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相对于其它多孔材料而言,金属-有机骨架材料MOFs拥有超大的比表面积、良好的化学或溶剂稳定性等优良的性质非常适合于作为固相微萃取涂层材料,本文发展了MOFs在固相微萃取中的应用,将其用于环境水样的分析,得到了较好的结果。本工作的主要内容与创新点在于:
(1)得到了一种基于金属-有机骨架材料ZIF-70的可应用于水溶液中苯胺类化合物萃取的固相微萃取纤维。率先将MOFs应用于水溶液的固相微萃取,报道了ZIF-70在腐蚀不锈钢针上的晶体生长,实现了对极性目标物的富集,并将其用于环境水样中痕量苯胺物质的检测。这种纤维是通过ZIF-70薄膜在不锈钢表面原位生长得到的,这种材料具有较大的比表面积、较好的水稳定性和热稳定性,成功克服了MOF-199涂层纤维在应用上的局限性。我们用这种纤维对6种苯胺类目标物进行了方法学研究,得到了较高的富集因子和较宽的线性范围,进一步用其对淡水河样品和废水样品进行检测,得到了较好的回收率。ZIF-70涂层纤维对苯胺类目标物变现出较强的富集能力可能由以下几种原因共同产生的:①ZIF-70具有较大笼状孔穴结构(15.9 A)和较大的孔道窗口(13.1 A),使得目标物分子能够顺利地进入到孔穴内而被吸附;②ZIF-70具有较大的比表面积(1358 m2 g-1),保证了其优良的萃取容量;③ZIF-70骨架中咪唑基团与苯胺类目标物中苯环之间发生的π-π相互作用;④ZIF-70具有疏水性的孔道和骨架,与目标物之间通过疏水作用结合。
(2)以上工作仍存在一些缺点,比如涂层的厚度较难控制,可用原位生长方法涂覆在不锈钢针上的MOFs种类有所局限,涂层的使用寿命不够长,涂层对溶液酸性的耐受度不够强等。这些缺点大大限制了MOFs在复杂样品分析中的应用。因此,我们使用了层层沉积(layer-by-layer deposition)的方法来制备MOFs薄膜,通过控制涂覆次数来控制涂层厚度,以满足SPME分析的需要,并能保证良好的重现性和可控性。我们将用层层沉积法制备的UiO-66涂层纤维用于水中苯酚类物质的固相微萃取,得到了较好的富集效果。此外,UiO-66具有很好的耐酸碱性、耐溶剂性和极高的热稳定性(大于450℃),这些特性不仅能完全满足气相热解吸分析的需要,也为提高涂层的使用寿命提供了保障,并为其在复杂样品分析中的应用提供了可能。