2022年CAIA獎二等獎：基于新型功能化材料的重金屬及其形態分離分析
完成單位：南京大學、南京農業大學、南京財經大學、南京中醫藥大學
完成人：練鴻振、蔣紅梅、胡忻、李彭、陳逸珺、方勇、盛東、崔小兵、喬俊琴
成果簡介：本項目圍繞重金屬元素及其形態分離分析中的關鍵科學問題，聚焦新型樣品前處理技術，以研制高效固相材料為目標導向，設計、合成了一系列新穎的單/多功能化有機-無機雜化整體柱、介孔材料和磁性納米復合物，同時發展了這些微納尺度功能化材料的合成、修飾、改性及其優化新策略，以提高適合于重金屬及其形態分離富集的功能材料的選擇性、吸附容量、機械/熱/化學穩定性和重復利用性，并探討了材料對重金屬及其形態選擇性萃取的特性及影響因素，闡明了它們之間相互作用的機理。進而，針對形態分析中形態易變的難題，建立了能保持元素原有形態穩定的高通量現場分離富集技術，并建立了高效去除有害重金屬離子的方法。該項目所研發的新方法和新技術已經實際應用于環境樣品中重金屬及其形態的分離分析，同時支撐了相關國家重大科技項目的完成、行業技術的創新開發和國際國內重大標準的制修訂。
創新點及科學價值：
創新點：(1) 創立“從介孔硅到雜化整體柱”的策略，更加快速地確立合成功能化有機-無機雜化整體柱的最佳條件，制備系列單/雙功能化雜化整體柱；結合理論化學計算，將“巰-烯”點擊化學應用于雜化整體柱的高效合成，進而發展了便捷、高通量的重金屬及其形態現場分離富集技術；以金納米粒子作為橋連劑，對多功能雜化整體柱進行后修飾，合成了可以方便進行多種功能基團靈活組裝的整體基質材料，為發展新一代可用于元素形態分離富集的多功能兼容雜化整體柱提供了一種通用基材。(2) 將有機-無機雜化材料引入整體柱和磁性納米復合物，顯著提高功能化材料的機械穩定性、熱穩定性、化學穩定性和耐用性；結合離子印跡技術制備特異性離子印跡材料，大幅提高復雜基體樣品中重金屬及其形態分離、測定的選擇性。(3) 基于多功能化的固相材料及不同功能化材料的組合，采用同時上樣分步洗脫或分條件上樣洗脫策略，無需氧化/還原等侵入性步驟，不改變元素形態的初始存在形式。同時，采用溫和的洗脫條件，分離元素的不同形態，有效解決形態分析中形態容易變化的難題。
科學價值：(1) 利用多種合成、改性及修飾策略，研究、開發系列高選擇性、高吸附容量、高穩定性功能化固相材料，為用于元素形態分離分析的多功能材料的設計和制備提供了新思路和理論依據。(2) 建立復雜環境體系中重金屬及其形態分析新方法，利用該研究成果可提供環境樣品中重金屬及其形態的確切含量，為重金屬污染控制提供技術支撐。(3) 研發的新方法和新技術可實際應用于環境樣品中重金屬及其形態的分離分析，并支撐相關國家重大科技項目完成、行業技術創新開發和國際國內重大標準制修訂。
社會經濟效益：(1) 參與完成國家重點研發計劃項目“資源類及高值產品產地溯源、摻假識別技術”；(2) 參與制修訂中華人民共和國藥典方法《汞、砷元素形態及其價態測定法》；(3)參與修訂《國際食品法典委員會稻米中無機砷限量標準》。
應用前景：為應對環境安全、食品安全、藥品安全、礦物安全、國門安全等國家重大需求中的重金屬及其形態分離分析問題提供方法貯備和技術支撐。
