一种基于表面分子印迹聚合物的新型石英晶体微天平传感器，用于检测水中的呋喃丹

《Materials Chemistry and Physics》：A novel quartz crystal microbalance sensor based on surface molecularly imprinted polymer for detection of carbofuran in water

　　

Juhyok So | Gun Kwuk | Songryong Pak | Sehyok Kim | Kunsam Ri | Chungnam Kim | Unchol Jong

朝鲜民主主义人民共和国平壤市科学大学化学系，邮编950003

摘要

在本文中，我们报道了一种用于检测痕量呋喃的SMIP（表面分子印迹聚合物）-QCM（石英晶体微天平）传感器。该传感器是通过在呋喃模板分子存在下，将甲基丙烯酸（MAA）和乙二醇二甲基丙烯酸（EGDMA）共聚到硅胶颗粒表面制备而成的。

通常，SMIP的制备包括四个步骤，其中将预处理溶液施加到硅胶表面的过程特别耗时且需要熟练的操作。因此，我们对这一步骤进行了改进。制备好的SMIP被用作QCM的电极材料，并构建了SMIP-QCM传感器。该传感器对呋喃的检测范围为0.5μg/L至12 μg/L，检测限低至0.062 μg/L，并且具有良好的重复使用性。实验结果表明，SMIP-QCM传感器对呋喃具有很好的选择性，能够在包括饮用水在内的水溶液中有效检测呋喃。

引言

呋喃（2,3-二氢-2,2-二甲基-7-苯并呋喃基N-甲基氨基甲酸酯，分子式C₁₂H₁₅NO₃）是一种氨基甲酸酯类杀虫剂，已被广泛用于全球的大规模农业中，作为杀虫剂、除草剂、杀菌剂和杀线虫剂[1]。然而，由于其高毒性和潜在的致癌性[2]，[3]，已有报道指出人类和动物因接触呋喃而中毒的案例。世界卫生组织（WHO）规定饮用水中呋喃的检测限为3 μg/L[4]。

许多国家正在进行广泛的研究，以准确快速地检测农作物和食品中的呋喃，近年来也开发出了多种检测技术[27]，[28]，[29]。高效液相色谱（HPLC）、质谱（MS）和气相色谱-质谱（GC-MS）已被广泛用于各种农药的检测[5]，[6]，[7]，[8]，[9]，[10]，[31]。然而，这些实验程序相对复杂，样品预处理和测量时间较长。此外，也有许多研究致力于制备用于去除呋喃的各种吸附剂[11]，[12]。这些吸附剂表现出较大的吸附能力，并具有制备和使用简便等优点，但容易受到环境中其他物质的影响。

表面分子印迹技术（SMIT）是一种为克服分子印迹技术（MIT）缺点而开发的方法，具有制造简单、选择性高和传质速率快等优点。此外，SMIP的可重复性优于活性炭和分子印迹聚合物（MIP）。该方法也适用于大分子聚合物的制备[15]。然而，无论吸附剂性能多么优异，检测和去除痕量呋喃仍需使用高精度的测量设备。

最近，通过QCM的各种定量方法引起了广泛关注[16]，[17]，[18]，[19]，[30]，[39]。QCM可以测量近表面或薄膜上的质量或粘度变化。作为一种定量（质量）分析仪，QCM能够测量从微克到纳克的质量范围。QCM200的稳定性和准确性非常适合大多数实验，是从纯表面科学到生物化学应用的研究工具。它还可以涂覆各种膜材料，包括有机聚合物、水凝胶、复合材料、陶瓷、生物分子和活细胞，为气体传感器和生物传感器的开发提供了无限潜力。因此，它最近吸引了众多研究人员的兴趣。然而，QCM的特性完全取决于电极表面所使用的膜材料。因此，研究人员对QCM的电极膜进行了研究，并采用了MIP[22]，[23]，[24]以及各种特定材料[21]，[25]作为膜材料。最近有报道称，使用MIP作为膜材料的QCM传感器已应用于各种环境样品的痕量分析[32]，[33]，[34]，[35]，[36]，[37]，[38]。然而，文献中尚未报道使用SMIP作为膜材料的情况。特别是，尚未提及使用MIP或SMIP作为呋喃检测的膜材料。

因此，在本研究中，我们制备了用于呋喃检测的SMIP，并将其作为QCM的电极膜，构建了QCM质量传感器，旨在更快更准确地测量水中的痕量呋喃。首先，尽管可以通过多种方法制备SMIP，但我们进行了初步实验以进一步完善SMIP的制备过程。其次，研究了制备好的SMIP的吸附性能，以确定其是否适合作为膜材料。最后，我们使用制备好的SMIP构建了QCM质量传感器，并评估了其检测呋喃的各种特性。本研究有助于检测包括饮用水在内的各种环境样品和食品中的痕量呋喃。

章节摘录

材料与仪器

呋喃（纯度99.9%）由美国圣路易斯的Sigma-Aldrich公司提供。硅胶（平均直径7 μm，孔径100 nm）购自日本Daicel公司。本研究中使用的所有溶液均使用蒸馏水配制。所有试剂均为色谱级。呋喃的测量使用双光束UV-Vis分光光度计（MAPADA UV-6100）在其最大波长（λ_max）278 nm下进行。

吸附剂的制备

在本研究中...

SMIP的吸附性能和选择性

实验评估了SMIP对呋喃和卡巴里尔的选择性。结果如图2所示。如图2所示，SMIP的吸附能力明显优于SNIP。结果表明，SNIP在制备过程中没有形成特定的吸附位点，不适合作为选择性吸附剂，而SMIP表现出相对较高的吸附能力。

结论

在本研究中，我们成功制备了可用于呋喃选择性吸附的SMIP，采用了一种更简单的方法。实验结果表明，虽然制备好的SMIP在某些参数（如分散性）上略低于传统方法制备的SMIP，但其选择性更好，吸附能力也更高。这表明SMIP表面形成了仅能选择性吸附呋喃的特定吸附位点。

作者贡献声明

Juhyok So：项目监督、项目管理、方法论、资金获取。Sehyok Kim：撰写 – 审稿与编辑、资源协调。Songryong Pak：数据管理、概念构思。Gun Kwuk：撰写 – 初稿撰写、可视化设计。Unchol Jong：撰写 – 初稿撰写、软件开发。Chungnam Kim：验证、实验设计、数据管理。Kunsam Ri：项目监督、正式分析、数据管理

[13]。

资金

本研究未获得任何资金支持。

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

感谢朝鲜民主主义人民共和国科学院提供这项研究机会。