复合纳米材料和高分辨质谱一体化结合的新型污染物复杂环境样品分析方法研究

Taking advantage of the nanoscale assembly technology, we will synthesize functionalized nanocomposites which not only possesses highly selective extraction ability to targets, excellent desorption/ionization efficiency for targets under the action of laser pulses, but also facilitates subsequent sampling/extraction and mass spectrometry detection. Then the nanocomposites are incorporated into sampling materials or extraction membranes and used to collect atmospheric gas, atmospheric aerosols or pretreat water samples with complex matrix. Emerging pollutants enriched on the nanocomposites are analyzed directly using the subsequent MALDI-TOF-MS, MALDI-FT-ICR-MS or gel electrophoresis-ICP-MS. With the integration of highly selective nanocomposites and advanced high resolution mass spectrometry, trace levels of parent compounds, precursors, isomers, metabolites, and exposure biomarkers in samples with complex matrix such as sewage, atmospheric gas and aerosols, can be identified and analyzed rapidly with high selectivity and sensitivity, which will provide a novel technique to investigate the environmental behaviors and assess the risk of emerging pollutants.

利用现代纳米组装技术制备筛选同时具有高选择性萃取富集能力、良好MALDI电离增强基质效应、便于采样萃取富集器件化和后续质谱检测的复合功能纳米材料，以此为基础构成合适的采样萃取富集器件对复杂环境样品进行采集和处理，并与后续的MALDI-TOF-MS和MALDI-FT-ICR-MS等高分辨质谱以及凝胶电泳-等离子体质谱有机结合，实现高度选择性复合纳米材料与先进的高分辨质谱技术的优势互补，研究建立复杂环境样品的前处理-分析检测一体化分析方法，从而实现污水、大气气相和细粒子等复杂环境样品中微量新型污染物的母体、前体物、异构体、降解代谢产物和暴露标志物的高选择、高灵敏度的快速筛查和分析，为新型污染物的环境行为研究和风险评价提供方法支撑。

本项目旨在将复合纳米材料和高分辨质谱检测相结合，建立复杂环境样品中新型污染物的前处理-分析检测一体化分析方法，实现复杂环境样品中微量新型污染物的母体、前体物、异构体、降解代谢产物的高选择、高灵敏度的快速筛查和分析。经过5年的研究工作主要取得以下创新性成果：（1）合成了多种具有超大比表面积和多孔结构的金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）等纳米材料，考察了这些材料的热稳定性、化学稳定性、导电能力、吸光性能及对新型污染物的吸附和解吸性能；根据材料的特点，将其器件化，并与基质辅助激光解析/电离一飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）、纸喷雾质谱、四极杆线性离子阱质谱、ICP-MS等高分辨质谱联用，开发了污水、血清、尿液、土壤、底泥等不同基质样品中新型污染物的快速分析检测方法。（2）基于现代高分辨质谱技术开发了全氟化合物和甲基硅氧烷类等新型有机污染物及其代谢产物的可疑目标/非靶标筛查方法。利用建立的筛查方法，在环境样品和生物样品中识别出了四十余种新型全氟化合物，进一步开展其环境行为、生物富集和人体暴露研究，为环境科研和管理提供重要数据和支撑。（3）利用高分辨质谱筛查技术在硅氧烷转化/降解模拟实验及真实环境中识别出硅氧烷羟基化产物、氯代产物以及苯基硅氧烷异构体、氟化硅氧烷、溴化硅氧烷等三十余种新型甲基硅氧烷化合物，并开展了甲基硅氧烷及其转化产物在污泥、土壤、气溶胶和水中的转化/降解机理研究，评价了其生物富集能力和人体暴露风险，为生产和使用量巨大的甲基硅氧烷类物质的生态风险和人体健康风险评估提供了重要的依据。（4）利用超高分辨傅里叶变换离子回旋共振质谱开发了几种灵敏、准确识别天然有机质（NOM）和大气细颗粒物（pM2.5）中复杂有机成分的方法，为更全面地表征NOM和PM 2.5的分子组成信息提供全新的检测手段。