分子印迹聚合物的电化学合成及其表征与应用

重金属离子检测是食品与环境监测的一个重要领域。用分子印迹聚合物(MIP)修饰石英微天平金电极是实现高灵敏度快速现场检测重金属离子的有效方法，但传统的修饰方法以金属裸离子为检测对象，非特异性吸附等因素影响检测的选择性。项目申请人提出以金属离子络合物作为模板分子及洗脱与检测对象，用电化学方法在金电极表面原位合成MIP，以石英微天平为能量转换器，实现对重金属离子的高灵敏度、高选择性快速检测。本项目拟在进一步优化合成条件的基础上，深入研究金属离子络合物与MIP之间的相互作用，为研究有效的模板分子洗脱条件、金属离子检测的化学条件以及提高合成过程中模板分子的包覆效率等提供科学依据。

本项目分别以Cu、Zn、Fe、Cd等重金属离子的EDTA络合物为模板分子，利用循环伏安法在石英晶体金盘电极表面原位合成了分子印迹聚邻苯二胺膜。以Cu(II)-EDTA印迹聚邻苯二胺膜修饰的石英晶体金盘电极为例，采用紫外可见光谱，X射线光电子能谱和石英晶体微天平对Cu(II)-EDTA分子印迹聚合物进行表征，研究了金属离子络合物与分子印迹聚合物（MIPs）之间的相互作用。紫外可见光谱表明在pH≥5的条件下，有利于电极表面形高聚合度的聚邻苯二胺；X射线光电子能谱也证明了Cu(II)-EDTA被成功地包覆在聚合物中，而与聚邻苯二胺形成多位点的氢键作用是促使其被包埋的主要因素。在此基础上，以石英晶体微天平为能量转换器，考察了Cu(II)-EDTA、Zn(II)-EDTA、Fe(III)-EDTA和Cd(II)-EDTA印迹聚邻苯二胺膜的特异性结合能力。四种印迹聚合物膜对各自的模板分子均表现出了明显的选择性结合能力而对其他金属的EDTA络合物响应较弱，并且石英晶体微天平的频率响应大小和溶液中模板分子的浓度在~10-6 - ~10-4 mol•L-1范围内呈线性关系。此外，研究组还计算了印迹聚合膜对模板分子及其类似物的结合常数，发现形成螯合物构象的不同是影响选择性结合能力的主要因素。最后，研究组将Cu(II)-EDTA印迹聚邻苯二胺膜修饰的石英晶体微天平用于实际水样中铜离子的检测。结果表明，本实验方法的检测结果与标准的原子吸收检测结果较为接近，相对偏差在17%以下。