环糊精接枝超支化聚硅氧烷制备及其在环境水样农药残留分析中的应用研究

Solid-phase microextraction (SPME) is a simple, rapid and efficient sample pretreatment method for the analysis of trace pollutants in environmental samples. The selection of sorbent is very important in SPME In this project, a series of functionalized cyclodextrin hyperbranched polysiloxysilane (CD-HPS) will be synthesized based on the unique structures and properties of hyperbranched polymer and cyclodextrin, such as intramolecular cavities and abundant functional groups of hyperbranched polymer, and molecular recognition, biocompatibility, degradation, non-pollution properties of cyclodextrin. The resulting CD-HPS will be utilized as novel sorbent in the SPME process of pesticide residues in environmental water samples. With the combination of modern analytical instruments, the extraction efficiency and enrichment ability of the new CD-HPS sorbent for the pesticide residues in environmental water samples will be studied in depth. In addition, the extraction conditions will be optimized to increase the extraction efficiency and reduce the time of extraction process. Finally, the novel, fast, efficient and environmental benign CD-HPS-SPME method will be established for the analysis of typical pesticide residues in real water samples. This research will be of vital application value for analyzing and monitoring pesticides residues at trace or ultra-trace concentration level in environmental water samples, and will expand the application area of hyperbranched polymer in the field of environmental science research and promote the cross integration of sub-disciplines of chemistry, such as supramolecular chemistry, environmental analysis and functional materials etc.

固相微萃取是一种简便、快速、有效的样品前处理技术，适用于环境样品中微量、痕量污染物的吸附、富集和分离，固相吸附材料的选择对保证该技术的萃取效果起着非常重要的作用。本项目根据超支化聚合物拥有分子内部空穴及丰富的可修饰官能团的结构特点以及环糊精的分子识别、生物相容性、易降解、无污染等特性，设计合成新型环糊精接枝超支化聚硅氧烷，并将其作为固相微萃取技术中的固相吸附材料，采用不同萃取模式研究它们对环境水样中特定类型农药残留的选择性萃取，考察影响环糊精接枝超支化聚硅氧烷萃取效率的因素，优化萃取条件，结合现代仪器分析方法，建立基于环糊精接枝超支化聚硅氧烷的固相微萃取技术。该研究成果能够提高固相微萃取技术对于目标物的萃取富集效能、降低基体的干扰，对环境样品痕量/超痕量农药残留分析监测有重要应用价值。同时还能拓展超支化聚合物在环境科学领域应用，促进超分子化学、环境分析和功能材料等化学分支学科的交叉融合。

以超支化聚酰胺-胺、超支化聚三嗪、超支化聚酯、超支化芳香聚酰胺、超支化聚硅氧烷等为基本单元，设计、合成系列新型的固相萃取吸附剂，系统研究这些吸附剂在不同条件下对环境水样、茶汤、茶饮料、蜂蜜等中典型农药 (苯甲酰脲类杀虫剂、菊酯类，杀螨剂等) 污染物残留的萃取、吸附效果，建立以所制备的复合材料为吸附剂的固相微萃取方法，对可能影响萃取效率的因素进行优化 (单因素、考虑多因素的PB-CCD实验设计)，得出最佳萃取条件。在此基础上，建立相应的标准曲线，并对方法的可靠性、准确性等进行验证。最后，结合高效液相色谱对实际样品中的目标分析物进行萃取、富集和检测、分析。.此外，还研究了不同辅助萃取方法 (超声辅助萃取、泡腾辅助萃取、磁性辅助分离等) 对待测样品中典型农药污染物残留的萃取效果。其中，磁性辅助萃取与普通的固相微萃取相比具有明显的优点，使得吸附目标分析物后的吸附剂与液相的分离更加简单，免去了离心环节，不仅效率高，而且明显缩短样品前处理所用时间。.更为重要的是，对所合成的吸附剂对目标分析物的萃取、吸附机理开展了系统深入研究。主要方法有：① 谱学方法，② 吸附模型、吸附动力学方法，③ 量子化学模拟计算方法。不仅从实验结果说明吸附、萃取机理，还通过理论计算从另外的角度说明超支化聚合物吸附剂与目标分析物作用方式、作用力类型及强弱等，理论与实验结果相印证，还可为新型吸附剂的设计合成提供理论基础。.所建立的方法具有操作简单快速、萃取方法灵活简便、样品用量少、富集倍数较高、检出限低的特点，可用于水样、茶汤、茶饮料、蜂蜜等中典型农药 (苯甲酰脲类杀虫剂、拟除虫菊酯类、菊酯类，杀螨剂等) 污染物残留的萃取、吸附及检测分析中，具有较好的理论意义和实际应用价值。