一種納米碳纖維塗層攪拌萃取棒及其製備方法
2023-07-30 15:31:16 1
專利名稱：一種納米碳纖維塗層攪拌萃取棒及其製備方法
技術領域：
本發明涉及食品、環境、生物樣品中有機物的痕量分析領域，特別涉及一種納米碳纖維塗層攪拌萃取棒及其製備方法，特別適合用於富集揮發性和半揮發性輕組分。
背景技術：
由於大部分分析樣品的基體和組成相當複雜，在通常情況下樣品前處理成為樣品分析中不可或缺的重要步驟。它起著濃縮被測痕量組分，提高方法靈敏度及清潔試樣的作用。傳統的樣品前處理方法有液液萃取、索氏萃取、層析、蒸餾、吸附、離心以及過濾等，但這些方法普遍具有使用大量有機溶劑、處理時間長和操作步驟多的缺點。這些方法不但容易損失樣品、產生較大誤差，而且有毒溶劑的使用會影響操作人員健康，汙染環境。為此，無溶劑或少溶劑、準確度高、快速、簡便的樣品前處理方法的研究，已成為當今分析化學的前沿研究課題之一。固相微萃取技術是20世紀90年代興起的一項新穎的樣品前處理與富集技術，它最先由加拿大Waterloo大學的Pawliszyn教授的研究小組於1989年首次進行開發研究， 屬於非溶劑型選擇性萃取法。它幾乎可以用於氣體、液體、生物、固體等樣品中各類揮發性或半揮發性物質的分析。SPME的最大特點就是集取樣、萃取、富集、進樣於一體，因而操作簡便，並且不需溶劑，萃取速度快、操作成本低、不汙染環境、便於實現自動化以及易於與色譜、電泳等高效分離檢測手段聯用，因此，在化學、醫藥、食品、環境領域及藥物分析中得到了廣泛的應用。攪拌棒吸附萃取(Stir bar sorptive extraction, SBSE)是由 Erik Baltussen 等人於1999年提出的，是在固相微萃取(Solid Phase Micro Extraction, SPME)基礎上發展起來的一種新型樣品前處理技術。該技術與固相微萃取一樣具有簡單、高效、快速、重現性好、綠色無溶劑等優點，並在萃取過程中吸附攪拌棒自身完成攪拌，避免了在Fiber SPME 中攪拌子的競爭吸附，而且其萃取固定相的體積比SPME大50倍以上，因此富集倍數明顯提高，非常適合痕量分析。在國外該技術已成功地應用於環境樣品、食品中汙染物、毒品、醫藥和農藥殘留、人體內分泌幹擾物質、多環芳烴、苯系物和多氯聯苯等的分析。德國Gerstel GnlbH公司選用PDMS作為萃取塗層，推出了商品化的攪拌棒 (Twister Gerstel GnlbH)。Twister 是由 0. 5mm 或 Imm 的 PDMS 矽橡膠管，套在一內封磁芯的玻璃管上製成.但是，商品化的SBSE裝置只有PDMS這一種固定相塗層，且玻璃棒為載體，材質易碎，而且商品化SBSE裝置價格較高，SBSE技術的應用受到了較大的限制。為此， 對SBSE技術的研究是一項十分有創新性和實際意義的工作。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種納米碳纖維塗層攪拌萃取棒及其製備方法。
本發明採用的技術方案為一種納米碳纖維塗層攪拌萃取棒，由載體及其表面的塗層組成，所述載體為長 10-40mm，直徑為0. 5_5mm的金屬棒，所述塗層包括納米炭纖維層，還包括耐高溫環氧樹脂層或有機矽樹脂層。本發明還提供了上述納米碳纖維塗層攪拌萃取棒的製備方法，包括如下步驟1)、選取長10-40mm，直徑為0. 5_5mm的金屬棒(優選地，以攪拌方式使用，所述金屬棒為鐵棒、鎳棒、鈷棒、不鏽鋼棒或合金棒中一種；以頂空或超聲方式使用，所述金屬棒為不鏽鋼棒、銅棒、鋁棒或合金棒中一種。)，利用HF溶液腐蝕30-120min，用水洗滌至中性，再用甲醇衝洗，氮氣吹乾得到表面粗糙的金屬棒體；2)、先在經過表面預處理的金屬棒的表面塗漬一層耐高溫環氧樹脂或有機矽樹脂，再在外層沾取一層納米炭纖維，得塗層或重複塗漬和沾取來調整塗層厚度；3)、將塗好塗層的攪拌萃取棒置於烘箱內進行高溫固化；4)、將高溫固化好的攪拌萃取棒，置於索式提取器中，用二氯甲烷於40-80°C回流 20-120min,以去除雜質。優選地，所述耐高溫環氧樹脂的合成方法為向環氧樹脂中加入有機溶劑攪拌至完全溶解，再依次加入固化劑、助劑和填料，攪拌使各組分分散均勻，製備得到耐高溫環氧樹脂，其中各物質的用量為，按重量份數計算，環氧樹脂20份，固化劑3份，助劑3份，填料4 份，置於5°C以下儲存備用。更優選地，所述有機溶劑為二甲苯、甲苯、苯或丙酮中一種；所述固化劑為均苯四甲酸酐；所述助劑為叔胺；所述填料為石棉粉、鋁粉或鈦白粉中一種。本發明所具有的有益效果本發明以金屬棒為載體，利用合成耐高溫環氧樹脂或有機矽樹脂將納米碳纖維固定在金屬棒表面，形成熱穩定性好，耐溶劑衝洗的的塗層材料從而實現對痕量有機物的富集。在萃取過程中棒體自身完成攪拌，避免了在Fiber SPME中攪拌子的競爭吸附；以金屬棒代替傳統的玻璃棒使其具有更高的機械強度、堅固耐用；將吸附劑結合到攪拌棒上的形式，更有利於吸附劑對液體樣品的處理以及靜態的頂空捕集。特別適合用於富集揮發性和半揮發性輕組分。它的特點是外部比表面大，熱穩定性高，不保留水。相對於活性炭塗層攪拌棒具有更好的吸附與脫附性能。
圖1為不使用攪拌萃取棒的氣相色譜基線圖；圖2為使用實施例1攪拌萃取棒解吸溫度下的氣相色譜基線圖；圖3為利用實施例1攪拌萃取棒萃取苯系物的氣相色譜圖。圖3中1為苯，2為甲苯，3為乙苯，4為對二甲苯，5為鄰二甲苯。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。實施例1選取長25mm，直徑為2mm的鎳棒，利用HF溶液腐蝕60min，用水洗滌至中性，再用甲醇衝洗，氮氣吹乾得到表面粗糙的金屬棒體。將處理過的棒體表面塗漬一層有機矽樹脂， 再在外層沾取一層納米碳纖維，將棒體置於烘箱內於180°C高溫固化60min。將製作好的萃取棒，置於索式提取器當中，利用二氯甲烷於60°C回流40min，得攪拌萃取棒成品。實施例2利用實施例1中製作的攪拌萃取棒對河水中的各類有機物質進行分析，採取攪拌萃取方式，溶劑法解吸。實施例3利用實施例1中製作的攪拌萃取棒對水果香精組分進行呈香分析，採取頂空方式萃取，熱脫附法解吸。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明的技術方案作任何形式上的限制。凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明的技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種納米碳纖維塗層攪拌萃取棒，由載體及其表面的塗層組成，其特徵在於所述載體為長10-40mm，直徑為0. 5_5mm的金屬棒，所述塗層包括納米炭纖維層，還包括耐高溫環氧樹脂層或有機矽樹脂層。
2.權利要求1所述的納米碳纖維塗層攪拌萃取棒的製備方法，其特徵在於包括如下步驟1)、選取長10-40mm，直徑為0.5_5mm的金屬棒，利用HF溶液腐蝕30-120min，用水洗滌至中性，再用甲醇衝洗，氮氣吹乾得到表面粗糙的金屬棒體；2)、先在經過表面預處理的金屬棒的表面塗漬一層耐高溫環氧樹脂或有機矽樹脂，再在外層沾取一層納米炭纖維，得塗層或重複塗漬和沾取步驟來調整塗層厚度；3)、將塗好塗層的攪拌萃取棒置於烘箱內進行高溫固化；4)、將高溫固化好的攪拌萃取棒，置於索式提取器中，用二氯甲烷於40-80°C回流 20-120min,以去除雜質。
3.根據權利要求2所述的納米碳纖維塗層攪拌萃取棒的製備方法，其特徵在於以攪拌方式使用，所述金屬棒為鐵棒、鎳棒、鈷棒、不鏽鋼棒或合金棒中一種；以頂空或超聲方式使用，所述金屬棒為不鏽鋼棒、銅棒、鋁棒或合金棒中一種。
4.根據權利要求2或3所述的納米碳纖維塗層攪拌萃取棒的製備方法，其特徵在於 所述耐高溫環氧樹脂的合成方法為向環氧樹脂中加入有機溶劑攪拌至完全溶解，再依次加入固化劑、助劑和填料，攪拌使各組分分散均勻，製備得到耐高溫環氧樹脂，其中各物質的用量為，按重量份數計算，環氧樹脂20份，固化劑3份，助劑3份，填料4份，置於5°C以下儲存備用。
5.根據權利要求4所述的納米碳纖維塗層攪拌萃取棒的製備方法，其特徵在於所述有機溶劑為二甲苯、甲苯、苯或丙酮中一種；所述固化劑為均苯四甲酸酐；所述助劑為叔胺；所述填料為石棉粉、鋁粉或鈦白粉中一種。
全文摘要
本發明涉及一種納米碳纖維塗層攪拌萃取棒及其製備方法。該納米碳纖維塗層攪拌萃取棒，由載體及其表面的塗層組成，所述載體為長10-40mm，直徑為0.5-5mm的金屬棒，所述塗層包括納米炭纖維層，還包括耐高溫環氧樹脂層或有機矽樹脂層。本發明以金屬棒為載體，利用合成耐高溫環氧樹脂或有機矽樹脂將納米碳纖維固定在金屬棒表面，形成熱穩定性好，耐溶劑衝洗的塗層材料從而實現對痕量有機物的富集。
文檔編號B01D15/08GK102366718SQ20111017644
公開日2012年3月7日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者戴永鑫, 鄧莉, 邢海鵬, 邢福深 申請人:天津春發食品配料有限公司