镍钛基体上层状双金属氢氧化物纤维的组装及其在固相微萃取中的应用

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固相微萃取(SPME)前处理技术操作简单、费用低廉,且操作过程中的废液可以有效回收并处理。该技术是以固相萃取(SPE)为原型,在其基础上发展起来的,并完善了SPE回收率低、吸附剂孔道容易堵塞等弊端。SPME技术已普遍应用于分析监测环境水样、空气、土壤等样品。本论文对镍钛合金(NiTi)纤维改性,在其表面组装不同形貌的锌铝层状双金属氢氧化物(ZnAl-LDH)涂层,同时评价了其对环境水样中紫外线吸收剂(UVFs)的富集性能。本论文的主要研究内容和结果如下:第一章:本章简单介绍了SPME技术的基本原理、实验装置、涂层分类和涂层的制备方法,接着介绍了SPME的影响因素和应用前景。另外,还介绍了UVFs。最后引出了本论文的选题思路和主要内容。第二章:在超弹性的NiTi丝上牢固地组装了一种新的花状ZnAl-LDH涂层。在此,对NiTi丝进行水热处理以用于镍和钛氧化物纳米薄片(NiTiONFs)的原位生长,并用作随后的ZnAl-LDH纳米花生长的纤维载体。与市售的聚丙烯酸酯(PA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)纤维相比,所得涂层能够更有效、更快速地选择性萃取UVFs。由于嵌入到活性NiTiONFs载体中的ZnAl-LDH涂层具有很高的机械稳定性。因此,该纤维的循环使用寿命较长。为此,详细研究和优化了主要的实验参数,包括萃取温度、搅拌速率、萃取和解吸时间以及盐浓度。在优化的条件下,采用NiTi@NiTiONFs@ZnAl-LDH纤维开发的SPME-HPLC-UV方法可获得良好的线性。五个UVFs的检测限在0.009μg·L-1和0.052μg·L-1之间。单根纤维分别以50μg·L-1的加标浓度重复5次萃取UVFs,其日内和日间的相对标准偏差(RSDs)分别小于6.4%和6.6%。该方法成功用于雪水、河水和废水样品中UVFs的测定。相对回收率达到77.2%-109%。因此,开发的方法可以潜在地应用于选择性富集和测定不同环境水样中的UVFs。此外,该纤维具有良好的循环稳定性,经120次萃取和解吸循环后,5次重复分析的回收率为83.6%-101%,而且制备过程精密可控。第三章:采用水热法在NiTi纤维基体上组装了基于NiTiONFs的锌铝层状双金属氢氧化物纳米片(ZnAl-LDHNFs)涂层。使用扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X-射线光谱法(EDX)的表征表明,通过改变水热温度和反应时间,该涂层呈现交叉的六边形纳米片形貌,这些纳米片层的厚度约为200 nm。研究了所组装涂层的SPME性能,可选择性萃取环境水样中的UVFs。在最佳条件下(萃取温度:35℃,搅拌速率:400 r·min-1,萃取时间:30 min,解吸时间:4 min,盐浓度:3%),五种UVFs的LODs范围在0.009μg·L-1和0.051μg·L-1之间。对于每种分析物浓度为50μg·L-1的加标水样,单根纤维与HPLC-UV联用方法的RSDs分别小于6.3%和7.1%。实际环境水样中五种UVFs的加标回收率达到71%-101%。此外,该纤维具有良好的循环稳定性,纤维使用约200次后,其萃取效率没有明显降低,而且制备过程精密可控。第四章:研究了热处理后锌铝双金属氧化物纳米片(ZnAlONFs)作为潜在吸附剂的性能。通过水热法在NiTi纤维基体上以NiTiONFs为基底生长ZnAl-LDHNFs涂层,并在400℃煅烧4 h。吸附结果表明,经400℃煅烧处理的ZnAlONFs(NiTi@NiTiONFs@ZnAlONFs(400))涂层对UVFs的吸附能力要比前者ZnAl-LDHNFs的吸附能力更强。在优化条件下(萃取温度:35℃,搅拌速率:400 r·min-1,萃取时间:40 min,解吸时间:4 min,盐浓度:3%),采用NiTi@NiTiONFs@ZnAlONFs(400)纤维开发的SPME-HPLC-UV方法获得的相关系数(r)大于0.999。此外,在最佳条件下,五种UVFs的LODs范围在0.007μg·L-1和0.021μg·L-1之间。对于每种分析物浓度为50μg·L-1的加标水样,单根纤维与HPLC-UV联用方法的RSDs分别小于6.0%和7.3%。实际环境水样中五种UVFs的加标回收率达到79.8%-102%。此外,该纤维具有良好的循环稳定性,纤维使用约170次后,其萃取效率没有明显降低,而且制备过程精密可控。
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