卤代酚(HPs)作为生物农药、植物生长调节剂、消毒剂和木材防腐剂,在现代农业和工业中得到了广泛应用[[1], [2], [3]]。然而,它们的高化学稳定性、抗微生物降解性和强亲脂性导致显著的环境积累 [4,5]。接触 HPs 可能导致内分泌干扰、出生缺陷和生殖功能障碍,潜在威胁水生生态系统和公众健康 [[6], [7], [8]]。为了监测环境基质中的 HPs,已采用各种分析仪器,包括气相色谱(GC)和高效液相色谱(HPLC)[[9], [10], [11]]。由于 HPs 的痕量存在和环境基质的复杂性,适当的样品预处理对于富集目标分子和降低基质干扰至关重要,从而提高分析灵敏度和精度。由于分离快速、操作简便以及吸附剂和有机溶剂用量小,磁固相萃取(MSPE)已被证明是一种有效的预处理方法,并广泛应用于从各种基质中提取各种有害物质 [[12], [13], [14]]。
MSPE 效率在很大程度上取决于磁性吸附剂对目标分子的吸附能力。多孔有机框架,如金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs),由于其高比表面积、多孔结构和结构可调性,受到了广泛关注,并与磁性纳米材料结合用于提取和去除各种环境污染物 [[15], [16], [17], [18], [19]]。其中,COFs 由于共价键赋予的高结构稳定性以及在分子水平上合理调节孔隙环境和化学功能的能力,作为高效吸附剂具有巨大潜力 [[20], [21], [22], [23]]。易于功能化允许将特定功能团或活性位点引入 COF 框架中,进一步增强其对目标分子的吸附亲和力 [[24], [25], [26]]。例如,使用带有羟基的氨基单体构建了羟基功能化 COF(DT-COF),由于其丰富的氢键位点和 π-共轭结构,对酚类内分泌干扰物表现出优异的吸附能力 [27]。Tian 等人通过对母体框架溴化合成了溴功能化磁性 COF(Fe3O4@COF-Br),实现了四溴双酚 A(TBBPA)及其衍生物的高效检测 [28]。然而,构建这些功能化 COFs 需要构建单体不仅具有形成延伸框架的特定对称结构,还具有与分析物相互作用的功能团或用于进一步修饰的反应位点。这些策略可能会增加合成复杂性和成本,同时限制功能化 COFs 的多样性。
最近,基于单体截断策略的缺陷工程已成为 COFs 功能设计中的一种有效方法,并在吸附、催化和储能方面受到越来越多的关注 [[29], [30], [31], [32]]。通过在框架构建期间引入不对称截断单体,该策略诱导了连接缺失缺陷,同时保持了未完全缩合的基团或在框架中嵌入来自截断单体的功能团。利用这种缺陷工程策略,通过一锅法合成将氨基、醛基、酚羟基和羧基等多种基团引入框架中,避免了对预功能化单体或复杂后合成修饰的依赖 [[33], [34], [35]]。重要的是,截断单体的多样性极大地扩展了 COFs 的结构和功能空间,允许合理设计功能类型以满足特定应用需求。此外,通过调节截断单体的投料量,可以精确控制活性位点的修饰率。这种缺陷工程在 COF 功能化方面表现出高度的灵活性和可控性,可以为构建高效 COF 基吸附剂提供一条简便途径。
在本工作中,通过引入 3-氨基苯甲酸(3-ABA)作为截断功能单体,设计并合成了一种羧基功能化缺陷 COF(COF-d-COOH)。羧基赋予框架增强的亲水性和丰富的活性位点,促进了其在水介质中对 HPs 的吸附亲和力。通过进一步整合 Fe3O4-NH2 纳米粒子,制备了磁性复合材料(mCOF-d-COOH),并结合配备二极管阵列检测器(PDA)的 HPLC 用于 HPs 的提取和测定。系统优化了关键提取参数,建立了基于 mCOF-d-COOH 的 MSPE-HPLC 方法用于环境水样中 HPs 的检测。结合密度泛函理论(DFT)计算进行实验表征,以阐明所得材料与 HPs 之间的吸附相互作用。这项工作展示了缺陷工程在构建高性能 COF 基磁性吸附剂方面的可行性和便利性,并为环境基质中痕量 HPs 的测定建立了可靠平台。