CN102366718A - 一种纳米碳纤维涂层搅拌萃取棒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米碳纤维涂层搅拌萃取棒及其制备方法。该纳米碳纤维涂层搅拌萃取棒，由载体及其表面的涂层组成，所述载体为长10-40mm，直径为0.5-5mm的金属棒，所述涂层包括纳米炭纤维层，还包括耐高温环氧树脂层或有机硅树脂层。本发明以金属棒为载体，利用合成耐高温环氧树脂或有机硅树脂将纳米碳纤维固定在金属棒表面，形成热稳定性好，耐溶剂冲洗的涂层材料从而实现对痕量有机物的富集。

Description

一种纳米碳纤维涂层搅拌萃取棒及其制备方法

技术领域

本发明涉及食品、环境、生物样品中有机物的痕量分析领域，特别涉及一种纳米碳纤维涂层搅拌萃取棒及其制备方法，特别适合用于富集挥发性和半挥发性轻组分。

背景技术

由于大部分分析样品的基体和组成相当复杂，在通常情况下样品前处理成为样品分析中不可或缺的重要步骤。它起着浓缩被测痕量组分，提高方法灵敏度及清洁试样的作用。

传统的样品前处理方法有液液萃取、索氏萃取、层析、蒸馏、吸附、离心以及过滤等，但这些方法普遍具有使用大量有机溶剂、处理时间长和操作步骤多的缺点。这些方法不但容易损失样品、产生较大误差，而且有毒溶剂的使用会影响操作人员健康，污染环境。为此，无溶剂或少溶剂、准确度高、快速、简便的样品前处理方法的研究，已成为当今分析化学的前沿研究课题之一。

固相微萃取技术是20世纪90年代兴起的一项新颖的样品前处理与富集技术，它最先由加拿大Waterloo大学的Pawliszyn教授的研究小组于1989年首次进行开发研究，属于非溶剂型选择性萃取法。它几乎可以用于气体、液体、生物、固体等样品中各类挥发性或半挥发性物质的分析。SPME的最大特点就是集取样、萃取、富集、进样于一体，因而操作简便，并且不需溶剂，萃取速度快、操作成本低、不污染环境、便于实现自动化以及易于与色谱、电泳等高效分离检测手段联用，因此，在化学、医药、食品、环境领域及药物分析中得到了广泛的应用。

搅拌棒吸附萃取(Stir bar sorptive extraction，SBSE)是由Erik Baltussen等人于1999年提出的，是在固相微萃取(Solid Phase Micro Extraction，SPME)基础上发展起来的一种新型样品前处理技术。该技术与固相微萃取一样具有简单、高效、快速、重现性好、绿色无溶剂等优点，并在萃取过程中吸附搅拌棒自身完成搅拌，避免了在Fiber SPME中搅拌子的竞争吸附，而且其萃取固定相的体积比SPME大50倍以上，因此富集倍数明显提高，非常适合痕量分析。在国外该技术已成功地应用于环境样品、食品中污染物、毒品、医药和农药残留、人体内分泌干扰物质、多环芳烃、苯系物和多氯联苯等的分析。

德国Gerstel GnlbH公司选用PDMS作为萃取涂层，推出了商品化的搅拌棒(Twister GerstelGnlbH)。Twister是由0.5mm或1mm的PDMS硅橡胶管，套在一内封磁芯的玻璃管上制成.但是，商品化的SBSE装置只有PDMS这一种固定相涂层，且玻璃棒为载体，材质易碎，而且商品化SBSE装置价格较高，SBSE技术的应用受到了较大的限制。为此，对SBSE技术的研究是一项十分有创新性和实际意义的工作。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种纳米碳纤维涂层搅拌萃取棒及其制备方法。

本发明采用的技术方案为：

一种纳米碳纤维涂层搅拌萃取棒，由载体及其表面的涂层组成，所述载体为长10-40mm，直径为0.5-5mm的金属棒，所述涂层包括纳米炭纤维层，还包括耐高温环氧树脂层或有机硅树脂层。

本发明还提供了上述纳米碳纤维涂层搅拌萃取棒的制备方法，包括如下步骤：

1)、选取长10-40mm，直径为0.5-5mm的金属棒(优选地，以搅拌方式使用，所述金属棒为铁棒、镍棒、钴棒、不锈钢棒或合金棒中一种；以顶空或超声方式使用，所述金属棒为不锈钢棒、铜棒、铝棒或合金棒中一种。)，利用HF溶液腐蚀30-120min，用水洗涤至中性，再用甲醇冲洗，氮气吹干得到表面粗糙的金属棒体；

2)、先在经过表面预处理的金属棒的表面涂渍一层耐高温环氧树脂或有机硅树脂，再在外层沾取一层纳米炭纤维，得涂层或重复涂渍和沾取来调整涂层厚度；

3)、将涂好涂层的搅拌萃取棒置于烘箱内进行高温固化；

4)、将高温固化好的搅拌萃取棒，置于索式提取器中，用二氯甲烷于40-80℃回流20-120min，以去除杂质。

优选地，所述耐高温环氧树脂的合成方法为向环氧树脂中加入有机溶剂搅拌至完全溶解，再依次加入固化剂、助剂和填料，搅拌使各组分分散均匀，制备得到耐高温环氧树脂，其中各物质的用量为，按重量份数计算，环氧树脂20份，固化剂3份，助剂3份，填料4份，置于5℃以下储存备用。

更优选地，所述有机溶剂为二甲苯、甲苯、苯或丙酮中一种；所述固化剂为均苯四甲酸酐；所述助剂为叔胺；所述填料为石棉粉、铝粉或钛白粉中一种。

本发明所具有的有益效果：

本发明以金属棒为载体，利用合成耐高温环氧树脂或有机硅树脂将纳米碳纤维固定在金属棒表面，形成热稳定性好，耐溶剂冲洗的的涂层材料从而实现对痕量有机物的富集。在萃取过程中棒体自身完成搅拌，避免了在Fiber SPME中搅拌子的竞争吸附；以金属棒代替传统的玻璃棒使其具有更高的机械强度、坚固耐用；将吸附剂结合到搅拌棒上的形式，更有利于吸附剂对液体样品的处理以及静态的顶空捕集。特别适合用于富集挥发性和半挥发性轻组分。它的特点是外部比表面大，热稳定性高，不保留水。相对于活性炭涂层搅拌棒具有更好的吸附与脱附性能。

附图说明：

图1为不使用搅拌萃取棒的气相色谱基线图；

图2为使用实施例1搅拌萃取棒解吸温度下的气相色谱基线图；

图3为利用实施例1搅拌萃取棒萃取苯系物的气相色谱图。

图3中1为苯，2为甲苯，3为乙苯，4为对二甲苯，5为邻二甲苯。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

选取长25mm，直径为2mm的镍棒，利用HF溶液腐蚀60min，用水洗涤至中性，再用甲醇冲洗，氮气吹干得到表面粗糙的金属棒体。将处理过的棒体表面涂渍一层有机硅树脂，再在外层沾取一层纳米碳纤维，将棒体置于烘箱内于180℃高温固化60min。将制作好的萃取棒，置于索式提取器当中，利用二氯甲烷于60℃回流40min，得搅拌萃取棒成品。

实施例2

利用实施例1中制作的搅拌萃取棒对河水中的各类有机物质进行分析，采取搅拌萃取方式，溶剂法解吸。

实施例3

利用实施例1中制作的搅拌萃取棒对水果香精组分进行呈香分析，采取顶空方式萃取，热脱附法解吸。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术方案作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种纳米碳纤维涂层搅拌萃取棒，由载体及其表面的涂层组成，其特征在于：所述载体为长10-40mm，直径为0.5-5mm的金属棒，所述涂层包括纳米炭纤维层，还包括耐高温环氧树脂层或有机硅树脂层。

2.权利要求1所述的纳米碳纤维涂层搅拌萃取棒的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)、选取长10-40mm，直径为0.5-5mm的金属棒，利用HF溶液腐蚀30-120min，用水洗涤至中性，再用甲醇冲洗，氮气吹干得到表面粗糙的金属棒体；

2)、先在经过表面预处理的金属棒的表面涂渍一层耐高温环氧树脂或有机硅树脂，再在外层沾取一层纳米炭纤维，得涂层或重复涂渍和沾取步骤来调整涂层厚度；

3)、将涂好涂层的搅拌萃取棒置于烘箱内进行高温固化；

4)、将高温固化好的搅拌萃取棒，置于索式提取器中，用二氯甲烷于40-80℃回流20-120min，以去除杂质。

3.根据权利要求2所述的纳米碳纤维涂层搅拌萃取棒的制备方法，其特征在于：以搅拌方式使用，所述金属棒为铁棒、镍棒、钴棒、不锈钢棒或合金棒中一种；以顶空或超声方式使用，所述金属棒为不锈钢棒、铜棒、铝棒或合金棒中一种。

4.根据权利要求2或3所述的纳米碳纤维涂层搅拌萃取棒的制备方法，其特征在于：所述耐高温环氧树脂的合成方法为向环氧树脂中加入有机溶剂搅拌至完全溶解，再依次加入固化剂、助剂和填料，搅拌使各组分分散均匀，制备得到耐高温环氧树脂，其中各物质的用量为，按重量份数计算，环氧树脂20份，固化剂3份，助剂3份，填料4份，置于5℃以下储存备用。

5.根据权利要求4所述的纳米碳纤维涂层搅拌萃取棒的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为二甲苯、甲苯、苯或丙酮中一种；所述固化剂为均苯四甲酸酐；所述助剂为叔胺；所述填料为石棉粉、铝粉或钛白粉中一种。

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