金属离子配位作用对水相色氨酸表面印迹聚合物吸附性能的影响

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　　摘要：本文考察了引入金属离子配位作用的水相色氨酸表面印迹聚合物的吸附性能，吸附动力学研究表明：引入Ni2+后水相色氨酸表面印迹聚合物对色氨酸的初始吸附速度很快，且60min可达到吸附平衡，加入Ni2+可提高水相色氨酸表面印迹聚合物的选择吸附性。
　　关键词：水相色氨酸表面印迹聚合物；金属离子；配位作用；吸附性能
　　中图分类号：0611　文献标识码：B　文章编号：1009--9166(2009)023(c)--0095--01
　　
　　本实验以L-色氨酸分子为印迹对象，丙烯酰胺(AM)为功能单体，构建水相印迹聚合体系，在水环境中制备对目标氨基酸具有特异吸附性且结合速度快，吸附容量较高的表面印迹聚合物微球，即水相色氨酸表面MIPs，然后用实验的方法研究金属离子(Ni2+)配位作用对水相色氨酸表面印迹聚合物吸附性能的影响。
　　
　　一、实验部分
　　
　　(一)实验原理。以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸(MAA)为单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂得到多孔聚合物微球，在水溶液中加入模板分子色氨酸(L-trp)、功能单体丙稀酰胺(AM)或丙烯酸(AA)、交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)和引发剂，引发溶液聚合反应，模板分子与功能单体相互作用，形成交联聚合物薄层包覆在多孔球表面上，利用甲醇乙酸混合液将薄层中模板分子洗脱，这样就形成了表面留下与色氨酸分子形状相似的孔穴的表面分子印迹聚合物微球，而且孔穴内各功能基团的位置与色氨酸分子互补，可与色氨酸分子发生特殊的结合作用，从而实现对色氨酸分子的识别。实验过程包括预组织、聚合、洗脱、检测四个部分。
　　
　　(二)实验过程。1 水相色氨酸表面印迹聚合物的制备。首先利用模板分子和功能单体之间的非共价结合作用，在印迹分子和功能单体预组装之后，加入引发剂和交联剂，并控制聚合体系的反应条件进行反应。2　模板分子的洗脱。色氨酸(Trp)是自身具有荧光的物质，可用荧光分光光度计对其进行扫描，在前人工作的基础上选用了甲醇与乙酸体积比为9：1的洗脱液30ml，对印迹聚合物进行了三次洗脱。3　吸附性能检测。使用紫外分光光度计对色氨酸、酪氨酸进行波长扫描，由此确定色氨酸测定波长为279nm，酪氨酸测定波长为275nm，以蒸馏水为溶剂配制氨基酸标准溶液并测定此波长下的标准曲线。
　　
　　二、结果讨论
　　
　　(一)引入Ni2+后水相色氨酸表面印迹聚合物的吸附动力学行为
　　吸附速度是指吸附剂达到吸附平衡的快慢，是一个重要的动力学参数。研究分子印迹聚合物吸附动力学的一个重要手段是测定其吸附动力学曲线，它反映了在一定条件下印迹聚合物的吸附量Qt(Qt，定义为某一时刻的吸附量)随着时间的变化关系。在14个具塞锥形瓶中分别加入0.03g MIP和20mL固定浓度为2mm01／L的色氨酸溶液，于25~C,叵温振荡器中分别恒温振荡5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、70min、80min。用砂芯漏斗过滤得到吸附后的溶液，取适量配制成稀溶液再用紫外分光光度计测量吸光度，得到吸附后的溶液浓度，进而计算不同吸附时间下引入Ni2+后水相色氨酸表面印迹聚合物的吸附量Q，绘制吸附量Q与吸附时间t的关系曲线。前10min内吸附速度很快，随着吸附时间的延长，吸附速度逐渐减慢，60min左右吸附趋于平衡。这是因为本实验中，引入Ni2+后水相色氨酸表面印迹聚合物的结合基团主要以金属配位键的形式与印迹分子色氨酸结合，这种结合速度本身较快。在吸附初始阶段，主要由分布在水相色氨酸表面印迹聚合物表面的结合位点对色氨酸进行吸附，由于传质阻力较小，有利于色氨酸分子从液相到固相的传质和吸附，底物在水相色氨酸表面印迹聚合物表面上的迁移速度快，所以结合速度很快。但随着时间的延长，吸附量不断增加，水相色氨酸表面印迹聚合物中的印迹孔穴逐渐被色氨酸分子所占据，表面结合位点不断减少，因此吸附速度逐渐减慢。当表面结合位点基本结合满后，水相色氨酸表面印迹聚合物主要靠内部的结合位点发生吸附，此时的迁移速度较慢，因此吸附速度也较小。60min后内部结合位点已基本结合完全，吸附趋于饱和。
　　
　　(二)引入Ni2+后水相色氨酸表面印迹聚合物的吸附等温线。为了研究色氨酸表面印迹聚合物与印迹分子色氨酸的结合特性，采用静态平衡结合法，测定了MIPs在0～4mmol／L浓度范围内的等温吸附曲线，即改变色氨酸吸附液初始浓度，吸附液中金属离子浓度与色氨酸浓度相同，在30℃下恒温振荡吸附24h，绘制平衡吸附量Q与初始浓度C0的关系图，吸附过程中的表面印迹聚合物采用制备过程中镍离子与色氨酸摩尔比为1：1的印迹聚合物。随着吸附液中色氨酸浓度的增加，加有金属离子的色氨酸表面印迹聚合物对色氨酸的吸附性量逐渐增加，当色氨酸浓度大于3mm01／L时，吸附量增大的趋势变缓。原因是对于一定质量的MIPs，在低浓度区吸附能力未达饱和，随色氨酸浓度的增大，吸附量明显增大；而在高浓度区，由于MIPs的吸附能力开始趋于饱和，吸附量随浓度增大的趋势变缓。
　　
　　三、结论
　　
　　吸附动力学研究表明，引入Ni2+后水相色氨酸表面印迹聚合物对色氨酸的初始吸附速度很快，用60min可达到吸附平衡，有利于水相色氨酸表面印迹聚合物对色氨酸分子的高效快速识别。Ni2+的配位作用有利于提高表面印迹聚合物的特异性吸附性能，在印迹过程中控制金属离子和模板分子的比例为1：1，吸附过程中保持金属离子浓度和目标分子的浓度相等可以进一步促进这种积极的影响。

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