溶胶凝胶法制备光响应性分子印迹聚合物及其应用研究

论文摘要

分子印迹聚合物是一种新型的三维高度交联的智能材料,已被证实是制备分子识别材料的有效技术。印记就好像一把锁一样只能跟匹配的钥匙兼容,类似于生物系统,如抗体和抗原,酶和底物,激素和受体。分子印迹聚合物的制备是通过交联聚合完成的,模板分子脱去后,形成识别空腔选择性的识别模板分子。通常功能单体含有合适的官能团去匹配模板分子的活性位点,以提高分子印迹聚合物的选择性。本文成功制备了一种新型的光响应性的功能单体,这种功能单体载有硅氧烷可聚合基团和偶氮苯功能基。然后以2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）和2-甲基-4-氯苯氧乙酸（MCPA）为模板分子成功制备了光响应性的分子印迹聚合物溶胶凝胶材料。发现,将这种新型的功能单体引入到刚性的三维交联的聚合物中,其光异构化性质得以保持。等模板分子从最终的聚合物中洗脱之后,形成了与模板分子在形状、大小和功能相匹配的空穴。主要研究内容如下：1.成功制备了含2,4-D的偶氮苯功能单体和含MCPA的偶氮苯功能单体。这种新型的偶氮苯功能单体一端以共价键结合模板分子,另一端结合3-碘代正丙基三甲氧基硅烷；然后对所制备的功能单体进行了红外表征以及光谱分析。2.利用分子印迹技术,选择不同的功能单体（含2,4-二氯苯氧乙酸的偶氮苯功能单体、含2-甲基-4-氯苯氧乙酸的偶氮苯功能单体）和交联剂（四乙氧基硅烷TEOS）,采用溶胶-凝胶法来构建光可控制性的分子印迹有机无机杂化材料,成功制备了两类分子印迹聚合物溶胶凝胶材料。3.对制备的两种分子印迹材料进行了红外表征；为了研究所制备的聚合物材料的表面形态和结构,采用电镜扫描（SEM）对印迹聚合物进行了表征；并对分子印迹材料做了光谱分析,结果证实将光响应性的偶氮苯功能单体嫁接到有机-无机杂化材料中,其光响应性得以保持,制备的分子印迹聚合物对外界刺激具备很好的响应性。4.对制备的2,4-D分子印迹聚合物材料进行了性能和应用探究。吸附结合能力实验表明,分子印迹聚合物材料对模板分子具有较好的结合能力,说明印迹孔穴和孔穴中的活性结合位点导致印迹聚会物对模板分子具有特异识别性。光控制分析物的吸收和释放实验表明,受体位点的构造和印迹的亲和性是受光控制的并且可逆的,经过三次辐照周期没有失去特异性和可逆性。通过检测样品中目标分析物浓度与刺激响应材料光异构化速率常数的关系,得到了目标分析物的标准曲线。5.采用分子模拟的方式从理论上证实制备MCPA分子印迹聚合物材料的可行性,对制备的MCPA分子印迹聚合物材料进行了性能和应用探究,如吸附结合能力、分子特异性识别能力、是否具有光控制分析物的吸收和释放,并通过检测样品中目标分析物浓度与刺激响应材料光异构化速率常数的关系,得到了其标准曲线,开辟分子印迹杂化材料在化学传感和环境分析中的新应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 综述
• 1.1 分子印迹技术
• 1.1.1 分子印迹技术的识别原理
• 1.1.2 分子印迹过程
• 1.1.3 分子印迹技术的分类
• 1.2 分子印迹聚合物的制备
• 1.2.1 模板分子（template molecule）
• 1.2.2 功能单体的选择
• 1.2.3 引发方式
• 1.2.4 聚合反应
• 1.2.5 分子印迹聚合物的表征
• 1.3 分子印迹聚合物的应用
• 1.3.1 化学传感器
• 1.3.2 固相萃取
• 1.3.3 色谱分离
• 1.3.4 膜技术
• 1.4 分子印迹技术的现存问题
• 1.4.1 分子印迹技术的机理研究相对肤浅
• 1.4.2 功能单体、交联剂和聚合方法有较大的局限性
• 1.4.3 印迹和识别环境的局限性
• 1.5 研究内容、目的和意义
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 研究目的及意义
• 第二章 分子印迹聚合物的制备及表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 试剂与仪器
• 2.1.2 功能单体的制备
• 2.1.3 分子印迹聚合物溶胶凝胶材料的制备
• 2.1.4 SEM实验
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 红外表征
• 2.2.2 SEM分析
• 2.3 小结
• 第三章 2,4-D分子印迹聚合物材料的性能研究及应用
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂与实验仪器
• 3.1.2 2,4-D吸收波长的测定和储备溶液的制备
• 3.1.3 紫外可见光谱分析
• 3.1.4 分子印迹聚合物材料的异构转变速率
• 3.1.5 印迹分子结合量的测定
• 3.1.6 光控制的释放和吸收实验
• 3.1.7 不同2,4-D浓度中光异构化速率常数的测定
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 标准曲线与检测限量
• 3.2.2 含2,4-D的偶氮苯功能单体及其分子印迹溶胶凝胶材料的光异构化性质
• 3.2.3 分子印迹聚合物材料的异构转变速率
• 3.2.4 印迹分子结合量的测定和Scatchard分析
• 3.2.5 光控制的释放和吸收实验
• 3.2.6 目标分析物的浓度检测
• 3.3 小结
• 第四章 MCPA分子印迹聚合物材料的性能研究及应用
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试剂与实验仪器
• 4.1.2 计算模拟
• 4.1.3 MCPA吸收波长的测定和2-甲基-4-氯苯氧乙酸甲酯标准工作溶液的制备
• 4.1.4 紫外可见光谱分析
• 4.1.5 分子印迹聚合物材料的异构转变速率
• 4.1.6 分子印迹聚合物结合量的测定
• 4.1.7 光控制的释放和吸收实验
• 4.1.8 不同MCPA浓度中光异构化速率常数的测定
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 分子印迹体系的理论探究
• 4.2.2 标准曲线与检测限量
• 4.2.3 含MCPA的偶氮苯功能单体及其分子印迹溶胶凝胶材料的光异构化性质
• 4.2.4 印迹分子结合量的测定和Scatchard分析
• 4.2.5 光控制的释放和吸收实验
• 4.2.6 目标分析物的浓度检测
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果