Application of a molecularly imprinted polymer based on the polyimide as a piezosensor selective coating for determining the oleic acid in oils

Abstract

При создании селективных пьезоэлектрических сенсоров на основе полимеров с молекулярными отпечатками (ПМО) рассмотрена возможность применения квантово-химического моделирования для выбора условий их синтеза. Исходным полимером для получения ПМО являлась полиамидокислота (ПАК), представляющая собой сополимер 1,2,4,5-бензолтетракарбоновой кислоты с 4,4′-диаминодифенилоксидом. При двухступенчатой термоимидизации раствора ПАК в присутствии темплата образовывался полиимид с молекулярным отпечатком. В качестве темплата служила олеиновая кислота. Оптимизацию структур и вычисление энергий проводили с использованием программы Gaussian 09 гибридным методом функционала плотности B3LYP в базисе 6-31G(d,p) с коррекцией ошибки суперпозиции базисных наборов BSSE (basis set superposition error). Показано, что структура радикала жирной кислоты играет решающую роль в образовании отпечатков и, соответственно, в селективности полимера. На основании проведенных квантово-химических расчетов установлено оптимальное соотношение реагентов в предполимеризационной смеси 4 : 1. Методом нековалентного импринтинга синтезированы полимеры с молекулярными отпечатками олеиновой кислоты на поверхности пьезоэлектрических сенсоров. Экспериментально оценена способность полученных сенсоров к распознаванию этой кислоты в модельных бинарных и тройных смесях жирных кислот, установлено, что сенсор на основе полимера с молекулярными отпечатками наиболее чувствителен к олеиновой кислоте, предел обнаружения которой составил 0.14 г/дм3. Пьезоэлектрические сенсоры на основе ПМО апробированы при определении жирной кислоты в растительных маслах (подсолнечное, кукурузное, оливковое, льняное, рапсовое), в качестве метода сравнения использовали хромато-масс-спектрометрию и установили, что разность результатов определения менее 10 %. Ключевые слова: полимеры с молекулярными отпечатками, полиамидокислота, полиимид, олеиновая кислота, компьютерное моделирование, модифицированные пьезосенсоры.