分子印迹技术 (MIT) 最早出现于 20 世纪 70 年代，是一种可从多组分体系中特异性地识别给定分析物或分析物中某特定基团的分子识别技术，已在色谱分离、固相萃取、仿生传感器、膜萃取、临床药物分析等领域被广泛应用。在分子印迹聚合物基础上发展的传统电化学印迹传感器既具备电化学传感器灵敏度高的优点，又具有分子印迹聚合物选择性好的优势，因此该类传感器在蛋白质、抗生素、农药、神经递质、激素等物质监测中得到大量应用。为了克服印迹聚合物因表面活性位点少、导电性较差而导致灵敏度下降的不足，传统电化学印迹传感器常采用多层叠加形式将印迹聚合物与多种材料复合为一体。但这种方式易造成传感器制备工艺程序比较复杂，而且稳定性较差，很难满足今后产业化的实际需求。因此，发展新型的电化学传感技术已成为电分析工作者的重要任务。

零流电位法是一种基于界面材料与目标物质相互作用后，其界面电位变化会引发零流电位变化的新型电化学方法，可以直接测定与界面材料有作用关系的待测物含量 ( 如 4- 氨基偶氮苯、邻甲苯胺、联苯胺、人血清白蛋白、DN[**]等 )、相关物质的 pH 值及结合常数等，无需其它电化学活性标记物的参与。因此零流电位法在研究物质之间的作用方面显示出较强的优势。

  2，4- 二甲基苯胺 (2，4-DM[**]) 常被用作为有机合成和药物中间体，2，4-DM[**] 的化学结构式如图1 所示。2，4-DM[**] 毒性较大，一旦被人体吸收就会使细胞供氧不足，从而伤害身体。目前 2，4-DM[**] 主要检测方法有气相色谱 – 质谱法、毛细管柱气相色谱法、液相色谱法等。但这些方法检测周期长、程序复杂繁琐、成本高，不利于样品的快速现场监测分析。

相比于其它聚合方法，电聚合已被证明是一种简单、快速地在电极表面沉积分子印迹聚合物

(MIP) 的方法。通过有效调控电位范围、聚合圈数、功能单体与模板分子配比等条件，即可实现分子印迹聚合物膜电化学性能的简便控制。

  笔者通过电聚合方法，以 2，4-DM[**] 为模板分子，丙烯酸 ([**]C) 为功能单体，在石墨烯修饰的铅笔芯电极 (G-PCE) 表面制备出 2，4-DM[**] 的 MIP，采用超声振荡洗脱出模板分子 2，4-DM[**] 后即可得到用于零流电位法检测的印迹电极 2，4-DM[**]–MIP–G–PCE。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

   电化学工作站：CHI610D 型，上海辰华仪器厂；数控超声波清洗器：KQ–250DB 型，上海昆山仪器有限公司；

   2，4- 二甲基苯胺：分析纯，成都西亚试剂有限公司；

   4- 氨基联苯、4- 氨基偶氮苯、对氯苯胺：分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；

   邻甲苯胺：分析纯，上海山扑化工有限公司；联苯胺：分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；

   丙烯酸、胭脂红：分析纯，北京盈祥科技有限公司；

   石 墨 烯：粒 径 为 0.5~2.0 μm，厚 度 为 0.8~1.2 nm，北京盈祥科技有限公司；

   胶水：[**]B 胶，广东爱必达胶粘剂有限公司；

   铅笔：2B，上海中国第一铅笔股份有限公司；

   实验所用其它试剂均为分析纯；

   实验用水为二次蒸馏水。

1.2 印迹电极的制备

  按照文献制备铅笔芯电极 (PCE) 和石墨烯 修 饰 铅 笔 芯 电 极 (G–PCE)。 将 G–PCE 或 PCE置 于 含 0.969 5 g／L 2，4-DM[**] 和 4.611 8 g／L 丙烯 酸 ([**]C) pH 为 6.47 的 磷 酸 缓 冲 溶 液 (PBS) 中，于 –0.8~0.8 V 的扫描电位范围内，以 0.1 V／s 循环扫描 26 圈，取出，用二次蒸馏水清洗数次，再置于无水乙醇中超声波清洗 5 min，晾干，备用。采用相同方法制备 2，4-DM[**]–MIP–PCE。 非印迹电极2，4-DM[**]–NMIP–G–PCE 制备无需洗脱 2，4–DM[**]，其它条件同上。

  印迹电极 2，4-DM[**]–MIP–G–PCE 的制备过程如图 2 所示。

1.3 实验方法

  把印迹电极的两端分别与工作电极、对电极的端口相连，再与作参比电极的饱和甘汞电极一同浸入含一定 2，4-DM[**] 的 PBS 缓冲溶液 (pH 6.47) 中，静止 5 min，于 –0.8~0.8 V 的电位范围内以 0.1 V／s进行单扫，记录编号为 I~E 的曲线中 I=0 处的电位值。印迹电极更新采用在无水乙醇中超声波清洗 5 min 即可。

零流电位法连接图如图 3 所示。

2 结果与讨论

2.1 印迹电极与其它电极的伏安性能比较

   在含 0.329 3 g／L K₃［Fe(CN)₆］的 pH 1.81 B.R缓 冲 溶 液 中，2，4-DM[**]–MIP–G–PCE，2，4-DM[**]–NMIP–G–PCE 和 G–PCE 3 种电极的循环伏安曲线图见图 4。由图 4 可知，K₃［Fe(CN)₆］在 2，4-DM[**]–MIP–G–PCE 上有一对峰形良好的氧化还原峰，氧化峰电流为 124.5 μ[**]，氧化峰电位为 0.361 6 V，还原峰电流为 –178.8 μ[**]，还原峰电位为 0.196 3 V。而K₃［Fe(CN)₆］在 G–PCE 和 2，4-DM[**]–NMIP–G–PCE上氧化峰电流分别为 93.86，85.28 μ[**]，均比在印迹电极上的小。这是由于 2，4-DM[**]–MIP–G–PCE 电极表面含大量印迹活性位点，而 2，4-DM[**]–NMIP–G–PCE 表面并没有印迹空穴，导致电子通过非印迹电极表面时传递阻力较大，因此 K₃［Fe(CN)₆］在印迹电极上的氧化还原现象比在其它电极上灵敏。

2.2 印迹电极的电聚合条件优化

  电解质溶液 pH、功能单体和模板分子配比及浓度、扫描电位范围、扫描圈数等均会影响印迹聚合物的印迹空穴生成和数量，从而影响印迹聚合物对模板分子的选择性吸附，表现为印迹电极的零流电位EZCP 的差异，因此以 2，4-DM[**]–MIP–G–PCE 印迹电极在 2，4-DM[**] 和空白 PBS 缓冲溶液中的零流电位差值 ΔE_ZCP 最大值作为衡量制备条件的指标。

2.2.1 PBS pH 值，功能单体和模板分子配比、含量

  PBS 缓冲溶液的 pH 值对零流电位差值的影响见图 5。由图 5 可知，在 pH 为 5.29~7.37 的范围内，pH 增加，零流电位差值逐渐增加；当 pH 值为 6.47时，零流电位差值达到最大；pH 超过 6.47，零流电位差值逐渐下降，因此 PBS 的最佳 pH 值为 6.47。

分 别 试 验 了 功 能 单 体 与 模 板 分 子 的 配 比 为1∶2，1∶4，1∶6，1∶8，1∶10 时零流电位差值的变化，见图 6。由图 6 可知，配比为 1∶8 时，零流电位差值最大；配比超过 1∶8，零流电位差值开始下降，因此选择 1∶8 作为 2，4-DM[**] 和 [**]C 的最佳配比。

按照最佳配比，考察 2，4-DM[**] 的质量浓度为0.096 9~1.211 8 μg／L 时对零流电位差值的影响，见图 7。由图 7 可知，2，4-DM[**] 的质量浓度为 0.096 9μg／L 时，零流电位差值最大，因此选择 2，4-DM[**]的质量浓度为 0.096 9 μg／L。

2.2.2 扫描电位范围和聚合圈数的优化

  扫描范围和聚合圈数对 MIP 膜的厚度影响较大，MIP 膜过薄难以在电极表面支撑，过厚则电子迁移阻力较大。扫描电位和聚合圈数对零流电位差值的影响分别见图 8、图 9。由图 8 可知，零流电位差值于 –0.8~0.8 V 处导致达到最大，随后零流电位差值随扫描电位的加大而减小；由图 9 可知，随着聚合圈数的增加，零流电位差值增大，当聚合圈数大于 26 圈时，零流电位差值随之减小。说明当扫描电位范围为 –0.8~0.8 V，聚合圈数为 26 圈时，印迹聚合物对模板分子印迹吸附最强，因此 MIP 的最佳扫描电位范围为 –0.8~0.8 V，最佳聚合圈数为 26 圈。

2.3 洗脱时间对印迹聚合物的影响

  洗脱过程是去除模板分子，使有效识别位点得以释放，从而获得与模板分子结构和空间相同的三维空隙，洗脱时间对零流电位差值的影响见图 10。

 由图 10 可知，洗脱时间在 2~6 min 内，当洗脱时间小于 5 min 时，零流电位差值随时间的增加而增大，洗脱大于 5 min 时零流电位差值几乎不变，说明洗脱 5 min 印迹聚合物中的印迹空穴达到饱和，因此选择洗脱时间为 5 min。

2.4 印迹聚合物的选择性

2.4.1 几种结构相近物质的印迹容量

  考察了 2，4-DM[**]–MIPs–G–PCE 对质量浓度均为 12.118 2 μg／L 的 2，4-DM[**]、胭脂红 (CME)、对氨基偶氮苯 (4-[**][**]B)、4- 氯苯胺 (PC[**])、4- 氨基联苯(4-[**]BP)、联苯胺 (BZ)、邻甲苯胺 (OT) 和邻甲氧基苯胺 (OM[**]) 的印迹容量。

按式 (1) 计算各物质的印迹容量 (I[**]C) ：

式中：I[**]C——印迹容量，% ；

∆E——2，4-DM[**]–MIP–G–PCE 在溶液中的零流电位值与在空白 PBS 溶液的零流电位值的差值；

E0—— 2，4-DM[**]–MIP–G–PCE 在空白 PBS 溶的零流电位值。

分子印迹聚合物电极对不同物质印迹容量见图11。由图 11 可知，2，4-DM[**]–MIP–G–PCE 对 2，4-DM[**]的印迹容量为 0.142 6，对 4-[**][**]B，PC[**]，OT 的印迹容量是 5.31%，对 BZ 的印迹容量仅有 0.31%，其它物质的印迹容量均小于 0.3%，说明 2，4-DM[**]–MIP–G–PCE 对 2，4-DM[**] 的选择性和特异识别性远远超过其它物质。

2.4.2 干扰试验

  分别考察了结构相近物质 4- 氯苯胺，邻联甲苯胺，联苯胺，邻甲苯胺，4- 氨基联苯，和一些无机盐 CuSO₄，MgCl₂，Fe₂(SO₄)₃，KI，以及色素胭脂红对0.969 5 g／L 2，4-DM[**] 零流电位的影响，结果见表1。由表 1 可知，在 ±5% 的相对误差内，160 倍联苯胺、120 倍邻甲苯胺、100 倍 4- 氨基联苯等对测定无干扰，这与印迹容量试验结果一致；180 倍 MgCl₂，140 倍 CuSO₄，以 及 120 倍 的 染 料 胭 脂 红 等 均 对2，4-DM[**] 的测定不产生干扰。

2.5 标准工作曲线

在 1.3 实验条件下，采用 2，4-DM[**]–MIP–G–PCE测定质量浓度分别为 0.121 2，0.605 9，1.211 8，6.059 1，12.118 2，60.590 8，121.181 6，605.908 μg／L 2，4-DM[**]的零流电位。结果显示，2，4-DM[**] 的质量浓度增加，其零流电位（E_ZCP）相应正移，且 2，4-DM[**] 的零流电位与其质量浓度的对数（lg［2，4-DM[**]］）呈线性。线 性 方 程 为 E_ZCP= 0.005 37 lg［2，4-DM[**]］+0.198 9（r=0.991，n=8），检出限（3σ／k）为 0.040 6 μg／L。

2.6 印迹电极的重复性和稳定性

  每两天将同 1 根 2，4-DM[**]–MIPs–G–PCE 于质量浓度为 12.118 2 μg／L 的 2，4-DM[**] 溶液中进行检测，连续测定 20 天，结果见表 2。由表 2 可知，连续 10 次测量的零流电位的相对标准偏差为 1.01%，表明该电极稳定性好。

  分别采用5根印迹电极检测1.211 8 μg／L 2，4-DM[**]，结果见表 3。由表3可知，5次测量的零流电位的相对标准偏差为 0.84%，说明该电极重复性好。

2.7 加标回收试验

  在零流电位法下，对实验废水进行测定，未检出 2，4-DM[**]。采用标准加入法，用 2，4-DM[**]–MIP–G–PCE 对实验废水进行零流电位法检测，结果见表4。由表 4 可知，样品回收率在 95.59%~101.70%，表明该方法具有较高的准确度。

3 结语

  采用电聚合方法制备出能用零流电位法检测痕量 2，4-DM[**] 的印迹电极。该电极灵敏度高，选择性和稳定性好，且制备简单，可进一步发展为实际检测 2，4-DM[**] 的传感器。