼古丁分子印迹柱（MIPS）的制备5

2.2.2分子印迹柱与非分子印迹柱的色谱行为研究5

2.2.3前沿色谱研究αAl203–尼古丁分子印迹柱（MIPS）的吸附等温线以及最大吸附量6

3结果与讨论7

3.1αAl203–尼古丁分子印迹柱（MIPS）的选择性分离因子分析7

3.2αAl203–尼古丁分子印迹柱（MIPS）的色谱研究7

3.2.1不同流动相对聚合物的选择性的影响7

3.2.2pH对αAl203–尼古丁分子印迹柱选择性的影响8

3.2.3温度对保留因子的影响9

3.3αAl203–尼古丁分子印迹柱（MIPS）吸附容量9

3.3.1实验突破曲线10

3.3.2吸附等温线及Freundich模型10

4结论10

参考文献11

致谢13

尼古丁及其结构相似物在αAL203–尼古丁印迹聚合物的保留行为研究

摘要：

用表面印迹法所制得的Al203表面尼古丁印迹聚合物作为填充物制作分子印迹柱（MIPS）,在高效液相色谱系统中对分子印迹柱的保留特性、选择性、MIPS的吸附容量及色谱等进行了研究与分析。

结果表明：

αAl203–尼古丁分子印迹柱对印迹分子—尼古丁具有高效键合尼古丁的特性（α=4.80），且远远高于非分子印迹柱的选择性分离因子，在色谱分析中，当MIPS在常温、乙腈为流动相、PH=7.5时，具有较好的印迹效率。

通过使用Freundich模型，MIPS的最大吸附量为18.80mg/g。

关键词：

分子印迹；聚合物；选择性；色谱分析；吸附容量。

StudyonretentionbehaviorofnicotineanditsanalogueonthemolecularlyimprintedpolymerobtainedbyusingsurfacepolymerizationonαAL203

Abstract:

Nicotine-imprintedpolymerbasedonsurfacialmiprintingmethedusingαAl203assupportedmatrixwaspreparedinpresentworkandadsorptionbehaviorandselectivityfortheMIPsintheHighperformanceliquidchromatographystudied.Also,theadsorptioncapacityandoptimizedchromatographyconditionswereobtained.ResultsindicatedahighselectivityforthisMIPscolumntowardthetemplatemolecular.DuringHighperformacneliquedchromatographyanalysis,amobilephaseconsistingofacetonitrile-（NaH2Po4-Na2HPo4butfer,pH7.5）（1:

3,v/v）,wasselectedtoperformelutionanditproducedabestresolutionwithaselectivityCoefficientof4.213.Additionly,theMIPsmonolithiccolumwascarriedouttheadsorptioncapacitytwithavalveof18.80mg/g.obtainedbyfittingthedatetotheFreundichmodel.

Keywords:

molecular-imrinted,imprintingefficiency,selectiveseparationfactor,chromatograph,loadingcapacity

1前言

分子印迹技术[1、2]（MolecularlyImprintingTechniques）兴起于20世纪70年代，它的三大特点是：

预定性、识别性和实用性[3、4]，因此受到了广泛的关注。

经过大量的科学研究开始从以前的理论基础慢慢的商业化，至今，分子印迹技术已被用于化学仿生传感[5、6]、固相萃取[7、8]、模拟酶催化[9、10、11]、膜分离技术[12]、色谱等各个领域[13、14]。

分子印迹技术起源于免疫学，在20世纪40年代pauling提出模拟抗原与抗体的相互作用，用抗原作为模板来制造抗体的空间结合位点的理论。

虽然这是一种错误的理论，但是给后人带来了启发，化学家们发展了一项有效的分析技术即分子印迹技术。

1972年，德国的wulff研究小组首次报道了人工合成有机分子印迹聚合物。

1992年，mosbachk等人在Nature上发表有关茶碱分子印迹聚合物的研究报告后，分子印迹技术开始了迅猛的发展。

其主要关键技术是分子印迹聚合物[15]的制备，原理是在印迹分子周围形成一个高交联刚性高分子，除去印迹分子后在聚合物的网络结构中形成就有结合能力的反应基团，其对印迹分子表现出高度的选择识别性能。

它首先由模板分子与可聚合的功能单体通过静电作用、范德华力、疏水作用和氢键作用等共价键和非共价键作用形成主客体配合物，然后加入引发剂和交联剂进行聚合反应，制得高分子聚合物，最后利用化学或物理方法除去模板分子，得到能“记忆”模板分子结构型和功能型基团的刚性聚合物，从而对模板分子表现出特异的选择性和识别能力

分子印迹作用力分共价型和非共价型（氢键、离子键、疏水作用力等），因共价型制备的印迹聚合物难以洗脱印迹分子，而非共价型具有作用温和、应用范围广，即可以聚合又容易洗脱等特点，现已深受广大科研工作的欢迎，如今烟草中的尼古丁是世界上的一大难题，它既极大程度上在伤害人类的身体，而在医药领域却又隐约现出它的潜在作用，现临床研究证明，尼古丁有望成为治疗老年痴呆症、帕金森症、抑郁症的有效药物。

综上，尼古丁及其结构相似物在αAL203–尼古丁印迹聚合物的保留行为研究具有非常重要的意义。

2.实验部分

2.1仪器与试剂

LC2010-AHT型高效液相色谱仪（日本岛津公司），FA2004电子天平（上海精科天平公司），KQ-250E超声振荡器（昆山市超声仪器有限公司），液相色谱空柱（50mm×4.6mm，北京金欧亚科技发展有限公司）。

尼古丁（NIC，99%，阿拉丁有限公司），Al2O3，甲基丙烯酸（MAA，Sigma公司）和乙烯基二甲基丙烯酸酯（EDMA，阿拉丁有限公司），偶氮二异丁氰（AIBN，上海化学试剂厂）。

2.2实验方法

2.2.1αAl203–尼古丁分子印迹柱（MIPs）的制备

精确称量0.13g聚合物、3.2ml异丙醇、6.4ml甲醇、超声三分钟，装入到装柱系统的匀浆罐中，接好装置，用甲醇为流动相，控制流动相为0.2ml/min，待流出的甲醇为50ml时，停泵。

待压力降低后，取下柱子，两端接好螺母。

（非分子印迹柱按同样的方法装柱）。

将柱子接入色谱系统中，依次用20%乙腈水溶液、乙腈洗置基线平衡。

2.2.2分子印迹柱与非分子印迹柱的色谱行为研究

待制备好色谱柱时，用高效液相色谱仪分别分析温度、流动相、PH等对MIPS性能的影响，取下MIPS换NIPS（非分子印迹柱）用同样的方法测量NIPS对尼古丁保留时间的检测，从而可得分子印迹柱的选择性和识别功能。

数据处理：

将液相记录的时间t转换为容量因子k和分离因子α,通过对MIPS与NIPS两组数据的处理得出相关的分析与结论。

容量因子：

分离因子：

印迹效率：

式中t为保留时间、t。

为死时间、k为容量因子、α为分离因子、IF为印迹效率。

为了解除误差对实验过程的影响，需多次测得MIPS与NIPS的分离因子α，然后得出相关的色谱参数。

2.2.3前沿色谱法研究αAl203–尼古丁分子印迹柱（MIPS）的吸附等温线以及最大吸附量

用前沿色谱法以分子印迹柱（MIPS）为色谱固定相，测量不同底物浓度在MIPS柱上的实验突破曲线，用半高法求出平衡吸附容量，并用Freundich模型得出最大吸附量。

梯度法配制尼古丁乙腈溶液（0.001、0.002、0.004、0.008、0.012、0.016、0.025、0.032、0.04、0.06、0.08mg/ml），色谱条件为柱温25oC、流速0.2ml/min。

测定时，先用最低浓度的溶液为流动相，以0.2mL/min流速流过色谱柱，当达到一个稳定的平台后，换成次高浓度的溶液为流动相，以同样的速度流经色谱柱，当达到稳定平台后，再用下一个浓度溶液。

依次测定所有的溶液。

用半高法计算吸附量：

Ci和Ci-1是相邻样品溶液底物浓度，qi-1和qi分别对应于Ci-1和Ci浓度下的平衡吸附量,Vsp为固定相体积,Vr,i是用半高法测得的第i平台的保留体积，V0是死体积。

3结果与讨论

3.1αAl203–尼古丁分子印迹柱（MIPS）的选择性分离因子分析

表1是分子印迹柱对尼古丁及其结构相似物的分离因子和选择因子。

在色谱系统中，以乙腈为流动相，柱温250C研究了尼古丁印迹杂化整体柱对尼古丁、8-羟基喹啉、吡啶等选择性及其识别性。

从表1可以看出：

在MIPS中尼古丁的容量因子值远远大于8-羟基喹啉和吡啶，而在NIPS中并不是很明显，说明MIPS比NIPS具有更好的选择性；MIP整体柱对尼古丁/8-羟基喹啉、尼古丁/吡啶的选择性因子分别为4.80、4.85，表明MIP整体柱对模板分子具有较好的的选择识别性能，因为MIPS的印迹分子留下了空间、形状和功能基与之匹配的结合位点，所以印迹分子在固定相中保留时间较长，从而表现出较好的选择性和特异识别功能。

表1印迹分子在MIP和NIP整体柱上的容量因子k和选择性因子α。

聚合物

容量因子k

选择性因子α

尼古丁

8-羟基喹啉

吡啶

尼古丁/8-羟基喹啉

尼古丁/吡啶

MIP

5.09

1.07

1.05

4.80

4.85

NIP

1.25

0.61

0.80

2.05

1.56

a：

色谱条件（HPLCconditions），T=25℃，r=0.2mL/min；k=（t-t0/t0）；α=

；ktem和kcom分别为印迹分子和化合物的保留因子

3.2.1不同流动相对聚合物的选择性

图2是配制不同浓度的乙腈/水为流动相，研究流动相对分子印迹柱的选择性的影响。

由图2可知：

随着流动相乙腈浓度不断减小，分子印迹柱的选择性越小，而非分子印迹柱的变化不大，说明MIPS对特定分子有较强的选择性。

图2结果反映了水分子在MIPS中其氢键比印迹分子的作用更大，导致增加了水分子与结合位点的反应，降低了MIPS对印迹分子的选择性。

图2流动相中乙腈与水比例的不同对整体柱选择性的影响

3.2.2pH对αAl203–尼古丁分子印迹柱的选择性的影响

图3是研究pH对分子印迹柱选择性能的影响。

用磷酸盐体系配置pH分别为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的缓冲溶液，用磷酸缓冲溶液与乙腈配比（体积比1：

3），以之为流动相，来分析pH对MIPS对印迹分子的选择性能的影响。

由图3可得：

当pH在7.5左右的时候呈现出较好的选择性，并且很大程度上高于非分子印迹柱的选择性因子。

MIPS在酸性条件下降低了选择性的原因是流动相减弱了印迹分子与MIPS结合位点的反应，从而减弱了分子印迹柱的识别功能。

PH对选择性因子的影响

图3PH对选择性因子的影响

3.2.3温度对保留因子的影响

图4是研究温度对保留因子的影响。

用梯度法设置温度值分别为：

30、40、50、60。

C，流速为0.2ml/min在以MIPS为固定相的条件下，分别测得尼古丁、吡啶、8—羟基喹啉的保留时间，得出分离因子及尼古丁/吡啶、尼古丁/8—羟基喹啉的选择性因子，通过图4得出下面结论：

温度对分离因子和选择因子存在很大影响，随着温度的增加，印迹分子的分离因子减小，但是温度对吡啶和8—羟基喹啉的分离因子没有影响；随着温度的增加，尼古丁/吡啶、尼古丁/8—羟基喹啉的选择性因子不断减小。

图4温度对保留因子及选择因子的影响

3.3αAl203–尼古丁分子印迹柱（MIPS）吸附容量

3.3.1实验突破曲线

利用前沿分析法做出不同浓度的尼古丁在印迹整体柱上的实验突破曲线。

图5给出在柱温25oC时，不同浓度尼古丁乙腈溶液依次作为流动相在aAL203–尼古丁分子印迹柱上的实验突破曲线。

图5尼古丁在分子印迹柱上的突破曲线

3.3.2吸附等温线及Freundich模型

图6是尼古丁在分子印迹柱中的吸附等温线。

用梯度法配制不同浓度的尼古丁乙腈溶液做为流动相，由测得的保留时间得出相应的平衡吸附量。

图7是Freundich模型对尼古丁在分子印迹柱上吸附等温线的拟合曲线；图6显示随

图6吸附等温线图7Freundlich拟合曲

表8Freundlich模型的参考系数

拟合模型

参数值

Freundlich模型

（mg/L）

18.80

0.8410

R2

0.9974

着尼古丁/乙腈浓度的不断正大，其平衡吸附量也不断增大，但是其增值速度变得更慢，说明分子印迹柱对其印迹分子的吸附量存在最大值。

表8是Freundich模型的相关系数，由表8可知：

R2=0.9974，则Freundlich模型可以很好的模拟吸附容量，最大吸附量

为18.80mg/g

4结论

随着分子印迹技术的不断发展，其对色谱行业也产生了巨大的推动作用，市场上也开始有了商业化的液相色谱分子印迹色谱柱，并利用印迹技术的优势开发超高效液相色谱技术（UPLC）。

分子印迹技术因其特定的选择性在色谱分析中相对传统的色谱柱具有明显的优势，近些年也有科研工作者用分子印迹技术对烟草进行相关的科学研究。

本实验主要是研究aAl203-尼古丁分子印迹柱的保留行为研究，实验表明MIPS在以乙腈为流动相、流速为0.2ml/min、柱温25oC具有非常好的特异识别性（尼古丁/8-羟基喹啉与尼古丁/吡啶的相对选择性因子分别为4.80，4.85）。

在色谱研究中，分别研究了温度、流动相、PH等对MIPs的影响。

随着温度的增高，MIPS的选择分离因子不断减少；而随着流动相底浓度（乙腈/水）的不断增大，MIPS的选择分离因子不断增大。

当PH=7.5左右时，MIPS能发挥最大的特异识别性能。

尽管实验能有效的挖掘出尼古丁—分子印迹技术的相关规律，但并未达到实用的标准，对其结构与性能还有待进一步的研究。

参考文献

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（2）.