仝海娟，左衛(wèi)元，史兵方，*，陳盛余，李媚

（1.百色學院化學與環(huán)境工程學院，廣西高校桂西生態(tài)環(huán)境分析和污染控制重點實驗室，廣西百色533000；2.廣西高?；瘜W與生物轉(zhuǎn)化過程新技術(shù)重點實驗室，廣西民族大學化學化工學院，廣西南寧530006）

木犀草素分子印跡聚合物的制備及吸附性能研究

仝海娟1，左衛(wèi)元1，史兵方1，*，陳盛余1，李媚2

（1.百色學院化學與環(huán)境工程學院，廣西高校桂西生態(tài)環(huán)境分析和污染控制重點實驗室，廣西百色533000；2.廣西高?；瘜W與生物轉(zhuǎn)化過程新技術(shù)重點實驗室，廣西民族大學化學化工學院，廣西南寧530006）

采用分子印跡技術(shù)，以木犀草素作為模板分子，丙烯酰胺和甲基丙烯酸為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，制備木犀草素表面分子印跡聚合物。采用靜態(tài)吸附法研究影響該聚合物對木犀草素的吸附能力的因素，并對等溫吸附過程和吸附機理進行判斷。結(jié)果表明：該印跡聚合物對木犀草素具有優(yōu)良的吸附效果，在pH值為7.0，底液濃度為100mg/L，吸附時間2h條件下，該聚合物對木犀草素的吸附量為28.32mg/g；吸附平衡試驗說明該等溫吸附過程符合Langmuir方程，飽和吸附量為31.983 mg/g，吸附動力學研究表明，該吸附過程符合準二級動力學方程，吸附速率常數(shù)為0.045 3 g/（mg·min）；選擇性試驗說明該印跡聚合物對目標物具有優(yōu)異的選擇識別能力。該聚合物能應用于木犀草素的前處理、提取等方面。

木犀草素；印跡聚合物；吸附；動力學

分子印跡技術(shù)自20世紀70年代提出以來，由于具有優(yōu)越的目標分子識別和高度選擇性的特點而受到了人們的廣泛重視[1-3]。該技術(shù)在樣品前處理、生物傳感器、環(huán)境污染治理、食品分析等方面展現(xiàn)出了優(yōu)良的應用前景[4-6]。研究表明，印跡聚合物對目標物的吸附量受功能單體種類、模板分子與聚合物之間作用力、聚合物的孔結(jié)構(gòu)等條件影響[7-9]。因此，尋求適宜的聚合物功能單體以及聚合物的合成方法依然備受關(guān)注。

木犀草素是黃酮類化合物的一種，為黃色針狀晶體，易溶于有機溶劑，具有抗氧化、抗炎癥、抗腫瘤等功效[10]，因此，人們對木犀草素的需求量日益擴大。木犀草素主要從天然植物中提取，植物中的黃酮類化合物種類繁多的特點，給木犀草素的分離和提純帶來了極大的困難，傳統(tǒng)的分離技術(shù)很難解決這個難題[11]。因此，尋求一種高吸附量、高選擇性以及特異分子識別能力的分離方法成為緊迫的任務(wù)[12]。分子印跡技術(shù)的專一吸附特點為中草藥有效成分的提取和分離帶來了極大的方便。已有大量學者將分子印跡技術(shù)用于復雜的樣品前處理、分離提純等工作中，取得了較為顯著的成效。智康康等[13]以刀豆凝集素和3-氨基苯硼酸為雙功能單體合成了磁性葡萄糖分子印跡聚合物，發(fā)現(xiàn)合成的聚合物度葡萄糖具有特性識別能力，研究成果可應用于富含糖苷類化合物的提取與分離。吳宗遠等[14]制備了可用于甲苯磺丁脲富集和分離的核-殼型磁性固相萃取材料，該材料對甲苯磺丁脲的表觀吸附量為89.53 mg/g，且具有良好的耐用性能。據(jù)此，在借鑒前人工作的基礎(chǔ)上，將分子印跡技術(shù)應用在木犀草素的分離和提取上具有重要意義。

本研究以木犀草素作為模板分子，以丙烯酰胺和甲基丙烯酸為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，合成木犀草素分子印跡聚合物，探討影響該聚合物吸附木犀草素的工藝條件，并研究該吸附過程的吸附等溫線和吸附動力學，以期為該分子印跡聚合物的應用提供一定的參考。

1 材料和方法

1.1 試劑和儀器

PB-10型pH計：賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；KO-200KDB型高功率數(shù)控超聲清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；DF-2集熱式磁力攪拌加熱器：金壇市精達儀器公司；索氏提取器：南寧精密儀器有限公司；UV-1800型紫外分光光度計：上海美譜達儀器有限公司；TDZ5-WS離心機：濟南博鑫生物技術(shù)有限公司。

木犀草素、槲皮素、丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酸（MA）、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、偶氮二異丁腈（AIBN）、丙酮、甲醇、乙醇、乙酸等（均為分析純）：南寧精密儀器有限公司；水為二次蒸餾水。

1.2 印跡聚合物的制備

為合成木犀草素分子印跡聚合物，取模板分子木犀草素0.287 1 g溶解于10 mL甲醇溶液中，再將功能單體丙烯酰胺和甲基丙烯酸各5 mmol加入到上述溶液中后，室溫下反應1.5 h，使木犀草素與功能單體充分混勻，隨后加入交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙烯酸酯4.10mL和引發(fā)劑偶氮二異丁腈12 mg，攪拌，混合均勻后，氮氣除氧10 min后，密封。放入70℃的恒溫水浴箱，恒溫聚合反應24 h后，得到淡黃色膏狀聚合物。將聚合物置于干燥箱中60℃干燥15 h后，取出，進行研磨粉碎和過20目篩，收集經(jīng)篩分后的聚合物顆粒，置于索氏提取器中，以體積比為9∶1的甲醇-乙酸混合溶液進行抽提，以洗去聚合物表面的模板分子和未聚合的功能單體，再用甲醇溶液提取，以除去殘留的乙酸。參照文獻[15]將獲得的聚合物置于干燥箱中于60℃干燥20 h后取出，密封備用。此分子印跡聚合物（Molecularly Imprinted Polymer，MIP）即為目標物，標記為MIP。非印跡聚合物（Non-Imprinted Polymers，NIP）的制備過程除不加模板分子木犀草素外，其他過程與印跡聚合物制備過程一致。

1.3 分子印跡聚合物的吸附試驗

根據(jù)試驗要求，分別取一定質(zhì)量的木犀草素印跡聚合物和非印跡聚合物置于100 mL具塞錐形瓶中，再按要求加入一定質(zhì)量濃度的木犀草素甲醇溶液，25℃下，于100 r/min的搖床中振蕩2.0 h后，取樣，離心分離后，以分光光度法（測量波長為350 nm）分析溶液中木犀草素的濃度，并計算吸附量。吸附量按式（1）進行計算。

式中：C0為加入的初始木犀草素溶液的濃度，mg/L；Ct為t時刻木犀草素溶液的濃度，mg/L；V為加入的木犀草素的溶液體積，L；W為加入的聚合物的質(zhì)量，g；Q為吸附量，mg/g。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH對MIP吸附木犀草素的影響

準確稱取若干份質(zhì)量為100 mg的MIP和NIP置于具塞錐形瓶中，加入50 mL質(zhì)量濃度為100 mg/L的pH值分別為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的木犀草素溶液，25℃下，于100 r/min的搖床中振蕩2.0 h后，測定溶液中木犀草素的濃度，計算吸附容量，考察pH對MIP吸附木犀草素的影響。結(jié)果見圖1。

圖1 pH對MIP和NIP吸附量的影響Fig.1Effects of pH on adsorption capacity of luteolin onto MIP and NIP

由圖1可知，溶液pH值對MIP和NIP吸附木犀草素吸附容量的影響具有相同的趨勢，MIP的吸附量遠遠大于NIP對木犀草素的吸附量，說明了印跡聚合物對特性分子的優(yōu)異吸附能力。另外，在pH值為7.0時，兩者的吸附容量均達到最高值。因為在pH值較低的溶液中，溶質(zhì)分子被大量質(zhì)子包圍，造成溶質(zhì)分子質(zhì)子化，不利于吸附質(zhì)與聚合物表面的官能團結(jié)合，造成吸附量較低。而高pH值環(huán)境，有可能腐蝕聚合物的構(gòu)架，造成聚合物結(jié)合力下降而引起孔結(jié)構(gòu)的塌陷，所以吸附容量降低。因此，較佳pH值為7.0。

2.2 底液濃度對MIP吸附木犀草素的影響

為探究底液濃度對聚合物吸附木犀草素的影響，準確秤取若干份質(zhì)量為100 mg的MIP和NIP置于具塞錐形瓶中，各加入50 mL質(zhì)量濃度為50 mg/g～ 150 mg/g的pH值為7.0的木犀草素溶液，待吸附平衡后，取樣分析，計算吸附量。結(jié)果見圖2。

圖2 底液濃度對MIP和NIP吸附量的影響Fig.2Effects of initial concentration on adsorption capacity of luteolin onto MIP and NIP

由圖2可知，隨著底液濃度的逐步加大，MIP和 NIP對木犀草素的吸附量曲線趨向于平緩，表明木犀草素在兩聚合物上的吸附達到了飽和。對于一定質(zhì)量的吸附劑來說，其能提供的有效吸附位點是一定的。當溶液濃度加大，更多的溶質(zhì)分子有機會占據(jù)空余的吸附位點，直至吸附劑表面的吸附位點完全利用為止。從圖2數(shù)據(jù)判斷，在底液濃度超過100 mg/L以后，吸附曲線變化已經(jīng)很緩慢，因此，可以選擇底液濃度為100 mg/L。

2.3 吸附等溫線

等溫吸附線用來描述一定溫度下達到吸附平衡時吸附質(zhì)在溶液與吸附劑兩相之間分配的關(guān)系。為研究該吸附過程的等溫吸附行為，分別取5份質(zhì)量為100mg的MIP和NIP置于具塞錐形瓶中，各加入50mL質(zhì)量濃度范圍為50 mg/g～250 mg/g的木犀草素溶液，待吸附達平衡后，取樣分析溶液中木犀草素的濃度，并計算平衡吸附量。采用經(jīng)典的Langmuir和Freundlich模型對等溫吸附數(shù)據(jù)進行處理。Langmuir模型方程表達式為：

Freundlich模型方程表達式為：

式中：Qm為一定溫度下聚合物的飽和吸附量，mg/ g；b為Langmuir常數(shù)，L/mg；kF和n為經(jīng)驗常數(shù)；Ce為木犀草素的平衡濃度，mg/L；Qe為平衡吸附量，mg/g。

等溫吸附結(jié)果見圖3，相關(guān)擬合數(shù)據(jù)見表1。

圖3 等溫吸附曲線Fig.3The adsorption isotherm of luteolin by MIP and NIP

由表1 Langmuir和Freundlich等溫吸附模型擬合的相關(guān)參數(shù)可以看出，相比Freundlich模型，MIP和NIP兩種聚合物對木犀草素的等溫吸附過程能更好地符合Langmuir模型，且MIP的飽和吸附量（31.983 mg/g）遠超NIP的飽和吸附量（19.960 mg/g），說明此印跡聚合物的印跡效果優(yōu)良，能顯著提高對目標物的吸附量。由于Langmuir模型基于單分子層吸附假設(shè)，且化學吸附一般為單分子層吸附，故可初步判斷該吸附過程為化學吸附過程。

2.4 吸附動力學

為進一步研究聚合物對木犀草素的吸附速率和吸附機理，采用準一級動力學方程和準二級動力學方程來研究該吸附過程。準一級動力學方程表達式為：

準二級動力學方程為：

式中：k1為準一級吸附速率常數(shù)，min；k2為準二級吸附速率常數(shù)，g/（mg·min）；Qt和Qe分別表示t時刻吸附量和平衡吸附量，mg/g。吸附動力學結(jié)果見圖4，擬合所獲得的動力學相關(guān)參數(shù)見表2。

圖4 聚合物MIP和NIP的吸附動力學曲線Fig.4Adsorption kinetic curves of MIP and NIP

表2 動力學方程擬合參數(shù)Table 2Kinetic parameters of pseudo first-order and pseudo second-order for Mn（Ⅱ）adsorption

由圖4吸附動力學曲線可知，MIP和NIP聚合物對木犀草素的吸附量在前2.0 h內(nèi)吸附量迅猛增加，超過2.0 h后曲線變得非常平緩，表示吸附過程已經(jīng)達到吸附平衡狀態(tài)，且MIP的吸附量要高于NIP的吸附量。這是因為MIP的空穴被木犀草素印跡，生成的空穴較大，在吸附初始階段模板分子易于由液相向固相的傳質(zhì)，所以初始階段表現(xiàn)較快吸附速率[16]。隨著時間的推移，模板分子的空穴逐漸被填滿，造成濃度梯度下降，所以吸附速度變緩，吸附達到了動態(tài)平衡。而非印記聚合物由于表面的非特異性吸附作用，且未有特定的印記空穴，造成吸附量有限。對表2的準一級動力學方程和準二級動力學方程的擬合結(jié)果進行分析可知，準二級動力學方程的擬合結(jié)果相關(guān)系數(shù)R2均較準一級動力學方程的R2要好，且由準二級動力學計算的平衡吸附量QeMIP和QeNIP（分別為31.983 mg/g和18.011 mg/g）接近于實驗值（分別為28.32 mg/g和18.53 mg/g），說明MIP和NIP聚合物對木犀草素的吸附過程能更好的服從準二級動力學方程。由于準二級動力學方程是基于化學吸附假設(shè)，可判斷MIP和NIP聚合物對木犀草素的吸附均屬化學吸附過程，吸附速率常數(shù)分別為kMIP為0.045 3 g/（mg·min），kNIP為0.021 2 g/（mg·min）。

2.5 吸附選擇性

為研究此印跡聚合物對木犀草素的吸附選擇性，選擇與木犀草素結(jié)構(gòu)類似的化合物槲皮素作為競爭分子。取兩份質(zhì)量濃度均為50 mg/L的木犀草素和槲皮素甲醇溶液各50mL，再依次加入100 mg的MIP和NIP，待吸附平衡后，取樣分析溶液中木犀草素的濃度?？疾煊≯E聚合物的吸附選擇性。

圖5 吸附選擇性試驗Fig.5Selective adsorption of MIP and NIP

由圖5可以看出，MIP聚合物對木犀草素和槲皮素的吸附量存在明顯差異，而NIP聚合物對這兩種化合物的吸附量差異卻不明顯，這再次證明了此印跡聚合物較強的吸附選擇性。另外，由圖5數(shù)據(jù)對比可知，印跡聚合物對兩種化合物的吸附量都超過非印跡聚合物，說明經(jīng)過印跡技術(shù)處理的聚合物能提供更多的吸附位點，顯著提升吸附量。

3 結(jié)論

1）以木犀草素為模板分子，丙烯酰胺和甲基丙烯酸為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，制備了木犀草素表面分子印跡聚合物。該印跡聚合物對木犀草素具有優(yōu)良的吸附效果，在pH值為7.0，底液濃度為100 mg/L，吸附時間2.0 h條件下，該聚合物對木犀草素的吸附量為28.32 mg/g。

b）此印跡聚合物對木犀草素的等溫吸附過程符合Langmuir方程，飽和吸附量為31.983 mg/g；吸附動力學研究表明，該吸附過程為準二級動力學方程，吸附速率常數(shù)為0.045 3 g/（mg·min）；選擇性試驗說明該印跡聚合物對目標物具有優(yōu)異的選擇識別能力。該聚合物能應用于木犀草素的前處理、提取等方面。

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The Study on Prepared of Luteolin Molecularly Imprinted Polymers and Its Adsorption Performance

TONG Hai-juan1，ZUO Wei-yuan1，SHI Bing-fang1，*，CHEN Sheng-yu1，LI Mei2
（1.College of Chemistry＆Environment Engineering，Baise University，Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory of Regional Ecological Environment Analysis and Pollution Control of West Guangxi，Baise 533000，Guangxi，China；2.Key Laboratory of Chemical and Biological Transformation Process of Guangxi Higher Education Institutes，School of Chemistry and Chemical Engineering of Guangxi University for Nationalities，Nanning 530006，Guangxi，China）

Molecularly imprinted polymers（MIP）prepared using luteolin，acrylamide and methyl acrylic acid and ethylene glycol dimethyl acrylic ester as template molecule，functional monomer and crosslinking agent，respectively.The factor affected the adsorption performance of MIP and the adsorption mechanism，as well as adsorption isothermal was investigated under static conditions.The result showed that：the luteolin adsorption capacity was 28.32 mg/g at pH value 7.0，initial concentration of luteolin 100 mg/L，adsorption time 2 h.Isotherms adsorption results indicated that the Langmuir model gave an acceptable fit to the experimental data than the Freundlich equation.Maximum luteolin uptake obtained was Qm=31.983 mg/g.Adsorption kinetics law conformed to a pseudo-second-order kinetics，the adsorption rate constant was 0.045 3 g/（mg·min）.The selectivity results indicated that the prepared MIP showed a good selectivity recognition ability to its template，It concluded that the prepared MIP could be employed as an effective material used in preliminary treatment，extract and other way of luteolin.

luteolin；molecularly imprinted polymers；adsorption；kinetics

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.09.022

2016-08-10

國家自然科學基金項目（41163007）；廣西高?？茖W技術(shù)研究項目（KY2015LX387，2013LX156）

仝海娟（1983—），女（漢），實驗師，碩士，主要從事分子印跡技術(shù)研究。

*通信作者：史兵方，教授，博士。