离子液体改性气凝胶新型固相微萃取材料的制备及其在环境分析中的应用

In this research project, aerogel with three-dimensional nanoframework structure, high specific surface area and good adsorption properties will be introduced into the field of environmental analysis chemistry for sample preparation. To overcome the fragile drawbacks of aerogel including low strength, poor adsorption selectivity and unsatisfactory adsorption efficiency, ionic liquids will be applied to functionalize aerogel to develop novel solid-phase microextraction materials. Via multi-solvent interactions of ionic liquids with specific target analytes, the functionalized ionic liquids will be designed and synthesized, and used to prepare hybrid silica aerogels and modified polymer aerogels onto metal wire, basalt fibers and carbon fibers. The relationship of the chemical structure of ionic liquids and the performance of aerogels extraction materials will be researched. The prepared extraction materials including solid-phase microextraction fibers and tubes will be combined with gas chromatography and liquid chromatography, to develop the high sensitive analysis methods for trace organic pollutants in environmental samples such as polycyclic aromatic hydrocarbons, estrogens, antibiotics, pesticide residues and so on.

本课题拟将具有三维网络纳米多孔结构、高比表面积、良好吸附性能的气凝胶材料引入环境分析化学研究领域应用于样品前处理，针对气凝胶所存在的强度低、萃取选择性差、萃取效率有待改善等问题，利用离子液体对其进行功能化，制备新型固相微萃取材料。借助于离子液体的多溶剂相互作用，对于特定的目标分析物，设计和合成功能化离子液体单体，在金属丝、玄武岩纤维、碳纤维表面，制备离子液体杂化二氧化硅气凝胶和离子液体改性聚合物气凝胶两大类新型涂层，获得固相微萃取纤维和纤维填充型固相微萃取管，研究离子液体化学结构与气凝胶萃取涂层性能的构效关系。将所制备的固相微萃取材料与气相色谱、液相色谱进行联用，建立固相微萃取-气相色谱分析方法、管内固相微萃取-液相色谱在线分析方法，进行方法学考察，应用于环境样品中痕量有机污染物如多环芳烃、雌激素、抗生素、农药残留等的高灵敏度分析检测。

本项目将具有三维网络多孔结构、高比表面积、良好吸附性能的气凝胶材料应用于样品前处理，引入到环境分析研究领域。首先，制备了二氧化硅气凝胶和三聚氰胺-甲醛气凝胶的固相微萃取材料；然后，针对气凝胶所存在的强度低、萃取选择性差、萃取效率有待改善等问题，利用离子液体、聚合离子液体、有机功能单体、纳米材料等对其进行功能化，在金属丝、玄武岩纤维、碳纤维表面，原位制备或修饰功能化二氧化硅气凝胶和功能化聚合物有机气凝胶的新型涂层，获得了多种固相微萃取纤维和固相微萃取管，并研究了气凝胶化学结构与萃取性能之间的构效关系。所制备的固相微萃取材料与气相色谱或液相色谱进行联用，建立了固相微萃取-气相色谱分析方法、管内固相微萃取-液相色谱在线分析方法，进行了方法学考察，应用于环境样品中痕量有机污染物如多环芳烃、雌激素、塑化剂等的高灵敏分析检测，检测限低至0.001 ng/mL，富集能力高达3000多倍，在20-40分钟内即可完成一个样品的分析。本课题开展了一系列较为系统的研究工作，主要包括3个方面：1）离子液体杂化二氧化硅气凝胶固相微萃取材料的研究，2）离子液体功能化有机聚合物气凝胶固相微萃取材料的研究，3）基于新型碳材料、生物质材料、纳米材料等的高效固相微萃取材料的研究。发展了40多种分析方法，适用于环境中多类痕量持久性有机污染物的高选择性、高灵敏度的富集分析。在环境分析、分析化学、样品前处理等相关研究领域代表性期刊Chemical Engineering Journal、TrAC-Trends in Analytical Chemistry、Journal of Chromatography A、Food Chemistry、Topics in Current Chemistry、Talanta、Microchimica Acta、Microchemical Journal等发表论文44篇，并获得新型气凝胶材料相关的授权发明专利6件；本项目研究人员参加国内学术会议7次，发表会议论文23篇，并做口头报告9次；培养硕士研究生10名和博士研究生1名，已经超额完成了本项目的预定研究目标。