王成，郭建良，饒國(guó)寧

（南京理工大學(xué)化工學(xué)院，江蘇南京210094）

三硝基甲苯（TNT）是一種常見(jiàn)的單體炸藥，性質(zhì)穩(wěn)定、爆炸威力大，廣泛應(yīng)用于彈藥合成和裝藥工業(yè)，同時(shí)也常被不法分子利用，造成恐怖襲擊，嚴(yán)重威脅著社會(huì)穩(wěn)定和財(cái)產(chǎn)安全[1]，因此需要采取有效的爆炸物檢測(cè)技術(shù)。當(dāng)前，常用的爆炸物識(shí)別和探測(cè)技術(shù)分為微痕量探測(cè)技術(shù)和體探測(cè)技術(shù)，包括離子遷移光譜、激光拉曼光譜以及X 射線成像技術(shù)等，然而這些技術(shù)均存在不足[2]。分子印跡技術(shù)在爆炸物檢測(cè)方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。分子印跡技術(shù)是以目標(biāo)分子為模板，制備對(duì)目標(biāo)分子有特異選擇性的聚合物[3]，即分子印跡聚合物（MIPs）。MIPs 具有與目標(biāo)分子在空間結(jié)構(gòu)和功能基團(tuán)上完全匹配的空穴[4]，對(duì)目標(biāo)分子能夠進(jìn)行特異性識(shí)別，其制備簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且可重復(fù)利用。

傳感器是指通過(guò)轉(zhuǎn)化器與敏感部件的配合,對(duì)特定物質(zhì)具有良好選擇性和可逆響應(yīng)的分析裝置。MIPs 可以用作傳感器的識(shí)別元件，得到分子印跡傳感器。分子印跡電化學(xué)傳感器是基于分子印跡技術(shù)和電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)[5]，利用MIPs作為電極的敏感材料[6]，用來(lái)構(gòu)建電化學(xué)傳感器，其對(duì)模板分子具有高選擇性的特異性識(shí)別性能，具備穩(wěn)定性好、靈敏度高、制備和檢測(cè)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

目前制作該傳感器的方法分為兩種，即直接聚合或間接涂滴。直接聚合是指在轉(zhuǎn)換器的表面直接進(jìn)行MIPs 的合成，從而在表面得到分子印跡薄膜[7]（如電化學(xué)聚合）；間接涂滴是指通過(guò)實(shí)驗(yàn)先得到MIPs，再將其涂滴到轉(zhuǎn)換器表面[8]（如表面涂覆法）。本文先通過(guò)分子印跡技術(shù)制得TNT 的分子印跡聚合物，然后通過(guò)表面涂覆法在玻碳電極表面形成TNT 分子印跡聚合膜，制備出電化學(xué)傳感器，并通過(guò)循環(huán)伏安法和差分脈沖伏安法對(duì)修飾電極的電化學(xué)行為進(jìn)行考察。分子印跡技術(shù)與電化學(xué)傳感器的聯(lián)用有望給TNT 的檢測(cè)開(kāi)辟新路徑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

三硝基甲苯，軍用品；2,4-二硝基甲苯（DNT），CP，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；環(huán)三次甲基三硝胺（RDX），軍用品；過(guò)硫酸鉀（KPS），AR，阿拉丁試劑有限公司（中國(guó)上海）；十二烷基苯磺酸鈉（SDBS），AR，邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司；甲基丙烯酸（MAA），AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA），AR，阿拉丁試劑有限公司（中國(guó)上海）；其余試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)所用水均為蒸餾水。

集熱式磁力加熱攪拌器（DF-1），鞏義予華儀器；紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV,Evolution 220），美國(guó)賽默飛世爾；掃描電子顯微鏡（SEM,XL-30 ESEM），美國(guó)FEI；傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR, Nicolet IS10），美國(guó)賽默飛世爾；高效液相色譜分析儀（HPLC,1200），美國(guó)安捷倫；臺(tái)式高速離心機(jī)（TG16-WS），湖南湘儀；真空干燥箱（DZF6050），上海精宏；數(shù)控超聲波清洗器（KQ-250B），昆山超聲儀器；電化學(xué)工作站（CHI660D），上海辰華儀器。

1.2 TNT分子印跡聚合物微球的制備

采用乳液聚合法制備TNT 的分子印跡聚合物。在100mL水溶液中加入12mg SDBS，攪拌混合均勻加入250mL 燒瓶；在30mL 乙腈溶液中加入227.2mg模板分子TNT、344.36mg功能單體MAA和1.982g 交聯(lián)劑EDGMA，將混合溶液超聲5min 形成均勻溶液，倒入250mL 燒瓶中。充分?jǐn)嚢栊纬砂咨橐?，加?7.04mg 引發(fā)劑KPS，在這個(gè)體系中通15min氮?dú)?，并用真空硅脂將燒瓶密封。將燒瓶放?0℃水浴中，以250r/min的攪拌速率反應(yīng)12h。反應(yīng)結(jié)束后，先讓體系緩慢冷卻至室溫，再用高速離心機(jī)分離制備的微球，分別用甲醇和乙腈洗滌以除去未反應(yīng)的物質(zhì)。將微球放在甲醇∶乙酸（9∶1，體積比）混合溶液中超聲來(lái)提取模板分子TNT，每隔1h換1次溶液，直到提取液中檢測(cè)不到TNT的紫外吸收峰。將制得的聚合物分別使用乙醇、甲醇洗滌數(shù)次，放在40℃真空干燥箱中干燥12h，從而得到分子印跡聚合物微球MIPs。按照上述步驟，在制備過(guò)程中不加入TNT，得到非印跡聚合物NIPs。

1.3 聚合物的吸附實(shí)驗(yàn)

1.3.1 平衡吸附實(shí)驗(yàn)

稱取15mg MIPs 或NIPs 于10mL 離心管中，依次加入0.01～0.1mmol/mL 的TNT 的乙腈溶液5mL。將密封好的離心管置于振蕩器中，25℃下振蕩5h。用高速離心機(jī)離心分離，并取適量離心后的溶液用0.22μm 膜過(guò)濾。用高效液相色譜分析儀測(cè)定在245nm處的吸附溶液中的TNT濃度，平行測(cè)定3次取平均值。根據(jù)吸附前后溶液中TNT 含量的變化，使用式(1)計(jì)算聚合物對(duì)TNT的平衡結(jié)合量Q[1]。

式中，Q 是MIPs 和NIPs 對(duì)模板分子TNT 的平衡吸附量，mmol/g；C0是吸附溶液中TNT的初始濃度，mmol/mL；C是吸附平衡時(shí)溶液中的TNT濃度，mmol/mL；V 是吸附溶液的體積，mL；m 是加入樣品的質(zhì)量，mg。

1.3.2 吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

稱取20mg MIPs或NIPs分散于5mL 0.1mmol/mL的TNT 的乙腈溶液中，將混合液置于振蕩器中，在不同時(shí)間內(nèi)結(jié)束振蕩，離心分離吸附劑和吸附液。吸附液用0.22μm 膜過(guò)濾，用高效液相色譜分析儀測(cè)定吸附液中TNT的濃度，平行測(cè)定3次取平均值。同樣根據(jù)式(1)計(jì)算吸附劑對(duì)TNT的吸附量。

1.3.3 選擇性吸附實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證聚合物的特異吸附性，用DNT 與RDX 作為吸附競(jìng)爭(zhēng)物，分別測(cè)定MIPs 與NIPs 對(duì)TNT 及其結(jié)構(gòu)類(lèi)似物的吸附能力。稱取15mgMIPs于10mL離心管中，分別加入5mL不同濃度的TNT、DNT、RDX 的乙腈溶液，25℃振蕩5h。離心分離吸附劑和吸附液，吸附液用0.22μm 膜過(guò)濾，測(cè)定樣品對(duì)不同底物的吸附量，平行測(cè)定3 次取平均值。分離系數(shù)由式(2)計(jì)算。

式中，cp表示聚合物結(jié)合底物的濃度，cs表示溶液中底物的平衡濃度。

1.4 分子印跡電化學(xué)傳感器的制備

電化學(xué)工作站三電極系統(tǒng)的組成包括：裸玻碳（GEC） 或者修飾玻碳電極（工作電極，直徑3mm）、鉑絲電極（對(duì)電極）與飽和甘汞電極（參比電極）。其中，把裸玻碳電極用0.05μm 的Al2O3粉末在麂皮上拋光成鏡面，再依次用硝酸溶液（水與硝酸的體積比為1∶1）、無(wú)水乙醇和2 次蒸餾水超聲5min，在室溫下晾干待用。然后把0.05g 殼聚糖固體溶于10mL 乙酸溶液（2.0mol/L）中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的殼聚糖溶液，在1mL0.5%的殼聚糖溶液中加入20mg MIPs或NIPs。將混合溶液超聲30min，取10μL 溶液涂滴在處理好的裸玻碳電極表面（表面涂覆法），過(guò)夜晾干[9]。

用NaH2PO4和Na2HPO4配制磷酸鹽緩沖液（PBS，0.2mol/L，PH=7）。以0.2mol/L 的PBS 溶液為支持電解質(zhì)，用差分脈沖伏安法（DPV）來(lái)除去修飾電極的模板分子TNT，當(dāng)響應(yīng)曲線不再變化時(shí)表明TNT完全去除。用2次水洗凈修飾電極，懸掛在空白PBS溶液上方，低溫下進(jìn)行保存。

1.5 電化學(xué)測(cè)試條件

采用差分脈沖伏安法（DPV）來(lái)除去印跡材料中的TNT 分子以及得到傳感器的線性范圍和檢出限，采用循環(huán)伏安法（CV）來(lái)研究MIPs 修飾電極的電化學(xué)性質(zhì)和TNT在修飾電極上的電化學(xué)響應(yīng)。

差分脈沖伏安法表征：電壓范圍為-1～-0.1V，電壓增量為0.004V，振幅為0.05V，脈沖寬度為0.05s，采樣寬度為0.0167s，背景液為空白PBS。

循環(huán)伏安法表征：電壓范圍為-0.2～+0.6V，掃描速率為50mV/s，背景液為0.2mol/L 的KCl 和5.0mmol/L的K3[Fe(CN)6]混合溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 TNT與MAA相互作用表征

選擇甲基丙烯酸（MAA）為功能單體，驗(yàn)證MAA 能否與模板分子TNT 形成穩(wěn)定的復(fù)合物。在濃度4mmol/L 的MAA 乙醇溶液中加入TNT，超聲30min 充分混合后，其紫外吸收譜圖如圖1?？梢钥闯鲭S著TNT 含量的增大，溶液的紫外峰型逐漸變寬，最大紫外吸收波從331nm 處紅移至373nm，吸收峰強(qiáng)度不斷增大。說(shuō)明TNT 和MAA 之間產(chǎn)生了相互作用力，可能是由于TNT 分子中的硝基與MAA 分子中的羧基之間形成了氫鍵。在聚合過(guò)程中，TNT與MAA的摩爾比選為1∶4。隨著MAA濃度的增大，TNT 與MAA 的作用力也會(huì)增大，但是增加的幅度有限，并且過(guò)量的MAA 可能會(huì)使單體自聚以及產(chǎn)生未完全聚合的殘基，導(dǎo)致制備的MIPs的純度降低，特異吸附性能下降。

圖1 MAA與TNT不同摩爾比溶液的紫外光譜圖

2.2 聚合物的紅外表征

圖2 是樣品的紅外譜圖，其中a 是模板分子TNT洗脫之前的MIPs，b是未加入模板分子制得的NIPs，c是甲醇∶乙酸（9∶1體積比）混合溶液洗脫后的MIPs。在a中，2994cm-1處出現(xiàn)吸收峰是樣品中—CH2—的振動(dòng)引起的，1730cm-1處出現(xiàn)吸收峰是交聯(lián)劑EDGMA 中的C==O 的振動(dòng)引起的，1542cm-1處的吸收峰是TNT分子中苯環(huán)的骨架振動(dòng)引起的，1355cm-1處的吸收峰是TNT 分子中－NO2伸縮振動(dòng)引起的。a 與b 的對(duì)比證明了MIPs 中TNT的存在。在c中，可以看出TNT的苯環(huán)和硝基吸收峰發(fā)生了明顯減弱，洗脫后的MIPs 曲線和NIPs 曲線接近一致，這說(shuō)明在聚合過(guò)程中結(jié)合在MIPs 中的大部分TNT 被洗脫出來(lái)，從而在MIPs 中留下了與TNT 形狀、大小完全匹配的空穴，實(shí)現(xiàn)了對(duì)模板分子TNT的特異性吸附。

2.3 聚合物制備條件的優(yōu)化

2.3.1 溶劑對(duì)聚合物形貌的影響

根據(jù)本文1.2 節(jié)中的實(shí)驗(yàn)方案，保持其他反應(yīng)條件不變，只改變加入的溶劑乙腈的用量，研究其對(duì)樣品形貌和粒徑的影響。如圖3所示，乙腈的用量為10mL 時(shí)樣品的形狀為球形，大小分布不均勻；乙腈的用量為30mL 時(shí)聚合物的形貌規(guī)則，分散性較好，沒(méi)有粘結(jié)現(xiàn)象；乙腈的用量為50mL時(shí)，樣品之間互相粘結(jié)，形成少量微球。因此選擇溶劑乙腈的用量為30mL。

圖2 樣品的紅外譜圖

2.3.2 乳化劑用量對(duì)聚合物形貌的影響

根據(jù)本文1.2 節(jié)中的實(shí)驗(yàn)方案，保持其他反應(yīng)條件不變，只改變加入的乳化劑SDBS 的用量，研究其對(duì)樣品表面形貌的影響[10]。如圖4 所示，當(dāng)SDBS 用量為6mg 時(shí)，乳液出現(xiàn)分層現(xiàn)象，無(wú)法混合均勻，樣品粘連，難以形成微球；當(dāng)SDBS 用量為12mg 時(shí)，乳液乳白細(xì)膩，穩(wěn)定性強(qiáng)，樣品顆粒均勻；當(dāng)SDBS用量為30mg時(shí)，乳液黏度增大，所形成的樣品微球粒徑出現(xiàn)球型，但相互粘結(jié)，分散較差。因此選擇SDBS用量為12mg。

2.3.3 模板分子對(duì)聚合物形貌的影響

根據(jù)本文1.2 節(jié)中的實(shí)驗(yàn)方案，研究制得的MIPs和NIPs的形貌差別。如圖5，相同條件下制備的MIPs與NIPs形態(tài)相似，但是NIPs的粒徑略大于MIPs，同時(shí)樣品發(fā)生了粘連。這可能是因?yàn)榧尤隩NT 后，TNT 和MAA 之間的氫鍵作用力減少了MAA 單體的自聚。單個(gè)MIPs 中的TNT 含量增加，聚合過(guò)程更容易發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移和終止，因此在一定程度上導(dǎo)致了最終形成的樣品粒徑減小[11]。

圖3 不同的乙腈用量制備聚合物的SEM圖

圖4 不同的SDBS用量制備聚合物的SEM圖

圖5 不同模板分子制備聚合物的SEM圖

2.4 聚合物的吸附性能

2.4.1 平衡吸附性能

在0.01～0.1mmol/mL濃度范圍內(nèi)，測(cè)定MIPs和NIPs 對(duì)TNT 的吸附量。如圖6，在此濃度范圍內(nèi)，當(dāng)TNT 濃度增大時(shí)，MIPs 和NIPs 的吸附量都隨之增大，而MIPs 對(duì)TNT 的吸附量遠(yuǎn)高于NIPs。當(dāng)TNT的濃度達(dá)到0.04mmol/mL 時(shí)，NIPs對(duì)TNT的吸附量已趨于飽和。因?yàn)樵谙疵撃０宸肿覶NT 后，MIPs 的內(nèi)部留下與模板分子相對(duì)應(yīng)的印跡空穴和功能基團(tuán)，所以MIPs 對(duì)TNT 的吸附能力更好[12]。而NIPs 在經(jīng)過(guò)交聯(lián)聚合后，內(nèi)部形成緊湊的空穴結(jié)構(gòu)，功能單體的活性基團(tuán)大多被包埋在NIPs 內(nèi)部，所以與TNT 的結(jié)合則更多依靠表面的物理吸附作用[13]。

圖6 MIPs和NIPs對(duì)不同濃度TNT的吸附曲線

為了研究聚合物對(duì)TNT 的結(jié)合特性，用Scatchard 方程對(duì)平衡吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行分析擬合，Scatchard方程式如式(3)。

式中：Q 是吸附平衡時(shí)聚合物對(duì)TNT 的吸附量，mmol/g；C 是吸附平衡時(shí)溶液中TNT 的濃度，mmol/mL；Qmax是最大表觀結(jié)合量，mmol/g；Kd為離解常數(shù)。

再使用Q/C 對(duì)Q 作圖，進(jìn)行線性擬合，如圖7所示，線性擬合方程是Q/C = 209.88- 3.118Q。MIPs 對(duì)于TNT 的化學(xué)吸附存在一種結(jié)合位點(diǎn)，是由于TNT 的硝基與MAA 的羧基之間形成了氫鍵[14]。

2.4.2 吸附動(dòng)力學(xué)

圖7 MIPs對(duì)TNT吸附量的Scatchard方程擬合

固定乙腈溶液中的TNT 濃度為0.1mmol/mL，MIPs 的用量為20mg，測(cè)定吸附不同時(shí)刻樣品對(duì)TNT 的吸附量，研究MIPs 和NIPs 對(duì)TNT 的吸附速率，如圖8?？梢钥闯?，MIPs對(duì)TNT的吸附速率遠(yuǎn)大于NIPs。在140min 時(shí)，MIPs 吸附速率降低，吸附量達(dá)到了總吸附量的95%，吸附過(guò)程趨于平衡。而在80min 時(shí)NIPs 的吸附過(guò)程趨于平衡。MIPs 中分布著空穴結(jié)構(gòu)，因此在吸附開(kāi)始階段MIPs 外表面有著大量空白的印跡結(jié)合位點(diǎn)，對(duì)模板分子的結(jié)合速率較高，對(duì)TNT 的吸附量也迅速增加；當(dāng)吸附過(guò)程進(jìn)行到一定程度時(shí)，外表面的結(jié)合位點(diǎn)趨于飽和，TNT 便開(kāi)始向MIPs 的內(nèi)部擴(kuò)散，產(chǎn)生空間位阻效應(yīng)導(dǎo)致MIPs 對(duì)TNT 的吸附速率明顯下降，最終達(dá)到飽和。而NIPs 對(duì)TNT 的吸附則更多依靠樣品表面的物理吸附作用[15]，因此吸附速率較低，吸附很快就達(dá)到平衡。

圖8 MIPs和NIPs的吸附動(dòng)力學(xué)曲線

2.4.3 吸附選擇性

選擇TNT 的結(jié)構(gòu)類(lèi)似物RDX 和DNT 作為吸附競(jìng)爭(zhēng)物。如圖9，隨著底物濃度的增大，MIPs 對(duì)3種物質(zhì)的吸附量均不斷增大，但MIPs 對(duì)TNT 的吸附量遠(yuǎn)高于RDX 和DNT。表1 是MIPs 對(duì)不同濃度的底物的分離常數(shù)及選擇性系數(shù)計(jì)算結(jié)果。選擇性識(shí)別因子α 定義為兩種不同底物的分離系數(shù)之比。由表可以得出，在3種濃度條件下，MIPs對(duì)TNT的分離常數(shù)遠(yuǎn)大于RDX 和DNT，對(duì)RDX 和DNT 的選擇性系數(shù)均大于4.4，說(shuō)明MIPs對(duì)TNT有較好的選擇性吸附能力。

2.5 分子印跡電化學(xué)傳感器的表征

2.5.1 修飾電極在鐵氰化鉀中的表征

為了除去印跡材料中的TNT 分子，采用DPV法[9]來(lái)研究該傳感器在1mg/mL 的TNT 乙腈溶液中吸附不同時(shí)間的響應(yīng)曲線，如圖10。可以看到，隨著傳感器的不斷掃描，DPV 的響應(yīng)電流越來(lái)越小，TNT 的硝基在轉(zhuǎn)化為胺基后與MAA 的氫鍵斷裂，從材料中洗脫出來(lái)，掃描22 次后，修飾電極的DPV 響應(yīng)曲線幾乎不再變化，這表明模板分子已完全去除。

圖9 MIPs對(duì)TNT及其結(jié)構(gòu)類(lèi)似物的吸附量

表1 MIPs對(duì)不同濃度底物的分離常數(shù)及選擇性系數(shù)

圖10 MIPs修飾電極在PBS中去除TNT的DPV曲線

通過(guò)鐵氰化鉀探針，采用CV法研究MIPs修飾電極的電化學(xué)性質(zhì)。圖11 分別對(duì)應(yīng)裸玻碳電極與不同修飾電極在鐵氰化鉀溶液中的伏安特性曲線?？梢钥闯?，裸玻碳電極有1 對(duì)可逆的氧化還原峰，峰電流響應(yīng)之比約為1∶1。而在MIPs 和NIPs的修飾電極中，K3Fe(CN)6的可逆氧化還原峰值響應(yīng)明顯變小，電極表面修飾的膜嚴(yán)重阻礙了電子和質(zhì)子在玻碳電極表面與溶液中的傳遞過(guò)程。當(dāng)MIPs 中的TNT 完全洗脫之后，修飾電極對(duì)K3Fe(CN)6的氧化還原峰值顯著提高，證明洗脫后MIPs 中存在印跡空穴。但是洗脫后MIPs 修飾電極的峰電流仍然比裸玻碳電極低，因?yàn)榫酆夏ぶ旅艿谋砻娼Y(jié)構(gòu)對(duì)[Fe(CN)6]3－離子向電極表面的擴(kuò)散過(guò)程產(chǎn)生了阻礙，導(dǎo)致[Fe(CN)6]3－只能通過(guò)印跡空穴擴(kuò)散到電極表面來(lái)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。

圖11 玻碳電極及不同修飾電極在鐵氰化鉀中的CV曲線

2.5.2 TNT在修飾電極上的響應(yīng)分析

采用CV法來(lái)考察TNT在修飾電極上的響應(yīng)。將裸玻碳電極、MIPs與NIPs修飾電極放入0.5mg/mL的TNT乙腈溶液中富集4min，用2次水沖洗電極，接著浸入空白的PBS溶液中來(lái)考察其循環(huán)伏安響應(yīng)[16]。如圖12，MIPs與NIPs都有1對(duì)可逆的氧化還原峰，其中相比較NIPs，MIPs的峰型更尖銳和集中，峰電流更大，峰電位差更小。而裸玻碳電極對(duì)TNT幾乎沒(méi)有響應(yīng)。因此可以得出MIPs對(duì)TNT有良好的吸附能力，印跡材料的吸附量也更大。這是因?yàn)镸IPs中印跡的模板分子TNT洗脫后，在印跡材料的表面會(huì)形成與TNT匹配的空穴，能夠有效富集且特異性識(shí)別溶液中的TNT。而NIPs修飾電極中沒(méi)有與TNT結(jié)合的印跡空穴，所以對(duì)TNT的吸附則相對(duì)很少。裸玻碳電極在經(jīng)過(guò)2 次水沖洗后，幾乎沒(méi)有吸附模板分子。

圖12 修飾電極吸附TNT后的CV曲線

2.5.3 富集時(shí)間的影響

如圖10，在DPV 掃描過(guò)程中，MIPs 的修飾電極有3 個(gè)還原峰，峰電位大約分別-0.43V、-0.58V、-0.73V，對(duì)應(yīng)TNT的苯環(huán)上3個(gè)硝基先后得電子轉(zhuǎn)變?yōu)榘坊碾娀瘜W(xué)還原過(guò)程。?。?.43V處的還原峰進(jìn)行分析。圖13 是在0～5min 內(nèi)，富集不同的時(shí)間-0.43V 電位處的峰電流值。隨著富集時(shí)間的增加，峰電流增大，當(dāng)富集3min 時(shí)達(dá)到最大電流值的94%，且MIPs 修飾電極在5min 內(nèi)達(dá)到吸附平衡。實(shí)驗(yàn)表明，在吸附過(guò)程中MIPs 修飾電極對(duì)TNT 的結(jié)合速率很快，這是因?yàn)橛≯E薄膜上有較大的比表面積和較多的印跡位點(diǎn)[17]。由于薄膜的大量印跡位點(diǎn)都位于表面，TNT更容易進(jìn)入印跡位點(diǎn)，因此TNT 與印跡薄膜之間的傳質(zhì)阻力較小，可以很快地達(dá)到吸附平衡。

圖13 富集不同時(shí)間－0.43V電位處的峰電流值

2.6 傳感器的性能

2.6.1 線性范圍和檢出限

采用DPV法研究不同濃度的電化學(xué)還原行為。將修飾好的電極浸入一定質(zhì)量濃度的TNT 乙腈溶液中，來(lái)獲取傳感器的線性檢測(cè)范圍和最低檢出限[18-19]，對(duì)-0.43V處的還原峰進(jìn)行分析。圖14是富集不同濃度TNT乙腈溶液4min后的DPV響應(yīng)曲線，可以看出，當(dāng)TNT 的濃度增大時(shí)，-0.43V 處峰電流也不斷增大，峰電流大小與0.1～5mg/mL 范圍內(nèi)的TNT 濃度呈線性關(guān)系，校正曲線見(jiàn)圖15，線性方程為y=5.62x+2.33，TNT 的檢出限為0.06mg/mL(S/N=3)，線性相關(guān)系數(shù)為0.996。因此可以得出，修飾的傳感器對(duì)TNT的檢測(cè)有很好的靈敏度。

2.6.2 修飾電極對(duì)TNT的選擇性

圖14 MIPs修飾電極隨著TNT濃度增加的DPV響應(yīng)曲線

圖15 MIPs修飾電極的校正曲線

為了衡量傳感器的性能，將其應(yīng)用于對(duì)TNT的特異性識(shí)別，用DNT 和RDX 作為對(duì)比，考察修飾電極的選擇性吸附[20]。圖16 是MIPs 和NIPs 傳感器在-0.43V 處的DPV 響應(yīng)電流，很明顯地看出MIPs 傳感器對(duì)TNT 的響應(yīng)電流最大，分別是DNT和RDX的3.13倍和3.27倍。而NIPs傳感器對(duì)TNT、DNT 和RDX 的響應(yīng)電流相差不大。觀察三者的結(jié)構(gòu)，DNT 和TNT 的結(jié)構(gòu)比較接近，但DNT 的苯環(huán)上比TNT 少了1 個(gè)硝基，導(dǎo)致與MAA 的相互作用力更薄弱，所以MIPs 對(duì)其雖有一定的吸附作用，但吸附能力更差。以上數(shù)據(jù)表明，MIPs 傳感器表面的結(jié)合位點(diǎn)可以與TNT 進(jìn)行特異性結(jié)合，構(gòu)建的MIPs 傳感器對(duì)TNT 分子具有很強(qiáng)的特異性識(shí)別能力。

圖16 修飾電極對(duì)TNT的選擇性吸附

3 結(jié)論

（1）以MAA 為功能單體，TNT 為模板分子，采用乳液聚合法制備TNT的分子印跡聚合物MIPs。將制備的MIPs 分散在溶劑中，通過(guò)表面涂覆法制備出TNT的分子印跡電化學(xué)傳感器。

（2）當(dāng)溶劑用量為30mL、乳化劑用量為12mg時(shí)，制備的MIPs 形貌規(guī)則、粒徑均勻。MIPs 對(duì)TNT 的吸附量隨著TNT 初始濃度的增加而增加，140min 后達(dá)到最大吸附量的95%。MIPs 對(duì)TNT 的分離常數(shù)遠(yuǎn)大于RDX 和DNT，對(duì)RDX 和DNT 的選擇性系數(shù)均達(dá)到4.4以上，說(shuō)明MIPs對(duì)TNT有較好的選擇性吸附能力。

（3）鐵氰化鉀探針實(shí)驗(yàn)和對(duì)TNT 的響應(yīng)曲線驗(yàn)證了電化學(xué)傳感器的成功制備，富集時(shí)間實(shí)驗(yàn)得出該傳感器富集3min 就可以達(dá)到最大電流值的94%。

（4）檢測(cè)范圍實(shí)驗(yàn)和選擇性吸附實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)TNT 的濃度在0.1～5mg/mL 范圍內(nèi)時(shí)，可與峰電流呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢出限是0.06mg/mL。該傳感器對(duì)TNT 的電流響應(yīng)分別是DNT 與RDX 的3.13倍和3.27倍，表現(xiàn)出很強(qiáng)的特異性識(shí)別能力。這種TNT的分子印跡電化學(xué)傳感器有望給快速、靈敏地檢測(cè)TNT 以及開(kāi)發(fā)研制便攜式檢測(cè)儀器等工作提供新的思路。