基于分子印迹聚合物核壳结构的S-异丙甲草胺绿色识别与分离技术研究

推荐：本研究针对水体中痕量污染物检测难题，开发了以聚氯乙烯(PVC)为核、分子印迹聚合物(MIP)为壳的环保型核壳材料(CS-MIP)，用于选择性吸附除草剂S-异丙甲草胺(SMCh)。通过Freundlich模型证实其最大吸附量达6.24 mg·g-1 ，选择性优于阿特拉津(4倍)和草甘膦(2倍)，为多组分溶液中SMCh的快速检测提供了新方法，显著缩短分析时间。

　　

随着工农业快速发展，水体中农药残留等微污染物浓度已低至ng·L^-1
-μg·L^-1
量级，传统检测方法面临灵敏度不足、耗时长等挑战。尤其除草剂S-异丙甲草胺(SMCh)作为全球70余种作物的常用预处理除草剂，其环境残留可能通过食物链威胁生态安全和人类健康。现有固相萃取(SPE)技术因缺乏选择性，难以从复杂基质中高效富集目标物。分子印迹聚合物(MIP)虽能通过"分子记忆"效应实现特异性识别，但传统块状MIP存在结合位点分布不均、模板分子去除困难等问题。

为解决上述问题，研究人员创新性地将温敏性聚合物聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)与分子印迹技术结合，在脱氯化氢处理的PVC颗粒表面构建核壳结构CS-MIP。该设计既保留了MIP的高选择性，又通过核壳结构增加比表面积，使结合位点更易接近。研究遵循绿色化学原则，以水替代有毒有机溶剂作为合成介质，室温下聚合降低能耗，开发出环境友好的SMCh检测新材料。

关键技术包括：(1)通过KOH/异丙醇体系对PVC进行脱氯化氢改性；(2)以SMCh为模板分子，NIPAM/丙烯酰胺/丙烯酸为功能单体，在改性PVC表面原位聚合构建印迹层；(3)采用Freundlich/Langmuir/Dubinin-Radushkevich模型拟合吸附等温线；(4)利用高效液相色谱(HPLC)分析吸附性能；(5)通过温度响应实现SMCh的可控释放。

【优化合成条件】
比较异辛烷与水两种溶剂的合成效果，发现水相合成的CS-MIP吸附量达1.063±0.002 mg·g^-1
，且单层聚合物涂覆效果最佳。扫描电镜(SEM)显示核壳材料具有多孔结构，傅里叶变换红外光谱(FT-IR)在3292 cm^-1
处证实了聚合物中N-H/O-H键的存在。

【吸附动力学】
伪二级动力学模型(R²
=0.975)能更好描述吸附过程，CS-MIP的平衡吸附量(q_eq2
)达0.222 mg·g^-1
，显著高于非印迹材料CS-NIP(0.151 mg·g^-1
)。

【吸附等温线】
Freundlich模型(R²
=0.973)显示CS-MIP最大吸附容量为6.243 mg·g^-1
，是CS-NIP(3.121 mg·g^-1
)的2倍，表明印迹腔体的特异性识别作用。

【竞争性研究】
在含阿特拉津、草甘膦和精噁唑禾草灵的混合溶液中，CS-MIP对SMCh的印迹因子(IF)达2.87，选择性系数分别为3.64、2.25和4.95，证实其对目标物的强亲和力。

【实际样品检测】
在模拟真实水样(pH=5)的测试中，动态模式吸附量达0.038 mg·g^-1
，批次模式提升至0.470 mg·g^-1
，且保持稳定的CS-MIP/CS-NIP吸附比。

【智能脱附】
利用PNIPAM的温度响应特性，4℃冷水脱附可实现15%的再生因子(RF)，而30%乙醇溶液脱附率达19%。材料经9次循环后仍保持83%以上的吸附效率。

这项发表于《Analytica Chimica Acta》的研究，通过巧妙的核壳结构设计解决了传统MIP传质阻力大的问题。与块状MIP相比，CS-MIP的合成单体用量减少50%，且批次间差异降低20倍。其创新性体现在：(1)将温敏材料PNIPAM的LCST(最低临界溶解温度)特性与分子印迹结合，实现环境响应型吸附；(2)以水为绿色溶剂体系，符合可持续发展理念；(3)建立的SPE-HPLC联用方法，使SMCh检测限降至0.113 mg·L^-1
。该技术为农业流域中痕量农药的监测提供了新工具，对保障饮用水安全和生态风险评估具有重要应用价值。