本發(fā)明涉及一種分子印跡聚合物微球的制備方法及其應(yīng)用，屬于化學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著人們生活水平和生活質(zhì)量的不斷提高，消費(fèi)者對吸煙的安全性和環(huán)境保護(hù)意識也越來越強(qiáng)。卷煙產(chǎn)品中煙草的燃燒不完全導(dǎo)致其煙氣中含有一定量的有害物質(zhì)，對吸煙者的身體健康構(gòu)成風(fēng)險。其中，煙草特有亞硝胺(tobacco-specific N-nitrosamines,TSNAs)是煙草類制品中含有的具有致癌性的一類特殊有害物質(zhì)，是煙葉特別是晾曬煙葉、卷煙煙氣中共同存在的成分。TSNAs主要包含4種，N-亞硝基降煙堿(NNN)、N-亞硝基新煙堿(NAT)、N-亞硝基假木賊堿(NAB)和4-甲基亞硝氨基-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)。

分子印跡聚合物(molecularly imprinted polymers,MIPs)是一種可以通過目標(biāo)分子與聚合物分子之間的特定性結(jié)合位點和空間結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)特異性吸附的聚合物，發(fā)展至今已經(jīng)成為高分子領(lǐng)域的研究熱點之一，同時分子印跡聚合物因具有合成條件低廉簡便、在不同化學(xué)和物理條件下具有良好的穩(wěn)定性及可重現(xiàn)性等特點，已經(jīng)成功應(yīng)用于固相萃取、色譜分離、化學(xué)傳感器、環(huán)境凈化等多個領(lǐng)域。

制備MIPs的方法有很多種，通常使用的是本體聚合法。但是本體聚合方法得到的MIPs為大塊固體，需要研磨篩選處理后才能使用，過程十分繁瑣。沉淀聚合的原理是單體可溶于溶劑，單體反應(yīng)后得到的聚合物不溶于溶劑，因此單體分子聚合到一定分子量時，會從溶液中析出形成尺寸均一的聚合物微球。通過沉淀聚合制備分子印跡聚合物方法簡單，粒徑均一，是近年來研究的熱點。

利用MIPs降低卷煙煙氣中的有害物質(zhì)國內(nèi)外已有一些研究，通常用于降低稠環(huán)芳烴、芳胺、煙堿等物質(zhì)，而用于吸附煙氣中TSNAs的MIPs材料研究較少，其中利用沉淀聚合法制備MIPs用來降低煙氣中TSNAs還未有報道。利用分子印跡技術(shù)集分離與富集于一體的特點，此種材料還可應(yīng)用于固相萃取柱的填料，用于煙草特有亞硝胺分析的前處理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種分子印跡聚合物微球的制備方法及其分子印跡聚合物微球的用途，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中分子印跡聚合物微球吸附效率低的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種分子印跡聚合物微球的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟：

(1)制備空心種球H-PS：稱取苯乙烯，偶氮二異丁腈，苯乙烯磺酸鈉，全部加入溶劑中，持續(xù)通入保護(hù)氣后升溫并在保護(hù)氣中攪拌反應(yīng)，在保護(hù)氣氛圍下再加二乙烯基苯后繼續(xù)反應(yīng)，得球核樣品，清洗，干燥，得干燥球核樣品；

優(yōu)選地，所述步驟(1)中還包括以下特征中的任意一種或幾種：

1)所述苯乙烯，偶氮二異丁腈，苯乙烯磺酸鈉質(zhì)量比為1:0.015～0.025:0.017～0.025；

2)所述溶劑為甲醇和水；更優(yōu)選地甲醇和水的體積比為9:1；

3)所述苯乙烯的體積為所述溶劑體積的1/12～1/9；

4)所述苯乙烯，偶氮二異丁腈和苯乙烯磺酸鈉全部加入溶劑后超聲混勻；

5)所述持續(xù)通入保護(hù)氣后升溫并在保護(hù)氣中攪拌反應(yīng)是指預(yù)先通保護(hù)氣20～30min，然后升溫至70～75℃，在持續(xù)通入保護(hù)氣體的同時攪拌反應(yīng)時間為3～3.5h；

6)所述二乙烯基苯和苯乙烯質(zhì)量比為20～30:100；

7)所述二乙烯基苯采用滴加的方式加入，滴加的速度控制在2～4滴每分鐘；所述繼續(xù)反應(yīng)的時間至少為5h；

8)所述清洗是指用甲醇超聲清洗；

9)所述干燥溫度為55～65℃，干燥時間為10～14h。

10)所述保護(hù)氣選自氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

(2)再將干燥球核樣品加入四氫呋喃中浸泡，再次清洗，然后干燥，得到空心種球H-PS；

優(yōu)選地，所述步驟(2)還包括以下特征中的任意一種或幾種：

1)所述干燥球核樣品加入四氫呋喃中浸泡的時間至少20h；

2)所述干燥球核樣品的質(zhì)量和四氫呋喃溶液中四氫呋喃的體積比為1g:20～30ml；

3)所述清洗是指用四氫呋喃清洗兩次，甲醇清洗一次；

4)所述干燥溫度為55～65℃，干燥時間為10～14h。

(3)取制備好的空心種球H-PS加入十二烷基硫酸鈉溶液中得溶液A，同時將鄰苯二甲酸二丁酯、甲苯、偶氮二異丁腈加入另外十二烷基硫酸鈉溶液中得溶液B，將兩種溶液混合，攪拌，得H-PS種球乳液；

優(yōu)選地，所述步驟(3)還包括以下特征中的任意一種或幾種：

1)所述H-PS種球乳液中空心種球H-PS和所述十二烷基硫酸鈉溶液中十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量比為1:0.1～0.225；

2)所述十二烷基硫酸鈉溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2％～0.3％；所述十二烷基硫酸鈉溶液的溶劑是水；

3)所述空心種球H-PS、鄰苯二甲酸二丁酯、甲苯、偶氮二異丁腈的質(zhì)量比為：1:2.5～5:4.5～6.75:0.125～0.175；

4)配制溶液A時所使用的十二烷基硫酸鈉溶液的體積和濃度與配制溶液B時所使用的十二烷基硫酸鈉溶液的濃度相同，溶液A和溶液B分別超聲混勻后再混合；配制溶液B時所使用的十二烷基硫酸鈉溶液的溶劑是水；

5)所述攪拌的時間為12～24h。

(4)將煙酰胺、甲基丙烯酸和甲苯混合，再加入二甲基丙烯酸乙二醇酯和聚乙烯醇溶液，在混合后的溶液加入步驟(3)得到的H-PS種球乳液，反應(yīng)，得H-PS種球溶液；

優(yōu)選地，所述步驟(4)還包括以下特征中的任意一種或幾種：

1)所述聚乙烯醇溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2％～1.8％；

2)所述H-PS種球乳液中空心種球H-PS、煙酰胺、甲基丙烯酸和二甲基丙烯酸乙二醇酯的質(zhì)量比為1:0.125～0.175:0.575～0.75:6.25～8.75；

3)所述H-PS種球乳液中空心種球H-PS、甲苯和聚乙烯醇的質(zhì)量比1:8.75～12.5:0.3～0.675；

4)所述反應(yīng)的時間12～24h。

(5)將步驟(4)得到的H-PS溶液加入聚乙烯醇溶液，持續(xù)通保護(hù)氣并攪拌，反應(yīng)結(jié)束后再洗滌；

優(yōu)選地，所述步驟(5)還包括以下特征中的任意一種或幾種：

1)所述聚乙烯醇溶液的溶劑時水并且濃度與所述步驟(4)中聚乙烯醇相同，加入量是步驟(4)中聚乙烯醇加入量的3～5倍；

2)所述持冷凝回流開始前通入保護(hù)氣20分鐘以上，然后開始冷凝回流，所述攪拌時溶液溫度為70～75℃，攪拌為機(jī)械攪拌，時間為10～12h；當(dāng)然,也可以采用磁力攪拌的方式，實驗證明采用機(jī)械攪拌效果會更好；

3)所述保護(hù)氣選自氮?dú)饣驓鍤猓?/p>

4)所述洗滌是指采用沸水超聲洗滌至少兩遍后，再采用甲醇超聲洗滌至少兩遍。

(6)除去驟(5)獲得的清洗產(chǎn)物中的煙酰胺。

優(yōu)選地，具體為：將步驟(5)獲得的離心產(chǎn)物放入洗脫液中，超聲離心洗脫后檢測洗脫液的上層清液，直到上層洗脫液中沒有煙酰胺，然后再清洗，干燥，即得。

更優(yōu)選地，所述步驟(6)還包括以下特征中的任意一種或幾種：

1)所述洗脫液是體積比為1:8～10的乙酸和甲醇；

2)所述超聲的溫度是40～60℃；

3)所述檢測洗脫液的上層清液采用紫外可見分光光度計檢測；

4)所述清洗采用甲醇清洗；

5)所述干燥的溫度為50-60℃，時間為12h-24h。

本發(fā)明的另一方面還提供了上述分子印跡聚合物微球的制備方法制備的分子印跡聚合物微球。

本發(fā)明的另一方面還提供了上述分子印跡聚合物微球用作降低卷煙煙氣中煙草特有亞硝胺的用途。

優(yōu)選地，所述分子印跡聚合物微球添加到卷煙濾棒中。

優(yōu)選地，每只卷煙濾棒中分子印跡聚合物的添加量為3～15mg。

如上所述，本發(fā)明制備的分子印跡聚合物微球，具有以下有益效果：

1.本發(fā)明的空心多孔分子印跡微球與實心多孔分子印跡球相比具有更高的比表面，能實現(xiàn)煙氣微球中的快速傳輸，增加印跡效率。

2.本發(fā)明的空心多孔分子印跡微球只對煙氣中的煙草特有亞硝胺具有特異性吸附作用，不會影響煙氣中的香味成分，且無毒害。

附圖說明

圖1為實施例1制得分子印跡聚合物微球的掃描電鏡圖，采用HITACHI S4700場發(fā)射掃描電鏡觀察；

圖2為實施例1制得分子印跡聚合物微球的透射電鏡圖，采用JEOL JEM-2100場發(fā)射透射電鏡；

圖3為實施例1制得分子印跡聚合物微球N2等溫吸附脫附曲線，采用美國麥克儀器公司ASAP 2020物理吸附儀測定材料的比表面積。

圖4為實施例2制得分子印跡聚合物微球及其非印跡空心多孔微球降低煙氣中亞硝胺的測定結(jié)果；

圖5為實施例2制得分子印跡聚合物微球在濾棒中不同添加量降低煙氣亞硝胺的測定結(jié)果。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

須知，下列實施例中未具體注明的工藝設(shè)備或裝置均采用本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)設(shè)備或裝置。

此外應(yīng)理解，本發(fā)明中提到的一個或多個方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另有說明；還應(yīng)理解，本發(fā)明中提到的一個或多個設(shè)備/裝置之間的組合連接關(guān)系并不排斥在所述組合設(shè)備/裝置前后還可以存在其他設(shè)備/裝置或在這些明確提到的兩個設(shè)備/裝置之間還可以插入其他設(shè)備/裝置，除非另有說明。而且，除非另有說明，各方法步驟的編號僅為鑒別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容的情況下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實施的范疇。

以下實施例中縮寫的含義：

聚苯乙烯(PS)

苯乙烯(St)

偶氮二異丁腈(AIBN)

苯乙烯磺酸鈉(NaSS)

二乙烯基苯(DVB)

四氫呋喃(THF)

十二烷基硫酸鈉(SDS)

鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)

煙酰胺(NAM)

甲基丙烯酸(MAA)

二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)

聚乙烯醇(PVA)

實施例1

稱取2.5ml St，0.045g AIBN，0.045gNaSS，溶于25ml甲醇/水(v/v＝9/1)的溶液中，超聲混勻后水浴中機(jī)械攪拌，并持續(xù)通氮?dú)?0min后升溫至75℃，冷凝回流，在氮?dú)夥諊蟹磻?yīng)3h后，緩慢滴加0.5ml DVB，保持滴速在每分鐘2～4滴，后繼續(xù)反應(yīng)5h。反應(yīng)結(jié)束后用甲醇超聲離心清洗3遍，真空烘箱中60℃干燥12h，得干燥球核樣品。

將干燥樣品按照1g對應(yīng)20ml THF的比例溶于THF中，浸泡24h，使PS球核內(nèi)未交聯(lián)的部分溶解，之后用THF清洗兩次，甲醇清洗一次，放入真空烘箱中60℃干燥12h，得到空心種球H-PS。

取制備好的空心種球H-PS 0.4g，加入10g 0.2％SDS水溶液超聲1h，使H-PS與SDS水溶液形成均勻乳液，同時將2g DBP，2g甲苯，50mg AIBN加入另外10g 0.2％SDS水溶液中超聲形成均勻乳液，將兩種乳液混合，攪拌狀態(tài)下將H-PS種球溶脹24h。

將0.06g NAM，0.26g MAA，4.3g甲苯混合，超聲使NAM與MAA先預(yù)聚合，再加入3gEGDMA和10g 1.25％PVA水溶液，在混合均勻后的溶液加入第一步溶脹后的H-PS種球乳液中，繼續(xù)溶脹24h。

將經(jīng)過兩步溶脹聚合好的H-PS溶液加入三口瓶中，再加入40g1.25％的PVA水溶液，預(yù)先通氮?dú)?0min除氧，然后持續(xù)通入氮?dú)猓厵C(jī)械攪拌邊冷凝回流，75℃反應(yīng)12h，結(jié)束后用沸水和甲醇各自超聲離心兩遍，除去多余的表面活性劑、未反應(yīng)單體和有機(jī)溶劑。

將聚合清洗后得到的產(chǎn)物放入乙酸/甲醇(v/v＝1/9)的洗脫液中，加熱超聲機(jī)至50℃，超聲洗脫模板分子NAM。多次超聲離心過程后用紫外可見分光光度計檢測洗脫液的上層清液，直到上層洗脫液中NAM紫外吸收峰消失時即可認(rèn)為MIPs中的模板分子已經(jīng)洗脫干凈，然后再用甲醇清洗三遍MIPs，將乙酸除去，真空烘箱中55℃干燥18h，最終得到空心多孔聚合物微球H-MIPs。

圖1、圖2為制得的本發(fā)明的分子印跡聚合物微球的掃描與透射電鏡圖，從圖中可以看出分子印跡聚合物微球，粒徑尺寸分布在范圍為500nm～3μm。

圖3為制得的分子印跡聚合物微球N2等溫吸附脫附曲線，得到材料比表面為289.5m²/g。

實施例2

稱取2.5ml St，0.034g AIBN，0.04gNaSS，溶于22.5ml甲醇/水(v/v＝9/1)的溶液中，超聲后水浴中機(jī)械攪拌，并持續(xù)通氮?dú)?0min后升溫至72℃，冷凝回流，在氮?dú)夥諊蟹磻?yīng)3.5h后，緩慢滴加0.75ml DVB，控制滴速在5～10滴每分鐘，繼續(xù)反應(yīng)6h。反應(yīng)結(jié)束后用甲醇超聲離心清洗3遍，真空烘箱中55℃干燥14h。

將干燥樣品按照1g對應(yīng)25ml THF的比例溶于THF中，浸泡24h，使PS球核內(nèi)未交聯(lián)的部分溶解，之后用THF清洗兩次，甲醇清洗一次，放入真空烘箱中55℃干燥14h，得到空心種球H-PS。

取制備好的空心種球H-PS 0.4g，加入12g 0.2％SDS溶液超聲，使H-PS與SDS水溶液形成均勻乳液，同時將1g DBP，2.7g甲苯，60mg AIBN加入另外12g 0.2％SDS水溶液中超聲形成均勻乳液，將兩種乳液混合，攪拌狀態(tài)下將H-PS種球溶脹18h。

將0.05g NAM，0.23g MAA，3.5g甲苯混合，超聲使NAM與MAA先預(yù)聚合，再加入2.5gEGDMA和10g1.2％PVA水溶液，在混合均勻后的溶液加入第一步溶脹后的H-PS種球乳液中，繼續(xù)溶脹12h。

將經(jīng)過兩步溶脹聚合好的H-PS溶液加入三口瓶中，再加入50g 1.2％的PVA水溶液，通氮?dú)?0min除氧，持續(xù)通氮?dú)猓瑱C(jī)械攪拌，冷凝回流，75℃反應(yīng)12h，結(jié)束后用沸水和甲醇各自超聲離心兩遍，除去多余的表面活性劑、未反應(yīng)單體和有機(jī)溶劑。

將聚合清洗后得到的產(chǎn)物放入乙酸/甲醇(v/v＝1/8)的洗脫液中，加熱超聲機(jī)至40℃，超聲洗脫模板分子NAM。多次超聲離心過程后用紫外可見分光光度計檢測洗脫液的上層清液，直到上層洗脫液中NAM紫外吸收峰消失時即可認(rèn)為MIPs中的模板分子已經(jīng)洗脫干凈，然后再用甲醇清洗三遍MIPs，將乙酸除去，真空烘箱中60℃干燥12h，最終得到空心多孔聚合物微球H-MIPs。

對比例在制備過程中不加入模板分子NAM，其余方法一樣，得到空心多孔的非印跡聚合物微球H-NIPs。

將得到的H-MIPs與H-NIPs兩種材料以10mg/支添加到由兩段普通醋酸纖維濾棒復(fù)合而成的二元復(fù)合濾棒中，材料分散在兩段濾棒之間的截面上，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23228-2008測定卷煙主流煙氣的TSNAs的釋放量，結(jié)果如圖4所示，可以看到與H-NIPs相比，H-MIPs對于卷煙主流煙氣的TSNAs有更明顯的吸附作用。

實施例3

稱取2.5ml St，0.056g AIBN，0.056gNaSS，溶于30ml甲醇/水(v/v＝9/1)的溶液中，超聲后水浴中機(jī)械攪拌，并持續(xù)通氬氣30min后升溫至75℃，冷凝回流，在氬氣氛圍中反應(yīng)3h后，緩慢滴加0.6ml DVB，保持滴速為2～4滴每分鐘，后繼續(xù)反應(yīng)5h。反應(yīng)結(jié)束后用甲醇超聲離心清洗3遍，真空烘箱中65℃干燥10h。

將干燥樣品按照1g對應(yīng)30ml THF的比例溶于THF中，浸泡20h，使PS球核內(nèi)未交聯(lián)的部分溶解，之后用THF清洗兩次，甲醇清洗一次，放入真空烘箱中65℃干燥10h，得到空心種球H-PS。

取制備好的空心種球H-PS 0.4g，加入15g 0.3％SDS溶液超聲，使H-PS與SDS水溶液形成均勻乳液，同時將2g DBP，1.8g甲苯，70mg AIBN加入另外15g 0.3％SDS水溶液中超聲形成均勻乳液，將兩種乳液混合，攪拌狀態(tài)下將H-PS種球溶脹24h。

將0.07g NAM，0.3g MAA，5g甲苯混合，超聲使NAM與MAA先預(yù)聚合，再加入3.5gEGDMA和15ml 1.8％PVA水溶液，在混合均勻后的溶液加入第一步溶脹后的H-PS種球乳液中，繼續(xù)溶脹12h。

將經(jīng)過兩步溶脹聚合好的H-PS溶液加入三口瓶中，再加入45g 1.8％的PVA水溶液，通氮?dú)?0min除氧，持續(xù)通氮?dú)猓淠亓鳎?5℃反應(yīng)12h，結(jié)束后用沸水和甲醇各自超聲離心兩遍，除去多余的表面活性劑、未反應(yīng)單體和有機(jī)溶劑。

將聚合清洗后得到的產(chǎn)物放入乙酸/甲醇(v/v＝1/10)的洗脫液中，加熱超聲機(jī)至60℃，超聲洗脫模板分子NAM。多次超聲離心過程后用紫外可見分光光度計檢測洗脫液的上層清液，直到上層洗脫液中NAM紫外吸收峰消失時即可認(rèn)為MIPs中的模板分子已經(jīng)洗脫干凈，然后再用甲醇清洗三遍MIPs，將乙酸除去，真空烘箱中50℃干燥24h，最終得到空心多孔聚合物微球H-MIPs。

將得到的H-MIPs以不同添加量添加到由兩段普通醋酸纖維濾棒復(fù)合而成的二元復(fù)合濾棒濾嘴中，材料分散在兩段濾棒的截面上，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23228-2008測定卷煙主流煙氣的TSNAs的釋放量，結(jié)果如圖5所示，隨著濾棒中H-MIPs添加量(5mg，8mg，15mg)的不斷增加，主流煙氣中4種TSNAs的降低率增加。當(dāng)H-MIPs的添加量為15mg/支時，對于卷煙主流煙氣中TSNAs的降低率分別為NNK 22％、NAT 15％、NNN 13％和NAB 16％。將上述制備的H-MIPs添加到復(fù)合濾棒中焦油降低率大約為8％，因此發(fā)明材料對卷煙主流煙氣中的煙草特有亞硝胺TSNAs具有選擇性降低作用，而且對卷煙吸食品質(zhì)無不良影響。

以上的實施例是為了說明本發(fā)明公開的實施方案，并不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，本文所列出的各種修改以及發(fā)明中方法、組合物的變化，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說是顯而易見的。雖然已結(jié)合本發(fā)明的多種具體優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了具體的描述，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不應(yīng)僅限于這些具體實施例。事實上，各種如上所述的對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說顯而易見的修改來獲取發(fā)明都應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。