一种2,4,6‑三氯苯酚荧光分子印迹聚合物及其应用

摘要

本发明公开一种2,4,6‑三氯苯酚荧光分子印迹聚合物及其应用，它以沉淀聚合法合成的2,4,6‑三氯苯酚为模板分子，7‑烯丙氧基香豆素作为功能单体、乙二醇二(甲基丙烯酸)酯(EGDMA)为交联剂，2,2'‑偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，并将模板分子和功能单体溶于乙腈中，超声振荡，室温下静置预聚合，加入交联剂，最后加入引发剂，将所述混合液超声振荡，脱气后通氮气，采用热引发聚合方式，将其置于恒温油浴锅中加热，聚合后所得白色沉淀聚合物；再用含乙酸的甲醇溶液洗脱，后用甲醇溶液反复浸泡，真空干燥即得。所述聚合物发光均匀、稳定性好，具有高的灵敏性和较低的检出限，且对三氯苯酚具有较强的选择性识别能力，可应用于超痕量2,4,6‑三氯苯酚的定量检测分析。

说明书

技术领域

本发明涉及环境功能材料制备领域中的荧光分子印迹聚合物，特别是涉及一种适用于选择性识别和利用荧光进行检测的三氯苯酚荧光分子印迹聚合物，本发明还涉及环境分析中利用所述聚合物对氯酚类化合物的检测方面的应用。

背景技术

分子印迹技术（Molecular imprinting technology，MIT）分子印迹技术是指为获得在空间结构和结合位点上与某一分子(模板分子)完全匹配的聚合物的实验制备技术，制备的聚合物称为分子印迹聚合物（Molecularly imprinted polymers, MIPs）。目前分子印迹聚合物以其优良的性能已经在生物、化学、医学等领域得到广泛的应用。近年来，有不少研究工作将荧光染料引入到分子印迹技术中，制备出多功能荧光分子印迹材料。因此，将有机荧光试剂的荧光性质与分子印迹技术的选择性结合，制备出的荧光分子印迹材料在复杂样品的分离检测中将会有明显的优势和更加优越的光学性质。

酚类内分泌干扰物（Phenolic Endocrine Disruptors，PEDs）是环境内分泌干扰物中的典型的有机环境激素。通过人类的生产过程（如炼焦、炼油、制造煤气、酚、绝缘材料、药、造纸等）中排除的废水、废气释放到环境中，通过生物富集作用影响人体及动物体内激素的合成、分泌、作用和代谢等。PEDs主要包括氯酚、烷基酚和双酚等。其中，氯酚具有化学结构比烷基酚和双酚更为稳定，自然条件下不易产生分解或生物降解作用，造成持续和长期的危害。而且氯酚极易通过食物链的生物富集作用进入人体和生物体内，严重威胁了生态平衡和人类的健康。此外，氯酚化合物苯环上取代的氯原子对微生物具有很强的毒性，这也是氯酚生物降解困难的原因之一。2,4,6-三氯苯酚（即2,4,6-TCP）、2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）等25种氯酚化合物已被美国和欧盟组织列入了129种优先治理控制的有机污染物，也是中国政府列为必须首先控制的有毒有机化合物。近年来，随着杀菌剂、防腐剂、脱叶剂、有机合成、造纸、印染等行业的快速发展，越来越多的氯酚污染物随废水、废气排放进入环境危害生物与人类。目前，科研工作者已经在环境以及职业接触者血清、环境水样、食品和河流底泥中检测到了氯酚的存在。由此可见，对于氯酚类化合物的检测已成为刻不容缓的当务之急。现常用的氯酚类化合物检测方法有分光光度法、气相色谱法、高效液相色谱法、流动注射-化学发光法、电化学法、毛细管电泳法等。所述方法的检出限、线性范围及优缺点各不相同，针对环境中成分复杂、结构相似、痕量/超痕量环境内分泌干扰物残留的检测，还存在识别效率低、选择性差、灵敏度低、信号弱的该领域一直以来渴望解决却尚未解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种2,4,6-三氯苯酚荧光分子印迹聚合物及其应用，它所涉及的荧光分子印迹聚合物（Fluorescent Molecularly imprinted polymers, F-MIPs），粒径分布范围窄，合成简单，选择性高，并与荧光检测技术相结合，使该方法不仅具有选择性强、灵敏性高、检出限低、速度快、信号强等突出特点，而且完全适用于环境中痕量/超痕量三氯苯酚的检测。使该领域一直以来渴望解决却尚未解决的技术难题得到解决。

本发明的荧光分子印迹聚合物是以沉淀聚合法合成的2,4,6-三氯苯酚为模板分子，7-烯丙氧基香豆素为功能单体或荧光染料、乙二醇二(甲基丙烯酸)酯(EGDMA)为交联剂，2,2'-偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，并由下述步骤制取：将模板分子2,4,6-三氯苯酚和功能单体7-烯丙氧基香豆素溶于适量乙腈中，超声振荡，室温下静置预聚合12h，使功能单体与2,4,6-三氯苯酚充分作用，加入2-2.5倍于功能单体物质的量的交联剂 EGDMA，最后加入引发剂 AIBN，其加入量为单体总物质的量的2.5%，将上述混合液超声振荡 3~4 min脱气后通氮气 10 min，在氮气氛围下密封；采用热引发聚合方式，将其置于 60℃恒温油浴锅中加热 24 h，聚合完成后，得白色沉淀聚合物；将其用含乙酸(V/V)10%的甲醇溶液洗脱，除去模板分子，后用甲醇溶液反复浸泡沉淀物，以洗去残留的乙酸，真空干燥，即得荧光分子印迹聚合物F-MIPs。

所述功能单体的制备是将10 mmol 的7-羟基香豆素、12 mmol烯丙基溴和痕量的碘溶于100ml DMF中，再向溶液中加入10 mmol碳酸钾。将所述混合液超声振荡 3~4 min脱气后通氮气10 min，在氮气氛围下，将其置于70℃恒温油浴锅中加热 24 h。将产物重结晶即获7-烯丙氧基香豆素。

所述的三氯苯酚、功能单体和乙腈的用量配比为2：2：(30-60)mmol/ mmol/mL

将本发明的荧光分子印迹聚合物应用于对残留的2,4,6-TCP的荧光定量检测，其操作方法是首先准确配制11种浓度的2,4,6-TCP标准乙醇溶液，然后称取50 mg的F-MIPs装入10ml离心管中，分别量取已配制的2,4,6-TCP溶液各5 ml，倒入10 ml装有F-MIPs内，超声分散后，静置8h，离心取固体，烘干。利用荧光分光光度计检测荧光强度，描绘荧光强度-浓度标准曲线。对F-NIPs三氯苯酚的荧光检测按照同样的方式进行。

本发明的优点与积极效果：利用沉淀聚合法制备粒径分布范围窄的荧光分子印迹聚合物微球，采用烯丙基修饰的7-羟基香豆素作为功能单体或荧光染料、交联共聚， 使7-烯丙氧基香豆素均匀地分散在聚合物中形成具有识别作用的空穴，所获荧光印迹聚合物发光均匀且发光性质优良，稳定性好、重复性强，将其应用于2,4,6-TCP的荧光定量检测，具有高的灵敏性和较低的检出限，且对三氯苯酚具有较强的选择性识别能力，可靠实现对检测范围内的2,4,6-TCP浓度的定量检测分析。与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的进步。

附图说明

图1是7-烯丙氧基香豆素核磁谱图；7-烯丙氧基香豆素¹H>3)δ>J>J>J>J>J>

图2是7-羟基香豆素(a)、7-烯丙氧基香豆素(b)和F-MIP(c)红外光谱图；图 2(a)中3443为羟基伸缩振动峰变小了，(b)3080cm-1、3055cm-1、3022cm-1 分别对应烯丙基的C-H伸缩振动峰，说明成功合成烯丙氧基香豆素成功。图2(c) 中1730cm^-1、1258cm^-1、1151cm^-1分别对应EGDMA中C＝O的伸缩振动峰、>

图3是F-MIPs微球的扫描电镜(SEM)。从图中可看出，聚合物的形貌逐渐趋近于规则球形，且表面趋近光滑；微球的直径约为2 μm，而且粒径分布较为均匀。

图4 是7-羟基香豆素（a）、7-烯丙氧基香豆素（b）和F-MIPs微球（c）的荧光光谱；从图中可看出无论是7-烯丙氧基香豆素（b）的荧光发射较7-羟基香豆素（a）产生8nm的蓝移，F-MIPs微球（c）较7-烯丙氧基香豆素（b）产生20nm的蓝移，且都具有优异的荧光发射。

图5、图6分别是F-MIPs、F-NIPs微球与三氯苯酚的响应曲线；F-MIPs的荧光强度随模板分子浓度的增大呈线性减弱趋势，而F-NIPs的荧光强度与模板分子的浓度变化无明显淬灭现象。

图7是浓度为20 nM的不同干扰物溶液对F-MIPs、F-NIPs的淬灭作用图；从图中可以看出结构相似的干扰物对模板分子无明显干扰作用，而模板分子对F-MIP有较强的淬灭作用。证明F-MIPs对模板分子有很强的识别作用。

图8是浓度均为20 nM的干扰物与模板分子的混合溶液对F-MIPs的淬灭作用图。从图中可以看出结构相似的干扰物对模板分子无明显干扰作用，而模板分子对F-MIPs有较强的淬灭作用。证明F-MIPs具有较强的抗干扰能力。

具体实施方式

制备本发明的荧光分子印迹聚合物，首先是制备功能单体。所述功能单体的制备：是将10 mmol 的7-羟基香豆素、12 mmol烯丙基溴和痕量的碘溶于的100ml DMF中，再向溶液中加入10 mmol碳酸钾。将所述混和液超声振荡 3~4 min 脱气后通氮气 10 min，在氮气氛围下，将其置于 70℃恒温油浴锅中加热 24 h。将产物重结晶，获7-烯丙氧基香豆素。

以下为荧光分子印迹聚合物的制备：

实施例1取模板分子2,4,6-TCP 2 mmol 、功能单体7-烯丙氧基香豆素2 mmol溶于30mL乙腈（单体的质量分数小于5%）中，超声振荡，室温下预聚合 12h，使功能单体与2,4,6-TCP酚充分作用，加入交联剂 EDMA 1.88 mL，引发剂 AIBN 0.1g，将上述混合液超声振荡 3~4min 脱气，后通氮气 10 min排空，在氮气氛围下密封。采用热引发聚合方式，将其置于 60℃恒温油浴锅中加热 24 h，聚合完成后，得白色沉淀聚合物。将其用乙酸(V/V)10%的甲醇溶液洗脱，除去模板分子，后用甲醇溶液反复浸泡沉淀物，以洗去残留的乙酸，真空干燥。即得F-MIPs。荧光分子非印迹聚合物(Fluorescent Molecularly non-imprinted polymers,F-NIPs)的制备除不加模板分子和不进行索式提取外方法与F-MIPs相同。

实施例2取模板分子2,4,6-TCP 2 mmol 、功能单体7-烯丙氧基香豆素2 mmol溶于60mL 乙腈中，超声振荡，室温下预聚合 12h，使功能单体与2,4,6-TCP充分作用，加入交联剂 EDMA1.6 mL，引发剂 AIBN60 mg，将上述混合液超声振荡 3~4 min 脱气，后通氮气 10min排空，在氮气氛围下密封。采用热引发聚合方式，将其置于 60℃恒温油浴锅中加热 24h，聚合完成后，得白色沉淀聚合物。将其用乙酸(V/V)10%的甲醇溶液洗脱，除去模板分子，后用甲醇溶液反复浸泡沉淀物，以洗去残留的乙酸，真空干燥。即获F-MIPs。而F-NIPs制备除不加模板分子和进行索式提取外方法同上。

将上述本发明的荧光分子印迹聚合物应用于对残留的2,4,6-三氯苯酚浓度的检测，按下述步骤进行：首先准确配制11种浓度的2,4,6-TCP标准乙醇溶液，称取50 mg 的F-MIPs装入10ml离心管，分别量取已配制的11种2,4,6-TCP溶液各5 ml，倒入离心管中管内，超声分散，静置8h。利用荧光分光光度计检测荧光强度。根据Stern-Volmer 方程:

(I₀/I)-1> K_SV·[C]

以浓度[C]为横坐标，相对荧光强度(I₀/I)-1为纵坐标绘制荧光响应曲线。与此同时，选择几种结构和性质类似的苯酚类化合物，作为竞争检测物，参与研究F-MIPs的选择性识别性能。

实施例3准确配制11种浓度（0、1、2、5、10 、20、50、100、200、500、1000nM）的2,4,6-TCP标准乙醇溶液，分别量取已配制的11种2,4,6-TCP溶液各5 ml移入称取50 mg荧光印迹聚合物的10ml的离心管中，超声，静置8h，离心取固体，干燥。利用荧光分光光度计检测荧光强度，根据Stern-Volmer 方程描绘荧光强度-浓度标准曲线。

实施例4选择2，4-二氯苯酚、2，5-二氯苯酚、2，6-二氯苯酚为竞争识别的苯酚类化合物。配制以上三种苯酚与2,4,6-三氯苯酚的乙醇混合溶液，浓度均为20 nM。称取50mg的荧光聚合物倒入离心管，分别量取已配制的4种苯酚溶液各5 ml，移入10 ml离心管内，超声，静置8h，离心留下固体，干燥。利用荧光分光光度计检测荧光强度，检测选择性。

实施例5选择2，4-二氯苯酚、2，5-二氯苯酚、2，6-二氯苯酚为竞争识别的苯酚类化合物。配制以上三种苯酚与2,4,6-三氯苯酚的乙醇混合溶液，浓度均为20 nM。称取50mg的荧光聚合物倒入离心管，量取已配制的苯酚混合溶液5 ml，移入10 ml离心管内，超声，静置8h，离心留下固体，干燥。利用荧光分光光度计检测荧光强度，检测抗干扰性。

所述实施例可进一步表明：由本发明制备的荧光分子印迹聚合物不仅具有发光均匀和相当优良的荧光性质，而且将其应用于2,4,6-TCP的荧光定量检测，具有高的灵敏性和较低的检出限，对三氯苯酚具有较强的选择性识别能力，能可靠实现对检测范围内的2,4,6-TCP浓度的定量检测分析。具有广阔的发展前景。