石墨烯固相萃取—原子吸收光谱法在几种痕量金属元素分析中的应用

摘要

固相萃取(SPE)作为分离科学中非常具有活力的分支，广泛应用于环境、药物、临床、食品和化工等领域。在固相萃取技术中，所使用的吸附材料是影响其分析灵敏度和选择性的重要因素，因此寻找新的、性能优越的吸附材料一直是该技术的一个研究热点。
　　 2004年由曼彻斯特大学的K.S.Novoselov和A.K.Geim小组首先发现的新型纳米材料石墨烯(Graphene)由于具有优异的力学、电学、光学以及热学性质，目前在化学、电子、信息、能源、材料和生物医药等研究领域受到广泛关注。石墨烯是由单层六角元胞碳原子构成的蜂窝状二维晶体，被认为是石墨、碳纳米管(CNTs)、富勒烯(C60)等碳的同素异形体的基本结构单元。单层石墨烯的成功制备，引发了新一轮对碳质材料的研究热潮。然而目前，将石墨烯用作固相萃取的吸附材料进行分离富集的研究并不多，而且主要集中在对环境样品中有机化合物的吸附研究，对金属离子的吸附研究极少。本研究成功合成了石墨烯纳米材料，并将其作为固相萃取的柱填料，详细考察了制备得到的石墨烯对痕量金属离子的吸附性能，并将制备的萃取柱应用于痕量金属离子的定量检测中。
　　 本文第一部分阐述了固相萃取技术的原理，总结了不同类型固相萃取材料在分离富集金属离子方面的应用;介绍了新型碳质材料（碳纳米管、富勒烯和石墨烯）以及本文的立题思想和研究意义。
　　 本文第二部分用氧化石墨还原法成功制备了石墨烯，并运用多种分析手段对其进行表征。
　　 本文第三部分建立了以石墨烯为固相萃取柱填料结合火焰原子吸收光谱法测定水样中痕量镉(Cd2+)的新方法，并对影响富集的诸因素进行了优化。在优化条件下，检出限为0.54μgL-1，富集倍数为125，线性范围为10.0-120.0μgL-1，对含有10.0μgL-1和80.0μgL-1Cd2+的标准溶液平行萃取测定10次，RSD分别为3.57％和2.63％。将本方法应用于自来水、海水、河水等实际样品中痕量Cd2+的分析，测定结果令人满意。与文献报道的其他吸附剂相比，石墨烯具有较好的吸附性和选择性。
　　 本文第四部分建立了以石墨烯为固相萃取柱填料结合火焰原子吸收光谱法测定水样中痕量铜(Cu2+)的新方法，并对影响富集的诸因素进行了优化。在优化条件下，检出限为0.27μgL-1，富集倍数为150，线性范围为10.0-180.0μgL-1，对含有10.0μgL-1和70.0μgL-1Cu2+的标准溶液平行萃取测定10次，RSD分别为3.68％和3.35％。将本方法应用于自来水、河水、海水等实际样品中痕量Cu2+的分析，测定结果令人满意。与文献报道的其他吸附剂相比，石墨烯具有较好的吸附性和选择性。
　　 本文第五部分建立了以石墨烯为固相萃取柱填料结合火焰原子吸收光谱法测定环境样品中痕量铅(Pb2+)的新方法，并对影响富集的诸因素进行了优化。在优化条件下，检出限为0.61μgL-1，富集倍率为125，线性范围10.0-600.0μgL-1，对含有20.0μgL-1和400.0μgL-1Pb的标准溶液平行萃取测定10次，RSD分别为3.56％和3.25％。本方法应用于自来水、河水、海水以及蔬菜等实际样品中痕量Pb2+的分析，测定结果令人满意。与文献报道的其他吸附剂相比，石墨烯具有较好的吸附性和选择性。
　　 本文第六部分建立了以石墨烯为固相萃取柱填料结合火焰原子吸收光谱法同时测定环境样品中痕量钴(Co2+)和镍(Ni2+)的新方法，并对影响富集的诸因素进行了优化。在优化条件下，检出限分别为0.36和0.51μgL-1，富集倍率为200，线性范围为分别为4.0-200.0和5.0-200.0μgL-1，对含有100.0μgL-1Co2+和100.0.μgL-1Ni2+的标准溶液平行萃取测定10次，RSD分别为3.20％和3.60％。将本方法应用于自来水、河水、海水以及蔬菜等实际样品中痕量Co2+和Ni2+的分析，测定结果令人满意。与文献报道的其他吸附剂相比，石墨烯具有较好的吸附性和选择性。

目录

声明

摘要

主要符号缩写表

1 引言

1．1 固相萃取技术的原理

1．2 固相萃取技术的吸附剂

1．3 新型的碳质固相萃取吸附剂

1．3．1 富勒烯

1．3．2 碳纳米管

1．3．3 石墨烯

1．4 本研究的意义和目标

2 石墨烯的制备和表征

2．1 材料

2．2 仪器

2．3 石墨烯的制备

2．4 石墨烯的表征

3 石墨烯固相萃取—火焰原子吸收光谱法测定水样中的痕量镉

3．1 试验部分

3．1．1 仪器与试剂

3．1．2 固相萃取柱的制备

3．1．3 固相萃取的操作方法

3．1．4 样品前处理

3．2 结果与讨论

3．2．1 pH的影响

3．2．2 配位剂用量的影响

3．2．3 样品体积的影响

3．2．4 样品和洗脱液流速的影响

3．2．5 洗脱液类型及其体积的影响

3．2．6 石墨烯的吸附容量

3．2．7 石墨烯萃取柱寿命

3．2．8 共存离子干扰试验

3．2．9 方法的准确度、线性范围和检出限

3．2．10 方法回收率和样品测定

3．2．11 与其他吸附剂比较

3．3 结论

4 石墨烯固相萃取—火焰原子吸收光谱法测定水样中的痕量铜

4．1 试验部分

4．1．1 仪器装置与主要工作条件

4．1．2 试剂和标准溶液

4．1．3 固相萃取柱的制备

4．1．4 固相萃取的操作方法

4．1．5 样品前处理

4．2 结果与讨论

4．2．1 pH的影响

4．2．2 配位剂用量的影响

4．2．3 样品体积的影响

4．2．4 样品和洗脱液流速的影响

4．2．5 洗脱液类型及其体积的影响

4．2．6 石墨烯的吸附容量

4．2．7 石墨烯萃取柱寿命

4．2．8 共存离子干扰试验

4．2．9 方法的准确度、线性范围和检出限

4．2．10 方法回收率和样品测定

4．2．11 与其他吸附剂比较

4．3 结论

5 石墨烯固相萃取—火焰原子吸收光谱法测定水样和蔬菜样品中的痕量铅

5．1 试验部分

5．1．1 仪器与试剂

5．1．2 固相萃取柱的制备

5．1．3 固相萃取的操作方法

5．1．4 样品前处理

5．2 结果与讨论

5．2．1 pH的影响

5．2．2 配位剂用量的影响

5．2．3 样品体积的影响

5．2．4 样品和洗脱液流速的影响

5．2．5 洗脱液类型及其体积的影响

5．2．6 石墨烯的吸附容量

5．2．7 石墨烯萃取柱寿命

5．2．8 共存离子干扰试验

5．2．9 方法的准确度、线性范围和检出限

5．2．10 方法回收率和样品测定

5．2．11 与其他吸附剂比较

5．3 结论

6 石墨烯固相萃取—火焰原子吸收光谱法同时测定水样和蔬菜样品中的痕量钴和镍

6．1 试验部分

6．1．1 仪器装置与主要工作条件

6．1．2 试剂和标准溶液

6．1．3 固相萃取柱的制备

6．1．4 固相萃取的操作方法

6．1．5 样品前处理

6．2 结果与讨论

6．2．1 pH的影响

6．2．2 配位剂用量的影响

6．2．3 样品体积的影响

6．2．4 样品和洗脱液流速的影响

6．2．5 洗脱液类型及其体积的影响

6．2．6 石墨烯的吸附容量

6．2．7 石墨烯萃取柱寿命

6．2．8 共存离子干扰试验

6．2．9 方法的准确度、线性范围和检出限

6．2．10 方法回收率和样品测定

6．2．11 与其他吸附剂比较

6．3 结论

7 结论

参考文献

在读期间发表论文

作者简历

致谢