徐婉珍 张枭明 黄卫红 聂仪晶 杨文明

摘要采用表面接枝法对四氧化三铁纳米粒子表面进行功能化修饰，以二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）为交联剂，偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，成功制备了对邻苯二甲酸二丁酯（DBP）具有特异识别性能的磁性表面印迹聚合物（MMIPs）。利用扫描电镜、透射电镜、振动样品磁强计、元素分析、红外光谱等对其进行表征。BET测试结果表明，MMIPs的比表面积（380m2/g）大于MNIPs（324m2/g）。吸附动力学、等温线模型分析显示，MMIPs对DBP的Sips等温线模型相关系数R2=0.999，动力学Pseudosecondorder模型相关系数（R2）为0.9797。对邻苯二甲酸二烯丙酯（DAP）、DBP和邻苯二甲酸二（2乙基己基）酯（DEHP）的印迹因子分别为1.53、2.21和1.39，对DBP具有较高的印迹因子和较好的识别性能。磁性分子印跡聚合物经5次再生后，对DBP的吸附能力仅下降了12.3%，表明再生循环效果较好。

关键词邻苯二甲酸二丁酯；分子印迹聚合物；选择性；吸附剂

1引言

邻苯二甲酸酯类物质（Phthalateesters，PAEs），是邻苯二甲酸及其醇类物质经酯化反应，合成得到的一系列有机化合物。因其常用于增加材料的延展性、弹性和柔软性，也被称为塑化剂或增塑剂（Plasticizer）。PAEs已被广泛应用到塑料制品的添加剂[1]，亦作为农药、驱虫剂、化妆品等的生产原料[2，3]。研究表明，长期接触PAEs会对生物机体产生严重的危害[4，5]，其具有慢性毒性和急性毒性，可导致生物机体致畸、致癌、致突变等危害。

分子印迹技术（Molecularimprintingtechnology，MIT）是一种通过制备具有特殊选择能力的材料来识别特定化学物质（小分子或生物大分子等）的技术[6，7]，已被大量应用于分离吸附[8～11]、传感器[12，13]、催化[14，15]、药物传输[16，17]等领域。利用MIT技术制备的分子印迹聚合物（MIPs），具有对特定分子特异性识别的能力。MIPs对目标检测物具有很好的识别性能，能克服环境样品中复杂基质干扰等缺陷[18～23]，在对痕量物质的检测中展示出准确和灵敏等优点。

在Fu[24]和Yilmaz等[25]的工作基础上，本研究采用Febrianto等[26]对硅球羧基化的方法，制备出性能优异的表面MIPs，用以识别DBP。由于DBP分子上的氧原子与甲基丙烯酸（MAA）的羧基易形成氢键[27]，因此，将上述方法引入到DBPMIPs的制备过程。

2实验部分

2.1仪器与试剂

LC2010A高效液相色谱仪（日本岛津公司）；NicoletNexus470傅里叶变换红外光谱仪（美国尼高力公司）；MERLINCompact场发射扫描电镜（德国卡尔蔡司公司）；JEM2100HR透射电子显微镜（日本电子株式会社）；No.735振动样品磁强计（美国Lakeshore公司）；TRISTARII3020比表面和孔隙分析仪（美国MicromeriticsInstrument公司）。

邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二异辛酯（DEHP）、邻苯二甲酸二烯丙酯（DAP）、正硅酸四乙酯（TEOS）、3氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）、N，N二甲基甲酰胺（DMF）、聚（4苯乙烯磺酸共聚马来酸）钠盐（PSSMA）、乙腈（阿拉丁公司）；偶氮二异丁腈（AIBN）、顺丁烯二酸酐（国药集团化学试剂有限公司）；二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA，SigmaAldrich公司）。以上试剂均为分析纯。甲醇（色谱纯，美国TEDIA公司）。

2.2四氧化三铁微球及二氧化硅包覆的四氧化三铁微球的制备

四氧化三铁（Fe3O4）微球的制备过程[28]简述如下：将2g聚（4苯乙烯磺酸共聚马来酸）钠盐加入到80mL乙二醇溶剂的三口烧瓶中搅拌溶解，直至澄清。随后加入FeCl3·6H2O（2.16g）和无水乙酸钠（6g），搅拌至完全溶解。将上述混合溶液转移到100mL含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热反应釜中，置于200℃的烘箱中，加热反应10h。取出反应釜，冷却至室温，用乙醇和蒸馏水反复洗涤除去未反应的反应物和副产物，磁性分离便得到超顺磁流体。

二氧化硅包覆的四氧化三铁微球（Fe3O4@SiO2）制备过程[26]如下：取1mL储备液，将其加入到装有20mL乙醇、1mL水、1mL氨水混合液的烧瓶中，超声分散均匀（约10min）。随后加入TEOS乙醇溶液（0.5mLTEOS和5mL乙醇的混合液），继续超声搅拌90min，然后磁性分离，乙醇和水反复洗涤3次。最后，将分离产物置于真空干燥箱中，35℃下干燥12h，便可得到Fe3O4@SiO2。

2表面改性

将10.05mLAPTES加入到10mL溶有4.4g顺丁烯二酸酐的DMF溶剂中。然后将500mgFe3O4@SiO2分散于150mLDMF溶剂中，超声分散均匀。最后，将第一步中APTES和顺丁烯二酸酐反应后的混合液加入到上述分散液中，在30℃下搅拌反应24h，然后用乙醇和水洗涤3次，在35℃下真空干燥12h，即可得到羧基化Fe3O4@SiO2，即Fe3O4@SiO2COOH。

2.4磁性表面分子印迹聚合物的合成

将500mg上述制备好的Fe3O4@SiO2COOH分散于装有150mL乙腈溶剂中，超声分散均匀。然后加入DBP（1mmol，0.27mL）振荡1h，形成预组装混合液。随后，将4mmol（0.76mL）EGDMA和20mgAIBN加入到上述预组装混合液中，超声10min使其混合均匀，在60℃水浴条件下，搅拌反应24h，然后磁性分离，分离产物用乙醇和水反复洗涤3次，将分离物65℃下真空干燥12h，便可得到磁性表面印迹聚合物（MMIPs）。磁性表面非印迹聚合物（MNIPs）在同样的条件下得以制备，未加入模板分子。

2.5吸附实验

2.5.1吸附等温线考察配制初始浓度分别为10，20，30，40，50，60，80和100mg/L的DBP标准乙醇溶液。然后将8份30mg的MMIPs（或MNIPs）分别加入到装有5mL上述DBP标准溶液的玻璃管中；随后，将装有吸附剂和吸附液的玻璃管放入恒温振荡器中，于25℃下振荡24h；最后，磁性分离并检测上清液中DBP的含量。MMIPs对DBP的吸附量（qe，mg/g）可通过式（1）得到：

qe=V（C0-C）/m〖FH（1）

其中，C0（mg/L）是DBP的初始浓度，C（mg/L）是吸附完成后分离液中DBP的浓度；V（mL）是加入DBP溶液的体积；m（mg）是MMIPs（或MNIPs）的质量。

2.5.2吸附动力学考察分别称取30mgMMIPs（或MNIPs）分散于40mg/L（或50mg/L，60mg/L）的DBP乙醇溶液（5mL）中，然后將混合溶液置于恒温振荡器中振荡（25℃，150r/min），在一定时间间隔（5、10、15、20、30、45、60、120和180min）内磁性分离，检测上清液中DBP的含量。不同时间内印迹聚合物对DBP的吸附量可根据式（2）得到：

qt=V（C0-Ct）/m〖FH（2）

其中，qt（mg/g）和Ct（mg/L）分别是时间t时对DBP的吸附量和在时间t时溶液中DBP的浓度。

2.5.3选择性分析DAP和DEHP作为DBP的结构类似物。将印迹聚合物分别置于初始浓度为50mg/L的DAP、DBP和DEHP溶液中。吸附完成后，磁性分离上清液中所有PAEs的浓度由HPLC检测得到。

2.5.4再生实验用甲醇乙酸溶液（9〖KG-3∶〖KG-51，V/V）作为洗脱液，将吸附到MMIPs中的DBP洗脱干净，重复实验，此过程反复进行5次。

3结果与讨论

3.1MMIPs的制备

以PSSMA为添加剂，制备MMIPS。采用表面接枝的方法，修饰Fe3O4@SiO2表面，引入双键。加入交联剂EGDMA和引发剂AIBN，热引发聚合反应，形成MMIPs，再通过甲醇乙酸洗脱液的洗脱除去DBP模板分子。合成原理如图1所示。

3.2MMIPs及MNIPs的表征

图2分别是Fe3O4（a），Fe3O4@SiO2（b）和Fe3O4@SiO2COOH（c）的红外光谱图。如图2a所示，581.3cm 1处是Fe3O4纳米微球中〖JG（Fe〖ZJYO〖JG）键振动产生的典型特征峰。在1097.1cm 1强的红外吸收峰是〖JG（Si〖ZJYO〖ZJYSi〖JG）的反对称伸缩振动产生的；799.5和474cm 1处分别是〖JG（Si〖ZJYO〖JG）键对称伸缩振动和〖JG（Si〖ZJYO〖JG）键弯曲振动产生的峰型；这3处吸收峰是SiO2的典型特征峰（图2b）。如图2c所示，1714.4cm 1处是不饱和羧酸中〖JG（C〖ZJLX，YO〖JG）伸缩振动峰，

表1分别是Fe3O4@SiO2，Fe3O4@SiO2COOH及MMIPs表面元素成分的分析结果，

结合红外光谱的分析结果，可以推测羧基基团已成功修饰到微球表面。

由图3A～3C可见，Fe3O4呈现出规则的球形，分散性好。由图3E和3F的插图可见，MMIPs的表面比较粗糙，而MNIPs的表面较光滑。BET测试结果表明，MMIPs的比表面积为380m2/g，大于MNIPs（324m2/g），与SEM结果一致。

图4是Fe3O4（a），Fe3O4@SiO2（b），Fe3O4@SiO2COOH（c）和MMIPs的磁滞回归线，属于“S”型回线，呈对称，剩余磁化强度（Mr）分别为6.97、2.69、3.53和2.94emu/g；矫顽磁性值（Hc）分别为11.70，14.38，22.83和24.50Oe。此外，Fe3O4@SiO2和Fe3O4@SiO2COOH的饱和磁化强度值（分别为42.56和37.89emu/g），低于Fe3O4（55.09emu/g），因Fe3O4表面包覆了SiO2，进一步羧基修饰后，Fe3O4微球包埋，导致其磁性减弱。MMIPs的饱和磁化强度值为33.98emu/g。

3.3吸附等温线分析

在25℃下，MMIPs和MNIPs对DBP的吸附等温线见图5。随着DBP初始浓度的增加，MMIPs和MNIPs对DBP的吸2附量均增加，因DBP的初始浓度越大，吸附剂表面和吸附溶液的浓度差越大，吸附剂对DBP的吸附动力越大。但相同浓度下MMIPs对DBP的吸附量远大于MNIPs，而且当吸附溶液的初始浓度达到一定值后，MNIPs对DBP的吸附趋于饱和。

分别用Langmuir（3）、Freundlich（4）和Sips（5）等温线模型对实验数据进行拟合分析。3种模型的数学表达式如下所示：

qe=KLqmLCe/（1+KLCe）〖FH（3）

其中，qmL和kL分别是单层吸附的最大吸附量以及Langmuir常数。

qe=KFCe1/n〖FH（4）

其中，KF和n分别代表吸附强度的等温参数和吸附能力。

qe=qms（asCe）〖SX（1〖n〖SX）/〖JB（（1+（asCe）〖SX（1〖ns〖SX）〖JB））〖FH（5）

其中，as是吸附能量常数。ns用于表示吸附的均匀性。

由Langmuir[29]、Freundlich[30]和Sips[31]等温线模型对实验数据的拟合结果如表2所示，相比Langmuir和Freundlich模型，3个模型拟合的相关系数（R2）分别是0.979、0.95和0.999，Sips模型拟合的线性相关系数均大于Langmuir和Freundlich模型，更接近于1，所以根据相关系数的值得到，Sips模型更适合拟合MMIPs的吸附等温线模型。此外，在Sips模型中，1/ns值常用于表示吸附的不均一性，1/ns值越接近1，说明吸附剂的表面越均一，MMIPs的1/ns=1.0031，与1非常接近，说明DBP在印迹聚合物表面的吸附是非常均一的。

3.4动力学分析

不同DBP初始浓度下，MMIPs及MNIPs对DBP的吸附动力学曲线如图6所示。在吸附初始阶段，MMIPs和MNIPs对DBP的吸附量，随着时间延长而升高。随着DBP初始浓度的增加，MMIPs及MNIPs对DBP的吸附平衡量增大，达到吸附平衡后，在3种不同浓度的吸附液中，MMIPs对DBP的吸附量均高于相应的MNIPs。MMIPs的特异性结合的印迹识别位点，致使其对DBP具有特异性亲和效果。DBP初始浓度为50mg/L时，MMIPs对DBP的吸附量约是MNIPs的2.5倍。

用Pseudofirstorder模型，Pseudosecondorder模型及Elovich方程进行了拟合处理[32～34]。表达式如（6），（7）和（8）所示。拟合结果如表3所示。

qt=qe-qee k1t〖FH（6）

qt=〖SX（k2q2et〖1+k2qet〖SX）〖FH（7）

qt=〖SX（lnab+lnt〖b〖SX）〖FH（8）

其中，k1和k2分别指pseudofirstorder和pseudosecondorder方程的吸附速率常数；t是吸附时间；a和b分别是初始吸附速率和表面覆盖相关常数。

对于MMIPs，Pseudosecondorder动力学模型更适合，2拟合结果相关系数最接近1，实验和理论qe值较接近，而其Elovich模型拟合结果的相关系数低。而MNIPs则比较符合Pseudofirstorder动力学模型。

3.5选择性分析

为了考察MMIPs的吸附特异性，以DAP和DEHP作为DBP的结构类似物进行了一系列的选择性批量吸附实验。通过印记因子（Imprintingfactor，IF）评价MMIPs对DBP的特异识别能力，印记因子的定义为MMIPs和MNIPs对目标分子或结构类似物的吸附量之比。

如图7所示，MNIPs对DBP及其结构类似物的吸附量没有明显区别，因为其表面没有特异性识别位点存在，对DBP及其结构类似属于非特异性吸附。然而，MMIPs对DBP的吸附量明显高于它的结构类似物，MMIPs对DAP、DBP和DEHP的IF值分别为1.53、2.21和1.39，可知MMIPs具有较高的印迹因子，说明其对DBP具有很高的选择性识别能力。MIPs对DBP高的特异识别性可归结于两个因素：（1）3种物质化学结构的不同，与DBP分子相比，DAP分子的空间结构小于DBP，而DEHP的空间尺寸大于DBP，这使得DAP虽然容易进入印迹位点，并形成作用力，但这种相互作用不稳定；（2）只有DBP分子的空间结构和尺寸与MMIPs的印迹位点一致，形成较强的吸附作用，比较稳定。

3.6吸附再生性分析

在50mg/LDBP乙醇溶液中，进行循环实验，吸附过程与等温线相同。以甲醇乙酸（9〖KG-3∶〖KG-51，V/V）混合液為洗脱液，进行了5次吸附与解吸附实验。5次循环实验后，MMIPs对DBP的吸附能力下降，这是由于在反复的洗脱过程中，部分印迹空穴及其识别位点遭到不同程度的破坏。但其对DBP的吸附能力仅下降了12.3%，说明制备的MMIPs具有良好的重复利用性。

References

1CaoY，LiuJ，LiuY，WangJ，HaoX.Regul.Toxicol.Pharmacol.，2016，74：34-41

2GuoY，WangL，KannanK.Arch.Environ.Contam.Toxicol.，2014，66（1）：113-119

3SelfRL，WuWH.FoodControl，2012，25（1）：13-16

4NaaralaJ，KorpiA.Toxicol.Lett.，2009，188（2）：157-160

5HuangPC，KuoPL，GuoYL，LiaoPC，LeeCC.Hum.Reprod.，2007，22（10）：2715-2722

6RamstramO，AnsellRJ.Chirality，1998，10（3）：195-209

7AlexanderC，AnderssonHS，AnderssonLI，AnsellRJ，KirschN，NichollsIA，O′MahonyJ，WhitcombeMJ.J.Mol.Recognit.，2006，19（2）：106-180

8SULiQiang，ZHOULei，HANShuang，ZHANGWeiBing.ChineseJ.Anal.Chem.，2015，43（11）：1772-1776

苏立强，周磊，韩爽，张维冰.分析化学，2015，43（11）：1772-1776

9MAOYanLi，NIUYunFeng，WUJunFeng，KANGHaiYan，LIDong，WANGXiangWen.ChineseJ.AnalChem.，2016，44（6）：915-922

毛艳丽，牛云峰，吴俊峰，康海彦，李东，王巷文.分析化学，2016，44（6）：915-922

10LulińskiP，MacIejewskaD.J.Sep.Sci.，2012，35（8）：1050-1057

11HUShuGuo，LILi，HEXiWen.Prog.Chem.，2005，17（3）：531-543

胡树国，李礼，何锡文.化学进展，2005，17（3）：531-543

12HanQ，ShenX，ZhuW，ZhuC，ZhouX，JiangH.Biosens.Bioelectron.，2016，79，180-186

13MazzottaE，TurcoA，ChianellaI，GuerreiroA，PiletskySA，MalitestaC.Sens.ActuatorB，2016，229：174-180

14LiY，SongH，ZhangL，ZuoP，YeB，YaoJ，ChenW.Biosens.Bioelectron.，2016，78：308-314

15LiuJQ，WulffG.J.Am.Chem.Soc.，2008，130（25）：8044-8054

16ByrneME，HiltJZ，PeppasNA.J.Biomed.Mater.Res.A，2008，84（1）：137-147

17CirilloG，IemmaF，PuociF，ParisiOI，CurcioM，SpizzirriUG，PicciN.J.DrugTarget.，2009，17（1）：72-77

18KatarzynaJ，MariannaC.Polimeros，2013，23（6）：718-724

19WuQH，ZhouX，SunM，MaXX，WangC，WangZ.Microchim.Acta，2015，182（34）：879-885

20TranfoG，PapaleoB，CaporossiL，CapannaS，RosaMD，PiginiD，CorsettiF，PaciE.Int.J.Hyg.Envir.Heal.，2014，216（4）：481-485

21JINGLiJing，WANGYang，WEITianXin.ChineseJ.Anal.Chem.，2016，44（8）：1157-1164

景麗静，王洋，韦天新.分析化学，2016，44（8）：1157-1164

22ChenJ，LichwaJ，SnehotaM，MohantyS，RayC.Chromatographia，2006，64（78）：413-418

23FarahaniH，NorouziP，DinarvandR，GanjaliMR.J.Chromatogr.A，2007，1172（2）：105-112

24FuG，HeH，ChaiZ，ChenH，KongJ，WangY，JiangY.Anal.Chem.，2011，83（4）：1431-1436

25YilmazE，HauptK，MosbachK.Angew.Chem.Int.Ed.，2000，39（12）：2115-2118

26FebriantoJ，KosasihAN，SunarsoJ，JuYH，IndraswatiN，IsmadjiS.J.Hazard.Mater.，2009，162（2）：616-645

27HeJ，LvR，ZhuJ，LuK.Anal.Chim.Acta，2010，661（2）：215-221

28GaoJ，RanX，ShiC，ChengH，ChengT，SuY.Nanoscale，2013，5（15）：7026-7033

29LangmuirI.J.Am.Chem.Soc.，1918，40（9）：1361-1403

30FreundlichH.J.Phys.Chem.，1906，57：385-470

31SipsR.J.Chem.Phys.，1948，16（429）：490-495

32LagergrenS.KungligaSvenskaVetenskapsakademiensHandlingar，1898，24（4）：1-39

33GossetT，TrancartJL，ThvenotDR.WaterRes.，1986，20（1）：21-26

34ChienS，ClaytonW.SoilSci.Soc.Am.J.，1980，44（2）：265-268

AbstractThemagneticmolecularlyimprintedpolymers（MMIPs），basedonthesurfaceofmagneticnanoparticlesbeingmodifiedbysurfacegrafting，havebeensuccessfullysynthesized，withdibutylphthalate（DBP）astemplatemolecule，ethyleneglycoldimethacrylate（EGDMA）ascrosslinkingagentandazobisisobutyronitrile（AIBN）asinitiator.Scanningelectronmicroscopy（SEM），transmissionelectronmicroscope（TEM），andelementalanalysiswereemployedtocharacterizetheMMIPs.ThestructureandmagneticpropertiesoftheMMIPswereinvestigatedbymeansofXraydiffractionandvibratingsamplemagnetometer.TheBETsurfaceareashowsthatMMIPsis380m2/gandMNIPsis324m2/g.Aseriesofstaticadsorptionexperimentswereconductedtoanalyzeitsadsorptionperformance，whichfollowedpseudosecondordermodelbythekineticanalysiswithcorrelationcoefficient（R2）0.9797，andSipsequationwithcorrelationcoefficient（R2）0.999bytheisothermalanalysis.Theimprintingfactorsofdiallylphthalate（DAP），DBPanddi2ethylhexylphthalate（DEHP）were1.53，2.21and1.39respectively，showingthatMMIPshadbetterrecognitionperformanceforDBP.TheexperimentofregenerationrecycleswithfivetimesshowedtheregenerationabilityofDBPwasonlyreducedby12.3%.

KeywordsDibutylphthalate；Molecularlyimprintedpolymer；Selectivity；Sorbent

（Received21November2016；accepted25January2017）

ThisworkwassupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina（No.21677064）