分子印迹微球的沉淀聚合法制备及其在液/气相介质中的吸附与萃取性能

来源 :吉首大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:zhangzjc1234
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分子印迹聚合物对气态分子的结合行为研究是一个新的领域。本论文分别以2-异戊基环戊酮、N-二甲基亚硝铵及棕榈酸等几种化合物为模板,采取沉淀聚合法制备了分子印迹聚合物微球,探讨并比较了几种分子印迹微球在液/气相介质中的分子识别行为。采用扫描电镜和红外光谱对所制备的印迹聚合物进行了表征。测试了分子印迹聚合物在液相环境中的吸附性能,及其对目标化合物的固相萃取应用效能。将分子印迹聚合物作为气相色谱固定相,以模板及其结构类似物为分析质,采用反相气相色谱技术,探究了其对分析质蒸汽分子的识别效能及吸附热力学,具体摘要如下:(1)以2-异戊基环戊酮为虚拟模板,采用沉淀聚合法制备分子印迹微球,并研究了印迹颗粒对玫瑰醚的分子识别性能。用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)测试了分子印迹微球的表面化学特征及粒径分布,研究了印迹聚合物在液相环境中对玫瑰醚的吸附动力学、等温吸附及吸附选择性、分子印迹固相萃取玫瑰醚的应用效能,并利用反相气相色谱技术研究了固定相对玫瑰醚蒸气的保留与分离性能。结果表明:分子印迹聚合物(MIPs)对玫瑰醚的吸附可在25 min达到平衡,具有较快的吸附动力学,虚拟模板印迹聚合物对玫瑰醚的选择因子相对于香叶醇和香茅醇分别为3.710和5.636,且对含玫瑰醚的混合物中的目标化合物具有较高的选择吸附能力(竞争吸附量为18.02 mg g-1)。在优化洗涤和洗脱条件下,通过分子印迹固相萃取可实现玫瑰醚的有效分离和富集,回收率为96.23%。除此之外,分子印迹聚合物也对气态目标物分子具有较好的分子识别性能。当柱温为498 K时,玫瑰醚及模板分子在印迹柱上的保留时间分别为32.17和68.00 min,容量因子k分别达71.62和152.50。这些被测化合物在印迹色谱柱上的色谱图具有较高对称性,没有明显拖尾。分子印迹聚合物对玫瑰醚蒸汽的吸附等温线呈近似线性,符合亨利定律。相对于非印迹聚合物而言,分子印迹聚合物对玫瑰醚蒸汽具有较高的吸附自由能值|△Ga|和吸附焓值|△Ha|,表明印迹材料对玫瑰醚具有更高的亲和性。另外,玫瑰醚蒸汽与固定相间的吸附热力学结果显示出△Ga和△Ha为负值,这可能意味着玫瑰醚蒸汽分子与印迹聚合物间的相互作用为自发的放热过程。(2)以N-二甲基亚硝胺为模板,采用沉淀聚合法制备分子印迹聚合物,用扫描电镜、红外光谱对其结构进行表征。在液相环境中,测试了分子印迹聚合物的吸附动力学和等温吸附,探究了N-二甲基亚硝胺的选择性吸附及固相萃取应用性能。利用反相气相色谱技术研究了分子印迹柱对模板分子的气相保留行为及气相吸附热力学。其液相吸附研究表明:分子印迹聚合物对目标分子的吸附可在50 min达到吸附平衡,其饱和吸附量为35.3 mg g-1,其对模板分子的容量因子为18.34,选择因子相对于结构类似物(N-二乙基亚硝胺、N-二丙基亚硝胺)而言分别为3.071和2.476,显现了较高的选择识别性能。其气相吸附结果显示:印迹柱对气态模板分子的保留因子为96.16,明显高于其结构类似物的保留因子。当柱温相同时,分子印迹柱对于模板分子的容量因子高于其结构类似物,最高达96.16,表现出对气态模板分子的高选择识别性能,且该吸附过程为自发的放热吸附过程。当改变进样体积时,化合物的保留时间发生改变,分子印迹聚合物的吸附等温线呈现“S”形状,表明了聚合物材料对气态化合物吸附过程的复杂性。(3)以棕榈酸为模板,采用沉淀聚合法制备分子印迹聚合物,用光学显微镜对分子印迹聚合物的形貌特征进行观察,红外光谱研究表面化学功能基团特征。测试了分子印迹聚合物在液相环境中的吸附动力学和等温吸附、选择性吸附、固相萃取应用性能及使用重现性。采用反相气相色谱技术研究了分子印迹材料对气态棕榈酸分子的识别性能。以棕榈酸(模板)为探针分子,考察了分子印迹气相色谱柱对化合物的选择保留能力,探讨了印迹柱在气相环境中的色谱保留、等温吸附及吸附热力学。液体吸附结果表明:分子印迹聚合物在60 min可达到吸附平衡,其饱和吸附量为39.32 mg g-1,其吸附过程主要为化学吸附。棕榈酸印迹聚合物对棕榈酸的静态吸附量为40.70 mg g-1,高于其结构类似物的静态吸附量。且该分子印迹聚合物对模拟混合物中目标化合物棕榈酸仍具有较高的竞争吸附能力(竞争吸附量32.82 mg g-1)远高于油酸(吸附量为13.15 mg g-1)。在优化洗涤和洗脱条件下,通过分子印迹固相萃取可实现棕榈酸的有效分离和富集,回收率为88.12%。气相吸附结果显示:在相同色谱条件下,分子印迹柱对模板分子呈现较强的保留能力;其对分析质的保留时间随温度升高而降低,当柱温从498.0 K升高到548.0 K时,两种分析质的保留时间分别降低了91.5%和71.3%。这表明分子印迹聚合物对化合物的保留与温度紧密相关。通过理论计算获得了分子印迹柱对模板的吸附热力学参数,获知印迹位点对与之相匹配的气态模板分子的作用仍强于非印迹聚合物,这种印迹识别在气态环境中仍然适用。棕榈酸在MIP柱上的吸附等温线呈近似线性,符合和亨利定律。不同载气流速下,分子印迹聚合物的保留及选择行为表明,载气流速对分子印迹聚合物的保留能力有较大影响。分子印迹气相色谱柱在适宜的色谱条件下,可实现对模拟混合物中棕榈酸的有效分离,其对棕榈酸和亚油酸的分离度为1.132。而非印迹聚合物气相色谱柱不能对模拟混合物进行分离,色谱图中几种化合物的色谱峰重叠。通过对实际样品溶液肉苁蓉提取液的分子印迹萃取后,棕榈酸得到了有效富集和分离。
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