[发明专利]基于中空碳纳米材料的固相微萃取涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于中空碳纳米材料的固相微萃取涂层及其制备方法。所述方法以锌基金属有机框架化合物ZIF‑8为基体，酸刻蚀获得中空的ZIF‑8纳米立方体，在氮气氛围中直接热处理得到中空碳纳米材料，通过物理黏附的方法把ZIF‑8中空碳纳米材料涂覆在不锈钢丝表面，形成固相微萃取纤维。本发明利用MOFs衍生的中空碳纳米材料具有高比表面和疏水多孔性，新奇的中空结构，低表观密度和较高的负载量等特点，作为固相微萃取涂层。本发明的涂层表现出对疏水性有机物快的萃取速度以及强的富集能力，明显缩短分析时间，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于固相微萃取涂层材料技术领域，涉及一种基于中空碳纳米材料的固相微萃取涂层及其制备方法。

背景技术

固相微萃取(Solid Phase Microextraction，SPME)是由加拿大Waterloo大学Pawlinszyn教授及其合作者于20世纪90年代提出的一种集采样、萃取、浓缩、进样于一体的样品前处理技术。其萃取原理是利用载体上涂渍的萃取相，对样品中的分析物进行萃取和富集，再将涂层上的分析物通过高温解吸或者溶剂洗脱的方法解析到分析仪器中。固相微萃取克服了传统的富集技术需使用大量溶剂和样品、重现性低、操作步骤多等缺点，被广泛的应用于环境样品、食品、生物化学、医药卫生等领域。SPME的主要原理是质量转移过程导致的样品基质与纤维上涂覆材料之间的分析物的萃取分配平衡。因此涂层成为这种新技术的核心，决定了该方法的选择性和灵敏度。

固相微萃取的涂层主要分为商品化涂层与非商品化涂层两种。商品化涂层多为有机材料，有均相聚合物与多孔颗粒聚合物等，但具有萃取时间长，机械性和热稳定性差等缺点。针对这些缺点，近年来非商品化涂层的研究层出不穷。

目前非商品化涂层有分子印迹聚合物、离子液体、和无机纳米材料等。Wang等[Wang F,et al.In Situ Hydrothermally Grown TiO₂@C Core–Shell Nanowire Coatingfor Highly Sensitive Solid Phase Microextraction of Polycyclic AromaticHydrocarbons[J].ACS applied materialsinterfaces,2017,9(2):1840-1846.]用两步水热法制备了新型核壳TiO₂@C纤维，对多环芳烃进行萃取，萃取平衡时间达到60分钟，最低检测限为0.4ng/L。Wei等[Wei S,et al.Fabrication of a polymeric compositeincorporating metal-organic framework nanosheets for solid-phasemicroextraction of polycyclic aromatic hydrocarbons from water samples[J].Analytica Chimica Acta,2017,971:48-54.]将不锈钢丝表面高效涂层材料(SSW)浸入到铜对苯二甲酸(CBDC)溶液中，制成了以CBDC为涂层的固相微萃取纤维，对多环芳烃进行萃取，平衡时间高达70分钟，最低检测限为0.12ng/L。这些固相微萃取纤维存在一个共同的缺点就是分析时间长，这也是固相微萃取技术的主要缺点之一，更多的研究工作应致力于缩短平衡时间。

MOFs是由金属离子和有机配体共同组成的一类结晶材料，其衍生的碳纳米结构具有周期性的晶体结构和多孔性。由于其新颖的结构和性质，几种类型的MOFs衍生碳材料已经被用作萃取有机污染物的吸附剂，他们中的大多数表现出加强的萃取能力。但是目前仍缺乏将其应用于快速固相微萃取的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于中空碳纳米材料的固相微萃取涂层及其制备方法。

实现本发明的目的的技术方案如下：

基于中空碳纳米材料的固相微萃取涂层的制备方法，具体步骤如下：