南开化学百年贡献：新分离分析方法

复杂样品分析与国家诸多重点领域密切相关。食品安全、人类健康和环境保护等国家重大需求领域对复杂样品分析提出了迫切要求。复杂样品分析是分析化学的前沿领域，国际顶级分析化学期刊和国家基金委都将其定为学科优先发展领域。复杂样品具有干扰物多、目标物痕量等特点。大量干扰物与痕量目标物共存，以及结构类似物干扰，造成痕量目标物测不到、测不准和分离困难等问题。这是长期困扰复杂样品分析领域的难题。因此，如何消除这些干扰，就成为复杂样品分析的关键问题。解决这些问题的瓶颈在于缺乏高效分离分析介质和无背景检测策略。

多孔骨架材料具有组成和结构丰富、比表面大、热稳定性高、孔径可调和便于后修饰等特点，非常适合用于复杂样品痕量分析中的高效分离和富集介质。固定相是色谱分离系统的心脏，是复杂混合物分离选择性的决定性因素之一，高效色谱分离固定相的研制是关键。同时，针对常规荧光传感和成像易受生物组织和体液自发荧光和散射光干扰的缺点，如何构建可有效避免生物样品自发荧光的低背景或无背景检测方法成为复杂样品分析的关键和亟待解决的科学问题。

严秀平，浙江省台州市人，1993年从中国科学院生态环境研究中心获得博士学位，此后曾在德国、比利时、加拿大从事博士后研究，2000年回国到南开大学任教。长期从事环境和生物分析、食品安全与质量控制研究。在原子吸收光谱分析原子化机理，毛细管电泳与原子光谱联用技术，基于多孔骨架材料的分离分析和长寿命发光纳米材料的免激发传感/成像及其应用于环境、生命和食品安全等领域取得了系统的创新性研究成果。

环境和生物等复杂样品的痕量分析一直是分析化学具有挑战性的研究领域，其核心问题是如何有效克服复杂基体的严重干扰、提高痕量分析物的灵敏度以及结构类似物的分离选择性。

解决这些问题的关键在于研发具有高效分离和富集介质。多孔骨架材料如金属-有机骨架（MOFs）和共价有机骨架（COFs）具有诸多优良性质，是一类良好的分离和富集介质。然而，MOF/COF制备条件比较苛刻、功能基团匮乏、形貌不规整、粒度分布宽和机械强度差等问题已成为其应用于样品前处理、色谱分离和荧光传感等分离分析领域的主要障碍。为此，项目提出了MOF/COF功能化新策略，发展了多种MOF/COF分离分析介质的制备新方法，建立了系列基于MOF/COF的分离分析新方法，有力推动了多孔骨架基分离分析新型介质的研究，为复杂样品分离分析提供了新原理、新策略和新途径。

针对常规荧光传感和成像易受生物组织和体液自发荧光和散射光干扰的缺点，开展了长寿命发光纳米探针的研究，构建了一系列长寿命磷光量子点和长余辉发光纳米晶的生物传感和成像新方法，有效地避免了生物样品中自发荧光和散射光干扰的问题。

量子点的发光特性在很大程度上依赖于其表面性质，因此发展量子点表面化学性质调控新策略，对于构建新颖量子点光学探针和生物传感新方法以及深入理解量子点的发光机理都具有重要的意义。本项目提出了基于化学氧化还原、光活化、化学刻蚀、表面印迹等一系列量子点表面化学调控新方法，并应用于建立一系列污染物和生物活性分子的化学/生物传感新方法。(www.xing528.com)

综上所述，项目针对MOFs/COFs、长寿命发光纳米晶以及分子印迹聚合物等新型功能材料应用于分析化学的若干关键问题进行了深入系统的研究，为解决环境和生物等复杂样品痕量分析中基体干扰严重、灵敏度低以及异构体难分离等问题提供了新策略和新途径，取得了一系列原创性研究成果，有力推动了分析化学的发展及其与材料科学之间的交叉和融合。项目相关研究成果发表于Nat.Commun.，J.Am.Chem.Soc.，Angew.Chem.Int.Ed.，Acc.Chem.Res.，Chem.Soc.Rev.，Chem，Anal.Chem.等本领域主流期刊。项目完成人应邀担任英国皇家化学会Anal.Methods杂志副主编以及Anal.Chim.Acta、Talanta、Electrophoresis和Cancer Nanotechnol.等杂志的编委。相关工作得到了美、英、日、德、法、意和西班牙等国际同行的广泛引用、好评和应用，应邀为Acc.Chem.Res.和Chem.Soc.Rev.撰写相关专题评述，显著提高了我国在该领域的国际影响力。

迄今，严秀平教授已在Nat.Commun.，J.Am.Chem.Soc.，Angew.Chem.Int.Ed.，Acc.Chem.Res.，Chem.Soc.Rev.，Chem，Anal.Chem.等国际著名学术期刊上发表研究论文300余篇，获得发明专利授权20余件，连续6年（2014—2019）入选汤森路透/科睿唯安全球高被引科学家。项目在2013年和2020年分别获教育部自然科学奖一等奖和二等奖。

近年来，严秀平研究团队围绕该课题方向持续开展研究，采用一步水热合成法制备了形貌规则、粒度均一、发光性能良好的鱼雷状可酸降解的绿色发光长余辉纳米粒子（Zn2GeO4：Mn2+，Pr3+）（ZGMP），探讨了ZGMP的酸响应机理。利用ZGMP的持续发光特性和酸刺激响应性质，将其作为发光信号传导探针，进一步结合酶专一催化其底物、抗原抗体特异性识别、酸碱反应等原理，构建了刺激响应型持续发光信号传导体系，实现了血清中葡萄糖和谷物样品中AFB1的高选择性灵敏检测。相关成果发表于Angew.Chem.Int.Ed.。

可逆共价键有助于有序结构的形成，但也从根本上限制了COFs的稳定性。发展非可逆共价键连接的COFs是突破上述限制行之有效的手段，但非可逆共价键不利于有序的结构的形成，因此非可逆COFs的制备一直是难点。以高反应活性的酰氯单体交换可逆亚胺母体COF中的醛构建单元，成功制得了非可逆酰胺COF，首次通过单体交换法实现了可逆COF到非可逆COF的转变。非可逆酰胺键不仅作为连接基团提高了COF的稳定性，而且作为功能基团对金离子具有高选择性识别。以非可逆共价有机骨架作为吸附剂，可实现对水溶液中金的快速高选择性萃取。相关成果发表于Angew.Chem.Int.Ed.。

上述工作有力推动了分离分析新型介质的研究，为复杂样品分离分析提供了新方法和新途径。