开题报告内容:
近几十年来,碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构新材料,一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料[1-3]。并且石墨烯具有离域pi; 电子体系,可以和富电子体系形成强的pi;-pi;作用力,这说明此物质对于含苯环的物质具有较强的吸附能力,而且它超高的比表面积(理论值2630m2 g-1)也使其吸附负载能力优于其他材料。与此同时,石墨烯的大离域 p 电子系统也使其与含碳环结构的化合物有很强的吸引力,而这一结构广泛存在于药物分子、环境污染物和生物分子中。氧化石墨和石墨烯是两种不同性质的材料,氧化石墨表面有丰富的含氧官能团,亲水性强,而石墨烯则由于多数含氧基团在还原的过程中被去除,呈非极性,疏水性强,因此两者可分别作为正相和反相SPE吸附剂由于石墨烯具有特殊的优异的物化性能,在理论和实验上已经获得了极大的重视,在纳米电子器件[4]、传感器[5]、储能、生物医学[6-8]等多个领域显示出了广泛的应用前景。石墨烯、氧化石墨烯及其复合材料的应用情况在分析化学领域的进展已经得到了很多科学家的关注。
混合半胶束固相萃取是一种新兴的固相萃取技术,其原理是在一定 pH 条件下,金属氧化物表面会带有电荷,通过静电引力,离子表面活性剂在载体表面形成单层胶束和双层胶束(混合半胶束),混合半胶束通过疏水作用和静电作用吸附样品溶液中的分析物。传统的混合半胶束固相萃取是将金属氧化物载体装入固相萃取柱中,所有萃取过程过柱进行,步骤繁琐。现人们将混合半胶束固相萃取和磁性纳米材料结合,避免了过柱操作,简化了实验过程。Zhao 等[9]用 CPC 或 CTAB 修饰的 Fe3O4@SiO2萃取水中的酚类物质,萃取平衡 10 min,3 mL 含 1%乙酸的乙腈洗脱,可得到较低的检出限。He 等[10]用价格昂贵的离子液体包覆 Fe3O4@SiO2萃取 2 mL 尿样中的黄酮类物质,1mL1%乙酸乙腈洗脱,洗脱液 N2吹干,500 mu;L 甲醇复溶,得到满意的回收率。
基于混合半胶束的固相萃取有着许多明显的优势,如高萃取效率、易于洗脱分析物和高通量体积。此外,可以根据分析物的性质通过表面活性剂改性疏水性的程度和吸附剂[11]。因此,混合半胶束固相萃取技术在生物分析和药物分析中一个非常灵敏和快捷的前处理工具。
然而,由于目前大多数的载体的比表面较小,导致其作为混合半胶束固相萃取吸附剂的萃取效率较低,并且费时,尤其是在大体积样品的分析中,为了解决这个问题,磁性纳米材料与其结合将是一个很好的选择。该设计巧妙地在磁性纳米粒子表面接枝离子液体形成混合半胶束。磁性纳米材料比表面积大并且对外部磁场具有响应,该方法在富集的同时又可以进行磁性分离,而且纳米级的磁性粒子不但提高了富集容量,还提高了回收率,因此相比于简单的混合半胶束固相萃取,这种新型的固相萃取该萃取技术具有操作步骤少,萃取体积大,无需使用大量的有机溶剂,环境友好型,吸附剂可重复利用等优点,非常适用于复杂水性体系中痕量物质中快速分析。
离子液体是有阴、阳离子组成的在室温附近的较大范围内都呈液体状态的环境友好型的绿色物质。近年来,离子液体因为其特殊的性质(如不挥发、环保、良好的溶解性、不易燃的和其稳定性)受到研究人员的重视。当前,离子液体在众多化学领域有着非常广泛的应用,主要包括萃取分离、色谱体系、毛细管电泳、电化学分析、有机合成等。由于离子液体具有自聚集的行为使得其可以成功地像表面活性剂一样地负载在磁性纳米材料用作混合半胶束固相萃取的吸附剂,这就结合了离子液体和磁性纳米材料的优点。
本次实验以磁性石墨烯为载体材料,通过静电作用与混合半胶束结合设计制备出一种具有高亲和力、高选择性、快速结合动力学的新型磁性石墨烯-混合半胶束材料,结合全自动磁珠提取纯化系统和高效液相色谱检测,应用于生物样本中头孢类化合物的高选择性富集和分析领域。
本研究拟解决的关键科学问题:(1)构造一类特别的磁性纳米材料,并结合表面活性物质,能够在一般有机/无机物共存的复杂体系中对食品中低浓度,痕量的塑化剂有特殊的俘获和识别。(2)发展对磁性纳米材料界面化学性能改性方法,揭示一些含芳环的药物及食品添加剂与纳米材料界面的相互作用的机理。设计和调控选择性识别产生的磁响应,使其能够高效定向富集某一类物质,实现高效、经济、选择性地富集目标物。(3)建立一种快速,灵敏,可靠的磁性固相萃取方法,发展和利用纳米材料在复杂体系中高效选择性地富集某一类目标物的新方法。
实验方案:
1. 氧化石墨的制备
