基于有序介孔碳制备新型固相微萃取纤维及其性能的研究

发布时间：2020-09-16 16:13

　　固相微萃取(SPME)是一种集萃取、富集、进样于一体的新型样品前处理技术。这项技术的核心在于萃取纤维,目前常用的商业纤维,存在耐热性差、易溶胀、易折断、使用次数短等缺陷。因此亟待开发一种新型固相微萃取纤维。本课题组一直将碳材料作为新型萃取涂层的重点研究对象,而有序介孔碳(OMC),作为一种新型的碳材料,具有良好的吸附性能和物理化学稳定性。因此本论文在以往研究的基础上,以不锈钢钢丝为基底,有序介孔碳为涂层制备了一种新型萃取纤维,以规避上述问题。论文的研究内容主要包括以下三个部分:第一,采用直接粘合法制备新型OMC纤维。实验结果表明,制备得到的OMC比表面积为701.413 m~2/g,孔容为0.353 cm~3/g。最可几孔径为3.4 nm且孔径分布集中,具有规则的二维六方结构。制备的OMC涂层最佳厚度大约为100μm,具有良好的机械强度,OMC涂层与钢丝表面连接紧密且分布均匀。第二,对制备得到的OMC纤维的使用参数进行了表征并对其萃取性能进行了分析。OMC涂层的最高耐热温度可达350℃;具有良好的化学稳定性,在有机溶剂中浸泡6小时后,仍能保持原有的萃取效率;使用次数超过150次。对多种环境优先污染物进行了萃取,结果表明,OMC涂层对多种污染物均有优于商业化PDMS和PA纤维的萃取效率,检测范围广谱。OMC涂层对弱极性的芳香族化合物具有较好的萃取效率;苯环上含有的甲基和氯原子有利于OMC涂层与待测物之间亲和力的增强;同时苯环上取代基的位置也会影响OMC涂层的萃取效率。同时,上述的萃取规律在复杂体系下依然成立。第三,将上述制备得到的OMC纤维应用于分析水中的苯系物。首先优化筛选了SPME萃取-分析条件:采用顶空萃取的方法,在30℃水浴下萃取40 min,搅拌速率设定为1200 r/min,不加无水硫酸钠;OMC纤维完成萃取后,在250℃的气相色谱进样口下解析3 min。随后在最佳萃取分析条件下,将OMC纤维应用于检测水中苯系物。该分析方法的线性范围在1-1000μg/L之间、最低检测限在0.086-0.088μg/L之间、单根纤维的相对标准偏差小于5.5%、多根纤维的相对标准偏差小于10.6%、加标回收率在81.0%-112.8%之间。与已有的相关文献相比,本方法有不亚于其他方法的线性范围或是灵敏度。与部分商业纤维相比,OMC纤维有良好的萃取效率。综上,本论文研究的OMC纤维萃取性能良好、物理化学性质稳定、检测范围较宽、重现性良好、分析结果满足测试要求。将OMC纤维应用于环境水样苯系物以及其他优先污染物的检测具有一定的实际意义。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X832
【部分图文】：

气相色谱,萃取器,结构示意图,萃取纤维

取纤维是一根熔融石英纤维，表面涂有不同色谱固定相或吸附剂的。石英丝与不锈钢丝连接，石英丝外部用不锈钢针管保护。这样萃取纤维可以在针管内收缩，推杆用以控制萃取头伸缩。萃取器结构示意如图1-1所示。图1-1 萃取器结构示意图Fig.1-1 the structure scheme of SPME handleSPME 萃取过程分为两个步骤，萃取和解析，如图 1-2 所示。（1）萃取过程（a,b,c）：先将金属针管插入萃取瓶的密封垫，然后将推杆压下，使萃取纤维暴露在样品基质中富集一段时间。富集萃取结束后，将纤维收回金属针管中，再从密封垫中拔，即完成了一次萃取过程。（2）解析过程（d,e,f）：将 SPME 萃取器迅速转移至气相色谱的进样口中，将推杆压下，使得萃取纤维涂层暴露在高温环境下。待测物在高温环境下，从涂层上脱附下来，随载气进入后续的检测器检测。解析结束后，将萃取纤维缩回萃取器中

解析过程,纤维涂层,样品基质,固相微萃取

图1-2 SPME的萃取、解析过程[2]Fig.1-2 the extraction and desorption process of SPME(a,b,c 代表萃取过程；d,e,f代表解析过程)微萃取技术的原理涂层固相微萃取是目前研究最多的固相微萃取技术之一，因此纤维涂层固相微萃取为例来讨论。接浸入法浸入法是将纤维直接浸入样品基质中进行萃取。这种方法仅仅纤维涂层两相。通常来说，当待测物的浓度在样品基质和萃取发生变化的时候，即认为固相微萃取过程已经完成。Louch[3]一过程：C0Vs= ∞VS+ ∞Vf(1-1) ∞， ∞分别是达到平衡后，纤维涂层和样品基质中待测物

野外采样,气流

图1-3. SPME野外采样加速气流装置[5]Fig.1-3 Agitation device for field air sample by SPME冷凝-固相微萃取(CC-SPME) 萃取过程中，温度是另一个很重要的影响因素。随着萃取温更快的从样品基质中挥发出来，转移至气相，加速纤维萃样品之间的分配系数随着温度的增加而减小，导致平衡时了避免灵敏度的损失，开发了循环冷凝-固相微萃取技术用冷凝的方法冷却涂层纤维，如图 1-4 所示。冷凝装置用

【参考文献】