基于分子印迹材料的前处理方法的构建及在复杂样品中的应用研究

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目的:(1)研制一系列新型低共熔溶剂(Deep-eutectic solvents,DESs),用于中药苦参中苦参碱和氧化苦参碱的第一步高效提取;制备新型磁性分子印迹聚合物(Magnetic molecularly imprinted polymers,MMIPs),作为分散固相萃取(Dispersive solid-phase extraction,D-SPE)的吸附剂,用于DESs提取物中苦参碱和氧化苦参碱的有效富集。(2)将碳点(Carbon dots,CDs)作为检测单元,MIPs作为富集单元,构建新型CDs@MIPs复合材料,并将其用于环境样品中4-硝基苯酚(4-Nitrophenol,4-NP)的富集与检测。方法:(1)以氯化胆碱(ChCl)和四丁基溴化胺(TBAB)分别作为氢键受体(HBA),有机酸、多元醇等作为氢键供体(HBD),制备一系列的DESs。以DESs为提取溶剂,采用超声辅助法提取苦参中的氧化苦参碱和苦参碱;并以氧化苦参碱和苦参碱的提取率为考察指标,优化DESs种类、含水量、固液比、提取时间和提取温度,获得氧化苦参碱和苦参碱的最佳提取条件。结合HPLC-DAD法,对DESs提取物中氧化苦参碱和苦参碱进行定量分析。分别以Fe3O4为磁核,氧化苦参碱为模板分子,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,乙腈-甲苯(3:1,v/v)为致孔剂,制备出磁性分子印迹聚合物(MMIPs)。利用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)和X射线衍射光谱(XRD)对MMIPs进行物理化学性质表征。以静态和动态吸附实验考察MMIPs的吸附性能。并优化MMIPs的解吸附条件和评价MMIPs的重复利用情况。最后,将MMIPs用于DESs提取物中氧化苦参碱和苦参碱的分离和富集。(2)以无水柠檬酸为碳源,AEAPMS为表面改性剂,采用水热法合成蓝色荧光CDs。接着,以4-NP为模板,(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷[(3-aminopropyl)triethoxysilane,APTES]为功能单体,正硅氧烷(TEOS)为交联剂,CDs为荧光源,采用溶胶-凝胶法制备CDs@MIPs。通过TEM、动态光散射(Dynamic light scattering DLS)、FT-IR、Zeta电位分析和XRD对聚合物的理化性质进行表征。优化聚合物应用于4-NP的荧光检测条件,并考察聚合物对4-NP的选择性及灵敏性。利用荧光寿命试验以及不同温度下猝灭速率常数探究4-NP对聚合物复合材料的猝灭机制。最后,将制备的CDs@MIPs用于实际水样中4-NP的检测与分析。结果:(1)成功制备了一系列基于氯化胆碱的DESs(DES-1至DES-18)和基于TBAB的DESs(DES-25至DES-35)。氧化苦参碱的最佳提取条件为:含水量30%的DES-2,固液比5:1,提取温度50℃,提取时间40 min。苦参碱的最佳提取条件为:含水量50%的DES-8,固液比25:1,提取温度50 ℃,提取时间40 min。在最佳提取条件下,氧化苦参碱和苦参碱的提取率分别为21.04 mg·g-1和1.53 mg·g-1,显著高于常规溶剂的提取效率。在优化条件下成功制备了MMIPs。通过SEM表征可以看出,制备的MMIPs具有典型的核-壳结构,MIPs层厚约为50 nm。FT-IR表征结果显示:制备的MMIPs含有Fe-O、Si-O-Si、C=C、C=O等官能团,证明了MMIPs的成功制备。VSM结果表明MMIPs具有良好的磁性。静态吸附实验结果表明:MMIPs对氧化苦参碱和苦参碱具有良好的吸附性能(最大吸附量分别是110.8和63.4 mg·g-1);动态吸附实验结果表明:MMIPs的饱和吸附时间为60 min。而氧化苦参碱和苦参碱在MMIPs上的最大吸附量远高于MNIPs,表明MMIPs对氧化苦参碱和苦参碱具有特异性吸附效果。另外,氧化苦参碱的最佳解吸附溶剂为甲醇-乙酸(9:1,v/v),最佳解吸附时间为90 min;苦参碱的最佳解吸附溶剂为甲醇,最佳解吸附时间为60 min。MMIPs在6次吸附-解吸附循环后仍保持着良好的吸附能力,证明MMIPs的重复利用性良好。最后,将MMIPs用做D-SPE吸附剂,用于DESs提取物中的氧化苦参碱和苦参碱的提取与富集,提取效率分别为80.21-89.15%和85.33-95.28%。该结果表明制备的MMIPs可有效用于实际样本中氧化苦参碱和苦参碱的富集。(2)成功制备出量子产率为51.8%的蓝色荧光CDs及CDs@MIPs复合材料。TEM显示CDs呈球形,尺寸在2.2 nm左右;CDs@MIPs呈球形纳米结构,平均粒径约为20 nm。对比CDs@MIPs去除模板前后的FT-IR光谱可以发现:1495 cm-1表示CDs@MIPs(在不去除模板的情况下)的FT-IR光谱中出现了4-NP的-NO2基团的对称拉伸振动,证明模板分子被成功印迹于CDs@MIPs中,而洗脱模板后该峰消失,表明4-NP被成功洗脱。1069 cm-1被指定为CDs上的Si-O-Si不对称拉伸,3454 cm-1处(N-H键)和2932cm-1(C-H拉伸带)的峰归属于CDs上的氨基丙基,表明CDs已经成功地结合到聚合物中。荧光分析结果表明该复合物材料在激发波长为370 nm处具有最大的荧光发射,最大发射波长为470 nm,且具有良好的荧光稳定性。4-NP的最佳检测条件为:水为分散溶剂、p H=5、离子强度:Na Cl为0 M、CDs@MIPs的浓度为10 mg·m L-1、检测时间为4 min。在最优条件下,CDs@MIPs对4-NP的荧光检测信号响应范围为0.025μg·m L-1-5μg·m L-1,LOD为5 ng·m L-1(35 n M)。CDs@MIPs和CDs@NIPs的印迹因子(IF)为6.69。上述结果表明:结合了分子印迹技术的复合物材料可以显著提高对4-NP的灵敏性和选择性。另外,选择性实验中4-NP对CDs@MIPs的荧光猝灭程度大于4-NP类似物及金属离子,进一步表明CDs@MIPs对4-NP的检测具有良好的选择性。猝灭机制的考察结果表明:4-NP对CDs@MIPs的猝灭属于静态猝灭。最后,将CDs@MIPs用于实际水样中4-NP的富集与检测,回收率为88.0%~103.4%,表明制备的CDs@MIPs可有效用于实际样本中4-NP的分析。结论:(1)DESs具有优异的性能,可以替代传统有机溶剂,用于中药生物碱类活性成分的提取。MMIPs可以选择性地分离富集氧化苦参碱和苦参碱。基于DESs的一次提取结合MMIPs二次富集法可以用于复杂中药样品中的氧化苦参碱和苦参碱的高效纯化和富集。(2)以CDs为检测单元,以MIPs为特异性识别位点构建的新型荧光复合材料(CDs@MIPs)具有良好的荧光性质及选择性。可有效用于环境样品中4-NP的富集和高灵敏性检测。
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