[发明专利]一维纳米阵列氧化锌固相微萃取涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于分析化学和材料科学交叉技术领域，更具体涉及一维纳米阵列氧化锌固相微萃取涂层及其制备方法。

背景技术

SPME是二十世纪八十年代末由加拿大Waterloo大学Pawliszyn等开发研制的一种集采样、萃取、富集、进样于一体的无溶剂萃取技术，可直接与气相色谱或高效液相色谱联用进行分析检测，已由美国的Supelco公司在1993年实现商品化，其装置类似于一支气相色谱的微量进样器，萃取头是在一根石英纤维上涂上固相微萃取涂层，外套细不锈钢管以保护石英纤维不被折断，纤维头可在钢管内伸缩。SPME涂层是SPME技术的核心，目前已有7种商品化涂层问世，但是其萃取容量和萃取选择性仍有待发展，因此，许多学者开始针对不同的分析体系，研发新型SPME涂层，以期提高萃取容量和选择性，非商品化SPME涂层一般是各种高分子涂层，其制作方法以电沉积、溶胶凝胶、高温环氧树脂直接粘附以及合成分子印记涂层法为主，其萃取机理仍然为吸附或分配机理；目前，许多新型SPME涂层的研究都致力于提高其选择性或者萃取容量，却很少有报道同时关注涂层选择性及萃取容量的改进，而限制SPME涂层萃取容量的根本原因是：吸附主要以二维的平面吸附为主，而不是三维的立体吸附，涂层的纵向部分(主体部分)并未被充分利用，同时，涂层材料的无序排列也限制了SPME萃取容量的提高，因此，想要大幅提高涂层的萃取容量只有制备三维立体吸附涂层。另一方面，SPME涂层的选择性与萃取目标物性质(如分子结构、分子大小等)以及涂层材料性质(如空间结构、孔隙大小、排列的有序程度等)密切相关。

发明内容

本发明的目的是提供一维纳米阵列氧化锌固相微萃取涂层及其制备方法，该固相微萃取采用一维纳米阵列氧化锌涂层，充分利用纳米材料的特殊性质，萃取容量大幅提升，显著提高涂层萃取的选择性；而且本发明的制备方法可操作性强，制备的涂层具有很好的热稳定性和表面均匀性。

本发明的一维纳米阵列氧化锌固相微萃取涂层：所述涂层为萃取头的纤维上覆盖的一维纳米阵列氧化锌涂层。

本发明的一维纳米阵列氧化锌固相微萃取涂层的制备方法采用水热法，直接在固相微萃取纤维上生长一维纳米阵列氧化锌涂层。

本发明的显著优点是：本发明充分利用纳米材料具有一些传统固体材料不具有的特殊性质，特别是一维纳米材料的优异的气敏性能，将纳米材料运用在固相微萃取涂层中，采用具有一定特殊形貌的有序一维纳米阵列氧化锌材料制备SPME涂层，从根本上提高SPME的萃取容量和萃取的选择性，显著提高SPME性能，制备方法可操作性强，制备的涂层具有很好的热稳定性和表面均匀性。

附图说明

图1为本发明涂层放大20000倍的扫描电镜图。

具体实施方式

采用水热法，直接在固相微萃取纤维上生长一维纳米阵列氧化锌涂层，制备步骤为：

(1)石英纤维预处理：外面附有保护层的石英纤维→丙酮浸泡10分钟剥去外面保护层2厘米→大量蒸馏水清洗→乙醇超声震动5分钟以除油；

(2)晶核形成：预处理后的石英纤维先在0.5mol/L醋酸锌与0.5mol/L六亚甲基四氨等摩尔浓度混合液中浸泡5分钟，然后在190℃烘箱里烘10分钟；该过程分别重复5次；

(3)水热反应：分别配制0.05mol/L醋酸锌、0.05mol/L六亚甲基四氨溶液，将两者等体积均匀混合后，将该溶液倒入反应釜中，然后再将淬火好的石英纤维放入反应釜中并加以固定使其直立，最后将该反应釜放进干燥箱中110℃条件下反应2小时后取出，放置过夜；

(4)烘干：将反应釜中的石英纤维取出，蒸馏水分别清洗3次，放入烘箱中100℃条件干燥2个小时。

本发明的一维纳米阵列氧化锌涂层中ZnO纳米棒的直径范围大约在几个纳米和200纳米之间，排列整齐的各个纳米棒间的距离大约在100至300纳米之间。使用扫描电子显微镜对一维纳米阵列氧化锌涂层进行形貌表征，结果表明(附图1)该涂层为一维纳米阵列形貌，与预期相同。

本发明采用苯，甲苯，乙基苯，邻二甲苯，间二甲苯，对二甲苯等苯系物(BTEXs)作为标准物质结合GC-MS联用技术研究了自制的一维纳米阵列氧化锌固相微萃取涂层的萃取容量和选择性，实验表明检测限可达1μg/L。据文献报道，一种在NiTi合金基体上涂布ZrO₂作为固相微萃取涂层，同样是采用顶空萃取的方式对BTEXs萃取，其检测限为20.8μg/L。

本发明的固相微萃取广泛的应用于分析技术领域，特别运用在是生物挥发性有机物采样分析技术中。

实施例