基于金属-有机骨架材料的磁性纳米粒子和整体柱的制备及用于多环芳烃电色谱分析研究

Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) in food have posed a serious threat to the human health due to their bioaccumulation, carcinogenic, teratogenetic and mutagenic activity. The enrichment and determination of PAHs in food is important for food safety. In this project, a well-defined number of homogeneous metal-organic frameworks (MOFs) layers are grown on surface of magnetic Fe3O4 nanoparticles using a liquid phase epitaxy process. Here, we show a novel method for the preparation of well dispersed and homogeneous MOFs magnetic nanoparticles, which could effectively overcome the disadvantages such as broad particle size distribution and the irregular shapes of the prepared MOFs particles as chromatographic packing in literature. The adjustable pore structure and size, surface properties of MOFs were designed and controlled to enhance enrichment capability for PAHs, and a novel magnetic solid-phase extraction method for PAHs was developed. The MOFs coating of magnetic nanoparticles were incorporated into polymer monolithic columns by in situ copolymerization to develop novel high selectivity MOFs capillary monoliths for improving column separation efficiency of traditional MOFs packed column. MOFs-based magnetic solid-phase extraction in combination with capillary electrochromatography using MOFs capillary monoliths as stationary phase was developed to selective enrichment and effective separation and determination of trace PAHs in food.

食品中的多环芳烃（PAHs）由于具有生物累积性、致癌、致畸和致突变性等特性，已对人类健康构成了严重威胁，对这些污染物进行富集和分析对于保障食品安全具有重要的意义。本项目一方面拟利用分步液相外延法在Fe3O4磁性纳米粒子表面生长均匀的厚度可控的纳米金属-有机骨架材料( metal-organic frameworks, MOFs)膜涂层，合成分散性好和颗粒均匀的MOFs磁性纳米粒子， 以克服MOFs微/纳晶色谱填料粒径分布宽、形状不规则等不足；通过调控MOFs孔道大小、形状和孔道表面性质增强对PAHs的富集能力，建立PAHs的新型磁性固相萃取方法。另一方面采用有机共聚技术，制备包埋MOFs磁性纳米粒子的新型高选择性MOFs毛细管整体柱，以提高传统MOFs色谱填充柱的分离效率；建立基于MOFs的磁性固相萃取－整体柱电色谱技术联用的新方法，应用于食品中痕量PAHs的选择性富集以及有效的分离检测。

金属-有机骨架材料(MOF)具有组成和结构丰富、比表面积大及孔径可调控等优点。本项目针对食品和生物等复杂样品分析中基体干扰严重和结构类似物难分离等关键问题，围绕复杂样品前处理和色谱分离两个重要分析过程开展了探索研究，取得了以下研究成果：1.在复杂样品前处理方面: 发展了具有高吸附量、重复利用性好的基于MOF材料的新型吸附剂的新方法，建立了基于MOF材料吸附剂用于复杂基体样品中特定有机污染物、重金属及蛋白质等的样品前处理新方法，实现了分析物的高效富集及其与基体的有效分离。2.在复杂样品色谱分离方面: 基于有机聚合/点击化学技术，研发了一系列MOF、有机及杂化毛细管整体柱固定相，探讨了MOF材料的多重协同作用色谱分离机理，解决了MOF应用于高分辨色谱分离的瓶颈问题，实现了异构体、结构类似物及对映体等难分离物质的高分辨分离。另外本项目基于MOF超大比表面积、开放的金属位点等优点，同时进行了相关拓展研究，开发了一系列具有高催化活性的新型MOF纳米酶，以MOF纳米酶为催化媒介，创新研发比色传感分析新技术，实现痕量目标分析物如重金属、对苯二酚、葡萄糖及巯基化合物等的高效、快速和环境友好的分析。本项目有关成果在Chem. Commun., Chem. Eur. J., J. Mater. Chem. B, J. Chromatogr. A, Anaylst, Sensor Actuat B-Chem.,等分析化学领域权威刊物上发表SCI收录论文20篇。本项目的研究成果将进一步拓展MOF材料在分析化学领域的发展和应用。