新型石墨烯框架材料的制备及其在一些食品中内分泌干扰物分析中的应用基础研究

Apart from ozone depletion and greenhouse effect, the adverse effect of endocrine disrupting chemicals, environmental hormones, has caused global environmental concerns. The determination of environmental hormones in different samples is of great importance. Sample pretreatment is the key step in real samples analysis. However, conventional sample preparation methods have some disadvantages, such as being tedious, time-consuming, consuming large amount of toxic and harmful organic solvent and lack of selectivity..Based on our previous research in sample preparation and the development of novel adsorbent materials, the aim of the project is to design and fabricate novel graphene framework adsorbents, develop related extraction column and magnetic extraction materials with high specific selectivity and good mass transfer capability, and explore their applications in the determination of endocrine disrupting chemicals residues in food samples. Another purpose of the project is to elucidate the adsorption mechanism of the prepared graphene frameworks by density functional theory, and to achieve an in-depth understanding of the structure-property relationship of the material. The novel graphene frameworks-based solid extraction methods are expected to be developed for the extraction of some endocrine disrupting chemicals residues in food samples prior to high performance liquid chromatography or gas chromatography-mass spectrometry analysis. The research is of significant importance for developing new analytical tools, monitoring food quality and ensuring food security.

内分泌干扰物的危害是继臭氧层破坏、温室效应之后的又一全球性问题，加强对内分泌干扰物的监控和检测尤为重要。样品前处理是污染物检测过程中的关键环节。但传统的样品前处理方法存在操作繁琐耗时、需要使用大量有毒、有害的有机溶剂、选择性差等问题。.本研究拟设计合成具有多样化孔隙率和孔径结构的石墨烯框架材料，以其为吸附剂构建固相萃取柱和磁响应分散固相萃取材料，以解决石墨烯容易团聚，商品化固相萃取吸附材料品种少、萃取效率较低等问题。结合密度泛函理论模拟计算，阐明石墨烯框架材料组成、孔隙结构和萃取效率之间的关系，揭示石墨烯框架材料吸附萃取内分泌干扰物的本质规律，明确其分离机理。并将基于石墨烯框架材料的固相萃取技术与气相色谱-质谱、液相色谱-质谱相结合，建立食品中内分泌干扰物的选择性分离富集与高灵敏度检测技术体系，本研究对于保障食品安全以及分析技术的创新和发展具有重要的现实意义。

食品安全问题广受关注，而对样品进行前处理、富集待测物、减少测定干扰是污染物残留分析中的关键步骤。本项目依托国家自然科学基金项目资助，设计制备了系列新型石墨烯框架复合材料、石墨烯型碳纳米材料、有机多孔聚合物材料，以其为吸附剂构建了磁性固相萃取、固相萃取等新型样品前处理技术，与高效液相色谱等分离技术相结合，建立了灵敏度高、耗用有机溶剂少、省时高效的分离、检测食品和环境样品中邻苯二甲酸酯、氨基甲酸酯、苯基脲、三嗪、氯酚等10余类内分泌干扰素的新方法，实现了较高的萃取效率。通过密度泛函理论计算揭示了其吸附机理。解决了传统样品前处理方法普遍存在的操作繁琐耗时、使用大量有机溶剂、难以用于复杂基质样品等问题；促进了新材料在样品前处理技术中的应用和样品前处理技术的发展；为保障食品安全、加强环境污染监控提供了有力的理论和方法支持。.在Trends in Analytical Chemistry, Food Chemistry, Microchimica Acta、Talanta、Journal of Chromatography A等国际刊物发表SCI收录论文22篇，其中4篇发表在一区刊物上（中科院分区），13篇发表在影响因子3.0以上的二区刊物上，超额完成任务书规定的任务要求。本项目的研究成果得到了国内外同行的广泛认同和引用，产生了显著的国际影响。发表的论文被SCI他人引用1000余次，他引作者涉及日本、美国、印度、西班牙等多个国家和地区，具有较高的学术价值；他引范围涉及环境化学、分析化学、材料学等多个学科和领域，这些成果对相关科学领域的发展起到了明显的推动作用。.本项目培养硕士生6名，在读博士生1名，在读硕士生3名。.以本项目的研究成果为基础，“基于新型石墨烯复合纳米材料的高效萃取体系的构建及分离机理研究”获2018年度河北省自然科学奖三等奖。