多孔有机骨架在VOCs的固相微萃取中的应用

发布时间：2020-04-09 06:21

【摘要】：近年来,多孔有机骨架(porous organic framework,POF)材料由于具有丰富的合成反应类型、可控的孔道结构和多样化的可修饰官能团,吸引了科学家们的广泛关注。POF材料在众多领域都具有潜在的应用价值,且在气体的吸附、分离方面表现尤为突出。固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)技术是一种利用固态吸附剂富集样品中待测物质的样品前处理技术。将POF材料作为SPME萃取头的功能吸附剂将有望提高SPME的效果,并拓宽POF材料的应用,具有很好的研究价值和应用前景。本论文将不同结构特点的POF材料制成高质量SPME纤维,应用于不同的挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)的检测,并探讨POF微观结构与SPME效果之间的关系。第一,制备了一种适用于苯乙烯和苯系物检测的新型SPME纤维,它是将POF材料(PAF-48)结合凝胶(gel)材料,通过溶胶-凝胶方法涂覆在石英纤维上制备而成的。PAF-48是由1,3,5-三苯基苯聚合而成的芳香型POF,具有均一的孔径、高的比表面积、可调控的结构和超强的疏水性,这使PAF-48在富集苯乙烯和苯系物方面拥有巨大的潜力。本论文将PAF-48/Gel涂层纤维制成SPME萃取头,与气相色谱(gas chromatography,GC)联用,建立分析方法,用于测定水样中的苯乙烯和六种苯系物(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)。该方法具有较宽的线性范围(0.1-200μg·kg~(-1),或0.1-500μg·kg~(-1)),较低的检测限(0.003-0.060μg·kg~(-1)),较高的精确度和很长的使用寿命(200次)。特别是对苯乙烯,PAF-48/Gel涂层纤维具有比绝大多数已报道纤维更低的最低检测限(0.006μg·kg~(-1))。此外,相对于醇类、酚类、芳香胺类、烷烃类,PAF-48/Gel涂层纤维对苯乙烯和苯系物的萃取展现出明显的优越性,说明PAF-48/Gel涂层纤维具有很好的萃取选择性。最后,这种PAF-48/Gel涂层SPME纤维联合GC的分析方法,被成功应用于聚苯乙烯食品接触材料中的苯乙烯及六种苯系物迁移量的检测。第二,选择了另一个POF材料(JUC-Z2)作为功能涂层,通过同样的溶胶-凝胶法制备了适用于芳香胺检测的SPME纤维。并将JUC-Z2涂层的SPME纤维与气相色谱-质谱/质谱(gas chromatography-mass spectrometry/mass spectrometry,GC-MS/MS)联用,建立了水样中两种芳香胺(1-萘胺、2-萘胺)的检测方法。该方法简单直接,不需要衍生步骤,且展现出很宽的线性范围(0.01-100μg?L~(-1)),相关系数为0.9999,检测限是0.01 ng?L~(-1),六次重复实验的相对标准偏差低于7.7%。与商品化SPME纤维相比,制备的JUC-Z2涂层纤维对两种芳香胺的萃取效率具有明显的优势。为了研究POF微观结构与SPME纤维萃取性能之间的关系,我们将JUC-Z2和PAF-48对两种芳香胺的萃取性能进行了比较。结果表明,JUC-Z2对1-萘胺和2-萘胺的萃取效率分别是PAF-48的9.6和16.2倍。JUC-Z2和PAF-48具有相似的二维层状结构,比表面积和孔径也相差不大,对芳香胺的吸附效果却有很大差异。分析表明,这是由于JUC-Z2骨架中含有丰富的N原子,可以与分析物芳香胺中的氨基形成相互吸引作用,而PAF-48是全苯环结构,缺少这样的驱动力。结果表明,多孔材料的表面化学环境对目标分子的吸附有至关重要的作用。最后,JUC-Z2涂层SPME纤维已成功应用于检测吸烟者尿液中的1-萘胺和2-萘胺。
【图文】：

顶空-固相微萃取-气相色谱流程简图

多孔有机骨架在VOCs的固相微萃取中的应用

PAF-1合成以及结构示意图
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O647.3;O658.2

【参考文献】