CN102879348A

CN102879348A - 一种氧化石墨烯的定量分析方法

Info

Publication number: CN102879348A
Application number: CN2012103623471A
Authority: CN
Inventors: 赖奇
Original assignee: Panzhihua University
Current assignee: Panzhihua University
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明属于分析化学领域，具体涉及一种氧化石墨烯的定量分析方法。本发明为了解决分析设备成本高、测试不方便的问题，提供了一种氧化石墨烯的定量分析方法，包括以下步骤：1）制备氧化石墨烯溶液；2）绘制标准曲线：用紫外可见分光光度计或紫外光谱仪在230nm波长处测定已知不同浓度的氧化石墨烯溶液的吸光度，通过已知的不同浓度与吸光度的对应关系，建立氧化石墨烯溶液的浓度标准曲线；3）被测样品分析：将待测的氧化石墨烯溶液，用紫外可见分光光度计或紫外光谱仪测定吸光度，根据步骤2）绘制的标准曲线得到氧化石墨烯的浓度。本发明为定量分析氧化石墨烯溶液提供了一种简便的新方法。

Description

一种氧化石墨烯的定量分析方法

技术领域

本发明属于分析化学领域，具体涉及一种氧化石墨烯的定量分析方法。

技术背景

石墨烯是指石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。为了把石墨烯与石墨相区别，一般指石墨层低于10层的sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜称石墨烯，而把层数大于10层的称石墨。氧化石墨烯则是石墨层表面及内部被氧化，但层数仍低于10层的sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的薄膜。

氧化石墨烯的测试方法一般都采用原子力显微镜或透射电镜。但无论是原子力显微镜或是透射电镜都存在成本高购置困难的问题。对氧化石墨烯溶液而言，更为困难的是，其浓度无法用上述任何方法进行测定。

其原因在于上述方法均为定性测试方法，均要求将溶液中的氧化石墨烯转移到其它载体表面进行测试，如果要进行定量测试只能一片一片的数氧化石墨烯的数量，而且通过数量的方法也只能取极少量的溶液（一般要求微升数量级）。其间可能还存在几片氧化石墨烯垒在一起的情况。这就导致测试的溶液其浓度代表性极不准确。而唯一可能的方法是先制备得到氧化石墨烯固体，通过减量法配制氧化石墨烯溶液。通过氧化石墨烯的质量与溶液体积的比值获得其质量浓度（mg.mL^-1）。而这同样要求先采用原子力显微镜或透射电镜定性确定该溶液为氧化石墨烯溶液。

为了克服这些缺点，发明一种新的低成本方法对氧化石墨烯进行定量分析成为研究重点。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提出了一种氧化石墨烯的定量分析方法。本发明采用紫外可见分光光度计或紫外光谱仪对制备的氧化石墨烯进行分析。可对氧化石墨烯进行半定量分析。

本发明提供的氧化石墨烯的定量分析方法，包括以下步骤：

1）制备氧化石墨烯溶液；

2）绘制标准曲线：用紫外可见分光光度计或紫外光谱仪在230nm波长处测定已知不同浓度的氧化石墨烯溶液的吸光度，通过已知的不同浓度与吸光度的对应关系，建立氧化石墨烯溶液的浓度标准曲线；

3）被测样品分析：将待测的氧化石墨烯溶液，用紫外可见分光光度计或紫外光谱仪测定吸光度，根据步骤2）绘制的标准曲线得到氧化石墨烯的浓度。

其中，上述氧化石墨烯的定量分析方法所述的步骤1）中，氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：以鳞片石墨为原料，以浓硫酸、浓硝酸或浓硫酸和硝酸钠混合物中的至少一种为插层剂，高锰酸钾为酸氧化剂，用Hummers方法制备得到氧化石墨；取上述氧化石墨加入到水中进行超声破碎，根据不同的制备方法，其超声时间从5分钟到40分钟；取出静置，用离心机离心5～30min，离心的转速范围在4000转/分到25000转/分，取离心后的清液，即获得氧化石墨烯溶液。

其中，上述方法所述的步骤2）中，所述的标准曲线由以下方法绘制：配置不同浓度的氧化石墨烯溶液，在230nm波长处分别测定其吸光度；再分别取上述不同浓度的溶液，将其烘干，测得不同浓度的溶液各自的质量浓度，然后根据质量浓度与吸光度的对应关系绘制出标准曲线。

本发明的研究发现氧化石墨烯溶液的紫外可见光谱在230nm处显示波峰。根据朗伯-比尔定律，在比色皿相同时，吸光物质氧化石墨烯的浓度与吸光度成正比。利用其浓度与吸光度的关系，则可进行定量分析。用该方法对多种不用条件制备的氧化石墨烯溶液进行测试均表明其正确。

本发明提供的方法有成本低、测试方便、操作简单的特点。

附图说明

图1本发明提供的标准曲线。标准曲线线性关系主为：y=19.389x-0.1521，R²＝0.999。其中，R²为相关系数的平方，R²越接近1，其线性关系越好，实验表明本发明提供的标准曲线的线性关系较好。

具体实施方式

本发明提供的氧化石墨烯的定性定量分析方法，包括以下步骤：

1）制备氧化石墨烯溶液：以鳞片石墨为原料，以浓硫酸、浓硝酸或浓硫酸和硝酸钠混合物中的至少一种为插层剂，高锰酸钾为酸氧化剂，用Hummers方法制备得到氧化石墨；取上述氧化石墨加入到水中进行超声破碎，根据不同的制备方法，其超声时间从5分钟到40分钟；取出静置，用离心机离心5～30min，离心的转速范围在4000转/分到25000转/分，取离心后的清液，即获得氧化石墨烯溶液。

2）绘制标准曲线：用紫外可见分光光度计或紫外光谱仪在230nm波长处测定已知不同浓度的氧化石墨烯溶液的吸光度，通过已知的不同浓度与吸光度的对应关系，建立氧化石墨烯溶液的浓度标准曲线；配置不同浓度的氧化石墨烯溶液，在230nm波长处分别测定其吸光度；再分别取上述不同浓度的溶液，将其烘干，测得不同浓度的溶液各自的质量浓度，然后根据质量浓度与吸光度的对应关系绘制出标准曲线。

以下结合具体实施例对本发明方法予以详述。

实施例1绘制标准曲线

1）用Hummers方法制备氧化石墨：以鳞片石墨10g为原料，以一硫酸250mL和硝酸钠10g为插层剂，高锰酸钾40g为酸氧化剂，氧化反应5小时。再倒入30%的过氧化氢水溶液30mL，反应1小时，然后用去离子水洗至滤液pH为7，过滤，80℃烘干，即获得氧化石墨。

2）制备氧化石墨烯溶液：取上述氧化石墨30mg，加入到250mL的烧杯中，加水到100mL进行超声破碎，将超声破碎时间定为30分钟，取出静置，用离心机在12000转/分的条件下离心20min，取离心后的清液，即获得氧化石墨烯溶液。

3）绘制标准曲线：经减量法由氧化石墨量减去离心管中的固体沉积量，间接获得氧化石墨烯的浓度，再将其稀释为原来的1/4，其浓度为浓度1。将部分浓度1的氧化石墨烯溶液再稀释为原来的1/2、1/4和1/8,其浓度分别为2、3和4。将浓度为1、2、3、4的氧化石墨烯溶液，用上海箐华754型紫外可见分光光度计在230nm波长处分别测定其吸光度，再分别取200mL上述不同浓度的溶液，将其烘干，获得其质量浓度。然后根据其质量浓度与吸光度绘制出标准曲线。

实施例2氧化石墨烯溶液浓度的测定

1）用Hummers方法制备氧化石墨：以鳞片石墨10g为原料，以浓硫酸250mL和硝酸50mL为插层剂，高锰酸钾40g为酸氧化剂反应5小时。再倒入30%的过氧化氢水溶液30mL，反应1小时。然后用去离子水洗至滤液pH为7。过滤，80℃烘干，即获得氧化石墨。

2）制备氧化石墨烯溶液：取上述氧化石墨30mg，加入到250mL的烧杯中，加水到100mL进行超声破碎30分钟，取出静置，用离心机离心20min，离心的转速为12000转/分钟。取离心后的清液，即获得氧化石墨烯溶液。

3）将上述氧化石墨烯溶液稀释10倍，用上海箐华754型紫外可见分光光度计在230nm波长处分别测定其吸光度，再根据实施例1绘制的标准曲线得到的浓度为0.086mg/mL，则上述氧化石墨烯溶液浓度的测得值（X）为0.86mg/mL。

另取200mL上述氧化石墨烯溶液，将其蒸干，获得其质量浓度的真实值（T）为0.88mg.mL^-1。

实施例3氧化石墨烯溶液浓度的测定

1）用Hummers方法制备氧化石墨：以鳞片石墨10g为原料，以浓硫酸250mL和硝酸50mL为插层剂，高锰酸钾45g为酸氧化剂进行反应。氧化反应时间5小时。再倒入30%的过氧化氢水溶液30mL，反应1小时。然后用去离子水洗至滤液pH值为7。过滤，80℃烘干，即获得氧化石墨。

3）将上述氧化石墨烯稀释10倍，用上海箐华754型紫外可见分光光度计在230nm波长处分别测定其吸光度，再根据实施例1绘制的标准曲线得到的浓度为0.079mg/mL，则上述氧化石墨烯溶液浓度的测得值（X）为0.79mg/mL。

另取200mL上述氧化石墨烯溶液，将其蒸干，获得其质量浓度的真实值（T）为0.82mg.mL^-1。

实施例4氧化石墨烯溶液浓度的测定

1）用Hummers方法制备氧化石墨：以鳞片石墨10g为原料，以浓硫酸250mL和浓磷酸50mL为插层剂，高锰酸钾45g为酸氧化剂进行反应。氧化反应时间5小时。再倒入30%的过氧化氢水溶液30mL，反应1小时。然后用去离子水洗至滤液pH值为7。过滤，80℃烘干，即获得氧化石墨。

2）制备氧化石墨烯溶液：取上述氧化石墨30mg，加入到250mL的烧杯中，加水到100mL进行超声破碎40分钟，取出静置，用离心机离心30min，离心的转速为12000转/分钟。取离心后的清液，即获得氧化石墨烯溶液。

3）将上述氧化石墨烯稀释10倍，用上海箐华754型紫外可见分光光度计在230nm波长处分别测定其吸光度，再根据实施例1绘制的标准曲线得到的浓度为0.023mg/mL，则上述氧化石墨烯溶液浓度的测得值（X）为0.23mg/mL。

另取200mL上述氧化石墨烯溶液，将其蒸干，获得其质量浓度的真实值（T）为0.24mg/mL。

实施例5准确度实验

本发明提供的一种氧化石墨烯的定量分析方法的准确度是通过相对误差值来评价的。相对误差的计算公式为：

相对误差(E)=∣测得值（X）-真实值（T）∣/真实值（T）×100%

本发明的实施例2、3、4的相对误差值见表1。

表1实施例2、3、4的相对误差值

	实施例2	实施例3	实施例4
				氧化石墨烯溶液的浓度(X）	0.86	0.79	0.23

（mg/mL）
				质量浓度(T)(mg/mL)	0.88	0.82	0.24
相对误差(E)（%）	2%	4%	4%

上述实验结果表明，采用本实验方法可对氧化石墨烯溶液进行定量测定。该方法具有低成本、便于测量的特点。同时，该方法在230nm处的波峰同时对氧化石墨烯进行定性，不需要额外的定性分析。

Claims

1.一种氧化石墨烯的定量分析方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1）制备氧化石墨烯溶液；

2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯的定量分析方法，其特征在于：所述的氧化石墨烯溶液的浓度标准曲线由以下方法绘制：配置不同浓度的氧化石墨烯溶液，在230nm波长处分别测定其吸光度；再分别取上述不同浓度的溶液，将其烘干，测得不同浓度的溶液各自的质量浓度，然后根据质量浓度与吸光度的对应关系绘制出标准曲线。