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近年来,人们的绿色发展理念日益增强,开发低毒、低成本的可持续/绿色溶剂逐渐成为绿色化学的重要研究课题之一。低共熔溶剂是近年来继离子液体之后新发现的一类可持续绿色溶剂,具有饱和蒸汽压低、液程范围宽、热稳定性好、可燃性低、溶解性能优良等特点,拥有离子液体的诸多优良特性。这类溶剂制备方法非常简单、产品纯度高、制备过程无三废产生,弥补了离子液体制备繁琐、提纯困难的不足。这些显著的生态环境和经济成本上的优势,使低共熔溶剂在替代挥发性有机溶剂和价格较贵的离子液体方面具有潜在的规模应用前景,从而吸引了国内外多领域研究学者的广泛关注。然而,目前报道的大多数低共熔溶剂是亲水性的,由于与水的氢键作用不能用于含水体系,大大限制了其在水环境中的应用。为克服这一局限,拓展低共熔溶剂的应用范围,本论文选择具有不同类型的氢键供/受体,设计合成了一系列适用于含水体系的新型疏水性低共熔溶剂。采用多种技术获取了它们的密度、粘度、熔点、热稳定性、疏水性等物理化学参数,通过红外光谱、核磁共振氢谱仪考察分子间氢键作用。以自制的疏水低共熔溶剂为萃取剂,研究了其对邻苯二甲酸酯类、双酚类物质等典型污染物为模型分析物的萃取行为。系统考察萃取过程中一些重要因素,如低共熔溶剂种类、待测样品体积、萃取和温度、离子强度、溶液pH值等对萃取效果的影响,并结合色谱学研究,阐明相关机理。在此基础上,以所合成的疏水低共熔溶剂做为添加剂,溶胶凝胶法制备了聚二甲基硅氧烷固相微萃取纤维涂层,并与气相色谱技术联用检测水相中小分子挥发性苯系物;以新型疏水低共熔溶剂为萃取剂,结合涡旋辅助液相微萃取技术,用于富集分离食品接触性塑料样品热水浸出液中的邻苯二甲酸酯类增塑剂、双酚类污染物,最终了建立水相介质中环境污染物的绿色分离分析新方法。本论文主要研究内容和结论如下所示:
(1)以对羟基苯甲酸乙酯为氢键供体,甲基三辛基氯化铵为氢键受体,将它们以不同摩尔比混合,制备了一系列疏水性低共熔溶剂。为表征它们的溶剂特性,测定了低共熔溶剂的熔点、沸点、密度、粘度和接触角数据,并采用红外、热重分析仪分别评价了它们的分子结构、热稳定性。将自制的低共熔溶剂作为共溶剂及致孔剂,掺杂到聚二甲基硅氧烷溶胶体系中,首次制备了疏水性低共熔溶剂介质的固相微萃取聚二甲基硅氧烷(PDMS)纤维涂层。扫描电镜结果表明,疏水性低共熔溶剂的加入,可以在PDMS纤维表面形成许多规整的孔洞,有效增加涂层的比表面积,控制涂层干裂,有望改善PDMS纤维涂层的性能。将自制的新型涂层用于顶空固相微萃取以甲苯、乙苯、邻二甲苯等挥发性有机物为模型的分析物,联用气相色谱-氢火焰离子化检测技术,分析模拟水样中的三种分析物,以评价涂层对挥发性物质的萃取适用性。结果表明,在最佳实验条件下,该联用分析方法的线性范围为10-1000μgL-1,检测限为0.005-0.025μgL-1。与未加入低共熔溶剂的PDMS涂层相比,新涂层的信号响应峰面积提高了3倍,该方法的检测限低于100μm厚度的商用PDMS纤维涂层。
(2)以甲基三辛基氯化铵、四丁基溴化铵两种季铵盐和六种水不溶性脂肪醇/酸(正辛醇、正十二醇、正丁醇、正己醇、癸酸、月癸酸)为原料,设计并制备了八种新型疏水性低共熔溶剂。测定了它们的熔点、沸点、密度、粘度和接触角等物理参数,并采用红外光谱仪评价了它们的分子结构。结果发现,所制备的疏水性低共熔溶剂具有较低的粘度。在此基础上,以自制的低粘度疏水性低共熔溶剂为萃取剂,采用涡旋辅助液-液微萃取方法联用气相色谱技术,考察其对水样中的邻苯二甲酸酯类增塑剂的萃取富集能力。实验还系统考察了一些主要的萃取操作参数对萃取效率的影响。在最佳条件下,本工作建立的分析方法线性范围宽,为5-1000μgL-1,目标分析物的检出限低至1μgL-1。该方法成功地用于食品接触塑料样品中的邻苯二甲酸酯类增塑剂的分析测定。
(3)以甲基三辛基氯化铵(氢键受体)和癸酸、酮洛芬、吉非罗齐(氢键供体)为原料,以不同的摩尔比合成了三种疏水性低共熔溶剂。为了评价这些溶剂的特性,测定了它们的熔点、密度、粘度和水接触角等物理性质,并采用红外、热重分析仪等技术对它们的分子结构和热稳定性进行了表征,以探讨它们作为溶剂的适应性。利用自制的低粘度疏水性低共熔溶剂对水中4种双酚类污染物进行涡旋辅助液-液微萃取,并采用高效液相色谱荧光检测技术对其进行定量测定。结果显示该方法对4种双酚类分析物的富集倍数在97-112之间。在最佳实验条件下,该方法的线性范围为0.3-700μgL-1,线性相关系数(R2)大于0.996。检测限(LODs)和定量限(LOQs)分别在0.06-0.08μgL-1和0.3-0.5μgL-1范围内。将该方法用于塑料杯、奶瓶奶嘴等塑料制品中四种双酚类污染物的萃取和定量检测,加标回收率在81.3-113.8%之间。
(1)以对羟基苯甲酸乙酯为氢键供体,甲基三辛基氯化铵为氢键受体,将它们以不同摩尔比混合,制备了一系列疏水性低共熔溶剂。为表征它们的溶剂特性,测定了低共熔溶剂的熔点、沸点、密度、粘度和接触角数据,并采用红外、热重分析仪分别评价了它们的分子结构、热稳定性。将自制的低共熔溶剂作为共溶剂及致孔剂,掺杂到聚二甲基硅氧烷溶胶体系中,首次制备了疏水性低共熔溶剂介质的固相微萃取聚二甲基硅氧烷(PDMS)纤维涂层。扫描电镜结果表明,疏水性低共熔溶剂的加入,可以在PDMS纤维表面形成许多规整的孔洞,有效增加涂层的比表面积,控制涂层干裂,有望改善PDMS纤维涂层的性能。将自制的新型涂层用于顶空固相微萃取以甲苯、乙苯、邻二甲苯等挥发性有机物为模型的分析物,联用气相色谱-氢火焰离子化检测技术,分析模拟水样中的三种分析物,以评价涂层对挥发性物质的萃取适用性。结果表明,在最佳实验条件下,该联用分析方法的线性范围为10-1000μgL-1,检测限为0.005-0.025μgL-1。与未加入低共熔溶剂的PDMS涂层相比,新涂层的信号响应峰面积提高了3倍,该方法的检测限低于100μm厚度的商用PDMS纤维涂层。
(2)以甲基三辛基氯化铵、四丁基溴化铵两种季铵盐和六种水不溶性脂肪醇/酸(正辛醇、正十二醇、正丁醇、正己醇、癸酸、月癸酸)为原料,设计并制备了八种新型疏水性低共熔溶剂。测定了它们的熔点、沸点、密度、粘度和接触角等物理参数,并采用红外光谱仪评价了它们的分子结构。结果发现,所制备的疏水性低共熔溶剂具有较低的粘度。在此基础上,以自制的低粘度疏水性低共熔溶剂为萃取剂,采用涡旋辅助液-液微萃取方法联用气相色谱技术,考察其对水样中的邻苯二甲酸酯类增塑剂的萃取富集能力。实验还系统考察了一些主要的萃取操作参数对萃取效率的影响。在最佳条件下,本工作建立的分析方法线性范围宽,为5-1000μgL-1,目标分析物的检出限低至1μgL-1。该方法成功地用于食品接触塑料样品中的邻苯二甲酸酯类增塑剂的分析测定。
(3)以甲基三辛基氯化铵(氢键受体)和癸酸、酮洛芬、吉非罗齐(氢键供体)为原料,以不同的摩尔比合成了三种疏水性低共熔溶剂。为了评价这些溶剂的特性,测定了它们的熔点、密度、粘度和水接触角等物理性质,并采用红外、热重分析仪等技术对它们的分子结构和热稳定性进行了表征,以探讨它们作为溶剂的适应性。利用自制的低粘度疏水性低共熔溶剂对水中4种双酚类污染物进行涡旋辅助液-液微萃取,并采用高效液相色谱荧光检测技术对其进行定量测定。结果显示该方法对4种双酚类分析物的富集倍数在97-112之间。在最佳实验条件下,该方法的线性范围为0.3-700μgL-1,线性相关系数(R2)大于0.996。检测限(LODs)和定量限(LOQs)分别在0.06-0.08μgL-1和0.3-0.5μgL-1范围内。将该方法用于塑料杯、奶瓶奶嘴等塑料制品中四种双酚类污染物的萃取和定量检测,加标回收率在81.3-113.8%之间。