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随着工业技术的发展和社会生产力的提升,我国环境污染问题日渐突出,严重损害了人民群众的身体健康。在各种环境污染物中,重金属污染物和药物类污染物因其难以降解和易于生物蓄积备受关注。目前,环境污染物由过去简单的痕量分布发展为复杂的多水平分布,因此实现不同浓度水平污染物分子的高效分离在环境监测、环境污染控制以及资源循环再利用等领域具有重要的研究意义。在各种分离技术中,基于支撑液膜（Supported liquid membrane,SLM）发展而来的液膜萃取（Liquid-membrane extraction,LME）和加电辅助液膜萃取（Electrically assisted liquid-membrane extraction,EME）技术由于具有分离效率高、纯化能力强、稳定性好等优点在环境分离与分析领域得到了广泛应用。然而,目前LME和EME的传质研究仅限于痕量或低浓度水平下单种膜萃取技术研究,不同浓度水平下LME和EME传质研究与比较还未见报道,极大限制了液膜萃取技术的进一步发展及其在环境领域的应用。因此本研究将对上述LME和EME技术传质性能开展系统性研究,完善该分离技术在不同浓度水平下的传质理论,同时基于上述传质理论分析分别采用LME和EME开展生物样品中痕量重金属离子快速检测研究和环境样品中高浓度药物污染物分离纯化研究。第一章液膜萃取技术和加电辅助液膜萃取技术传质性能研究目的:LME和EME已成为当前环境污染物分离中常用的膜萃取技术,但由于其传质研究（尤其是针对高浓度化合物分离研究）不足限制了LME和EME发展与应用。因此本研究将围绕常见的污染物开展LME和EME传质性能系统研究,实现不同浓度水平污染物分子的高效分离,同时比较不同浓度水平下LME和EME传质异同点,为实际应用（痕量污染物分离检测或高浓度污染物分离纯化）中膜萃取技术的选取提供理论依据。方法:本研究选用常见的药物类污染物氟哌啶醇（Haloperidol,HAL）、阿米替林（Amitriptyline,AMI）、氟西汀（Fluoxetine,FLU）和舍曲林（Sertraline,SER）作为研究对象,通过优化LME和EME萃取条件对不同浓度水平下两者传质表现开展系统研究,进一步比较两者传质性能异同点。结果:痕量或低浓度下LME和EME各目标物萃取率均能达到90%以上。随着分析物浓度的增大,LME和EME萃取率均呈现快速下降的趋势。在高浓度下,通过重新优化萃取条件如LME萃取时间延长到180 min、EME萃取电压增加到250 V,LME和EME急剧下降的萃取率均达到了有效提升,但LME提升效果更明显。同时对各浓度平衡点下平均传质速率进行比较,痕量或低浓度时EME平均传质速率略大于LME平均传质速率,如浓度为0.5 mg L-1时,两者传质速率差值仅为0.069。随着目标分析物浓度的增大,EME平均传质速率呈现出快速增长趋势而LME平均传质速率增长缓慢,两者传质速率差距逐步拉大。高浓度时EME平均传质速率远大于LME平均传质速率,如浓度为200 mg L-1时,两者传质速率差值为9.1。结论:痕量或低浓度下LME和EME均能取得高萃取率且两者传质速率相差不大,但由于LME较EME无需外加电场且操作更加简便安全,LME可作为痕量或低浓度目标分析物分离首选技术;高浓度下LME和EME萃取率均呈现下降趋势,但可通过调节萃取条件进行改善,同时高浓度下EME传质速率远大于LME传质速率,EME展示出极大的时间优势,从分离速率角度考虑EME可作为高浓度目标分析物分离首选技术。第二章液膜萃取技术在生物样品痕量重金属离子快速检测中的研究目的:开发一种快速便捷的生物样品中痕量重金属检测方法可有效摆脱目前公共卫生领域环境污染与健康研究对于大型分析仪器的依赖,进一步提升机体健康评估和环境重金属污染监测水平。荧光适配体信标（Fluorescent aptamer beacons,FABs）检测法具有操作简单、检测快捷、灵敏度高等优势,已用于水相中多种重金属离子的识别和测定,但由于FABs生物稳定性差,难以直接应用于复杂样品基质中重金属离子分析。因此,实现FABs应用于生物样品中痕量重金属离子快速检测将极大促进公共卫生领域环境健康水平的提升。方法:本研究从生物样品预分离角度出发,在FABs识别检测痕量重金属目标物之前借助液膜萃取技术将重金属目标物分离到无样品基质的水溶液中以解决FABs应用于生物分析时的难题。基于第一章结论,本研究选取LME预分离生物样品中痕量重金属目标物,在目标物分离后采用FAB对其进行识别检测。具体设计上,以课题组前期研发的汞离子FAB作为信标检测模型,将其置于LME接收相水溶液中以构建LME-FAB一体化体系。通过比较FAB和LME-FAB检测性能异同点以及LME-FAB协同效用研究探究LME-FAB策略的可行性,同时采用尿样评估LME-FAB在生物样品痕量重金属离子快速检测中的实用性。结果:当所选信标检测模型直接应用于尿样中汞离子检测时由于FAB生物稳定性差导致FAB检测失效,而LME-FAB可有效避免基质干扰组分如核酸酶对FAB识别检测功能的干扰。在协同效应中,LME保护FAB免受生物样品基质干扰,并为FAB的识别检测提供了高倍富集的汞离子;FAB在特异性识别目标汞离子的同时,基于萃取动力学原理可促进汞离子的萃取。LME-FAB分析方法针对尿汞检出限极低（27 n M）,可实现痕量汞离子的高灵敏检测。在实际尿样分析中相对回收率均在96-106%,相对标准偏差均小于7%。结论:在LME-FAB系统中,LME和FAB在目标物分离检测上呈现出协同增强作用。在FAB和LME协同基础上,LME-FAB克服了已研发FAB难以应用于生物分析的难题并成功实现了尿液样品中痕量汞离子的快速便捷检测。除了所选模板信标,本研究LME-FAB整合策略的成功将充分发挥其它重金属离子FABs快速便捷检测优势,促进其在生物样品痕量重金属检测中的应用,进一步提升机体健康评估以及环境重金属污染监测水平。第三章加电辅助液膜萃取技术在环境药物污染物分离纯化中的研究目的:环境水体中存在的高浓度药物污染物不仅严重影响水生生物的正常生长,还可通过生物蓄积作用对人体健康造成潜在的危害。传统分离技术如液液萃取在高浓度化合物分离中已得到广泛应用,但存在分离速率低、耗时长、选择性不足等问题,因此亟需开发一种传质速率快、选择性高的分离方法以实现高浓度药物污染物快速、高效分离与纯化。方法:基于第一章研究结论本研究选取传质速率快的EME开展高浓度药物污染物分离纯化研究。首先选用常见的药物分子普萘洛尔作为研究对象,通过优化萃取条件以及开发不同的平板膜萃取装置探究了EME高效分离高浓度目标化合物普萘洛尔的可能性。在此基础上,将分子印迹合成过程中产生的含高浓度药物模板分子的洗脱液作为污染物模型开展EME技术实用性评估。同时采用紫外可见光谱、液相色谱以及质谱对EME分离选择性进行研究。结果:采用常规单管EME（sEME）分离目标物普萘洛尔,低浓度下萃取率可达到86%,高浓度下萃取率仅为5%。通过优化高浓度下萃取条件,萃取效果改善不大。为提升萃取效率,本研究采用矩阵式多管EME（m EME）替代s EME萃取高浓度目标物,萃取率可提升到46%。在m EME基础上本研究继续开发出了更为便捷稳定的大体积EME（l EME）,萃取率进一步提升到了53%。将新研发的l EME用于分离不同分子印迹合成方法产生的高浓度模板（普萘洛尔）污染物,分离效率分别为57%和45%。此外,通过紫外可见光谱、液相色谱和质谱图谱可观察出采用l EME分离前样品溶液除目标物外同时存在其它共存干扰组分,但采用EME分离后对应接收液图谱均与标准溶液图谱保持一致。结论:常规sEME中膜面积和接收相溶液体积有限导致高浓度目标物萃取率较低。在s EME基础上通过增大膜面积和接收相溶液体积构建的便捷稳定l EME装置可实现高浓度目标物的高效分离。在此基础上,l EME的实用性通过分离不同模板洗脱液中高浓度药物污染物得到了有效验证。l EME选择性通过紫外可见光谱、液相色谱和质谱图谱得到了证实。总体上,本研究提出的l EME技术基于自身优良分离特性实现了复杂水样中高浓度药物污染物快速、高效分离与纯化。