《ACS Omega》：Recovery of the Template in Molecular Imprinting: Liquid-Phase Microextraction or Electromembrane Extraction?
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本综述系统比较了液相微萃取（LPME）与电膜萃取（EME）技术在分子印迹聚合物（MIP）模板回收中的应用。研究首次以磺胺二甲嘧啶为模型模板，揭示LPME在宽浓度范围内保持高回收率（89.9%）的优势，而EME需通过优化电压（提升至60V）将回收率从32.1%改善至74.7%。该工作为绿色合成MIP的模板回收技术选择提供了重要指导。
引言
分子印迹技术是一种具有广泛应用前景的新型分离技术，其原理类似于制备与分子钥匙匹配的分子锁。该技术以特定目标分子为模板，制备出在形状、尺寸和功能基团上与模板分子互补的分子印迹聚合物（MIP），从而具备特异性识别和结合能力。MIP的合成方法包括本体聚合、沉淀聚合、悬浮聚合、原位聚合和表面聚合等。由于其具有理想的选择性、优异的耐用性、低成本和易于制备等优点，MIP在固相萃取、食品分析、环境分析、药物递送、人工受体以及色谱和电泳分离等领域得到了广泛应用。
在MIP合成过程中，使用适当溶剂洗脱模板分子是提高MIP选择性识别能力的关键步骤。此过程会产生大量含有高浓度模板分子和未反应前体（如功能单体、交联剂和致孔剂）的洗脱液。若洗脱液处理不当，可能对环境造成二次污染。尤其对于一些昂贵的模板分子，还会导致额外的成本增加和资源浪费。虽然已有研究提出通过将模板固定在固体颗粒或表面活性剂上来实现模板回收，但这并不适用于常用的游离模板。因此，开发高效的MIP洗脱液中模板分子回收技术，对于环境保护和资源回收具有重要意义。
液相微萃取（LPME）和电膜萃取（EME）是两种常用的基于膜的微萃取技术。对于LPME，样品溶液中的中性分子在pH梯度驱动下穿过支撑液膜（SLM），最终进入接受相并转化为离子形式。由于主要基质分子无法穿过SLM，LPME表现出良好的样品净化能力。此外，通过优化SLM类型、样品和接受相pH值及组成，可以增强LPME对目标分子的选择性。对于EME，带电分子在外加电场作用下从样品溶液迁移通过SLM进入接受相。由于EME的主要驱动力是电迁移而非LPME的被动扩散，因此除了共同的操作简单、高选择性、足够的净化能力和有机溶剂消耗低等优点外，EME提供了比LPME更快的传质速率。近年来，LPME和EME已成功用于从食品、环境和生物样品中提取和纯化不同分子。考虑到MIP洗脱液中模板分子与基质干扰物化学性质的差异，LPME和EME有望实现目标模板分子的高效回收。
实验部分
本研究以磺胺二甲嘧啶为模型模板分子，系统研究了LPME和EME在分子印迹中低浓度和高浓度模板回收方面的性能。实验部分详细介绍了标准品与试剂、磺胺二甲嘧啶MIP洗脱液的制备、样品溶液的制备、LPME和EME的装置与操作步骤以及HPLC分析条件。
磺胺二甲嘧啶MIP的制备参照报道方法并稍作修改。将模板分子、功能单体甲基丙烯酸（MAA）和交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）溶解在乙腈中，加入引发剂2,2'-偶氮二(2-甲基丙腈)（AIBN）后，在60°C水浴中聚合24小时。所得块状MIP经干燥、研磨后，用甲醇-乙酸溶液（9/1, v/v）洗脱模板，离心收集上清液作为磺胺二甲嘧啶MIP洗脱液。
LPME和EME装置分为小体积和大体积两种。小体积装置基于平膜构建，使用移液器吸头作为接受室，Eppendorf管作为样品室。大体积装置使用聚氯乙烯杯作为接受室，50 mL烧杯作为样品室，有效SLM面积约为小体积装置的29倍。LPME和EME的关键参数，如SLM溶剂组成、样品和接受相pH、萃取电压和萃取时间等均进行了优化。
结果与讨论
小体积LPME和EME的优化
磺胺二甲嘧啶的logP值为0.65，表明其为典型极性化合物。其两个主要pKa值分别为2.00和6.99。因此，大多数磺胺二甲嘧啶在pH < 2时带正电荷，在pH 3–6范围内以中性形式存在，在pH > 8时带单负电荷。
对于低浓度磺胺二甲嘧啶（1 mg/L）的小体积LPME，采用文献报道的空心纤维LPME最优参数：在30°C下，从样品溶液（1 mmol/L HCl溶液，含375 g/L Na2SO4）通过SLM（1-辛醇）进入接受相（10 mmol/L NaOH溶液）萃取60分钟。结果表明，回收率高达94.6%，证明文献参数适用于本研究。
对于低浓度磺胺二甲嘧啶的小体积EME，系统优化了关键参数。初步实验发现常用的SLM溶剂NPOE不适合磺胺二甲嘧啶的回收，因其亲水性强难以在SLM中分配。添加离子载体甲基三辛基氯化铵（A336）可改善高极性酸性物质的萃取效率。当NPOE中A336的百分比从0.1%增加到1%时，回收率从13.7%快速提高到89.1%，进一步增加到2%时无明显变化，故选择含1% A336的NPOE作为SLM。在固定接受相pH为12时，样品溶液pH从11增加到12，回收率从37.0%提高到89.1%，进一步增加到13时降至37.7%。类似地，在固定样品溶液pH为12时，接受相pH从11增加到12，回收率从60.6%提高到89.1%，进一步增加到13时降至72.5%。因此，选择10 mmol/L NaOH（pH 12）作为EME的最佳样品和接受相。萃取电压对EME至关重要。当电压为0 V（即LPME）时，仅提取极少量的磺胺二甲嘧啶（7.4%）。施加2 V电压后，回收率显著提高至76.6%。电压从2 V增加到10 V时，回收率进一步提高至89.1%，继续增加至15 V无明显变化，故选择10 V作为萃取电压。萃取时间优化表明，时间从10分钟增加到50分钟，回收率从60.6%迅速提高到94.0%，继续增加至60分钟无明显变化，故选择50分钟作为最佳萃取时间。在最优参数下，小体积EME对低浓度磺胺二甲嘧啶的回收率高达94.0%。
大体积LPME和EME的适用性
将小体积LPME最优参数应用于大体积装置回收高浓度磺胺二甲嘧啶（100 mg/L）时，仅需按比例增加SLM面积（至290 μL），回收率仍可达89.9%，表明LPME仅通过增加SLM表面积即可在浓度升高和设备放大时保持高性能。
然而，将小体积EME最优参数直接应用于大体积装置回收高浓度磺胺二甲嘧啶时，回收率急剧下降至32.1%。为改善回收率，进一步优化了萃取参数。在固定萃取时间为40分钟条件下，萃取电压从10 V增加到60 V时，回收率从30.0%快速提高至74.7%。但电压进一步增加至70 V和80 V时，回收率分别下降至65.0%和47.1%，这与EME系统在高电压下稳定性降低有关。固定电压为60 V后，优化萃取时间发现，时间从40分钟增加至50分钟，回收率从74.7%下降至70.5%，故选择40分钟作为大体积EME的最佳萃取时间。在优化后的参数下，大体积EME对高浓度磺胺二甲嘧啶的回收率达到74.7%。
实际应用
将优化后的大体积LPME参数应用于实际MIP洗脱液，磺胺二甲嘧啶的回收率仍可达88.1%，与工作标准溶液的回收率（89.9%）基本相似，充分证明了大体积LPME装置在回收MIP洗脱液中模板分子的高效性和实用性。
同样，将优化后的大体积EME参数应用于实际MIP洗脱液，磺胺二甲嘧啶的回收率为72.6%，与工作标准溶液的回收率（74.7%）相似，证明了大体积EME装置在实际应用中的有效性。洗脱液基质的影响可忽略不计。
LPME与EME回收能力比较
小体积LPME和EME均能实现对低浓度磺胺二甲嘧啶的高效萃取，回收率分别为94.6%和94.0%。在最优参数下，大体积LPME和EME均能有效回收实际MIP洗脱液中的磺胺二甲嘧啶，且洗脱液基质的影响可忽略。
两者的差异主要体现在：LPME更适用于从MIP洗脱液中回收分子模板，而EME更适用于离子模板，这源于LPME和EME的基本原理不同。虽然大体积LPME和EME都能有效回收实际MIP洗脱液中的磺胺二甲嘧啶，但LPME的回收效率（88.1%）高于EME（72.6%）。此外，随着磺胺二甲嘧啶浓度的增加和实验装置的放大，LPME仅通过增加SLM表面积即可保持高性能，表明LPME可应用于更宽浓度范围内模板的高效回收。相比之下，EME对模板浓度更敏感，浓度增加会导致其萃取效率急剧下降。为改善回收效率，EME需要更多的额外参数调整，特别是萃取电压，使其更适用于MIP洗脱液中模板浓度相对稳定的场景。
结论
本研究使用小体积和大体积装置考察了LPME和EME对低浓度和高浓度磺胺二甲嘧啶的回收性能。在最优参数下，LPME和EME均能实现磺胺二甲嘧啶的高效回收。然而，随着磺胺二甲嘧啶浓度的增加和实验装置的放大，LPME仅通过增加SLM表面积即可保持高性能，而这不适用于EME。相反，EME需要额外的参数调整，特别是增加电压，以改善其性能。EME对模板浓度更敏感，浓度增加会导致其萃取效率急剧下降，而LPME可在更宽的浓度范围内实现模板的高效回收。本研究有助于促进基于膜的微萃取技术在分子印迹模板高效回收中的合理选择，对于通过模板循环利用和减轻环境影响实现MIP的绿色合成具有重要意义。
