[发明专利]磁性秸秆生物炭与GC/MS联用在测定复杂样品内痕量有机磷中的应用

说明书

本发明公开磁性秸秆生物炭与GC/MS联用在测定复杂样品内痕量有机磷中的应用。磁性秸秆生物质炭采用一步法合成法制备得到。在对磁性负载量和热解温度优化，建立制备条件‑生物炭结构‑萃取性能间构效关系的基础上，得到最佳磁性生物炭，可通过Π‑Π作用、表面吸附、以及氢键等作用富集分离复杂样品中痕量有机磷，富集效果好，与GC/MS联用进行测定，检出限低，灵敏度高。

技术领域

本发明属于样品前处理领域，涉及磁性秸秆生物炭与GC/MS联用在测定复杂样品内痕量有机磷中的应用，具体是用一步热解法制备该磁性材料，结合磁性固相微萃取技术，用于富集环境水和土壤样品中有机磷，气相色谱/质谱测定，并通过探讨制备条件/生物炭结构/萃取性能之间的关系，进一步提高分析灵敏度。

背景技术

在分析化学领域，环境样品中痕量、超痕量目标物分析一直是关注的焦点。由于样品基质复杂，干扰严重，且待测目标物浓度低，不能直接用仪器进行分析，需经过有效的样品前处理步骤对目标物进行富集、分离，再进行测定。因此，样品前处理是极其重要的步骤，决定了整个分析方法的灵敏度和稳定性。磁性固相微萃取(Magnetic dispersive solid-phase microextraction,MSPE)是以磁性材料为吸附剂，将其分散与样品溶液中吸附目标物后，在外部磁铁作用下即可实现磁性材料与样品溶液分离。该方法有机溶剂容量少，操作简便，适用于大体积样品溶液中目标物的富集分离。在萃取过程中，制备对目标物具有高吸附能力、且同时排除杂质干扰的吸附材料至关重要，可有效提高方法的灵敏度。

生物炭是生物质(农业废弃物、木屑、动物粪便、海洋藻类等)加工而成的一种多孔炭材料。我国每年生产玉米秸秆约2.5亿吨，采用焚烧法处理会造成环境污染，将其变废为宝具有重要意义。秸秆生物质可采用热解法在高温条件下进行无氧或限氧炭化制得生物炭，在热解过程中，生物质的有机组分大量分解，孔隙结构得到发育，碳含量和芳香性增加，比表面积和孔体积显著增大。生物质碳因具有较大的比表面积、极性官能团、芳香性，目前主要在土壤修复、有机物和重金属的吸附去除中应用较为广泛，而在样品前处理磁性固相萃取中应用有待进一步扩展。

发明内容

本发明将生物炭与磁性纳米粒子结合，制备了磁性秸秆生物炭材料用于复杂样品中痕量有机磷农药分析，在探讨制备条件及吸附机理的基础上，最大程度提高了对目标化合物的富集效率。本方法具有以下优势：①本发明无需对生物质活化，直接进行高温炭化磁化后得到磁性生物炭，制备步骤简单；②为进一步提高对目标物的富集性能，尽可能降低复合材料中磁性纳米粒子的投加比；③采用秸秆为生物质源，探讨了不同热解温度对磁性生物炭结构、化学性能、和萃取效果的影响，建立几者之间的构效关系，得到最优条件；④在最优条件下，该方法分别用于环境水和土壤中痕量有机磷的测定，富集效率高，灵敏度高。

本发明中采用的磁性秸秆生物质炭采用一步法合成法制备得到，该一步法合成法包括以下步骤：

步骤(1)、将玉米秸秆、含Fe²⁺盐、含Fe³⁺盐溶于去离子水中，得到均匀的混合液；

所述玉米秸秆、含Fe²⁺盐中Fe²⁺、含Fe³⁺盐中Fe³⁺与去离子水的投料比为8～12：1.2～2.4：16～32：30～40，单位为g：mmol：mmol：mL；

作为优选，含Fe²⁺盐为FeCl₂·4H₂O、含Fe³⁺盐为FeCl₃·6H₂O；

作为优选，上述反应物玉米秸秆、含Fe²⁺盐中Fe²⁺、含Fe³⁺盐中Fe³⁺和去离子水的投料比为10：1.2：16：40，单位为g：mmol：mmol：mL。