磁性纳米材料的合成及在环境中有机雌激素检测的应用

发布时间：2017-11-07 02:35

  本文关键词：磁性纳米材料的合成及在环境中有机雌激素检测的应用

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【摘要】：水是地球生命的源泉,然而,随着工业化发展,水污染越来越严重。其中一类有机污染物又被称为环境雌激素严重威胁人类生存和健康。在已确定的环境雌激素中,有很大一部分是含有苯环结构的物质,如多环芳烃(PAHs)、邻苯酸二甲酯类(PAEs)等。这类环境雌激素能在动物体内富集,并沿着食物链向上传递,最终进入食物链顶端-人体。因此,建立其监测方法是十分重要和必要的。由于此类环境有机污染物种类繁多,且在水中溶解度很小,通常为μg/L水平,背景值大,在分析前必须进行样品预处理,即分离和富集,避免其它杂质对测定的干扰和定量。建立环境雌激素分析方法的重点是环境样品的预处理。在众多前处理方法中,由于固相萃取技术(SPE)具有高回收率和富集因子,有机溶剂用量少,且能和色谱和光谱技术相结合的优势,从而是目前样品处理的主流技术。它通过分析物在不同介质中吸附能力的差别将目标物分离富集。因而,固相萃取吸附剂的开发和选择对环境激素的分离和富集起着至关重要的作用,并影响固相萃取的步骤和效率。为了达到最大的富集效果,选用的吸附剂通常要求比表面积大,易于分散且与目标物有较强的作用。石墨相氮化碳(g-C_3N_4)是层层堆叠的二维(叔胺连接的三均三嗪)结构,极易合成,价格便宜,而且是碳氮化合物异形体中最稳定的结构。其结构与石墨烯相似,但在水中的分散性要好于石墨烯,而且更易于剥离。g-C_3N_4的N官能团和电子非定域化结构使其与非极性碳环化合物具有很强的作用力(π-π共轭、氢键作用、静电作用和疏水作用)。这些性质使g-C_3N_4成为一种创新的固相萃取二维纳米吸附材料对有机污染物进行富集和前处理。然而,g-C_3N_4在水中溶解性好的特点使SPE分离和循环利用成为困难。另外,g-C_3N_4易团聚,又由于其表面简单,不能有效的吸附分析物。Fe_30_4纳米粒子是应用最广泛的一种磁性材料,其性质稳定,合成简单,比表面积大,在水中溶解性好。因此,在g-C_3N_4表面固定Fe_30_4可以克服g-C_3N_4纳米材料作为SPE吸附剂的不足。在外加磁场下,可以简单快速与溶液分离。此法可以提高回收率。MSPE技术在分离科学具有很大的优势。吸附剂简单的分散在溶液中,从而避免传统SPE吸附剂装柱和样品上样等耗时问题,通过施加一个外部磁场即可实现相分离,操作简单、省时快速、无需离心等繁琐操作,而且不会出现SPE柱堵塞的问题。因此本文目标是设计和准备g-C_3N_4/Fe_30_4纳米复合材料,并将此材料作为磁固相萃取(MSPE)吸附剂并应用于环境水中有机污染物检测。本文选择了多环芳烃(PAHs)及邻苯酸二甲酯类(PAEs)作为目标物验证g-C_3N_4/Fe_30_4纳米复合材料作为MSPE吸附剂的可行性。为了使MSPE效率达到最高,对分析物的浓度、盐度、pH、洗脱液、吸附剂的量等主要因素进行优化,再将MSPE与高效液相色谱(HPLC)联用,从而建立一种速度快、选择性强和灵敏的好方法。实验结果表明,在最优条件下：本方法对PAHs具有好的检测限(0.05-O.1ng/mL,LOD,S/N=3)、精密度(1.8%-5.3%,RSDs,n=3)和较好的回收率(80.0%-99.8%)；本方法也对PAEs显示出很好的检测限(0.05-0.1μg/L,LOD,S/N=3)、精密度(1.1%-2.6%,RSDs,n=5)和较好的回收率(79.4%-99.4%)。本研究为萃取不同基质的目标物提供一个环境友好型、高效及快速很好的吸附剂。为了进一步提高目标物的分离和富集效果,通过对g-C_3N_4改性合成了掺杂碳的多孔石墨相氮化碳(C-g-C_3N_4)。通过共沉淀法将Fe_30_4固定在C-g-C_3N_4表面从而成功合成了C-g-C_3N_4/Fe_30_4纳米复合材料。此材料与g-C_3N_4相比具有更高的比表面积。本文选择溴代阻燃剂作为目标物对C-g-C_3N_4/Fe_30_4作为MSPE吸附剂可行性进行分析,并结合响应曲面法对其主要影响吸附因素(盐度、pH和温度等)进行优化,再将MSPE与高效液相色谱(HPLC)联用,从而建立一种速度快、选择性强和灵敏的好方法。在最优条件下：此法具有良好的精确度(2.7%-5.2%)和灵敏度(检测限,S/N=3,0.1-0.2μg/L),且回收率达到92.4%-99.8%。本研究为将此材料作为磁固相萃取对不同碳环或疏水污染物预处理提供依据。
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X832;TB383.1

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