聚合物负载离子液体的特异性吸附机理及萃取机制研究

Ionic liquids (ILs) have been efficiently applied in the liquid-phase microextraction (LPME) method, which greatly simplifies the sample pre-treatment process. The ILs-LPME can be used for extraction and separation of trace hazardous substances in environment combined with gas chromatography (GC) and liquid chromatography (HPLC). However, the complex composition, unclear action mechanism of ILs and interferences from matrix co-extractives severely limit its use in determination of trace analytes in complex sample, so the probe of the adsorption and extraction mechanism of ionic liquids in LPME is imperative for the selection and development of new extraction materials. Based on our previous research, this project will focus on the synthesis of functional polymer-supported ionic liquids (PIL) with high viscosity, high selectivity and high thermal stability. Then, through selecting the organic pollutants with different functional groups (aromatic amines, polycyclic aromatic hydrocarbons and phenols) as object extraction and combining with the Abraham solvation parameter model with a variety of probe molecules, to investigate the adsorption and extraction mechanism of the different functional ionic liquids, and reveal the main factors that affect the extraction efficiency and the specific adsorption capacity of the PIL. Moreover, evaluating the extraction efficiency of PIL through extracting and analysing of organic pollutants in the environment and shellfish matrix. This study provides a theoretical basis for selecting and synthesizing new extraction materials, as well as supports the fast detection technology for trace multicomponent analytes in complex matrix.

离子液体（ILs）在液相微萃取（LPME）中的应用已经取得了很好的发展，可直接与气相色谱、液相色谱联用，对环境中痕量有害物质进行萃取分析。然而由于离子液体组成复杂，应用机理不明，其在生物样品等复杂基质中，共萃取现象严重，痕量组分难以进行准确的定量。针对这一问题，本项目在前期研究的基础上，以聚硅氧烷负载离子液体（PIL）为主体，合成具有高粘度、高选择性和良好热稳定性的新型功能化离子液体萃取材料；选取官能团不同的有机污染物(芳香胺、多环芳烃和酚类)作为萃取对象，同时引入多种探针分子，结合溶剂化参数模型，探讨不同功能基离子液体的萃取吸附机理及其作用机制，明确影响离子液体萃取效果和特异吸附能力的主要因素；通过在环境和贝类基质内有机污染物检测中的应用，研究其萃取效果。本项目的研究，将为选择和开发新的萃取材料提供理论基础和科学依据，同时为复杂样品基质中痕量、多组分快速检测技术的建立提供必要的技术支持。

离子液体（ILs）以其较大的粘度和高的热稳定性，以及无污染和可灵活设计等特点，成为液相微萃取（LPME）技术的新型萃取剂，在样品前处理中得到迅速发展应用。然而，用于LPME技术的离子液体多为简单小分子，结构组成单一，粘度和热稳定性难以进一步增大，限制了萃取材料性能的优化；且ILs-LPME系统组成复杂，应用机理不明，其在生物样品等复杂基质中共萃取现象严重，痕量组分难以进行准确定量，限制了ILs-LPME技术的发展。我们在国家自然基金项目的资助下，以增加离子液体和目标分析物间的作用力强度和作用力种类为目标，设计合成了一系列具有苄基、苯基、酚基或氨基等多种功能基的离子液体，同时为提高液相微萃取的稳定性和重现性，功能离子液体多以聚硅氧烷为基本骨架，合成聚硅氧烷负载的功能化离子液体。另外，针对目前液相微萃取装置复杂，稳定性较差等问题，在国内外首次研制出带有环形萃取平台的新型微萃取装置，并初步用于海水中多环芳烃的萃取分析，表明此装置效果类似于顶空液相微萃取。同时，将离子液体液相微萃取（LPME）与液相色谱结合，研究确定不同目标物的最佳萃取条件，并开展其在环境水样、土壤和贝类样品基质中多种极性和弱极性有机污染物（15种多环芳烃类、3种有机酚类和5种芳香胺类）的富集纯化应用和萃取性能探讨，对比分析了离子液体和目标物结构组成关系对萃取效果的影响，探讨同一种功能基离子液体对不同结构目标物的萃取性能差异等，研究发现离子液体萃取效率的高低取决于其与目标组分的作用力种类及大小（如疏水作用力、π-π作用力或氢键作用力等），且同一种离子液体对具有相近官能团的目标物萃取效果更好。另外，针对动物养殖过程中常用抗生素残留问题，选取3种典型沙星类（含苯环、杂环等刚性结构）作为对象，开展自制聚合离子液体作为液相微萃取剂对其萃取富集的应用研究；同时为有效增大目标组分与离子液体的接触面积，将自制离子液体与硅胶键合用作固相萃取填料，初步研究了其对海水及贝类样品中酚类、贝类毒素的富集净化能力。本项目的研究为开发和选择新的离子液体萃取材料提供较好的理论基础和科学依据，同时为发展复杂样品基质中痕量、多组分的快速准确测定提供重要的技术支持和实际应用价值。