钛基氧化物固相微萃取纤维的组装及其在环境水样分析中的应用研究

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固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)技术是一项新型无溶剂样品前处理技术。与石英纤维萃取头相比,以金属为基底制备的纤维萃取头,具有良好的热稳定性、机械强度和快速简单的涂层制备方法等优点。因此引起了许多研究者的极大兴趣和高度关注。本论文对三种不同涂层钛基纤维的组装进行了研究,并且评价了其对环境水样中不同污染物的富集、分离和测定。本论文的主要研究内容和结果如下:第一章:简单地介绍了SPME技术的基本原理、装置、萃取步骤和涂层的制备方法,接着介绍了SPME技术的影响因素、联用技术以及应用前景。另外还介绍了多环芳烃(PAHs)和紫外线吸收剂(UVFs)。最后引出了本论文的选题思路和主要内容。第二章:二氧化钛(TiO2)具有优异的热和化学稳定性、纳米结构的形成能力和良好的吸附性能。本实验采用水热法在酸处理的钛丝(Ti)基体上自组装生成了二氧化钛纳米线(Ti@TiO2NWs),接着对TiO2NWs在800 oC进行了热处理,形成了石纹状的TiO2涂层(Ti@TiO2NRs),并将其作为SPME纤维涂层,用紫外检测的高效液相色谱(HPLC-UV)测定环境水样中的5种PAHs。与商用的聚二甲基硅氧烷(PDMS)纤维相比,所制备的纤维对PAHs具有良好的萃取选择性。检测限为0.013μg·L-1-0.065μg·L-1。对于每种分析物浓度为50μg·L-1的加标水样,用单支纤维与HPLC-UV联用方法的相对标准偏差(RSDs)在4.5%-6.2%之间变化(n=5)。该方法成功应用于环境水样中PAHs的萃取富集和定量分析,回收率为83.8%-109%,相对标准偏差为4.8%-9.1%。而且,该纤维的组装精密可控,可稳定使用300次。第三章:通过电泳沉积在水热处理的Ti丝上组装了二氧化硅纳米片(Si O2NSs)涂层。将Ti@TiO2NWs@Si O2NSs纤维与HPLC-UV相结合,使用直接浸入SPME模式,通过典型的芳香化合物评估了所组装纤维的萃取性能。研究表明其对UVFs具有良好的萃取选择性,采用新型纤维研究了影响萃取UVFs的关键因素。在优化条件下,该方法线性范围为0.02μg·L-1-400μg·L-1,对于50μg·L-1 UVFs的加标水样,单个纤维日内和日间分析的RSDs分别低于5.3%和6.2%。该方法已成功应用于环境水样中六种目标UVFs的分析测定。此外,该纤维具有可控的组装重现性,并且对于至少200次萃取和解吸循环是稳定的。第四章:本实验采用阳极氧化法在Ti纤维基体上原位生长了二氧化钛纳米棒(TiO2NRs),在800 oC对其进行热处理,可使其表面纳米颗粒化,用于吸附的有效表面积增加。将热处理后的Ti@TiO2NRs作为SPME纤维与HPLC-UV联用,对比研究了4类典型芳香分析物的萃取性能,结果表明,与商用聚丙烯酸酯纤维(PA)相比,所组装的纤维对于UVFs显示良好的萃取选择性和更高的萃取效率。在优化实验条件下,所提出的方法线性范围为0.05μg·L-1-300μg·L-1,相关系数大于0.999,检出限为0.005μg·L-1-0.045μg·L-1。对于50μg·L-1的加标水样,单支纤维日内和日间分析的RSDs分别低于5.4%和6.4%(n=5)。该方法已成功应用于环境水样中目标UVFs的分析,回收率为85.0%-113%,RSDs为4.2%-7.8%。而且,该纤维的组装精密可控,可稳定使用200次以上。
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