CN104910339B - 用于检测莱克多巴胺的磁性分子印迹聚离子液体及其制备方法和用途 - Google Patents

用于检测莱克多巴胺的磁性分子印迹聚离子液体及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于检测莱克多巴胺的磁性分子印迹聚离子液体及其制备方法和用途,它是由载体、功能单体、交联剂、模板分子在引发剂作用下聚合后洗脱模板分子制成的颗粒状材料,所述功能单体为1‑乙烯基‑3‑乙基咪唑六氟磷酸盐,所述交联剂为溴化1,4‑丁烷‑3,3’‑双‑1‑乙烯基咪唑,所述模板分子为莱克多巴胺。本发明磁性分子印迹聚离子液体以离子液体1‑乙烯基‑3‑乙基咪唑六氟磷酸盐为功能单体,以离子液体交联剂溴化1,4‑丁烷‑3,3’‑双‑1‑乙烯基咪唑为交联剂聚合而成,实验表明它对莱克多巴胺能快速达到吸附平衡状态,同时具有较高的吸附容量和良好的选择吸附能力,最大吸附量为20.50μmol/g。

Description

用于检测莱克多巴胺的磁性分子印迹聚离子液体及其制备方 法和用途
技术领域
本发明涉及分子印迹技术领域,尤其涉及一种用于检测莱克多巴胺的磁性分子印迹聚离子液体及其制备方法和用途。
背景技术
瘦肉精是一种苯乙醇类类药物(phenethlamines)的肾上腺类神经***,莱克多巴胺、盐酸克伦特罗同属于β-***,对人体有较大的危害。2002年的国家监管部门公告中,不允许在动物的饲料、饮用水中添加瘦肉精。莱克多巴胺(RAC)是人工合成的β2肾上腺素能受体***,能与细胞膜上的β受体进行结合,可以作用于肾上腺素。它可以令交感神经兴奋从而应用于支气管炎的治疗。但是当它大剂量的作为动物促生长剂使用于饲料或饮用水中,可以改善饲料利用效率,会导致动物体的脂肪代谢能力增强,合成蛋白质速率增快,改变动物的营养代谢,降低脂肪率,提高瘦肉率,并使动物增重。但是,RAC的残留会通过食物链的作用蓄积于人体内,造成人体心率过速、心率失常、糖尿病、高血压、甲亢、肌肉疼痛和晕眩等症状,甚至会导致死亡。因此,建立快速有效,简便易行的RAC检测方法已成为我国肉食品安全检测技术的重要任务。
目前,RAC的检测方法主要有液相色谱法(HPLC)、高效液相色谱-二极管阵列检测器(HPLC-PDA)、扫高效液相色谱/荧光(HPLC/FLD)、液质联用法(LC-MS)、气质联用法(GC-MS)[99]和毛细管电泳法等,但是这些方法往往需要较为复杂的前处理,而且无法特异性识别导致同时富集干扰成分,还存在吸附量小的缺点。
磁性聚合物粒子具有较好的磁化强度、化学稳定性、分散性、热稳定性、低毒性以及易功能化等优点。它是一种通过将功能单体、交联剂、引发剂等通过聚合反应得到的具有吸附作用的功能聚合物。该复合材料可以通过外加磁场实现快速分离吸附,还具有稳定的物化性质和机械性能,目前已被广泛应用于固相萃取、色谱分离、电化学传感器等。
发明内容
本发明提供了一种高吸附容量、良好选择性的用于检测莱克多巴胺的分子印迹聚离子液体。
一种磁性分子印迹聚离子液体,它是由载体、功能单体、交联剂、模板分子在引发剂作用下聚合后洗脱模板分子制成的颗粒状材料,所述功能单体为1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐,所述交联剂为溴化1,4-丁烷-3,3’-双-1-乙烯基咪唑,所述模板分子为莱克多巴胺。
优选地,所述磁性分子印迹聚离子液体的粒径为550~600nm。
优选地,所述载体为MAPS修饰的Fe3O4@SiO2,Fe3O4@SiO2表示SiO2包覆的Fe3O4颗粒,为表述方便,简写为Fe3O4@SiO2-MAPS。
优选地,所述MAPS修饰的Fe3O4@SiO2的粒径为30~35nm。
本发明还提供了所述磁性分子印迹聚离子液体的制备方法,包括以下步骤:
将MAPS修饰的Fe3O4@SiO2分散于溶剂中,依次加入功能单体、交联剂、引发剂和模板分子,在无氧条件下进行聚合反应,反应完成后收集产物,脱除产物中的模板分子并进行真空干燥,即制得所述磁性分子印迹聚离子液体。
优选地,所述聚合反应的温度为60~80℃,时间为20~25h;更优选,温度为60℃,时间为24h。
优选地,所述模板分子、功能单体、交联剂的摩尔比为1∶4~6∶18~22;更优选,摩尔比为1∶5∶20。
优选地,所述载体与模板分子的重量摩尔比为0.1~0.3g∶0.1mmol;更优选,重量摩尔比为0.1g∶0.1mmol。
所述引发剂为偶氮二异丁腈。所述功能单体与引发剂的摩尔重量比为0.1mmol∶5~8mg;更优选,摩尔重量比为0.1mmol∶6mg。
本发明还提供了所述磁性分子印迹聚离子液体在检测莱克多巴胺中的应用。
本发明磁性分子印迹聚离子液体以莱克多巴胺为模板,以离子液体1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐([C7mim][PF6])为功能单体,以离子液体交联剂溴化1,4-丁烷-3,3’-双-1-乙烯基咪唑([C4(mim)2][Br])为交联剂聚合而成,实验表明该磁性分子印迹聚离子液体对莱克多巴胺能快速达到吸附平衡状态,同时具有较高的吸附容量和良好的选择吸附能力,最大吸附量为20.50μmol/g。
附图说明
图1为本发明磁性分子印迹聚离子液体的制备流程图。
图2为Fe3O4(A)、Fe3O4@SiO2-MAPS(B)、磁性分子印迹聚离子液体(C)的TEM图。
图3为Fe3O4(a)、Fe3O4@SiO2-MAPS(b)和[C7mim]-MMIP(c)的红外光谱图。
图4为Fe3O4(a)、Fe3O4@SiO2-MAPS(b)和[C7mim]-MMIP(c)热重曲线图。
图5(A)为磁性吸附效果图。
图5(B)为Fe3O4(a)、Fe3O4@SiO2-MAPS(b)和[C7mim]-MMIP(c)的磁滞回线图。
图6为Fe3O4(a)、Fe3O4@SiO2-MAPS(b)和[C7mim]-MMIP(c)的XRD图。
图7为[C7mim]-MMIP(a)和[C7mim]-MNIP(b)对RAC的吸附量随吸附时间的关系图。
图8为[C7mim]-MMIP(a)和[C7mim]-MNIP(b)对莱克多巴胺的吸附量随吸附浓度的关系图。
图9为[C7mim]-MMIP(a)和[C7mim]-MNIP(b)对RAC和3种结构类似物的吸附量图。
图10为[C7mim]-MMIP吸附RAC的一级动力学模型。
图11为[C7mim]-MMIP吸附RAC的二级动力学模型。
图12为猪肉样品经萃取后的液相谱图:a:为未加莱克多巴胺的猪肉样品经[C7mim]-MMIP萃取后的HPLC;b:加入5μg/kg酚类化合物的莱克多巴胺的猪肉样品经[C7mim]-MNIP;c:为加入5μg/kg酚类化合物的莱克多巴胺的猪肉样品经[C7mim]-MMIP。
具体实施方式
载体的制备:
将0.01mol FeCl2·4H2O和0.02mol FeCl3·6H2O溶于80mL去离子水中,使用恒压漏斗慢慢滴加10mL NH3·H2O,80℃下反应30min,冷却至室温,磁场分离出Fe3O4,用水洗涤至中性,60℃真空干燥12h,得到Fe3O4
取300mg Fe3O4分散于40mL乙醇和10mL水中,超声15min后加入5mL浓氨水、2mL正硅酸乙酯TEOS,室温搅拌12h,磁场分离,依次用0.1mol/L稀盐酸、水洗涤固体,60℃真空干燥12h,得到Fe3O4@SiO2
取250mg Fe3O4@SiO2,分散于50mL无水甲苯和5mL 3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MAPS)中,N2环境下70℃下回流12h,外加磁场分离并用水洗涤固体,制得Fe3O4@SiO2-MAPS。
功能单体的制备:
取0.05mol 1-乙烯基咪唑、0.05mol溴乙烷分散于15毫升甲醇中,60℃下搅拌15h,冷却后混合物加入至500mL***中,滤出沉淀,在室温下干燥,制得溴化1-乙烯基-3-乙基咪唑。
取0.05mol溴化1-乙烯基-3-乙基咪唑,0.05mol NH4PF6分散于50mL水中,室温搅拌12h,过滤出固体,用水洗涤后室温干燥,制得1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐([C7mim][PF6])。1H NMR(400MHz,DMSO,ppm):9.78(s,1H),8.38(s,1H),7.93(s,1H),7.28(dd,1H),5.94(dd,1H),5.42(dd,2H),4.32(q,2H),1.45(t,3H);13C NMR(400MHz,DMSO,ppm):135.24,129.04,123.29,119.32,108.88,44.80,16.56)
交联剂的制备:
取0.1mol 1-乙烯基咪唑,0.05mol 1,4-二溴丁烷分散于30mL甲醇中,60℃下搅拌15h,冷却后倒入1L***中,室温干燥,制得溴化1,4-丁烷-3,3’-双-1-乙烯基咪唑([C4(mim)2][Br])。1H NMR(400MHz,DMSO,ppm):9.74(s,1H),8.27(s,1H),8.00(s,1H),6.00(dd,1H),5.37(dd,1H),5.32(dd,1H),4.25(q,2H),1.41(t,3H);13C NMR(400MHz,DMSO,ppm):135.04,128.85,123.09,119.31,108.87,44.83,15.06
磁性分子印迹聚离子液体的制备:
将0.1g Fe3O4@SiO2-MAPS分散于30mL(甲苯+乙腈=1∶1),依次加入0.5mmol 1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐、2.0mmol溴化1,4-丁烷-3,3’-双-1-乙烯基咪唑、30mg偶氮二异丁腈(AIBN)和0.1mmol莱克多巴胺,通氮气15min除氧,密封,60℃下搅拌24h,磁场分离产物,用甲醇-乙酸溶液(体积比9∶1)洗涤去除模板分子,20℃真空干燥24h,制得磁性分子印迹聚离子液体[C7mim]-MMIP。制备过程如图1所示。
采用相同方法,除不加模板分子条件下,制备非磁性分子印迹聚离子液体([C7mim]-MNIP)。
形貌表征
采用透射电镜对磁性微球的形貌进行观察,由图2(A)所示,裸Fe3O4磁性纳米颗粒尺寸均一,呈球形,粒径约为15nm,从图2(B)可以看出,SiO2包覆Fe3O4并键合3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MAPS)后,Fe3O4@SiO2-MAPS粒径增加到30~35nm左右,由图2(C)所示,经过修饰后的磁纳米微球为大小相近的稍有粘连的球体,并且外壳厚度增大,最终产物的平均粒径达为550~600nm,说明成功制备了[C7mim]-MNIP。
红外光谱分析
图3谱线a中562cm-1为Fe3O4纳米颗粒中Fe-O键的伸缩振动的吸收峰。Fe3O4@SiO2-MAPS的红外光谱图中1095cm-1处有一个强吸收带,Si-O的伸缩振动峰,948cm-1为Si-OH的伸缩振动峰,说明通过TEOS的聚合反应成功在Fe3O4微球表面包覆了SiO2,而1725cm-1、1630cm-1处的吸收峰对应的是MAPS上的C=O、C=C的伸缩振动峰,表明MAPS已修饰到Fe3O4@SiO2表面。图3谱线c为[C7mim]-MMIP的红外光谱图,1550cm-1、1165cm-1处的吸收峰,分别归属于MIP上的C=N、C-N的伸缩振动峰,840cm-1归属于离子液体上PF6的伸缩振动峰,同时还存在Fe3O4@SiO2-MAPS的特征峰(如1095cm-1),说明成功制备了[C7mim]-MMIP。
热重分析
图4为Fe3O4、Fe3O4@SiO2-MAPS和[C7mim]-MMIP的热重分析曲线.从图4中可见,Fe3O4无明显失重峰,仅失重4.2%,说明其热稳定性良好。比较Fe3O4@SiO2-MAPS和[C7mim]-MMIP的热重分析曲线,Fe3O4@SiO2-MAPS失重较小,约为23.7%,主要原因是SiO2具有对热的稳定性,550℃处的失重峰是由于接枝的MAPS所致。而[C7mim]-MMIP的失重量较大,约为78.3%,[C7mim]-MMIP的失重是由于MIP的分解,剩余物质是难分解的纳米Fe3O4
磁性分析
利用振动样品磁强计(VSM)对Fe3O4、Fe3O4@SiO2-MAPS和[C7mim]-MMIP进行磁性能分析。如图5B所示,室温下,Fe3O4、Fe3O4@SiO2-MAPS和[C7mim]-MMIP的最大磁饱和度分别为71.340emu/g、17.983emu/g和4.572emu/g。这三种磁纳米微球都没有磁滞现象,并具有强磁化强度这说明样品具有超顺磁性。Fe3O4@SiO2-MAPS和[C7mim]-MMIP的饱和磁强度有所下降,是由于其表面包覆的非磁性层。
图5(A)是磁铁吸附照片。从图5A可以看到,[C7mim]-MMIP颗粒分散于溶液中被外磁场分离前后的照片。当不存在外磁场时,[C7mim]-MMIP颗粒均匀分散于小瓶中,呈棕黄色悬浮液,当加入外磁场时,棕黄色颗粒被迅速吸附到外加磁场的瓶壁上,在较短时间内溶液变透明,这说明[C7mim]-MMIP具有较好的磁响应,可以达到快速分离的效果。
XRD分析
本实验用X射线衍射(XRD)分析了每步合成的磁性颗粒的结构特性。如图6所示,在(220)、(311)、(400)、(440)、(511)和(440)处,可以看到强的信号峰,这是Fe3O4的特征峰,说明经过修饰和印迹的磁性材料仍具有Fe3O4的尖晶石型结构。由图6也可以看出,在Fe3O4@SiO2-MAPS(b)和[C7mim]-MMIP(c)中2θ=22°为无定型的SiO2衍射峰。
吸附性能分析
取20mg[C7mim]-MMIP和[C7mim]-MNIP分别分散于20mL莱克多巴胺甲醇溶液中,室温下温搅拌8min,用磁场分离磁性聚离子液体,取上清液用紫外可见分光光度计检测,吸附量通过如下公式计算:
式中,Q为磁性分子印迹聚离子液体的吸附量(μmol/g),C0、Ce分别为莱克多巴胺的初始浓度、磁性分子印迹聚离子液体吸附后莱克多巴胺的浓度(μmol/L),V为溶液的体积(L),m为磁性分子印迹聚离子液体的质量(g)。
如图7所示,[C7mim]-MMIP(a线)对莱克多巴胺的吸附量随着吸附时间逐渐增大,8min达到饱和吸附,吸附达到平衡,说明该磁性分子印迹聚离子液体材料对莱克多巴胺的吸附具有快速的特点,[C7mim]-MMIP的最大饱和吸附量达到20.50μmol/g。由图7也可知,磁性分子印迹聚离子液体[C7mim]-MMIP的吸附量明显高于非磁性分子印迹聚离子液体[C7mim]-MNIP。
研究[C7mim]-MMIP和[C7mim]-MNIP对100~1000μmol/L莱克多巴胺的吸附量,如图8所示,[C7mim]-MMIP对莱克多巴胺的吸附量随其的浓度的增大而增大,吸附的初始浓度大于800μmol/L后,吸附量达到平衡。将[C7mim]-MMIP和[C7mim]-MNIP(b线)对莱克多巴胺的吸附量进行比较,[C7mim]-MMIP具有对莱克多巴胺更大的吸附量,这是由于[C7mim]-MMIP对目标分子存在特异的结合位点,对莱克多巴胺的吸附具有识别能力。
考察[C7mim]-MMIP对目标分子莱克多巴胺的选择吸附性能,选择沙丁胺醇、盐酸克伦特罗和苯乙醇胺A等3种结构类似物作为对比物如图9所示。[C7mim]-MMIP对莱克多巴胺、沙丁胺醇、盐酸克伦特罗和苯乙醇胺A的吸附量分别为20.5、11.2、11.1、10.9,[C7mim]-MNIP对莱克多巴胺(Ractopamine)、沙丁胺醇(Sabutamol)、盐酸克伦特罗(Clenbuterolhydrochloride)和苯乙醇胺A(Phenyle thanolamine A)的吸附量分别为10.8、8.9、8.7、8.5,通过吸附量可看出,[C7mim]-MMIP和[C7mim]-MNIP对4种瘦肉精都有吸附,为它们用于萃取和检测提供了条件。
比较[C7mim]-MNIP,[C7mim]-MMIP对莱克多巴胺的吸附量高于[C7mim]-MNIP。比较沙丁胺醇、盐酸克伦特罗和苯乙醇胺A,[C7mim]-MMIP对莱克多巴胺的吸附量高于[C7mim]-MNIP,表明[C7mim]-MMIP对莱克多巴胺具有较高的识别性能,这是由于[C7mim]-MMIP存在与莱克多巴胺相匹配的空穴,能特异性地结合莱克多巴胺。
吸附动力学分析
为了进一步研究[C7mim]-MNIP对莱克多巴胺的吸附动力学,分别对[C7mim]-MNIP的吸附量-时间曲线进行吸附动力学模拟分析,分别采用一级动力学模型和二级动力学模型进行表征。由两种模型的拟合系数R,来确定[C7mim]-MMIP属于哪种吸附动力学过程。
一级、二级动力学方程如下:
ln(Qe-Qt)=lnQ1-k1t
t/Qt=1/k2Q2 2+t/Q2
式中,Qe为[C7mim]-MMIP对莱克多巴胺的平衡吸附量(μmol/g),Qt为t时刻[C7mim]-MMIP对莱克多巴胺的吸附量(μmol/g),k1为一级速率常数(min-1),k2为一级速率常数(min-1)。
表1[C7mim]-MMIP吸附莱克多巴胺的动力学一级模型和二级模型参数
采取两种动力吸附模型所得到的拟合曲线如图10和11所示,准一级动力学模型拟合得到的关系图中,ln(Qe-Qt)与t呈线性关系,拟合系数为0.9912。准二级动力学模型拟合得到的关系图中,t/Qt与t呈良好的线性关系,拟合系数为0.9993。同时,准二级动力学吸附模型拟合得到的理论吸附量(18.73μmol g-1)与实验值20.50μmol g-1)比较接近。由此可以推断,该[C7mim]-MMIP的吸附过程为准二级动力学吸附。
食品样品检测分析
采用[C7mim]-MMIP萃取和HPLC相结合,对猪肝、猪肉中的莱克多巴胺进行检测研究.具体方法如下:
酶解:先配制0.2M(pH=5.2)的CH3COONH4缓冲溶液。精确称量2g的猪肝、猪肉,并将其放入离心管1号中,取8.0mL的CH3COONH4缓冲溶液,加入β-盐酸葡萄糖醛苷酶40μL,用涡旋仪对其进行混合,避光在37℃的摇床里进行反应。
提取:将猪肉、猪肝冷却至室温,并用涡旋仪将其混合均匀,在5000rmp条件下离心20min,得到的上清液转移至离心管2号。加入适量HClO4,使其pH为1.0±0.2,在5000rmp条件下离心20min后,得到的上清液转移至离心管3号,取适量的10M NaOH溶液调节pH为9.5±0.2,加入15mL的乙酸乙酯,用涡旋仪对其进行混合,在摇床中振荡15后min,在5000rpm条件下离心10min,将上层有机相转移至离心管4号中,在离心管3号中加入10mL叔丁基甲醚,用涡旋仪将其混合均匀,在5000rmp条件下离心10min,得到的上层有机相与离心管3号的有机相合并,40℃下用N2吹扫仪吹至近干,用5mL的2%甲酸水溶液定容以待下一步反应。
萃取:20mg[C7mim]-MMIP和[C7mim]-MNIP分别加入到5mL备用液中,室温搅拌8min,将磁性聚离子液体材料用磁铁在底部或壁上吸附,用5mL乙腈/乙酸混合液(体积比9∶1)洗脱,收集洗脱液,氮吹洗脱液至0.5mL,高效液相色谱检测。
液相色谱条件:色谱柱为Thermo Hypersil GOLD(150mm×2.1mm,5μm),流动相为甲醇∶水=50∶50(v∶v),流速:0.3mL/min,柱温25℃,检测波长278nm,进样量20μL.莱克多巴胺保留时间为2.0min。
如图12所示,曲线a为[C7mim]-MMIP萃取未加标前猪肉中莱克多巴胺色谱图,由图12可看出猪肉中都没检测到莱克多巴胺。为了考察方法的可行性,采用加标回收法,对样品水中添加5μg/kg、10μg/kg的莱克多巴胺浓度进行实验,结果见图12和表2,曲线b和c为经过[C7mim]-MMIP、[C7mim]-MNIP萃取富集的猪肉中莱克多巴胺色谱图,说明[C7mim]-MMIP、[C7mim]-MNIP能够对莱克多巴胺进行吸附,并且吸附后的莱克多巴胺能很好地从[C7mim]-MMIP中洗脱下来,同时可见[C7mim]-MMIP比[C7mim]-MNIP的吸附能力要强,这是由于分子印迹识别位点的原因。
从表2可见,[C7mim]-MMIP的回收率在98.52%~105.10%之间,RSD在2.6%~4.3%范围内,[C7mim]-MNIP的回收率在65.91%~70.59%范围内,RSD在2.9%~4.2%范围内。
表2[C7mim]-MMIP和[C7mim]-MNIP萃取猪肉、猪肝中的莱克多巴胺的测定(n=3)
在此条件下,得到莱克多巴胺的线性范围和检出限(S/N=3)如表3所示。本方法与其它测定莱克多巴胺方法进行对比,本方法具有宽的线性范围和较低的检测限。
表3本发明方法与其他测定莱克多巴胺的色谱法对比
a:microextraction by packed sorbentb:uniformly-sized molecularlyimprinted polymersc:solid phase extraction
可见,结合磁性分子印迹聚离子液体萃取和高效液相色谱技术,本发明成功检测猪肉、猪肝中的莱克多巴胺,检出限为0.50μg/kg,回收率为98.52%~105.10%。

Claims (8)

1.一种磁性分子印迹聚离子液体,它是由载体、功能单体、交联剂、模板分子在引发剂作用下聚合后洗脱模板分子制成的颗粒状材料,其特征在于,所述功能单体为1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐,所述交联剂为溴化1,4-丁烷-3,3’-双-1-乙烯基咪唑,所述模板分子为莱克多巴胺;
所述载体为MAPS修饰的Fe3O4@SiO2,Fe3O4@SiO2表示SiO2包覆的Fe3O4颗粒,MAPS为3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
2.如权利要求1所述的磁性分子印迹聚离子液体,其特征在于,粒径为550~600nm。
3.如权利要求1所述的磁性分子印迹聚离子液体,其特征在于,所述MAPS修饰的Fe3O4@SiO2的粒径为30~35nm。
4.如权利要求1-3任一所述磁性分子印迹聚离子液体的制备方法,包括以下步骤:
将MAPS修饰的Fe3O4@SiO2分散于溶剂中,依次加入功能单体、交联剂、引发剂和模板分子,在无氧条件下进行聚合反应,反应完成后收集产物,脱除产物中的模板分子并进行真空干燥,即制得所述磁性分子印迹聚离子液体。
5.如权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述聚合反应的温度为60~80℃,时间为20~25h。
6.如权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述模板分子、功能单体、交联剂的摩尔比为1:4~6:18~22。
7.如权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述载体与模板分子的重量摩尔比为0.1~0.3g:0.1mmol。
8.如权利要求1-3任一所述的磁性分子印迹聚离子液体在检测莱克多巴胺中的应用。
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