诺氟沙星_Zn_2_金属分子印迹膜色谱的制备及性能_皇甫风云

 第29卷第6期 2013年6月

高分子材料科学与工程

POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING

Vol.29,No.6Jun.2013

诺氟沙星-Zn2+金属分子印迹膜色谱的制备及性能

皇甫风云,王 兵,孙 妍

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2

(1.天津工业大学纺织助剂有限公司; 2.天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程省部共建国

家重点实验室培育基地,天津工业大学环境与化学工程学院,天津300387)

摘要:将膜色谱技术和分子印迹技术相结合,制备了诺氟沙星-Zn2+金属分子印迹膜色谱。采用扫描电镜分别观察了聚合物和膜色谱的结构,并考察了不同印迹聚合物填充量对膜色谱的纯水通量和对目标分子的吸附识别能力的影响。结果表明,阶段性升温沉淀聚合制备的印迹聚合物微球粒径均一,适合做膜填充吸附剂。随着填充量的增加可以明显观察到膜内的填充物增加,膜色谱的结构变致密。当填充量为45%(质量分数,下同)、聚偏氟乙烯(PVDF)16%、聚乙二醇(PEG)-40015%、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)3%;铸膜液温度为50℃,凝固浴温度为20℃时制备得到的诺氟沙星-Zn2+金属分子印迹膜色谱的吸附容量为72mg/g。关键词:膜色谱;分子印迹;诺氟沙星;水通量

中图分类号:O658.6+4   文献标识码:A   文章编号:1000-7555(2013)06-0129-04

  膜色谱作为一种快速发展的新型技术以其高效、节能、简便易行等优势在物质的分离、纯化及检测方面

具有广阔的应用前景[1,2]。其分离原理为,当目标溶液以一定的流速通过膜时,目标分子与膜介质表面或膜孔内基团特异性结合,杂质则透过膜孔流出。分子印迹聚合物以其专一识别性的优势受到了研究人员的重视,将分子印迹技术与膜色谱技术相结合[5],不仅能特异性地识别目标分子,同时还能发挥膜色谱技术的优势,提高分离纯化的倍数,增强检测的灵敏度

[6]

[3,4]

甲基甲酰胺(DMF)、PEG400:分析纯,天津科密欧有限公司;N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA):天津津科精细化学试剂研究所,分析纯;聚偏氟乙烯(PVDF):巴斯夫(中国)有限公司提供;聚乙烯吡咯烷酮:分析纯,PVP博爱新开源制药股份有限公司产品。

紫外分光光度计:TU-1901,北京普析通用仪器有限责任公司;傅立叶变换红外光谱仪:TENSOR37,德国Bruker公司;扫描电镜:QUANTA-200,德国Bruker公司。1.2 诺氟沙星金属印迹聚合物的制备

在三口瓶中依次加入1mmol诺氟沙星(NFA)、1mmolZnCl2、2mL0.1mol/L盐酸溶液及30mL甲醇溶液于摇床上振荡2h,再加入4mmol4-VP振荡2h。之后加入3gN,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于5mL的甲醇溶液,搅拌均匀后加入50mg过硫酸钾,通N215min除氧后油浴加热至25℃,低速搅拌4h后升温至60℃,再以400r/min的转速搅拌聚合8h,得白色印迹聚合物(MIP),经索氏提取乙酸/甲醇(体积比为2∶8)洗脱除去模板分子直至紫外检测不到NFA。最后将聚合物转移至0.2mmol/L的EDTA溶液中浸泡24h,60℃真空干燥备用。

2+

本文选取诺氟沙星-Zn为模板分子,4-乙烯基吡

啶为功能单体,根据之前的研究结果[7],将分子印迹技术与膜色谱技术相结合,制备了诺氟沙星-Zn2+金属分子印迹膜色谱(MMIP)。相比印迹聚合物,大幅度提高了对模板分子的特异性识别吸附容量,使其在环境检测及分离富集诺氟沙星方面有望得到应用。1 实验部分1.1 试剂与仪器

诺氟沙星、氧氟沙星(NFA):北京百灵威化学技术有限公司;4-乙烯基吡啶:分析纯,4-VP,Aldrich公司;氯化锌、过硫酸钾、乙二胺四乙酸(EDTA)、N,N-二

收稿日期:2012-12-24

基金项目:天津市自然科学基金重点项目(13JCQNJC02600)通讯联系人:王 兵,主要从事膜分离技术研究, E-mail:bingwang666@yahoo.com.cn

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1.3 扫描电镜分析

拭去分子印迹共混膜表面的甘油,风干,经液氮冷冻后脆断、镀金。利用扫描电镜对膜的表面及断面进行观察。1.4 膜色谱的制备

将制备的MIP作为膜色谱的吸附剂,PVDF(16%)(质量分数,下同)、PEG-400(15%)、PVP-K30(3%)依次加入至DMF溶液(1-34%-x%,其中34%为PVDF、PEG-400和PVP-K30的质量分数,x%为MIP的质量分数)中,然后在55℃搅拌至PVDF完全溶解,再分数次加入MIP(0%、15%、30%、45%),搅拌至吸附剂分散完全,得铸膜液。铸膜液超声分散后真空脱泡,采取相转移的方法固化成膜[8]。将制得的膜浸泡在纯水中,密闭湿态保存。1.5 诺氟沙星-Zn2+分子印迹聚合物膜色谱吸附性能测试

分别称取不同填充量的MMIP100mg于100mL5mmol/L的甲醇/水(体积比为1∶9)底物溶液中,振荡吸附2h,用紫外分光光度计测定底物浓度,根据前后溶液中底物的浓度变化,按照公式(1)计算出聚合物对底物的结合量。选择性实验中改变底物的浓度。Q=10(C0-Ct)M×V/m(1)式中:Q———底物的结合量(mg/g);C0———底物的初始浓度(mmol/L);Ct———吸附后底物的平衡浓度(mmol/L);V———溶液的体积(mL);M———模板分子相对分子质量;m———MIP的质量(g)。

-3

幅较大。这是由于模板分子与功能单体发生了相互作用并形成了复合物,而复合物的形成在一定程度上增加了诺氟沙星分子中苯环周围的空间位阻,使其电子跃迁几率减小,从而吸光度相应降低。

2.2 红外光谱分析

Fig.2中的谱线为诺氟沙星(a)和洗脱之前印迹聚合物(b)的红外谱线。两谱线都存在3300cm~3500cm-1的O-H与N-H伸缩振动的叠加峰,而2500cm-1、1460cm-1、1265cm-1、1033cm-1分别归属于C=N、芳环骨架、C-N、C-F取代伸缩振动等诺氟沙星的特征官能团。同时谱线b中存在4-VP芳香环的骨架振动峰1605cm-1、1585cm-1和1477cm-1说明模板分子与功能单体成功地进行了配位印迹作用。谱线b中C=O的伸缩振动峰变化显著,一方面说明C=O参与了金属配位,另一方面也说明功能单体吡啶环上的N原子对C=O产生了诱导作用。由于诺氟沙星中的两个C=O是同类官能团(谱线a),故它们的振动频率发生了相互干扰,即产生了1718cm与1619cm-1处的两个吸收峰,其中高频谱带峰相应于C=O的不对称伸缩振动,低频的谱带则相应于对称伸缩振动。其综合峰位应在1670cm-1左右。当发生配位作用后,b中C=O出现在1737cm。说明NFA-Zn2+与4-VP配位后,使得NFA中C=O的电子离域发生改变,吡啶环上的N原子的诱导作用使得电子沿着分子中的σ键传递,引起C=O氧原子上的电荷相对贫乏,C=O键的伸缩振动能升高,C=O峰波数增加,产生了蓝移现象。

-1

-1-1

 Fig.1 UV-VisSpectraofNFA-Zn2+andNFA-Zn2+-4-VP

 Fig.2 InfraredSpectraofNorfloxacinandMIPBeforeElution

2 结果与讨论

2.1 紫外光谱分析

Fig.1为功能单体(A)和模板分子与功能单体相互作用后(B)的紫外谱图。从图中可知,功能单体4-乙烯基吡啶溶液中加入n(NFA)∶n(Zn2+)=1∶1后谱图发生了较大变化,其中4-VP谱图中的205nm和242nm处的峰都发生了较大幅度的红移及减色效应,特别是242nm处的峰红移至278nm处且吸光度减a:norfloxacin;b:MIPbeforeelution

2.3 MIP的填充量对膜色谱形态结构的影响Fig.3为不同MIP填充量的膜色谱的玻璃侧和横截面的形态结构。A组为未添加MIP时的纯膜,其表面分布不同的孔,截面有贯通的孔道,但无明显的填充物质;而B、C、D组的膜表面和截面则明显含有填充物质,且分布较均匀,随着填充量的增加,膜结构的致密

 第6期皇甫风云等:诺氟沙星-Zn2+金属分子印迹膜色谱的制备及性能131

度增加。说明MIP已成功地填充入膜色谱内,且未改变膜的基本形貌,而这些填充的MIP内不仅具有与模板分子相匹配的特异性识别位点,还含有很多交错的孔道,预测会一定程度增大对模板分子的截留能力和

识别吸附容量。

45%的膜色谱。

2.5 MIP的填充量对膜色谱识别吸附性能的影响

MIP的填充量直接影响着膜色谱的吸附识别性能(如Fig.4)。由Fig.4可以看出,膜色谱对模板分子的吸附容量随着MIP填充量的增加而增大,验证了电镜分析时的推测结论。根据填充量45%的膜色谱的吸附容量可以看出,膜色谱的吸附容量要远高于聚合物32mg/g的吸附容量。下面选取填充量45%的膜进行选择性吸附实验。

  Fig.4 EffectofMIPAmountontheAdsorptionCapacityof

Membrane

  Fig.3 SEMPicturesofMMIP

A,A1,B,B1,C,C1,D,D1wastheglasssideandcrosssec-tionmorphologicalstructureof0%,15%,30%,45%MIPfilledrespectively.temperaturewas50℃,castingsolutionandcoagulationbathtemperaturewas20℃

  Fig.5 TheStaticAdsorptionCurvesoftheMembranewith45%

MIP

Tab.1 EffectofMIPAmountontheWaterFluxof

Membrane

wMIP(%)

0153045

Waterflux(L/(m2·h))

302.16262.08195.23165.28

  配制浓度为0.06mmol/L、0.08mmol/L、0.1mmol/L、0.12mmol/L、0.14mmol/L、0.16mmol/L、0.18mmol/L、0.2mmol/L、0.25mmol/L、0.3mmol/L、0.35mmol/L、0.5mmol/L的系列底物溶液,其中底物分别诺氟沙星-Zn2+和氧氟沙星-Zn2+,测定其吸附曲线(Fig.5)。图中a为分子印迹膜色谱对诺氟沙星-Zn2+的吸附曲线,b为对氧氟沙星-Zn2+的吸附曲线。从图中可以明显看出,制备的分子印迹膜色谱对模板分子具有较高的吸附容量,而对氧氟沙星-Zn的吸附容量较小且其吸附曲线线性增大,说明膜色谱内的分子印迹填充吸附剂成功地识别了吸附目标分子,而对非目标分子呈非特异性识别吸附。这是分子印迹效应的表现:印迹膜色谱的填充吸附剂内部形成了三维立体结构以及官能团位置与模板分子相匹配的结构2+

2.4 MIP的填充量对膜纯水通量的影响

在膜色谱的制备过程中,纯水通量和选择性是需要平衡的两个因素。由于增大MIP的填充量,MIP的网络状结构密度就会增大,从而引起膜的致密性增加,降低纯水通量;同时在配制铸膜液时导致难以脱泡,无法得到膜色谱。故本文仅制备了MIP填充量低于132高分子材料科学与工程2013年 

空穴,由于这些印迹空穴的存在,使印迹膜色谱对目标分子表现出良好的选择性透过能力。3 结论

本文将分子印迹技术与膜色谱技术相结合,采用相转移的方式成功制备了诺氟沙星-Zn分子印迹膜色谱,并对分子印迹聚合物的填充量对膜性能的影响进行了研究。得出填充量为45%时的膜色谱对目标分子具有良好的特异性识别能力的结论,为膜色谱对分离纯化诺氟沙星提供了一定的实验数据。

参考文献:

[1] ArvandM,HashemiM.Synthesisbyprecipitationpolymerizationof

amolecularlyimprintedpolymermembraneforthepotentiometricde-terminationofsertralineintabletsandbiologicalfluids[J].JournaloftheBrazilianChemicalSociety,2012,23(3):392-402.

[2] AsmanS,YusofNA.Synthesisandcharacterizationofhybrid

molecularlyimprintedpolymer(MIP)membranesforremovalofmethyleneblue(MB)[J].Molecules,2012,17(2):1916-1928.

[3] DelBlancoSG.Developmentofmolecularlyimprintedmembranes

2+

forselectiverecognitionofprimaryaminesinorganicmedium[J].SeparationandPurificationTechnology,2012,87(3):40-46.[4] LiuZH,LvYK.Molecularlyimprintedpoly(MAA-co-AM)com-positemembranesforselectiverecognitionofnicosulfuronherbicide[J].JournalofAppliedPolymerScience,2012,126(4):1247-1256.

[5] TobisJ,BochL.Amphiphilicpolymerconetworksaschiralsepara-tionmembranes[J].JournalofMembraneScience,2011,372(1-2):219-227.

[6] BringasE,RomanMFS.Anoverviewofthemathematicalmod-ellingofliquidmembraneseparationprocessesinhollowfibrecontac-tors[J].JournalofChemicalTechnologyandBiotechnology,2009,84(11):1583-1614.

[7] 皇甫风云,王兵,孙妍.诺氟沙星-锌(Ⅱ)水醇体系中印迹聚合物的

制备及印迹方式[J].高分子材料科学与工程,2012,28(9):166-170.

HuangfuFY,WangB,SunY.Preparationofnorfloxacin-zinc(Ⅱ)imprintedpolymerandstudyonitsimprintedform[J].PolymerMa-terialsScience&Engineering,2012,28(9):166-170.

[8] DonatoL,TasselliF,DrioliE.Molecularlyimprintedmembranes

withaffinitypropertiesforfolicacid[J]SeparationScienceandTech-nology,2010,45(16):2273-2279.

ReparationandPropertiesoftheNorfloxacin-Zinc(Ⅱ)Molecularly

ImprintedMembraneChromatography

FengyunHuangfu,BingWang,YanSun

(1.TextileAuxiliariesCompanyLtd.ofTianjinPolytechnicUniversity;2.StateKeyLaboratoryof

HollowFiberMembraneMaterialsandProcesses(TianjinPolytechnicUniversity),SchoolofEnvironmentalandChemicalEngineering,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China)ABSTRACT:Combiningtheadvantagesofmembranechromatographytechnologyandmolecularimprintingtech-nique,thenorfloxacin-Znmetalmolecularlyimprintedmembranechromatographywassuccessfullyprepared.Thestructureofthemolecularimprintedpolymerandmembranechromatographywereobservedbyscanningelectronmi-croscopy.Theeffectsofthepolymeramountontheperformanceofthemembranechromatographywerestudiedbywaterfluxtest.Themembranechromatographymorphologydensificationwasincreasedwiththeadditionofthefill-ingpolymer.Staticbindingassayresultsindicatethatwiththepreparationtemperatureof50℃andcoagulationbathtemperatureof20℃,thefillingpolymer45%,PVDF16%,PEG-40015%,polyvinylpyrrolidone(PVP)3%,thepreparedmolecularlyimprintedmembranechromatographydisplaysthehighcapacityofthetargetmoleculeandrecognitionability.Maximumadsorptioncapacityis72mg/g.

Keywords:membranechromatography;imprintedpolymer;norfloxacin;waterflux

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