复合凹土纳米材料的新型色谱固定相的研制及其在环境分析中的应用

The organic-based monolithic materials play an increasing important role in the separation of large molecules, such as proteins and peptides. However, the lack of small pores in the monolithic structure resulting in surface area decreased, thus making the monoliths unsuitable for the separation of small molecules in environmental pollutants due to the absence of the numerous interaction sites required for sufficient sample loading capacity. Therefore, in order to satisfy the separation of small molecules in environmental pollutants, it is urgent need of preparation of organic-based monolithic materials with large surface areas. Attapulgite is a kind of natural one-dimensional nanosilicate with characteristics of large specific surface area, high adsorption, easy modification, as well as its low cost.This project aims to develop novel strategies to prepare stationary phases by using attapulgite entrapped within or attached to the pore surface of organic-based monolith. These novel stationary phases are efficient prepared by modification of attapulgite and optimization of reaction conditions such as porogenic solvents, monomers, crosslinking agents, initiators and temperatures. The chromatographic characterization of the resulting monolithic materials are evaluated systematically, and then they are applied to separate complex environmental pollutants such as polycyclic aromatic hydrocarbons, phenols, and endocrines etc. It is expected to develop high efficiency, high sensitivity, high speed, high stability and simple LC separation methods on the basis of preparated monolithic materials. The results of this project will provide powerful tools for the analysis of small molecules in environmental pollutants.

有机聚合物整体材料在蛋白质和多肽等大分子的分离中发挥着越来越重要的作用。但是，由于其存在微孔结构少和比表面积小的缺点，对小分子污染物的分离存在较大的局限性。因此，迫切需要制备比表面积较大的有机聚合物整体材料，以满足小分子污染物分离分析的需要。凹土（Attapulgite）作为一种天然的纳米材料，具有比表面积大、吸附能力强、可修饰性良好等特性，且价格低廉。本项目拟将凹土纳米材料引入到有机聚合物整体材料中，通过对凹土纳米材料表面的有机改性，致孔剂、反应单体、交联试剂、引发剂及温度等反应条件的优化，实现新型复合凹土纳米材料的有机聚合物整体柱的高效制备；完成复合凹土纳米材料的有机聚合物整体柱的色谱性能表征，并在如多环芳烃、酚类、环境激素等复杂环境样品的高效、高灵敏度分析中得到应用，以期建立基于复合凹土纳米整体材料的高效、灵敏、快速、稳定、简便的液相色谱方法，为环境污染物的分析提供强有力的工具。

由于有机聚合物整体材料微孔结构的缺乏，导致其比表面积变小，使之对小分子化合物的分离具有较大的局限性。为了提高其对小分子化合物的分离效率，本项目研制了三种复合凹土纳米材料的有机聚合物整体柱。通过包埋的方法将酸化的凹土包埋在咪唑型两性离子整体材料上制备了亲水性的整体材料。将乙烯基（γ-2-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷）修饰的凹土作为整体材料的骨架制备了亲水性的复合凹土的聚丙烯酰胺整体柱和疏水性的复合凹土的离子液体整体柱。通过制备条件以及分析条件的优化，建立了小分子化合物的分析方法。结果表明，作为色谱固定相，虽然，包埋凹土的咪唑型两性离子毛细管整体柱不能显著提高小分子化合物的柱效，但是，对极性小分子的富集效率比未包埋之前提高了6.4倍，对三聚氰胺的最低检测限达到了0.3 ng/mL。在亲水作用分离模式下，复合凹土的聚丙烯酰胺整体柱对腺苷的柱效达84070 plates/m，未加凹土的聚丙烯酰胺整体柱对腺苷的柱效仅有3262 plates/m，可以看出，凹土的加入大大提高了有机聚合物整体柱对小分子化合物的分离效率。此外，在亲水作用模式下，复合凹土的聚丙烯酰胺整体柱对阿司匹林的柱效高达147613 plates/m。在反相分离模式下，复合凹土的离子液体整体柱对菲的柱效达到35079 plates/m，未加凹土的离子液体整体柱对菲的柱效仅有3746 plates/m。如上结果说明凹土纳米材料的加入大大提高了有机聚合物整体柱对小分子化合物的分离效率和吸附容量。本项目共发表SCI论文6篇，申请专利2项，授权专利5项。本项目的研究结果均以凹土纳米材料为基础，在色谱固定相领域为首次报道，对该领域相关研究工作具有一定参考意义，可以为小分子的分析提供有力的手段。