單壁碳納米管溶凝膠固相微萃取涂層的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、碳納米管具有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的理化特性,在材料、生物傳感器、催化劑載體、生物醫(yī)藥以及分離科學(xué)等領(lǐng)域存在著廣闊的應(yīng)用前景。碳納米管,特別是單壁碳納米管(SWNTs),具有很大的比表面積和很強(qiáng)的吸附能力,是性能優(yōu)良的預(yù)富集材料。但是碳納米管是由多個(gè)處于芳香不定域系統(tǒng)中的碳原子組成的大分子,且?guī)缀醪蝗苡谌魏稳軇?在溶液中易聚集成束,大大限制其在各領(lǐng)域的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)碳納米管的功能化可改善碳納米管的溶解性,為其提供了廣闊的應(yīng)用空間。
　　

2、 固相微萃取技術(shù),集采樣、萃取、濃縮以及進(jìn)樣于一體,是近些年來(lái)一種新型的樣品前處理技術(shù),已經(jīng)在環(huán)境分析、食品、生物醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域得到成功的應(yīng)用,但目前大多數(shù)的商用的纖維涂層都是通過(guò)物理方法吸附于萃取頭表面,這種涂層的缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性不足,使用壽命也有限,限制其廣泛的應(yīng)用。萃取涂層對(duì)樣品有很強(qiáng)的吸附作用,可以大大提高分析靈敏度。因此固相微萃取的核心是萃取頭的涂層材料。高吸附性、高靈敏度、耐高溫、長(zhǎng)壽命的涂層材料是固相微萃取技術(shù)的研究重點(diǎn)。

3、
　　 本論文中,通過(guò)對(duì)單壁碳納米管的羧基化、酰氯化以及高分子功能化,采用溶膠凝膠法制備了羧基化、聚乙二醇功能化以及端羥基硅油功能化的單壁碳納米管涂層。通過(guò)對(duì)有機(jī)氯農(nóng)藥、氯酚、烷基酚、有機(jī)氯載體以及多溴聯(lián)苯醚等待測(cè)物的分析評(píng)價(jià),考察了3種涂層的性能。開(kāi)展對(duì)3種涂層的應(yīng)用研究,涉及環(huán)境、食品以及工業(yè)產(chǎn)品等領(lǐng)域。主要內(nèi)容如下:
　　 1、文獻(xiàn)綜述。簡(jiǎn)要介紹了碳納米管的結(jié)構(gòu)種類(lèi)、理化性質(zhì)以及其常見(jiàn)的制備方法等研究進(jìn)展。主要介紹

4、了碳納米管在分析科學(xué)中的應(yīng)用,包括碳納米管用作氣相色譜和液相色譜的固定相,在電化學(xué)分析中的應(yīng)用,在樣品前處理中用作固相萃取和固相微萃取預(yù)富集材料等研究進(jìn)展。同時(shí)對(duì)溶膠一凝膠涂制技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)明扼要的介紹。
　　 2、功能化單壁碳納米管及其溶膠凝膠涂層的制備。通過(guò)單壁碳納米管的羧基化、酰氯化以及高分子功能化等修飾,結(jié)合溶膠凝膠技術(shù)制備羧基化溶膠凝膠單壁碳納米管涂層(TSO/SWNTs)、聚乙二醇功能化單壁碳納米管涂層(SWNTs-P

5、EG)和端羥基硅油功能化單壁碳納米管涂層(SWNTs-TSO)等3種固相微萃取涂層。實(shí)驗(yàn)通過(guò)傅里葉紅外光譜、拉曼光譜對(duì)經(jīng)修飾的產(chǎn)物進(jìn)行了表征,證實(shí)合成產(chǎn)物結(jié)構(gòu)可信；通過(guò)電子顯微掃描電鏡對(duì)制得的3種涂層的表觀形貌進(jìn)行評(píng)價(jià)。
　　 3、羧基化單壁碳納米管溶膠凝膠涂層的性能評(píng)價(jià)及其應(yīng)用。利用自制的TSO/SWNTs涂層,采用頂空固相微萃取法分析了水體中的氯酚和有機(jī)氯農(nóng)藥。與商用的固相微萃取涂層相比,新型涂層對(duì)6種待測(cè)物表現(xiàn)出更高的靈敏

6、度和選擇性。優(yōu)化后的固相萃取條件為:50℃的條件下萃取30 min,0.09 g mL-1的氯化鈉,900轉(zhuǎn)/分的磁子攪拌速率以及在250℃的條件下解析3min。方法的精密度低于8.2％,且自制涂層之間的重現(xiàn)性低于10.8％。有機(jī)氯農(nóng)藥的線(xiàn)性范圍為2-1000 ng L-1,而氯酚的線(xiàn)性范圍為20-1000 ng L-1方法的檢出限在0.07至4.36 ng L-1之間。另外,TSO/SWNTs涂層還能對(duì)純凈水中的烷基酚和雙酚A也有良好

7、富集能力同時(shí),在與配有FID的氣相色譜聯(lián)用時(shí),對(duì)水體中三種待測(cè)物的檢出限較低,具有較好的重現(xiàn)性,其加標(biāo)回收率在89％-94％之間。
　　 4、聚乙二醇功能化單壁碳納米管溶膠凝膠涂層的性能評(píng)價(jià)及其應(yīng)用。在模擬汗液中對(duì)影響SWNTs-PEG涂層萃取量的各種條件進(jìn)行了優(yōu)化:40℃萃取溫度下萃取30 min,鹽濃度為0.36 g mL-1,300℃條件下解析3 min。與商用的PA、PDMS以及PDMS/DVB涂層對(duì)比表明,SWNTs-

8、PEG涂層對(duì)有機(jī)氯的萃取性能明顯優(yōu)于商用固相微萃取涂層。SWNTs-PEG涂層的擁有更高的耐溫性和更長(zhǎng)的使用壽命。建立的方法線(xiàn)性范圍寬,檢測(cè)限低,精密度較好。最后,建立的方法還對(duì)檢測(cè)紡織品中的痕量有機(jī)氯載體進(jìn)行了頂空固相微萃取分析,顯示了該涂層較廣的應(yīng)用領(lǐng)域和較佳的應(yīng)用前景。
　　 5、端羥基硅油功能化單壁碳納米管溶膠凝膠涂層的性能評(píng)價(jià)及其應(yīng)用。通過(guò)對(duì)7種多溴聯(lián)苯醚的分析,優(yōu)化了影響SWNTs-TSO涂層萃取量的多個(gè)影響因素。方