分子印跡聚合物微球及其制備方法和應用與流程

本發明涉及一種分子印跡聚合物微球及其制備方法和應用。

背景技術：

隨著人們生活水平和生活質量的不斷提高，消費者對吸煙的安全性和環境保護意識也越來越強。卷煙產品中煙草的燃燒不完全導致其煙氣中含有一定量的有害物質，對吸煙者的身體健康構成風險。其中，煙草特有亞硝胺(tobacco-specific N-nitrosamines,TSNAs)是煙草類制品中含有的具有致癌性的一類特殊有害物質，是煙葉特別是晾曬煙葉、卷煙煙氣中共同存在的成分。TSNAs主要包含4種，N-亞硝基降煙堿(NNN)、N-亞硝基新煙堿(NAT)、N-亞硝基假木賊堿(NAB)和4-甲基亞硝氨基-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)。

分子印跡聚合物(molecularly imprinted polymers,MIPs)是一種可以通過目標分子與聚合物分子之間的特定性結合位點和空間結構來實現特異性吸附的聚合物，發展至今已經成為高分子領域的研究熱點之一，同時分子印跡聚合物因具有合成條件低廉簡便、在不同化學和物理條件下具有良好的穩定性及可重現性等特點，已經成功應用于固相萃取、色譜分離、化學傳感器、環境凈化等多個領域。

制備MIPs的方法有很多種，通常使用的是本體聚合法。但是本體聚合方法得到的MIPs為大塊固體，需要研磨篩選處理后才能使用，過程十分繁瑣。沉淀聚合的原理是單體可溶于溶劑，單體反應后得到的聚合物不溶于溶劑，因此單體分子聚合到一定分子量時，會從溶液中析出形成尺寸均一的聚合物微球。通過沉淀聚合制備分子印跡聚合物方法簡單，粒徑均一，是近年來研究的熱點。

利用MIPs降低卷煙煙氣中的有害物質國內外已有一些研究，通常用于降低稠環芳烴、芳胺、煙堿等物質，而用于吸附煙氣中TSNAs的MIPs材料研究較少，其中利用沉淀聚合法制備MIPs用來降低煙氣中TSNAs還未有報道。利用分子印跡技術集分離與富集于一體的特點，此種材料還可應用于固相萃取柱的填料，用于煙草特有亞硝胺分析的前處理。

技術實現要素：

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種分子印跡聚合物微球及其制備方法和應用，用于解決現有技術中分子印跡聚合物微球制備方法復雜，吸附效率低的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種分子印跡聚合物微球的制備方法，其特征在于，所述制備方法具體包括以下步驟：

(1)稱取煙酰胺、甲基丙烯酸，溶于溶劑中，超聲，靜置，得混合溶液；

優選地，所述步驟(1)還包含以下特征中的任意一種或幾種：

a)所述煙酰胺和甲基丙烯酸的摩爾比為1:5～7；

b)所述溶劑為質量比為1:2～3.5的甲苯和乙腈；

c)所述煙酰胺的質量為溶劑質量的0.25％～0.35％；

d)所述超聲的時間至少為15min；

e)所述靜置的時間至少為12h。

(2)向步驟(1)的混合溶液中加入二乙烯基苯和偶氮二異丁腈，超聲，通氮氣后密封并攪拌，得聚合物；

優選地，所述步驟(2)還包括以下特征中的任意一種或幾種：

a)所述超聲的時間至少為15min；

b)所述密封并攪拌的時間至少為18h，溫度為70～75℃；

c)所述煙酰胺和二乙烯基苯的摩爾比為1:15～30；

d)所述偶氮二異丁腈的質量是煙酰胺、甲基丙烯酸以及二乙烯基苯質量總和的2％～3％；

e)所述通氮氣的時間是20～60min。

(3)將聚合物放入洗脫液中，超聲震蕩后離心，然后再清洗，干燥，即得。

優選地，所述步驟(3)還包括以下特征中的任意一種或幾種：

a)所述離心后采用紫外可見分光光度計檢測洗脫液的上層清液，直到上層洗脫液中煙酰胺紫外吸收峰消失時即可清洗；

b)所述洗脫液為體積比為1:8～10的乙酸和甲醇；

c)所述超聲震蕩時的溫度為40～60℃；

d)所述清洗采用的清洗液是甲醇；

e)所述干燥的溫度為55～60℃，時間是24～30小時。

本發明的另一個方法提供了上述的分子印跡聚合物微球的制備方法制備的分子印跡聚合物微球。

本發明的另一個方法提供了上述的分子印跡聚合物微球應用于吸附煙草特有亞硝胺。

優選地，所述分子印跡聚合物微球添加于卷煙濾棒中吸附煙草特有亞硝胺。

更優選地，所述每支卷煙濾棒中分子印跡聚合物微球添加量為6～10mg。

優選地，所述分子印跡聚合物微球作為固相萃取柱填料吸附煙草特有亞硝胺。

如上所述，本發明的分子印跡聚合物微及其制備方法和應用，具有以下有益效果：

1.本發明中的分子印跡聚合物具有微球粒徑均一，比表面積大，吸附位點多、對TSNAs選擇性強的特點，制備的分子印跡微球對卷煙煙氣中的TSNAs有良好的吸附作用。

2.本發明的分子印跡微球制備的固相萃取柱對煙草萃取液中的煙草特有亞硝胺具有選擇性和富集能力，適宜于測定煙草制品中的特有亞硝胺含量分析。

附圖說明

圖1為實施例1制得的分子印跡聚合物微球的掃描電鏡圖；

圖2為實施例1制得的分子印跡聚合物微球N₂等溫吸附脫附曲線，采用美國麥克儀器公司ASAP 2020物理吸附儀測定材料的比表面積；

圖3為實施例3制得的分子印跡聚合物微球吸附煙草特有亞硝胺的測定結果。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

須知，下列實施例中未具體注明的工藝設備或裝置均采用本領域內的常規設備或裝置。

此外應理解，本發明中提到的一個或多個方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另有說明；還應理解，本發明中提到的一個或多個設備/裝置之間的組合連接關系并不排斥在所述組合設備/裝置前后還可以存在其他設備/裝置或在這些明確提到的兩個設備/裝置之間還可以插入其他設備/裝置，除非另有說明。而且，除非另有說明，各方法步驟的編號僅為鑒別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容的情況下，當亦視為本發明可實施的范疇。

說明書中的縮寫及含義

煙酰胺(NAM)

甲基丙烯酸(MMA)

二乙烯基苯(DVB)

偶氮二異丁腈(AIBN)

實施例1

稱取NAM 3mmol和MAA18mmol溶于33g甲苯和87g乙腈的混合溶液中，超聲1h，靜置12h，令模板分子與功能單體充分作用。然后加入DVB 60mmol和AIBN 0.25g，超聲15min，通氮氣30min除氧，密封后在磁力攪拌條件下75℃聚合反應24h得到聚合物。將聚合后得到的產物放入乙酸/甲醇(v/v＝1/9)的洗脫液中，加熱超聲機到60℃，超聲洗脫模板分子NAM。多次超聲離心過程后用紫外可見分光光度計檢測洗脫液的上層清液，直到上層洗脫液中NAM紫外吸收峰消失時即可認為MIPs中的模板分子已經洗脫干凈，然后再用甲醇清洗三遍MIPs，將乙酸除去，真空烘箱中60℃干燥24h，最終得到分子印跡聚合物微球MIPs。

圖1為制得的本發明的分子印跡聚合物微球的掃描電鏡圖，采用HITACHI S4700場發射掃描電鏡表征分子印跡材料的形貌，可以看出制備的分子印跡聚合物為尺寸非常均勻的微球，粒徑尺寸范圍分布在300nm～800nm之間。

圖2為制得的本發明的分子印跡聚合物微球N2等溫吸附脫附曲線，得到材料比表面為523.8m²/g。

實施例2

稱取NAM 3mmol和MAA 21mmol溶于48g甲苯和98g乙腈的混合溶液中，超聲15min，靜置14h，令模板分子與功能單體充分作用。然后加入DVB 90mmol和AIBN 0.41g，超聲20min，通氮氣60min除氧，密封后在磁力攪拌條件下75℃聚合反應18h得到聚合物。將聚合后得到的產物放入乙酸/甲醇(v/v＝1/10)的洗脫液中，加熱超聲機到50℃，超聲洗脫模板分子NAM。多次超聲離心過程后用紫外可見分光光度計檢測洗脫液的上層清液，直到上層洗脫液中NAM紫外吸收峰消失時即可認為MIPs中的模板分子已經洗脫干凈，然后再用甲醇清洗三遍MIPs，將乙酸除去，真空烘箱中58℃干燥28h，最終得到分子印跡聚合物微球MIPs。

將100mg干燥MIPs裝入3ml PP針筒內，針筒底部和樣品表面均墊有10μm微孔濾膜，防止填料滲漏，然后通過甲醇淋洗活化小柱，吹干溶劑后在小柱內通過4ml煙草萃取液A(1g干燥煙葉粉末放入100ml去離子水中震蕩1h得到)，收集上樣后得到的溶液B，再次吹干小柱內溶液后用4ml乙酸/甲醇l(v/v＝1/9)淋洗，收集淋洗液C。將溶液A、B和C通過液相-串聯質譜質檢測其中TSNAs含量，結果表1所示。

表1分子印跡聚合物離線固相萃取實驗濃度數據

結果表明，此種分子印跡聚合物微球制備的固相萃取小柱對于煙草萃取液中4種TSNAs的吸附效率接近100％，且溶液C中的4種TSNAs濃度數據略有上升，說明經過富集純化后的溶液C去除了基質雜質，提高了儀器檢測靈敏度，說明填料對于目標分子的吸附效果優異，是對于TSNAs理想的固相萃取填料。

實施例3

稱取NAM 3mmol和MAA 15mmol溶于23g甲苯和81.7g乙腈的混合溶液中，超聲30min，靜置12h，令模板分子與功能單體充分作用。然后加入DVB 45mmol和AIBN 0.16g，超聲20min，通氮氣20min除氧，密封后在磁力攪拌條件下70℃聚合反應24h得到聚合物。將聚合后得到的產物放入乙酸/甲醇(v/v＝1/8)的洗脫液中，加熱超聲機到40℃，超聲洗脫模板分子NAM。多次超聲離心過程后用紫外可見分光光度計檢測洗脫液的上層清液，直到上層洗脫液中NAM紫外吸收峰消失時即可認為MIPs中的模板分子已經洗脫干凈，然后再用甲醇清洗三遍MIPs，將乙酸除去，真空烘箱中55℃干燥30h，最終得到分子印跡聚合物微球MIPs。

將得到的MIPs以8mg/支添加到由兩段普通醋酸纖維濾棒復合而成的二元復合濾棒濾嘴中，材料分散在兩段濾棒之間的截面上，按照標準GB/T 23228-2008測定卷煙主流煙氣的TSNAs的釋放量，結果如圖3所示，對于卷煙主流煙氣中TSNAs的降低率分別為NNK 16％、NAT 11％、NNN 5％和NAB 7％。

結果表明，此種分子印跡聚合物微球對于卷煙主流煙氣中的TSNAs有明顯的降低作用。

以上的實施例是為了說明本發明公開的實施方案，并不能理解為對本發明的限制。此外，本文所列出的各種修改以及發明中方法、組合物的變化，在不脫離本發明的范圍和精神的前提下對本領域內的技術人員來說是顯而易見的。雖然已結合本發明的多種具體優選實施例對本發明進行了具體的描述，但應當理解，本發明不應僅限于這些具體實施例。事實上，各種如上所述的對本領域內的技術人員來說顯而易見的修改來獲取發明都應包括在本發明的范圍內。