روش های پلیمریزاسیون

در بین چندین روش پلیمریزاسیون گزارش داده شده برای آماده سازی MIP ها (یعنی روش های بالک، سوسپانسیونی، رسوب دهی، تورمی و پلیمریزاسیون در جا)، روش پلیمریزاسیون در جا متداول ترین روش مورد استفاده است. این روش ساده و همه کاره است. پلیمریزاسیون بالک بر اساس سنتز پلیمرهای مونولیتیکی بلوک انجام می شود. بعد از تهیه ی پلیمر مورد نظر، فرایند خردایش، آسیاب کاری و آسیاب کردن برای تولید اندازه ی ذرات مناسب، مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از فرایند رسوب دهی، اندازه های این ذرات در گستره ی 25 تا 50 میکرون تنظیم می شود. ذرات باقیمانده با اندازه ی مناسب، خشک می شوند و در میان دو فریت، بسته بندی می شوند. پلیمریزاسیون بالک یک فرایند زمان بر و هزینه بر می باشد. شکل غیر منظم ذرات دارای اثر مهمی بر روی قرارگیری و پک شوندگی ذرات در داخل ستون آزمایش دارد. این مسئله مخصوصا در زمانی نمود دارد که از این ذرات در LC با فاز ثابت یا الکتروکروماتوگرافی کاپیلاری (CEC) استفاده می شود. در پلیمریزاسیون سوسپانسیونی، مخلوط پلیمریزاسیون در حلال آلی به صورت سوسپانسیون در می آید. در این سوسپانسیون قطراتی از جنس غیر متجانس با حلال آلی وجود دارد. فرایند با استفاده از یک مکانیزم رادیکال آزاد، در این قطرات انجام می شود و هر قطره به عنوان یک رآکتور عمل می کند. این روش، روش قابل اطمینان برای تولید پلیمرهاست و دارای بازده بالایی است. همچنین استفاده از این فرایند، خواص کروماتوگرافی را بهبود می دهد. روش پلیمریزاسیون دیگر، روش رسوب دهی است. این روش نسبت به روش های دیگر متفاوت است. علت این تفاوت استفاده از مقادیر قابل توجه از پروژن نسبت به روش بالک می باشد. در طی این فرایند، زنجیره های پلیمری رشد داده می شوند و به خاطر عدم حلالیت آنها در فاز مایع، رسوب می کنند. کنترل دقیق پارمترهای مختلف که بر روی فرایند پلیمریزاسیون، اثر می گذارند، موجب پدید آمدن کره های میکرویی و نانویی می شود. علاوه بر سادگی و بازده بالای واکنش، برخی محدودیت ها برای این روش بیان شده است. از جمله از این محدودیت ها می توان استفاده ی از مقادیر قابل توجه از حلال های پروژنی و عوامل واکنش را بیان کرد. به نظر می رسد که اشکال غیر منظم و طبیعت کلوئیدی ذرات بدست آمد، نیز از جمله سایر محدودیت های این روش به شمار می آید. برای برطرف کردن برخی از محدودیت های مربوط به اندازه، توزیع و شکل ذرات MIP، یک روش پلیمریزاسیون بر پایه ی تورم ذرات با اندازه ی یکسان، توسعه یافته است. این روش،‌روشی بهبود یافته است که منجر به توسعه ی پیش ماده های پیچیده تر می شود. اگرچه بازده این روش بالاتر است، اما این روش بهبود یافته بیشتر محدود به کارهای آزمایشگاهی است و برای پیش ماده های پیچیده، مورد استفاده قرار می گیرد.
MIP ها همچنین می توانند با روش پلیمریزاسیون درجا تولید شوند. با استفاده از این روش، مونولیتیک هایی از جنس MIP به صورت کوالانسی بر روی دیواره ی داخلی یک لوله ی کاپیلاری از جنس سیلیس فیوزد شده، ایجاد می شوند. در این روش از فریت استفاده نشده است. برای حصول پلیمریزاسیون، لوله های کاپیلاری تحت تابش UV قرار می گیرند. این کار در داخل یک حمام حرارت دهی انجام می شود. در مرحله ی نهایی، بخش سیلیسی شسته می شود. این کار با استفاده از حلال های مناسب انجام می شود. این روش نسبت به روش قبلی ساده تر و سریع تر است.

MIP ها در استخراج حالت جامد

استخراج از فاز جامد (MISPE) می تواند به عنوان پیشرفته ترین کاربرد MIP ها در نظر گرفته شود. روش استخراج می تواند به صورت مزدوج شده با روش کروماتوگرافی مایع (LC) یا بدون آن، مورد استفاده قرار گیرد. در این روش استخراج حالت جامد، ذرات MIP به عنوان مواد جاذب انتخابی، مورد استفاده قرار گیرد. این پلیمرها می تواند در داخل ستون های PLC یا در بین بخش های فریتی، قرار داده شوند. روش MISPE میزان دستکاری نمونه را به حداقل می رساند و میزان اتلاف مواد مورد آزمایش را کاهش می دهد. روش بدون LC، روشی ساده تر و متدول تر است. مشابه SPE کلاسیک، اصول MISPE از چهار مرحله تشکیل شده است: آماده سازی جاذب، نفوذ نمونه به داخل MIP، شستشو و زدایش ترکیبات سطح مشترک مولکولی و شستشوی مواد مورد آنالیز (شکل 1). انتخاب حلال برای مرحله ی انتقال، باید به طور خردمندانه انتخاب گردد به نحوی که حلالی انتخاب گردد که میزان قطبی بودن آن مشابه حلال مورد استفاده در فرایند پلیمریزاسیون باشد. در مراحل دیگر، حلال باید قادر باشد از ایجاد برهمکنش های میان مونومرهای باقیمانده بر روی سطح MIP، جلوگیری کند؛ بدون آنکه برروی مکان های اتصال،‌اثر بگذارد. بعد از واجذبی مواد مورد آزمایش قرار گرفته، با استفاده از یک حلال مناسب، قادریم تا برهمکنش های میان مواد مورد آنالیز و MIP ها را قطع کنیم.
کاربرد MIP ها به عنوان عامل جاذب برای استخراج فاز جامد(SPE) آفت کش ها در نمونه های غذایی
باقیمانده ی آفت کش ها در مواد غذایی می تواند موجب پدید آمدن ریسک های بسیاری برای سلامتی انسان ها شود ؛ بنابراین، بررسی این مواد در داخل مواد غذایی، یکی از مسائل مهم در صنعت محسوب می شود. تکنیک های تحلیلی به منظور تشخیص و ردیابی باقیمانده ی آفت کش ها در داخل غذا، بسیار حساس هستند زیرا مقدار این آفت کش ها در داخل مواد غذایی، بسیار اندک می باشد. همچنین تنوع و پیچیدگی نمونه ها و آفت کش های مورد استفاده موجب می شود تا نیاز به روش های جدید، بیشتر به چشم بخورد. هر بررسی دقیق که در آن از چندین روش استفاده شده است، معمولا برای تشخیص و ارزیابی میزان باقیمانده ی آفت کش ها در داخل مواد غذایی، مورد استفاده قرار می گیرد. اکثر این روش ها، نیازمند یک مرحله ی آماده سازی نمونه هستند. در این روش های آماده سازی، مواد شیمیایی مورد نظر از زمینه ی پیچیده به داخل یک محیط جدید، انتقال می یابد که این محیط جدید با روش آزمایش و آنالیز همخوانی دارد. اغلبا در این مرحله، یک پیش ماده ی تمیز از مواد مورد آنالیز، ایجاد می کند که زمان آماده سازی در این حالت، زیاد است و اگر نکات کاری در این مرحله رعایت نشود، امکان ایجاد خطا در محاسبات وجود دارد. برای جداسازی و اندازه گیری کمی، روش های تحلیلی GC و HPLC معمولا انتخاب می شوند. استخراج از فاز جامد، اغلب انتخاب می شود اما فقدان خاصیت گزینش پذیری در این روش، موجب می شود تا استفاده از این روش، مشکل آفرین باشد. یک ابزار قدرتمند در آماده سازی نمونه، تکنولوژی نشاندار کردن مولکولی است. یک محدودیت شناخته شده برای MIP ها، مخصوصا آنهایی که از برهمکنش های غیر کوالانسی استفاده می کنند، این حقیقت است که پیوند ایجاد شده با مواد مورد آنالیز، عمدتا از جنس پیوند هیدروژنی است. این پیوند نسبتا ضعیف است و امکان مختل شدن آن وجود دارد. این بدین معناست که در استخراج، وقتی از آب استفاده شود، مولکول های آب با مولکول های مواد شیمیایی رقابت می کنند و این مسئله منجر به کاهش انتخاب پذیری و ظرفیت پیوند دهی می شود. آسان ترین راه برای فایق آمدن بر این مشکل، استفاده از حلال های آلی است. امروزه، از جاذب های MIP برای شستشوی انتخابی به جای یون های استخراج کننده، استفاده می شود. MIP ها به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند و از آنها به عنوان جاذب برای SPE استفاده می شود. این مواد اجازه ی پیش تغلیظ مواد مورد آنالیز و تمیز کردن نمونه ها را می دهد. با استفاده از آنها امکان شستشوی اجزای زمینه ای وجود دارد. با توجه به مروری که بر روی SPE انجام شده است، این فهمیده شده است که دو نوع آفت کش که در MISPE مورد استفاده قرار می گیرد، به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته اند. این دو نوع آفت کش عبارتند از آعلف کش های بر پایه ی تریزین و آفت کش های بر پایه ی اوره. استفاده از روش MISPE برای بررسی میزان علف کش تریزین،‌ از جمله از قدیمی ترین بررسی ها در این زمینه است. استفاده از روش SPEs برای بررسی میزان علف کش تریزین با استفاده از MIP ها، یکی از روش های موفق در این زمینه بوده است. Matsui و همکارانش به این نکته اشاره کرده اند که استفاده از خود مواد مورد بررسی به عنوان تمپلیت، می تواند مسئله ای گیج کننده است زیرا این استفاده ممکن است از حضور تریزین های باقیمانده در پلیمر نهایی، جلوگیری نکند و موجب ایجاد یک سطح مشترک از جنس مواد مورد آزمایش، شود. برای فایق آمدن بر این مشکل، استفاده از آلکیل ملامین یا استفاده از دی بوتیل ملامین به جای آترازین ( به جای تمپلیت برای سنتز پلیمر)، پیشنهاد شده است. در سال 2003، Cacho و همکارانش یک رویه ی دو مرحله ای برای فایق آمدن بر مشکلات مربوط به استفاده از MISPE برای نمونه های پیچیده، ارائه کردند. MISPE دو مرحله ای شامل یک ترکیب از دو کارتریج پلیمری است که یکی نشاندار است و دیگری، غیر نشاندار. کارتریج اول، مواد مورد آنالیز و ترکیب زمینه را حفظ می کردند اما مواد مورد آنالیز به آسانی شستشو می شدند. سپس، عصاره های نمونه ها ی تمیز با استفاده از روش MISPE، بدست می آمدند. استفاده از این روش در نخود فرنگی، سیب زمینی و غلات، اجازه ی تشخیص و اندازه گیری 5 تریازین مختلف را می داد. این در حالی است که غلظت این مواد کمتر از حد ماکزیمم بود. این مسئله اثبات می کند که این روش برای بررسی این آفت کش ها در داخل این 5 ماده ی غذایی، مناسب است. Chapuis و همکارانش دو پلیمر بر پایه ی متیل اکریلات را پیشنهاد کردند که در دی کلرو متان سنتز شده بودند. از این پلیمرها به عنوان تمپلیت در استخراج ترایزین از مواد پیچیده، استفاده شده است. آنها به این نتیجه رسیدند که استفاده از این MIP ها، موجب شده تا تمام ترایزین ها و تغییرات متابولیکی آنها حفظ گردد. یکی دیگر از تکنیک های گزینش استخراجی، بر پایه ی ترکیبی از استخراج حلالی با کمک غشاء ها و استخراج نشاندار مولکولی فاز جامد برای بررسی میزان عاف کش های ترایزین در نمونه های غذایی توسعه یافته است و برای ذرت و ... مورد استفاده قرار گرفته است. این ترکیب حساسیت قابل توجهی دارد و از این رو، قابلیت مناسبی برای استخراج نمونه های پیچیده دارد. بیشتر اجزای مورد آنالیز، از اتصال به ذرات MIP جلوگیری می کنند زیرا آنها در پشت سد غشائی قرار گرفته اند. این مسئله می تواند به عنوان یک راه چاره برای استخراج ترکیبات بسیار پیچیده، مورد استفاده قرار گیرد. Tang و همکارانش یک نوع MIP را با استفاده از پلیمریزاسیون رسوبی، تولید کردند. این سنتز با استفاده از TRIM (تری متیل اول پروپانول تریمتیل اکریلات) به عنوان عامل اتصال دهنده، دی کلرومتان به عنوان عامل پروژن و MAA به عنوان پلیمر عامل دار، انجام شد. آنها پلیمر را به عنوان عامل جاذب SPE برای نمونه های سویا مورد استفاده قرار داده اند و فهمیده اند که پلیمرهای نشاندار BSM نه تنها میل ترکیبی خوبی برای استفاده به عنوان تمپلیت دارند، بلکه همچنین این پلیمر توانایی به دام انداختن تری بنرون متیل، متیل سولفورن متیل و نیکوسولاورن را دارد. نتایج نشان داده است که این روش می تواند برای ارزیابی یک سری ازر سولفونیلور ها، در نمونه های غذایی خاص، مورد استفاده قرار گیرد. قبلا، یکی دیگر از MIP ها برای فنورون (علف کش فنیل اوره) و با استفاده از پلیمریزاسیون رسوبی، توسعه داده اند. در این MPI، MAA به عنوان پلیمر عامل دار و تولوئن به عنوان عامل پروژن می باشد. این ماده ی ساخته شده با استفاده از روش MISPE در نمونه های سیب زمینی، گندم و جو مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج بدست آمده قابل توجه بوده است. نویسندگان به این نکته اشاره کرده اند که فرایند پلیمریزاسیون باید به گونه ای بهینه گردد که ذرات کروی در حین پلیمریزاسیون، ایجاد گردد. با شروع استفاده از نسل دوم آفت کش های سنتزی یعنی آفت کش های ارگانوفسفری، این مواد به عنوان یک جایگزین برای ترکیبات ارانوکلری مورد استفاده در کنترل آفت، مورد استفاده قرار گرفت. علت استفاده این بود که اگر چه این مواد سمی تر هستند، تمایل به انباشت آنها در زنجیره ی غذایی، کمتر است. دی متوآت، یک آفت کش ارگانو فسفری است که به طور گسترده برای کاهش آفت های سبزیجات، مورد استفاده قرار می گیرد. یک MIP غیر کوالانسی برای استخراج دی متوآت از برگ های چای، توسعه یافته است. در این MIP از دی متوآت به عنوان مولکول تمپلیت، متیل متااکریلات به عنوان مونومر و تتراهیدروفوران به عنوان پروژن استفاده می شود. فنیتروتیون(FEN) یکی دیگر از آفت کش های ارگانو فسفری است که به طورگسترده در صنعت کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد. این آفت کش برای مبارزه با آفت های جونده ی موجود برروی میوه، سبزی، برنج، گیاهان علوفه ای و غلات ذخیره سازی شده، مورد استفاده قرار می گیرد. این آفت کش و محصولات حاصل از تخریب آن، با استفاده از روش GC یا LC مورد آنالیز قرار گرفته اند( این فرایندها بعد از مرحله ی SPME یا LLE مورد استفاده قرار گرفته اند). اخیرا، یک MISPE توسعه یافته است و برای بررسی و اندازه گیری باقیمانده ی FEN در گوجه فرنگی، مورد استفاده قرار گرفته است. MIP مورد استفاده برای FEN با استفاده از فرایند پلیمریزاسیون بالک،‌تولید شده است. در این سنتز، از روش نشاندار کردن مولکولی غیر کوالانسی استفاده شده است. سنتز با استفاده از متیل اکریلیک اسید (MAA) به عنوان مونومر عامل دار، اتیلن گلیکول دی میتل اکریلات (EGDMA) به عنوان عامل اتصال دهنده ی عرضی و تولوئن به عنوان حلال پروژنی، انجام شده است. نویسندگان این مقاله اثبات کرده اند که MISPE یک ابزار مناسب برای ارزیابی باقیمانده های FEN در گوجه فرنگی می باشد. مزیت استفاده از این روش در بررسی باقیمانده ی FEN در گوجه فرنگی، عبارتست از هزینه ی اندک، قابل تولید مجدد و گزینش پذیری مناسب می باشد. سایر آفت کش های ارگانوفسفری به طور گسترده برای محافظت از محصول و فرآوری درختان، مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از پایدارترین این آفت کش ها، دی کلرووس ها هستند. این ترکیبات بسیار سمی هستند زیرا می توانند موجب تغییر پروتئینی شوند. این سموم موجب تغییرات در ترشح غدد می شود. بنابراین یک روش حساس و قابل اطمینان برای جداسازی آنها واندازه گیری این آفت کش در غذا، ضروری است. MISPE به همراه HPLC می تواند برای اندازه گیری مقادیر اندک از دی کلرووس ها در نمونه های بوته ای و کاهومانند، پیشنهاده شده است. با استفاده از تکنیک نشاندار کردن مولکولی در دمای اتاق، می توان از تمپلیت های مایع استفاده کرد و در نهایت پایدار،‌ گزینش پذیری و ظرفیت جذب دی کلرووس ها را افزایش داد. د ر نظر آفت کش های مصنوعی پیروتئیدی، استفاده از روش MISPE می تواند هزینه تمیزکاری که هم اکنون برای آنالیز نمونه های ترکیبی مورد استفاده قرار می گیرد را، کاهش دهد. این در حالی است که استفاده از این روش، مصرف حلال را کاهش می دهد و گزینش پذیری را افزایش می دهد. استخراج آفت کش های پیروتوئیدی معمولا با استخراج ناگهانی مواد چربی دار،‌همراه است. از این رو این به نظر می رسد که روش MISPE روشی مناسب برای اندازه گیری این نوع آفت کش ها باشد. سه روش به طور موازی برای توسعه ی MIP ها برای پیروتئیدها،‌مورد استفاده قرار گرفته است. یکی روش MIP بر پایه ی اوره، یکی روش MIP برپایه ی اکریلات و MIP بر پایه ی دی وینیل بنزن می باشد. روش استفاده برای نشاندار کردن،‌روشی آب گریز بوده است. بهترین نتایج برای MIP بر پایه ی دی وینیل بنزن حاصل شده است. این روش از بین سه روش دیگر برای بررسی و اندازه گیری قارچ کش ها، مورد استفاده قرار می گیرد. حد ماکزیمم باقیمانده برای بنزیمیدازول ها بسیار اندک است و روش آنالیز دقیقی نیاز است تا بوسیله ی آنها بتوان میزان اندک از این مواد را تشخیص داد. ترکیبی از روش های نشاندار کردن مولکولی و الکتروکروماتوگرافی برای اولین بار و برای آنالیز این سموم استفاده شده است. استفاده از MIP ها نه به عنوان جاذب بلکه به عنوان فاز ثابت گزینش پذیر در الکتروکروماتوگرافی، پیشنهاد شده است. یک مونولیتیک نشاندار مولکولی به عنوان فاز ثابت برای الکتروکروماتوگرافی کاپیلاری، مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش، از TBZ به عنوان مولکول تمپلیت، MAA به عنوان مونومر، EDMA به عنوان عامل اتصال دهنده و AlBN به عنوان ممانعت کننده استفاده شده است. استفاده از MIP ها هم به عنوان جاذب برای استخراج فاز جامد و هم به عنوان فاز ثابت برای کروماتوگرافی، ممکن است موجب بهبود آنالیز باقیمانده ی آفات شود. این روش هنوز در مراحل اولیه است اما هم اکنون دارای کاربرد بالایی است.

نتیجه گیری

نشاندار کردن مولکولی می تواند به طور مناسبی برای آنالیز آفت کش ها مورد استفاده قرار گیرد. این روش می تواند برای آماده سازی مواد پلیمری با مکان های تشخیصی خاص مورد استفاده قرار گیرد. خواص خارق العاده ی MIP ها یعنی پایداری آنها، آماده سازی آنها را ساده و ارزان می کند و از این رو، این روش، روش مناسب برای استفاده در گستره ی وسیعی از کاربردهاست. در میان این روشها، کروماتوگرافی بااستفاده از عوامل نشاندار مولکولی MIP به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. اخیرا استفاده از MIP به عنوان جاذب های گزینش پذیر برای استخراج فاز جامد(SPE) یک روش قابل اطمینان و ابداعی است. علت این موضوع این است که این مواد پلیمری اجازه ی استخراج مواد مورد آنالیز را از پیش ماده های پیچیده، به ما می دهد. این مواد دارای گزینش پذیری و حساسیت مناسب است. برخلاف سایر روش های مورد استفاده تاکنون، این روش د ارای آزادی های بالایی است و به انسان اجازه شناسایی و بررسی مواد متنوعی را می دهد.
تلاش های انجام شده بوسیله ی گروه های تحقیقاتی مختلف،‌نشان داده است که استفاده از MIP ها دارای پتانسیل مناسبی برای استفاده شدن به عنوان یک ابزار مناسب برای توسعه ی روش های آنالیزی مختلف مانند کروماتوگرافی مایع، و استخراج فاز جامد برای جداسازی نمونه های خاص مورد آنالیز از مواد پیچیده ،می باشد. در سال های اخیر، یک تعداد زیاد از مقالات در زمینه ی نشاندار کردن مولکولی منتشر شده است. این انتظار می رود که این موضوع توجه قابل توجهی را در سال های بعد به خود اختصاص دهد و بتوان از آن برای اندازه گیری میزان آفت کش ها و مواد سمی در محصولات کشاورزی استفاده کرد.