多孔阳极氧化铝基固相微萃取涂层的制备与应用

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本论文工作分别利用电化学氧化法、原位交联聚合法和化学氧化聚合法制备了三种基于多孔阳极氧化铝(PAA)的固相微萃取(SPME)涂层。选择多氯联苯和多溴联苯为环境代表性目标分析物,使用所制备的 SPME纤维涂层对其进行萃取实验。研究了影响萃取效率的各种因素,优化了实验条件,结合气相色谱仪(GC)的分离检测,建立了针对环境样品中两种持久性有机污染物的 SPME-GC方法。具体研究内容如下:  (1)以金属铝丝为基底,采用二次阳极氧化法在其表面制备了多孔阳极氧化铝涂层。经扫描电子显微镜表征,涂层表面具有规则的纳米级多孔结构,孔径在20~100nm之间。对比分析了阳极氧化条件对阳极氧化铝涂层表面形貌和萃取能力的影响,并进一步研究涂层的萃取机理,实验证明,涂层表面的多孔阵列结构使其拥有巨大的比表面积,进而为有机物分子的吸附提供了大量吸附位点。用于环境中多溴联苯的萃取,并结合气相色谱仪进行分离检测。在优化的实验条件下,所制备的纤维在0.05~3μg·L-1的范围内对5种多溴联苯化合物具有良好的线性,相关系数在0.9961~0.9984之间,检出限低至0.006μg·L-1,单个纤维和纤维与纤维间的精密度分别在2.6~8.2%和3.7~11.3%之间,对采集的长江水样的加标回收率在85~115%之间。  (2)为了改善上述涂层的选择性并进一步提高其萃取效率,在多孔阳极氧化铝纤维表面引入了一种石墨烯掺杂的聚合离子液体涂层。该聚合离子液体以1-乙烯基-3-己基咪唑溴盐([VHIM]Br)离子液体作为单体,双-(3-乙烯基-1-咪唑)亚丁基二溴化盐([(VIM)2C4]2[Br])为交联剂,通过热引发自由基聚合反应在氧化铝纤维表面原位聚合而成。在其中掺杂石墨烯,制得交联聚合离子液体/石墨烯复合物(PILs-Gr)涂层。交联剂的引入使该聚合离子液体涂层拥有很高的交联度,增强了涂层的耐有机溶剂性能。石墨烯与聚合离子液体的结合,更进一步地增强了涂层材料与苯环化合物分子间的π-π共轭作用。用于环境中12种多氯联苯的固相微萃取,与两种商品化固相微萃取涂层相比,该PILs-Gr表现出更强的萃取能力。在优化的条件下,建立的SPME-GC方法在5~1000ng·L-1范围内线性良好,检出限在0.42~2.76ng·L-1之间,单个纤维与纤维间的精密度分别为2.39%~8.98%和4.75~10.63%。对长江水样和垃圾中转站土样进行加标实验,加标回收率分别在87.7~110.3%和67.5~118.7%之间。  (3) 为了在多孔阳极氧化铝纤维表面创造更多活性位点,增强涂层与有机分子之间的疏水作用,使用化学氧化聚合法在多孔阳极氧化铝表面沉积聚苯胺(PANI),制得聚苯胺沉积物涂层。经多次萃取实验发现,使用这种化学氧化聚合沉积的聚苯胺涂层也具有很高的稳定性,不易脱落,这可能归因于氧化铝基底表面多孔结构。涂层用于环境中12种多氯联苯的固相微萃取,利用聚苯胺与多氯联苯之间的疏水作用和π-π共轭作用,该聚苯胺涂层对其具有较高的萃取效率。实验结果表明,该方法在0.05~2.5μg·L-1范围内有良好的线性,线性相关系数在0.9846~0.9997之间,检出限为2.4~9.6ng·L-1,单个纤维和纤维与纤维间的相对标准偏差均不大于10.7%,样品的加标回收率为82%~127%。
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