| 功能化碳纳米材料的制备及其固相萃取性能研究 | |
| 牛盼红 | |
| Thesis Advisor | 郭勇 |
| 2018-05-27 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 理学博士 |
| Degree Discipline | 分析化学 |
| Keyword | 固相萃取 碳纳米材料 磁性功能化 氮掺杂 多孔材料 Solid phase extraction, Carbon nanomaterials Magnetic functionalization Nitrogen doping Porous materials |
| Abstract | 复杂样品中目标分析物的分离、纯化、检测和鉴定一直是生命健康领域备受关注的关键科学问题。样品前处理的蓬勃发展为实现灵敏、准确和快速的分析检测提供了强有力的技术支撑。用于样品除杂和富集的固相萃取材料，在样品前处理中发挥着重要作用。碳纳米材料具有大的比表面积、优异的化学和机械稳定性，是应用最为普遍的萃取材料。然而碳纳米材料在萃取中的使用也暴露出一些弊端：（1）较强的疏水性不利于在水溶液中分散，减小了分析物和萃取材料的接触面积；（2）固液分离和重复使用操作繁琐；（3）选择性较差，几乎对各种分析物都表现出一定的吸附性能；（4）缺少分级多孔，不利于微量分析；（5）萃取过程的吸附机理研究较少。本论文主要围绕解决以上五个问题展开。以聚苯胺、聚苯乙烯和柠檬酸钠为碳源制备新型碳纳米材料，通过氢氧化钾化学活化处理、核壳结构设计以及Fe3O4磁性和氮掺杂功能化修饰实现了对碳纳米材料的结构和表面性质的功能化调控。并采用固相萃取（SPE）和磁固相萃取（MSPE）模式进行样品前处理分析。功能化得到的碳纳米材料表面亲水性增强，固液分离更方便，萃取选择性提高，并且微量分析的灵敏性更高。同时结合吸附等温线模型和吸附动力学模型探索了萃取材料对分析物的吸附机理。论文主要研究内容如下： （1）本项工作中，首先采用捕获剂与细胞中的活性氧（ROS）反应生成稳定物质，然后使用SPE方法萃取ROS反应产物（DCF），从而间接地实现ROS的定量检测分析。为了获得较好的萃取效果，通过KOH活化法制备了具有大比表面积和孔体积，表面疏水的含N多孔聚苯胺纳米管（PPN）。PPN作为吸收剂用于富集萃取细胞中的DCF物质。建立了固相萃取高效液相色谱（HPLC）联用的ROS间接定量检测方法。在阿霉素和X射线为外部刺激条件下，应用该方法对HepG2和Hela细胞中ROS进行了定量检测研究。通过与商品化萃取材料比较表明，PPN是用于萃取ROS反应产物的高效萃取材料。 （2）通过静电自组装制备了亲水性的磁性碳化聚苯胺复合材料（Fe3O4@c-PANI），开展了三种氧杂蒽类着色剂（罗丹明B、荧光桃红B和赤藓红）的磁固相萃取与定量分析研究。修饰碳材料与前体材料的萃取性能比较，验证了磁性修饰能够提高对目标分析物的萃取性能。磁性Fe3O4纳米粒子表现出了分离和吸附的双功能性。同时等温吸附模型和吸附动力学模型用于拟合吸附过程，研究了Fe3O4@c-PAN对阳离子和阴离子型的着色剂的吸附机理。建立了MSPE-HPLC用于萃取检测氧杂蒽着色剂的方法，实现了饮料和斑马鱼样品中三种氧杂蒽着色剂的灵敏检测。 （3）通过柠檬酸钠的直接碳化和进一步的溶剂热反应，首次制备了具有蜂窝状形貌的磁性N掺杂类石墨烯三维框架纳米碳材料（Fe3O4@N-3DFC），研究了对两种头孢类抗生素（头孢氨苄和头孢噻呋）的萃取性能。通过与两种前体材料对分析物的萃取效率比较，证明了Fe3O4@N-3DFC吸附剂具有明显的优越性。通过比较Fe3O4@N-3DFC对七种分析物的吸附性能用于研究萃取材料的选择性。以Fe3O4@N-3DFC为萃取材料，实现了河水和斑马鱼样品中头孢类抗生素的萃取分析。开展了类石墨烯三维框架碳纳米材料（Fe3O4@3DGCs）比表面积和孔体积的调控制备分级多孔3D类石墨烯碳材料的研究。采用等温吸附模型拟合了磁性修饰碳材料对四种磺胺类分析物的吸附过程。建立了磺胺类物质的固相富集萃取及HPLC联用的定量分析方法，实现了自来水和牛奶样品中磺胺类药物的定量检测分析。 （4）开展了聚苯乙烯包覆钴制备核壳结构磁性碳微球材料（C-Co@PST）富集萃取双酚A（BPA）的分析检测研究。以HepG2细胞和斑马鱼为生物活体样本，用BPA孵育细胞和斑马鱼，采用C-Co@PST萃取不同孵育时期的活体样本中的BPA，用于研究HepG2细胞和斑马鱼体内的BPA生物富集浓度随暴露时间的变化影响。同时也通过建立数学模型用于评估实验室条件下BPA在水环境向生命体的转移特点。并实现了MSPE-HPLC技术用于BPA在生物体内富集状况的检测研究。 |
| Language | 中文 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/27376 |
| Collection | 中科院西北特色植物资源化学重点实验室/甘肃省天然药物重点实验室 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 牛盼红. 功能化碳纳米材料的制备及其固相萃取性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2018. |
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