多孔聚合物功能化磁性复合材料的理性设计与高效制备及其对特定雌激素的高性能捕获研究

为解决复杂样品中雌激素残留的灵敏准确监测难题，研究人员通过密度泛函理论(DFT)指导功能单体选择，采用N-乙烯基咔唑(VC)/1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AMC)双单体体系，开发了一种新型多孔聚合物功能化磁性复合材料(PPMC)。该材料通过简便的一锅法制备，结合磁性固相萃取(MSPE)技术，实现了对17α-乙炔雌二醇(EE2)、双酚A(BPA)等雌激素的多重相互作用高效捕获。所建立的方法在水样和牛奶中的检测限分别达0.0068-0.088 μg/L和0.028-0.30 μg/kg，为食品和环境样品中雌激素残留监测提供了绿色高效的解决方案。

　　

雌激素作为一类具有内分泌干扰效应的环境污染物，在畜牧业和农业中的广泛应用导致其在水体、乳制品等基质中频繁检出。尽管欧盟和中国已禁止部分雌激素的使用，但现有检测技术面临复杂基质干扰、前处理步骤繁琐等挑战。传统磁性吸附剂存在制备耗时长、有机溶剂用量大、重复性差等缺陷，严重制约了雌激素残留监测的效率。

针对这一难题，广东某研究机构团队在《Journal of Hazardous Materials》发表研究，通过密度泛函理论(DFT)分析靶向雌激素的分子特性，创新性地选用含咔唑极性基团的N-乙烯基咔唑(VC)与含咪唑基团的1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AMC)作为双功能单体，采用一锅法水热共沉淀技术制备出多孔聚合物功能化磁性复合材料(PPMC)。该材料兼具高比表面积(通过BET测试证实)和超顺磁性(饱和磁化强度达45.6 emu/g)，通过π-π堆积、氢键和疏水相互作用实现对5种雌激素的高效捕获。

关键技术包括：(1)基于DFT理论模拟的功能单体筛选；(2)一锅法水热合成PPMC；(3)磁性固相萃取(MSPE)条件优化；(4)HPLC/DAD联用分析技术。研究选用市售牛奶和环境水样作为实际样本，通过加标回收实验验证方法可靠性。

Choice of functional monomers
通过分析雌激素分子结构中的羟基和苯环特征，选择VC和AMC分别提供π-π相互作用和氢键结合位点。DFT计算显示双单体与雌激素的结合能(-23.5至-28.7 kJ/mol)显著优于单一单体体系。

Adsorption behaviors and removal mechanism
批实验表明PPMC在pH 6.0时对EE₂的吸附量达89.2 mg/g，吸附等温线符合Langmuir模型，动力学遵循准二级模型。FT-IR和XPS证实吸附机制涉及酚羟基与咪唑环的氢键、苯环间的π-π堆积以及疏水作用。

Method validation
建立的方法对水样和牛奶的检测限分别为0.0068-0.088 μg/L和0.028-0.30 μg/kg，加标回收率80.7-116%，RSD<9.4%。PPMC经10次循环使用后吸附效率仍保持92%以上，显著优于文献报道的磁性石墨烯和金属有机框架材料。

Environmental implication
研究突破了传统吸附剂制备过程复杂、溶剂用量大的限制，PPMC的一锅法合成仅需6小时且仅使用水作为溶剂。所开发的MSPE-HPLC/DAD联用技术为食品和环境样品中痕量雌激素监测提供了兼具绿色化学特性和高效能的新方案，对保障食品安全和生态健康具有重要实践意义。研究团队特别指出，该策略可扩展应用于其他内分泌干扰物的检测体系设计。