環(huán)境科學(xué)分子技術(shù)研究論文
1分子印跡技術(shù)原理
分子印跡技術(shù)是制備分子印跡聚合物的技術(shù)，其制備過(guò)程包括三個(gè)步驟[1]：一是使目標分子(即印跡分子，模板分子)與特定功能單體通過(guò)共價(jià)或非共價(jià)作用形成復合物；二是在復合物中加入交聯(lián)劑，使其在復合物周?chē)c功能單體聚合，形成剛性的高分子聚合材料；三是用物理或化學(xué)方法將模板分子從聚合物中取出，該聚合物(即分子印跡聚合物，簡(jiǎn)稱(chēng)MIPs)中便產(chǎn)生與模板分子的形狀、大小和官能團的固定排列相匹配的印跡孔穴，對模板分子具有“記憶”能力。根據模板分子和功能單體形成復合物時(shí)作用力的性質(zhì)，可以將其分為以下幾種類(lèi)型：
1.1共價(jià)法
共價(jià)法又稱(chēng)預組裝法。在此方法中，印跡分子與單體以共價(jià)鍵相互連接形成單體-印跡分子復合物，再交聯(lián)聚合；聚合后再通過(guò)化學(xué)途徑將共價(jià)鍵斷裂而去除印跡分子，從而得到分子印跡聚合物，其結構中具有與印跡分子互補，并可通過(guò)共價(jià)鍵結合的反應基團，可選擇性的結合印跡分子。
1.2非共價(jià)法
非共價(jià)法又稱(chēng)自組裝法，在此方法中，印跡分子與功能單體之間自組織排列，以非共價(jià)鍵自發(fā)形成具有多重作用位點(diǎn)的單體-印跡分子復合物，經(jīng)交聯(lián)聚合后這種作用被保存下來(lái)。常用的非共價(jià)作用有：氫鍵、靜電引力、金屬螯合作用、電荷轉移、疏水作用以及范德華力等，其中氫鍵的應用最多。
1.3共價(jià)法與非共價(jià)法的結合
聚合時(shí)單體與印跡分子間作用力是共價(jià)鍵，而在對印跡分子的識別過(guò)程中，二者的作用是非共價(jià)的，得到的MIP既有共價(jià)印跡聚合物親和專(zhuān)一性強的優(yōu)點(diǎn),又具有非共價(jià)印跡操作條件溫和的優(yōu)點(diǎn)。Piletsky[2]等也發(fā)展了一種以硅酸為印跡分子的分子自組裝和分子預組裝相結合的方法。
2分子印跡聚合物的制備方法和過(guò)程
2.1傳統方法（本體聚合）
將印跡分子、功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑按一定比例溶解在惰性溶劑中，然后移入一玻璃安培瓶中，超聲脫氣，通氮氣除氧，在真空下密封，經(jīng)熱引發(fā)或紫外光照射引發(fā)聚合得到塊狀聚合物，再經(jīng)粉碎、研磨和篩分，得到適當大小的粒子，洗脫除去印跡分子，經(jīng)真空干燥后即成分子印跡聚合物。
2.2原位聚合
原位聚合是一種在色譜柱中直接聚合得到雙連續結構和雙孔分布印跡聚合物的方法。此方法將MIP的'制備與裝柱一步完成，實(shí)驗過(guò)程得到大大簡(jiǎn)化，具有很強的適用性。
2.3懸浮聚合
懸浮聚合法是制備聚合物微球最簡(jiǎn)便也最常用的方法之一。將模板、功能單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑溶于有機溶液中，形成均相體系，然后移入懸浮介質(zhì)中聚合而得到印跡聚合物。
2.4乳液聚合
乳液聚合是將模板分子、功能單體、交聯(lián)劑溶于有機溶劑中，然后將此溶液轉入水中（通常再加入一定量的表面活性劑），攪拌使其乳化。然后加入引發(fā)劑交聯(lián)聚合就可得到粒徑較為均一的球形聚合物。
2.5表面印跡法
表面分子印跡是指在固體表面進(jìn)行印跡聚合的技術(shù)。先將模板分子與功能單體在有機溶劑中反應形成加合物，然后此加合物在基質(zhì)表面反應嫁接。
3分子印跡技術(shù)的發(fā)展
傳統印跡材料存在著(zhù)制備過(guò)程繁瑣，傳質(zhì)速度慢，吸附容量低的缺點(diǎn)。因此一些新的技術(shù)和方法出現，如分子印跡膜技術(shù)、分子印跡磁性材料和分子印跡納米材料等等。
3.1分子印跡膜技術(shù)
分子印跡膜源于表面印跡，是一種兼具分子印跡技術(shù)與膜分離技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的新興技術(shù)，其研究最早開(kāi)始于20世紀90年代。
3.2分子印跡磁性材料
結合磁性材料的分子印跡技術(shù)制備的分子印跡聚合物稱(chēng)為磁性分子印跡聚合物。表面修飾過(guò)的磁性微球在聚合過(guò)程中嵌入分子印跡聚合物母體中，從而使分子印跡聚合物具有一定的磁性。分子印跡聚合物在再識別吸附過(guò)程完成后，分離傳統MIPs和溶液需要離心和過(guò)濾等繁瑣的步驟。磁性分子印跡聚合物則只需要外加一個(gè)磁場(chǎng)即可以實(shí)現與溶液分離，其操作相對簡(jiǎn)單且分離時(shí)間短。
3.3分子印跡納米材料
納米技術(shù)的發(fā)展，以及納米材料的特殊性質(zhì)，使人們越來(lái)越開(kāi)始關(guān)注納米材料。納米材料是指三維尺度中有一維以上處于納米量級（1-100nm），即由尺寸介于原子、分子和宏觀(guān)體系之間的納米粒子所組成的新一代材料。納米材料與傳統材料相比有較低的熔點(diǎn)、較小的體積、巨大的比表面積、強化學(xué)活性和催化活性，此外還有特殊的比熱、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)等一系列優(yōu)良的性能。分子印跡技術(shù)利用納米材料巨大的比表面積制備印跡聚合物，可以充分地暴露印跡識別位點(diǎn)，大大減少吸附過(guò)程中的傳質(zhì)阻力，增強吸附過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)特征，同時(shí)提高吸附容量[3]。
4分子印跡技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應用
環(huán)境樣品具有組分復雜，污染物濃度低的特點(diǎn)，因此在分析過(guò)程中需要將環(huán)境樣品進(jìn)行分離富集，同時(shí)檢測方法的靈敏度要求較高。而分子印跡聚合物能夠在復雜的體系中識別專(zhuān)門(mén)的化合物，即具有專(zhuān)屬性，能夠很好地將待分析污染物從復雜的環(huán)境體系中分離出來(lái)；同時(shí)分子印跡利用專(zhuān)屬性，能夠將待分析污染物從低濃度的環(huán)境體系中吸附到聚合物中，即具有較強的富集能力。分子印跡技術(shù)集分離與富集于一體的特點(diǎn)，再加上其與SPE、GC、GC-MS、HPLC、HPLC-MS等后繼分析技術(shù)聯(lián)用的高靈敏度的特點(diǎn)，分子印跡技術(shù)在環(huán)境監測領(lǐng)域將會(huì )有很大的發(fā)展空間。
5展望
環(huán)境樣品具有種類(lèi)多、組分復雜、濃度低、且易變化等特點(diǎn)、需要一個(gè)能夠針對這些特點(diǎn)進(jìn)行快速簡(jiǎn)便檢測的分析方法。而分子印跡聚合物能夠在復雜的體系中識別專(zhuān)門(mén)的化合物，即具有專(zhuān)屬性，能夠很好地將待分析污染物從復雜的環(huán)境體系中分離出來(lái)。分子印跡技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，涌現出來(lái)了很多新型的分子印跡材料，這種印跡材料克服了傳統印跡材料制備過(guò)程繁瑣，傳質(zhì)速度慢，吸附容量低的缺點(diǎn)。隨著(zhù)分子印跡技術(shù)研究的不斷深入和應用領(lǐng)域的不斷拓展、環(huán)境工作者越來(lái)越認識到分子印跡技術(shù)在環(huán)境監測領(lǐng)域應用的廣闊前景。
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