基于功能化离子液体的分子印迹聚合物对环境中硝基化合物萃取和测定的研究

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近年来,离子液体(Ionic Liquid,IL)作为一种易于设计的新型绿色材料,被称为仅由有机阳离子和无机阴离子组成的魔术化合物。由于其具备的特殊优越性能,IL已广泛用于有机合成、催化和分离领域。IL可以通过改变阴阳离子进行设计以修饰各种官能团,并与许多有机化合物形成多种相互作用,如离子偶极静电作用、氢键、π-π堆叠、疏水作用和离子交换相互作用。利用这一特点,将功能性IL应用到分子印迹聚合物(Molecularly imprinted polymer,MIP)的合成中,一方面,可以改善MIP在水体中的一些不足之处;另一方面,在样品预处理过程中,可以提高MIP作固相萃取(Solid phase extraction,SPE)吸附剂对目标物的吸附性和选择性。本文通过设计功能化IL作单体,展开了基于离子液体-分子印迹聚合物(IL-MIP)的新型吸附剂对水体中硝基化合物吸附和测定方法的研究。我们分别从SPE小柱和基于微流控芯片的SPE模块两方面着手,建立对环境中几种硝基化合物富集、分离和检测的分析方法,为环境中相关污染物的测定和评估提供理论基础和科学方法。论文研究的主要内容包括以下三个部分。第一章绪论首先介绍SPE概述,SPE的核心是吸附剂填料,为提高其萃取性能,可以在聚合物吸附剂表面有目的地引入功能化基团,易于设计、能与目标分子建立多种相互作用的IL成为关注的目标;通过IL及其在MIP中的应用,印迹材料对目标分子的富集能力得到提高,将IL参与合成的印迹材料作为SPE填料,对SPE技术的应用提供了良好的选择,具有重要的价值;之后介绍MIP及其在水溶液中的应用现状;最后阐述了微芯片上SPE的研究进展,从基于微芯片的SPE模块出发,进一步完善基于功能化IL的印迹聚合物作SPE吸附剂时对目标物萃取和测定方法的研究。第二章基于离子液体-分子印迹聚合物的固相萃取吸附剂的研制及对环境中硝基化合物的分析以首次设计的功能化1-氨丙基-3-乙烯基咪唑溴化物IL为功能单体,并制备IL-MIP作SPE吸附剂联用超快速液相色谱(Ultra-fast liquid chromatography,UFLC),研究并开发了一种对环境中七种硝基化合物进行吸附、分离和检测的分析方法(IL-MIP-SPE/UFLC)。制备的IL-MIP显示出高吸附能力、大比表面积、良好的可重复使用性以及对水体中几种硝基化合物相对高的亲和力。所建立的方法对每种硝基化合物均具有较低的LOD(S/N=3)和LOQ(S/N=10),分别为0.29-1.88μg L-1和0.96-6.25μg L-1,且加标水样的回收率达到83.0-115.5%。因此,这也展现了IL-MIP在SPE研究领域的潜在应用前景。第三章基于微流控芯片电泳-固相萃取联用技术的研究和应用建立一种微流控芯片电泳联用SPE技术的研究方法。以聚甲基丙烯酸甲酯为基材,我们对微流控芯片及填充室的结构进行设计和加工,并对微芯片通道进行个性化前处理,采用在填充室两端放置定制筛板的设计思路,避免了尺寸小的IL-MIP微粒向其余通道流失的问题。采用功能化后的微流控芯片与电泳联用,通过SPE方法构建一种对环境中硝基化合物富集、分离和检测的快速分析平台。通过对微流控芯片及电泳分离联用方法优化,各硝基化合物在2-200μg L-1范围内呈现良好的线性关系,也具有较低的LOQ(S/N=10),且加标水样的回收率达到82.0-94.7%。该方法分析时间短,操作集成度高,易于在野外进行快速检测,是实现对环境中硝基化合物进行富集、分离、检测的有效方法,也为其他污染物的高灵敏、特异性检出提供了理论和应用基础。
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