2023年CAIA獎二等獎：基于功能化多孔有機材料的復雜樣品前處理研究與應用
完成單位：山東省分析測試中心、中國標準化研究院、山東杰諾檢測服務有限公司
完成人：紀文華，丁尚志，王榮雨，蘭韜，李麗麗，耿巖玲，張禧慶，段文娟，于金倩，王曉
成果簡介：復雜樣品分析是分析化學領域富有挑戰性的前沿課題，對于食品、環境等領域的研究具有重要意義。復雜樣品分析的核心是如何消除基體的嚴重干擾、提高靈敏度和選擇性。研發高效富集前處理技術是解決上述核心問題的關鍵。本項目瞄準樣品前處理“效率低、過程繁”導致痕量物質“檢不出”的難題，基于有機多孔材料的功能化設計，系統開展了“材料構建”和“器件研發”相關工作：(1)采用經典有機合成方法，制備了吸附位點可調控的37種萃取新材料，提高富集倍數2-3個數量級；(2)開發了可重復使用的多類固相(微)萃取前處理器件，簡化前處理過程至3步之內。基于上述研究，針對蔬菜、谷類、乳制品等35種復雜樣本中非法添加劑、持久性污染物、抗生素等21類目標物，建立了一系列具有自主知識產權的檢測方法，將色譜檢測靈敏度提升3-4個數量級，實現了超痕量分析物的在線富集與超靈敏檢測。
創新點及科學價值：在創新性方面，本項目利用經典有機合成方法，采用“一步合成法”、“后修飾功能化”、“反應條件調控”等多種策略制備功能化有機多孔材料，突破前處理材料吸附性能差導致監測靈敏度低的技術瓶頸，并篩選功能化有機多孔材料，構建在線固相萃取柱、固相微萃取探針、分子印跡固相萃取柱等樣品前處理關鍵器件，提升檢測效率，使前處理過程化繁為簡。
在科學價值方面，本研究成果先后在Journal of Hazardous Materials、Journal of Agricultural and Food Chemistry等雜志發表，共計SCI論文34篇，總影響因子196.9，其中JCR一區19篇，IF>4的28篇；授權發明專利11項；編著《天然產物提取與分離》；研制國家標樣5項。其中，本項目創新性實現分子印跡技術與共價有機框架的結合，構建了印跡COF材料。相關的科研成果發表在Analytica Chimica Acta上。論文發表后，引起同行的廣泛關注，被Chemical Society Reviews、Advanced Science等國際頂級期刊他引。另外，本項目系統建立了基于印跡固相萃取器件靶向分離的技術體系，探討了復雜基質下分離化合物的規律，為天然產物中結構相近、分離難度較大的活性物質的分離提供了模式，為天然產物研究提供了新的技術手段。
社會經濟效益：經濟效益方面，本項目針對多類痕量分析物開發了具有自主知識產權的樣品前處理吸附劑及其器件，建立了簡單基質、復雜基質、極復雜基質中痕量物質的檢測方法，并通過了多家實驗室的驗證。其中，固相微萃取探針打破了長期以來國外對該產品的壟斷，填補了國內空白。研究成果與國內外同類技術相比，在簡化樣品前處理、縮短分析時間、降低檢測成本及提高靈敏度等方面優勢突出，推廣應用后給相關企業帶來顯著的經濟效益。
社會效益方面：項目成果突破了傳統樣品前處理“過程繁、吸附差”導致痕量物質“檢不出”的技術瓶頸，為食品、環境等復雜樣本分析提供了便捷精準的方法，為社會安全監管提供了有力的技術支撐，保障了人民群眾生命健康。研發的在線萃取富集技術，實現了樣品前處理過程的集成化，提高了分析數據的準確性，促進了分析檢測產業化發展。另外，基于傳統有機合成方法建立新型樣品前處理吸附劑關鍵技術，有效促進了分析化學、有機化學、材料科學等學科的交叉融合。
應用前景：發明專利“一種用于新煙堿類農藥檢測的固相微萃取吸附劑”、“一種擬除蟲菊酯農藥檢測的固相微萃取吸附劑及其制備方法和應用”等，不僅具有方法學上的創新性，而且制備工藝簡單。該技術已在相關企業推廣應用，并取得顯著經濟效益。
采用“一種超親水性分子印跡聚合物的制備方法及應用”的專利技術，研發了5種低聚糖國家標準樣品，填補了國內外空白。該項目成果解決了行業有秤無砣的現狀，也解決了企業生產質控難題，有利于企業建立自己的產品標準與技術壁壘，擴大產品國際競爭力和影響力。
研發的高性能吸附材料及其樣品前處理器件，通過改進擴大了應用范圍，適用于食品、環境、中藥等樣本，被鄭州科泰實驗設備有限公司等企業推廣應用，在食品安全監測、中藥質量控制等方面已經展示出良好的應用前景。
