本发明涉及电位传感器，具体地说是一种分子印迹聚合物膜离子选择性电极的制备方法及其应用。
背景技术：
聚合物膜离子选择性电极作为研究最多的一类电位型传感器，具有操作简单、成本低廉、选择性高以及易于实现现场检测等诸多优点，广泛应用于生物分析、环境监测等领域。随着超分子科学的发展，分子印迹聚合物为离子选择性电极开辟了更广阔的应用前景。
分子印迹聚合物具有稳定性高、成本低、易制备等特点，对特定目标分子(模板分子)及其结构类似物具有特异性识别功能。目前，基于分子印迹聚合物的电位型传感器已经成功用于检测有机离子、电中性有机物、生物大分子等物质。然而，用于合成分子印迹聚合物的功能单体数量有限，通常使用的功能单体有甲基丙烯酸、丙烯酰胺、4-乙烯基吡啶等。这些功能单体包含两部分，一部分是可聚合单元，另一部分为识别单元，后者一般通过非共价相互作用如范德华力、氢键、疏水相互作用等与模板分子形成复合物。上述功能单体具有普适性，即适用于合成多种目标物的分子印迹聚合物，致使印迹聚合物的选择性降低。此外，基于甲基丙烯酸作为功能单体的分子印迹聚合物具有较小的键合容量以及较少的有效键合位点，使印迹聚合物的实际应用受限。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极及其制备方法和应用。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为：
一种分子印迹聚合物膜离子选择性电极，选择性电极包括电极基体、离子-电子传导层和聚合物敏感膜，其特征在于：所述聚合物敏感膜中以可聚合的环糊精作为功能单体合成的分子印迹聚合物作为识别载体。
所述分子印迹聚合物为以双酚a作为模板分子，在功能单体、交联剂、引发剂和溶剂的存在下加热发生聚合反应，而后将模板分子洗脱后干燥备用；其中，模板分子、单体和交联剂按物质的量比1：1-4：10-20混合；所述单体为烯丙基-β-环糊精、单-(6-二烯丙胺-6-去氧)-β-环糊精、单-6-(甲基丙烯酰基-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精中的一种或几种。
所述分子印迹聚合物为将模板分子、单体和交联剂混合，混合后加入至反应溶剂中混合均匀，静置30-60分钟，通氮气10-30分钟后迅速加入引发剂25-50mg，密封条件下于60-80摄氏度下热引发聚合12-24小时得块状聚合物；将块状聚合物用甲醇洗涤多次后置于真空干燥箱中60摄氏度干燥，即得双酚a印迹聚合物。
所述交联剂为乙二醇双甲基丙烯酸酯(egdma)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(trim)、二乙烯基苯(dvb)中的一种或几种；所述引发剂为偶氮二异丁腈(aibn)或偶氮二异庚腈(advn)；所述的反应溶剂为乙腈、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷或四氢呋喃。
将所述双酚a印迹聚合物作为识别载体掺入到聚合物敏感膜分散液中，而后滴加在离子-电子传导层修饰的电极表面，即得环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极。
其中，双酚a印迹聚合物占分散液中聚合物敏感膜重量的4-8wt％。
所述离子-电子传导层为有序介孔碳、碳纳米管、纳米多孔金、聚吡咯、聚3-辛基噻吩和聚3，4-乙烯二氧基噻吩中的一种。
一种选择性电极的制备方法，所述聚合物敏感膜中以可聚合的环糊精作为功能单体合成的分子印迹聚合物作为识别载体。
所述分子印迹聚合物为以双酚a作为模板分子，在功能单体、交联剂、引发剂和溶剂的存在下加热发生聚合反应，而后将模板分子洗脱后干燥备用；其中，模板分子、单体和交联剂按物质的量比1：1-4：10-20混合；所述单体为烯丙基-β-环糊精、单-(6-二烯丙胺-6-去氧)-β-环糊精、单-6-(甲基丙烯酰基-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精中的一种或几种。
将所述双酚a印迹聚合物作为识别载体掺入到聚合物敏感膜分散液中，而后滴加在离子-电子传导层修饰的电极表面，即得环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极；
其中，双酚a印迹聚合物占分散液中聚合物敏感膜重量的4-8wt％。
所述聚合物敏感膜分散液为聚合物敏感膜和溶剂组成，其中两者的重量体积比值(mg/ml)为80-100；其中，聚合物敏感膜为按质量百分比计，4-8wt％分子印迹聚合物(mip)、0.5-2wt％三十二烷基氯化铵(tdmacl)、1-4wt％四(4-氯苯基)硼酸四(十二烷基)铵盐(eth500)、34-37.5wt％聚氯乙烯(pvc)，52-57wt％癸二酸二辛酯(dos)。
所述离子-电子传导层为有序介孔碳、碳纳米管、纳米多孔金、聚吡咯、聚3-辛基噻吩和聚3，4-乙烯二氧基噻吩中的一种。
将离子-电子传导层分散于去离子水中，形成终浓度为5-10mg/ml的分散液，而后将分散液滴于电极基体表面形成离子-电子传导层。
一种电极的应用，所述电极在检测双酚a中的应用。
以可聚合的环糊精作为功能单体合成分子印迹聚合物，采用合成的分子印迹聚合物作为聚合物膜离子选择性电极的识别载体。
进一步的说，合成分子印迹聚合物所使用的模板分子为双酚a，在功能单体、交联剂、引发剂和溶剂的存在下加热发生聚合反应，而后将模板分子洗脱后干燥备用。将上述制备的双酚a印迹聚合物作为识别载体掺入到聚合物敏感膜分散液中，而后滴加在离子-电子传导层修饰的电极表面，即得环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极。
所述双酚a印迹聚合物是将模板分子、单体和交联剂按物质的量比1：1-4：10-20混合，混合后加入至反应溶剂中混合均匀，静置30-60分钟，通氮气10-30分钟后迅速加入引发剂25-50mg，密封条件下于60-80摄氏度热引发聚合12-24小时得块状聚合物。将块状聚合物用甲醇洗涤多次后置于真空干燥箱中60摄氏度干燥，即得双酚a印迹聚合物。
所述单体为烯丙基-β-环糊精、单-(6-二烯丙胺-6-去氧)-β-环糊精、单-6-(甲基丙烯酰基-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精中的一种或几种；所述交联剂为乙二醇双甲基丙烯酸酯(egdma)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(trim)、二乙烯基苯(dvb)中的一种或几种；所述引发剂为偶氮二异丁腈(aibn)或偶氮二异庚腈(advn)；所述的反应溶剂为乙腈、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷或四氢呋喃。
所述聚合物敏感膜分散液为称取6wt％双酚a印迹聚合物(bpamip)、1wt％三十二烷基氯化铵(tdmacl)、2wt％四(4-氯苯基)硼酸四(十二烷基)铵盐(eth500)、36wt％聚氯乙烯(pvc)，55wt％癸二酸二辛酯(dos)，溶于四氢呋喃(thf)中，搅拌4h备用。
所述离子-电子传导层为有序介孔碳。将有序介孔碳材料分散于去离子水中，形成终浓度为5-10mg/ml的分散液，而后将分散液滴于电极基体表面形成离子-电子传导层，干燥后于其表面滴涂聚合物敏感膜溶液，干燥后即得环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极。
一种环糊精分子印迹聚合物膜电位型传感器的应用，所述电位型传感器在检测双酚a中的应用。
进一步的说，采用合成的双酚a印迹聚合物作为聚合物膜电位型传感器的识别载体，通过识别载体与双酚a之间的选择识别过程，实现双酚a的电位检测。
所述电位检测为：将聚合物敏感膜分散液量取一定体积滴加到经有序介孔碳修饰的玻碳电极表面，晾干后将其放置于缓冲溶液中活化。
本发明的优点在于：
1.本发明采用可聚合的环糊精作为功能单体，合成分子印迹聚合物。环糊精作为主体分子通过尺寸匹配、几何互补以及非共价键相互作用与模板分子形成包合物，对客体分子的选择性显著提高。
2.本发明得到的环糊精分子印迹聚合物具有较高的键合容量以及较多的识别位点。将其作为识别载体掺入聚合物敏感膜中，显著增强聚合物敏感膜的分子识别能力，进而提高电位型传感器的选择性和灵敏度。
3.本发明得到的环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极与传统的基于甲基丙烯酸作为功能单体的电极相比，对双酚a的检出限降低近一个数量级。
附图说明
图1a为本发明实施例提供的环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极对不同浓度双酚a的动力学电位响应图。
图1b为本发明实施例提供的环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极对不同浓度双酚a所得标准工作曲线。
图2为环糊精分子印迹聚合物敏感膜离子选择性电极对双酚a的选择性测试。
图3a为本发明实施例提供的甲基丙烯酸分子印迹聚合物膜离子选择性电极对不同浓度双酚a的动力学电位响应图。
图3b为本发明实施例提供的甲基丙烯酸分子印迹聚合物膜离子选择性电极对不同浓度双酚a所得标准工作曲线。
图4为甲基丙烯酸分子印迹聚合物敏感膜离子选择性电极对双酚a的选择性测试。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明，应当指出的是，此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本发明，并不局限于本发明。
本发明使用可聚合的环糊精作为功能单体合成分子印迹聚合物，作为识别载体掺入聚合物敏感膜中，显著增强聚合物敏感膜的分子识别能力，进而提高电位型传感器的选择性和灵敏度；其中，环糊精作为主体分子通过尺寸匹配、几何互补以及非共价键相互作用与模板分子形成包合物，对客体分子的选择性显著提高。
实施例1
环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极的具体制备步骤如下：
(1)环糊精分子印迹聚合物的制备：
环糊精分子印迹聚合物的合成采用沉淀聚合法，将0.5mmol双酚a、1mmol烯丙基-β-环糊精、5mmolegdma和25mgaibn溶解于25ml乙腈中，通氮气10分钟，然后在60摄氏度条件下聚合18小时。聚合结束后，将得到的块状聚合物用甲醇多次清洗除去未反应的化合物以及模板分子双酚a，而后在60摄氏度真空干燥箱中烘干备用。
(2)有序介孔碳离子-电子传导层的制备：称取10mg有序介孔碳材料分散于1ml去离子水中，并超声处理1小时。量取6μl有序介孔碳分散液滴于玻碳电极表面，在红外灯下烤干备用。
(3)聚合物敏感膜的制备：称取6wt％双酚a印迹聚合物(烯丙基-β-环糊精作为功能单体)、1wt％三十二烷基氯化铵(tdmacl)、2wt％四(4-氯苯基)硼酸四(十二烷基)铵盐(eth500)、36wt％聚氯乙烯(pvc)，55wt％癸二酸二辛酯(dos)，共200mg溶于2.5mlthf中，搅拌4小时备用。
(4)电极的制备：取上述配制好的膜溶液80μl滴于上述经离子-电子传导层修饰的玻碳电极表面，室温下自然挥发，干燥后获得环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极。
实施例2
基于甲基丙烯酸作为功能单体的分子印迹聚合物膜离子选择性电极的具体制备步骤如下：
(1)甲基丙烯酸分子印迹聚合物的制备：
甲基丙烯酸分子印迹聚合物的合成采用沉淀聚合法，将0.5mmol双酚a、2mmol甲基丙烯酸、5mmolegdma和25mgaibn溶解于25ml乙腈中，通氮气10分钟，然后在60摄氏度条件下聚合18小时。聚合结束后，将得到的块状聚合物用甲醇多次清洗除去未反应的化合物以及模板分子双酚a，而后在60摄氏度真空干燥箱中烘干备用。
(2)有序介孔碳离子-电子传导层的制备：称取10mg有序介孔碳材料分散于1ml去离子水中，并超声处理1小时。量取6μl有序介孔碳分散液滴于玻碳电极表面，在红外灯下烤干备用。
(3)聚合物敏感膜的制备：称取6wt％双酚a印迹聚合物(甲基丙烯酸作为功能单体)、1wt％三十二烷基氯化铵(tdmacl)、2wt％四(4-氯苯基)硼酸四(十二烷基)铵盐(eth500)、36wt％聚氯乙烯(pvc)，55wt％癸二酸二辛酯(dos)，共200mg溶于2.5mlthf中，搅拌4小时备用。
(4)电极的制备：取上述配制好的膜溶液80μl滴于上述经离子-电子传导层修饰的玻碳电极表面，室温下自然挥发，干燥后获得环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极。
实施例3
将上述实施例1获得的环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极在ph＝5.5的磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液(30mm)中活化12小时。
将活化好的电极测定一系列不同浓度的双酚a溶液(双酚a溶液浓度为1，2，4，6，8，10μm，每根电极每次仅测定一个浓度)，动力学电位响应参见图1a。由不同浓度(1，2，4，6，8，10μm)的动力学电位响应值获得标准曲线(参见图1b)，由标准曲线中获知电极检测双酚a的最低检出限浓度。
由图1b可知，基于烯丙基-β-环糊精作为功能单体的分子印迹聚合物膜离子选择性电极对双酚a的电位响应在1-10μm浓度范围内呈线性，检出限为0.29μm。由于烯丙基-β-环糊精与双酚a有合适的尺寸匹配以及非共价键力的协同作用，使得离子选择性电极对双酚a的灵敏度提高、检出限降低。
实施例4
环糊精分子印迹聚合物敏感膜离子选择性电极对双酚a的选择性测试：
将上述实施例1获得的环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极在ph＝5.5的磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液(30mm)中活化12小时。
将活化好的电极测定双酚a(a)以及干扰物质的电位响应，(干扰物质为双酚s(b)、4,4’-二甲基联苯(c)、2-氨基苯酚(d)、苯酚(e))，测试浓度依次为1，2，4，6，8，10μm，由不同浓度的动力学电位响应值获得标准曲线(参见图2)。
由图2可知，基于烯丙基-β-环糊精作为功能单体的分子印迹聚合物膜离子选择性电极对双酚a的选择性要远远高于2-氨基苯酚和苯酚，对于结构相似的双酚s和4,4’-二甲基联苯也有明显的区别。这是由于烯丙基-β-环糊精与双酚a之间非共价键力以及尺寸匹配协同作用的结果，使得离子选择性电极对双酚a的选择性有了明显的改善。
实施例5
甲基丙烯酸分子印迹聚合物敏感膜离子选择性电极对双酚a的灵敏度和选择性测试：
(1)灵敏度测试：
将上述实施例2获得的甲基丙烯酸分子印迹聚合物膜离子选择性电极在ph＝5.5的磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液(30mm)中活化12小时。
将活化好的电极测定一系列不同浓度的双酚a溶液(双酚a溶液浓度为1，2，4，6，8，10μm，每根电极每次仅测定一个浓度)，动力学电位响应参见图3a。由不同浓度(1，2，4，6，8，10μm)的动力学电位响应值获得标准曲线(参见图3b)，由标准曲线中获知电极检测双酚a的最低检出限浓度。
(2)选择性测试：
将上述实施例2获得的甲基丙烯酸分子印迹聚合物膜离子选择性电极在ph＝5.5的磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液(30mm)中活化12小时。
将活化好的电极测定双酚a(a)以及干扰物质的电位响应，(干扰物质为双酚s(b)、4,4’-二甲基联苯(c)、2-氨基苯酚(d)、苯酚(e))，测试浓度为1，2，4，6，8，10μm，由不同浓度的动力学电位响应值获得标准曲线(参见图4)。
由图3b以及图4可知，基于甲基丙烯酸作为功能单体的分子印迹聚合物膜离子选择性电极对双酚a的电位响应在1-10μm浓度范围内呈线性，检出限为2.1μm。甲基丙烯酸与双酚a之间仅通过非共价相互作用识别，与烯丙基-β-环糊精相比少了一重尺寸匹配作用，导致基于甲基丙烯酸作为功能单体的离子选择性电极对双酚a的灵敏度和选择性均较不理想。
1.一种分子印迹聚合物膜离子选择性电极，选择性电极包括电极基体、离子-电子传导层和聚合物敏感膜，其特征在于：所述聚合物敏感膜中以可聚合的环糊精作为功能单体合成的分子印迹聚合物作为识别载体。
2.按权利要求1所述的分子印迹聚合物膜离子选择性电极，其特征在于：所述分子印迹聚合物为以双酚a作为模板分子，在功能单体、交联剂、引发剂和溶剂的存在下加热发生聚合反应，而后将模板分子洗脱后干燥备用；其中，模板分子、单体和交联剂按物质的量比1：1-4：10-20混合；所述单体为烯丙基-β-环糊精、单-(6-二烯丙胺-6-去氧)-β-环糊精、单-6-(甲基丙烯酰基-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精中的一种或几种。
3.按权利要求2所述的分子印迹聚合物膜离子选择性电极，其特征在于：所述分子印迹聚合物为将模板分子、单体和交联剂混合，混合后加入至反应溶剂中混合均匀，静置30-60分钟，通氮气10-30分钟后迅速加入引发剂25-50mg，密封条件下于60-80摄氏度下热引发聚合12-24小时得块状聚合物；将块状聚合物用甲醇洗涤多次后置于真空干燥箱中60摄氏度干燥，即得双酚a印迹聚合物；
所述交联剂为乙二醇双甲基丙烯酸酯(egdma)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(trim)、二乙烯基苯(dvb)中的一种或几种；所述引发剂为偶氮二异丁腈(aibn)或偶氮二异庚腈(advn)；所述的反应溶剂为乙腈、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷或四氢呋喃。
4.按权利要求1-3任意一项所述的分子印迹聚合物膜离子选择性电极，其特征在于：将所述双酚a印迹聚合物作为识别载体掺入到聚合物敏感膜分散液中，而后滴加在离子-电子传导层修饰的电极表面，即得环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极；
其中，双酚a印迹聚合物占分散液中聚合物敏感膜重量的4-8wt％。
5.按权利要求4所述的分子印迹聚合物膜离子选择性电极，其特征在于：所述离子-电子传导层为有序介孔碳、碳纳米管、纳米多孔金、聚吡咯、聚3-辛基噻吩和聚3，4-乙烯二氧基噻吩中的一种。
6.一种权利要求1所述的选择性电极的制备方法，其特征在于：所述聚合物敏感膜中以可聚合的环糊精作为功能单体合成的分子印迹聚合物作为识别载体。
7.按权利要求6所述的选择性电极的制备方法，其特征在于：所述分子印迹聚合物为以双酚a作为模板分子，在功能单体、交联剂、引发剂和溶剂的存在下加热发生聚合反应，而后将模板分子洗脱后干燥备用；其中，模板分子、单体和交联剂按物质的量比1：1-4：10-20混合；所述单体为烯丙基-β-环糊精、单-(6-二烯丙胺-6-去氧)-β-环糊精、单-6-(甲基丙烯酰基-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精中的一种或几种。
8.按权利要求6所述的选择性电极的制备方法，其特征在于：将所述双酚a印迹聚合物作为识别载体掺入到聚合物敏感膜分散液中，而后滴加在离子-电子传导层修饰的电极表面，即得环糊精分子印迹聚合物膜离子选择性电极；
其中，双酚a印迹聚合物占分散液中聚合物敏感膜重量的4-8wt％。
9.按权利要求8所述的选择性电极的制备方法，其特征在于：
所述聚合物敏感膜分散液为聚合物敏感膜和溶剂组成，其中两者的重量体积比值为80-100；其中，聚合物敏感膜为按质量百分比计，4-8wt％分子印迹聚合物(mip)、0.5-2wt％三十二烷基氯化铵(tdmacl)、1-4wt％四(4-氯苯基)硼酸四(十二烷基)铵盐(eth500)、34-37.5wt％聚氯乙烯(pvc)，52-57wt％癸二酸二辛酯(dos)；
所述离子-电子传导层为有序介孔碳、碳纳米管、纳米多孔金、聚吡咯、聚3-辛基噻吩和聚3，4-乙烯二氧基噻吩中的一种；
将离子-电子传导层分散于去离子水中，形成终浓度为5-10mg/ml的分散液，而后将分散液滴于电极基体表面形成离子-电子传导层。
10.一种按权利要求1所述电极的应用，其特征在于：所述电极在检测双酚a中的应用。
技术总结