用于法医毒物分析样品前处理中功能化磁性碳纳米材料的制备及分离机理研究

In the current sample pretreatment process of forensic toxicological analysis, there are still several issues of poor selectivity, low recovery rate, high sample-consuming and time-consuing of post-extracting step. The present research intends to synthesize several functionalized magnetic carbon nano materials which are used in sample pretreatment process of forensic toxicological analysis. The surface of the materials are functionalized modified and fabricated with the megnetic particles by the chemical co-precipitation method. Then the modified materials are characterizied. The new nano material can effectively adsorb the target compounds by means of the hydrogen bond, π accumulation effect or the surface adsorption, which are by the functionalized modification on the surface of the nano material. Meanwhile, it avoids not only the aggregation of the particles during the extraction process, but also the filter process; as well, it can be isolated and purified by the external magnetic field due to the magnetism of the material. As a result, the analysis time can be reduced prominently. Following, the adsorption thermodynamics and dynamics will be investigated. It will explain the mechanism and build a new adsorption hypothesis via fitting the present theoretical model. The research will provide some theoretical basis of development of new material, study of isolation mechanism and the simplification of the analysis process. Finally, a new sample pretreatment method which is simple, rapid, low sample-consuming, low-cost and environment friendly will be established in the forensic toxicological analysis.

为了解决现有法医毒物分析样品前处理过程选择性差、回收率低、样品损耗大、萃取后处理步骤繁琐费时等问题，本研究拟设计合成4种功能化磁性碳纳米材料用于法医毒物分析样品前处理过程。通过采用化学共沉法对材料表面进行功能化修饰和磁性颗粒的键合或组装，随后使用扫描电镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)等仪器对材料进行表征，制备的材料通过氢键、π-π堆积作用等分子间作用力或者表面吸附作用对目标化合物进行有效吸附；同时，材料的磁性可避免萃取过程中颗粒的聚集，萃取后可使用外加磁场进行分离，避免了过滤等纯化步骤，可以显著减少分析时间和基质干扰。随后，通过对材料吸附-解吸附过程中吸附热力学和动力学等吸附行为的研究，拟合现有理论方程解释其分离机理，提出新的吸附理论假设，为新材料的研发、分离机理的研究和分析过程的简化提供理论依据。最后，建立一套简便快速、低样品损耗、低成本、环境友好的法医毒物分析样品前处理新方法。

由于法庭科学领域中毒案件的复杂多变、检材多样等特殊性，需要高效省时的前处理技术，样品前处理方法已成为制约分析方法是否先进的瓶颈因素。为了解决现有法医毒物分析样品前处理过程选择性差、回收率低、样品损耗大、萃取后处理步骤繁琐费时等问题，本研究设计合成了两种功能化磁性碳纳米材料用于法医毒物分析样品前处理过程，建立了一套简便快速、低样品损耗、低成本、环境友好的法医毒物分析样品前处理新方法。.1、设计合成了用于马钱子中有毒生物碱固相萃取的磁性羟基化多壁碳纳米管（Fe3O4-MWCNTs-OH）。通过化学共沉淀法合成Fe3O4磁性纳米颗粒作为磁性组分，随后同市售羟基化多壁碳纳米管共沉淀反应生成功能化磁性材料。通过透射电镜和傅里叶红外光谱对所合成的Fe3O4-MWCNTs-OH材料进行物理表征，并采用振动磁强计和X-射线衍射仪室温测定磁力强度及粒子晶体结构。对其进行选择性和特异性吸附能力考察后，将此技术应用于血清样品中士的宁的检测。利用外加磁铁可快速将吸附剂从基质中分离，所建立的方法分析结果可靠，加样回收率在98.3%-102.7%之间，RSD在0.9%-5.3%之间，相关系数为0.9997检测限为20.5 ng mL-1。结果显示建立的方法适用于生物样品中马钱子有毒生物碱的提取和测定。.2、设计合成了4-甲基咪唑的磁性分子印迹聚合物（MMIPs）用于选择性识别萃取饮料中的微量4-甲基咪唑。首先以化学共沉淀法合成Fe3O4磁性纳米颗粒作为磁性组分，采用两性修饰剂PEG对磁性纳米粒子表面进行改性，得到均匀分散的溶液。然后用悬浮聚合方法，以4-甲基咪唑为模板分子，甲基丙烯酸为功能单体， EGDMA为交联剂制备MMIPs。通过扫描电镜和傅里叶红外光谱对所合成材料进行物理表征，并用用振动磁强计室温下测定磁力强度，以及通过X射线衍射仪分析粒子的晶体结构。接着进行对其选择性和特异性吸附能力考察。最后将MMIPs应用于饮料中微量4-甲基咪唑的检测，利用外加磁铁可快速将吸附剂从基质中分离，回收率在90.19-104.29%之间，RSD在2.15%-7.30%之间，检测限为3.34 ng mL-1，所建立的方法分析结果可靠。