基于离子液体功能化石墨烯的新型萃取材料研究

Dispersive solid-phase microextraction (dispersive SPME) and on-line solid-phase microextraction (SPE) overcome some disadvantages of traditional sample pretreatment methods, including tedious, time-consuming, a large amount of organic solvents, the low extraction efficiency and sensitivity. Dispersive SPME and on-line SPE provide high sensitivity and efficiency to trace analysis. Graphene is a novel nanomaterial with excellent extraction performance. In order to overcome the aggregation of graphene in aqueous sample, water soluble ionic liquids will be applied to functionalize graphene in this work. Polymeric ionic liquids will be grafted to graphene via atom transfer radical polymerization (ATRP) to improve dispersion property and enhance extraction performance. Then magnetic nanoparticles are modified to functionalized graphene to obtain a magnetic graphene-based extraction material. Coupled to GC or HPLC, the extraction material will be investigated in dispersive SPME, to establish an analysis method. Furthermore, the proposed analysis methods will be used in environment, food and biochemistry analysis.

分散固相微萃取和在线固相萃取能够克服传统样品前处理方法中操作繁琐、费时、有机溶剂用量大、萃取效率和灵敏度低等缺点，提高痕量目标物的分析效率和准确度。石墨烯是一种具有优异萃取性能的新型纳米材料，针对其在样品溶液中易团聚而难以均匀分散的问题，本课题拟采用水溶性离子液体对其进行功能化，借助于原子转移自由基聚合技术制备聚离子液体接枝石墨烯，再将磁性纳米粒子修饰上去，获得磁性离子液体功能化石墨烯，作为新型的分散固相微萃取材料，与色谱联用建立分析方法；将建立的分析方法应用于环境、食品和生化等样品中目标物的富集分析。

针对于环境污染物和食品添加剂的高灵敏检测和有效去除问题，本课题利用磁性纳米材料和离子液体等对石墨烯进行功能化，制备了多种新型的功能化石墨烯材料，将其应用于分析化学和环境化学研究领域，开展了一系列较为系统的研究工作，在相应研究领域代表性期刊Electrochimica Acta、Talanta、RSC Advances、Journal of Separation Science等发表论文13篇，申请发明专利5项，培养研究生6名，已经超额完成了课题的预定研究目标。开展的研究工作主要概括为以下三个方面：一是针对于常见环境污染物的高灵敏检测问题，将石墨烯应用于固相微萃取，分别利用离子液体作为桥联剂和溶胶-凝胶法制备了两种新型的石墨烯萃取涂层键合不锈钢丝固相微萃取纤维，与气相色谱联用，高灵敏度的检测了实际样品中多环芳烃和正构烷烃等常见环境污染物；二是针对于环境污染物的有效去除问题，利用四氧化三铁磁性纳米材料、离子液体、壳聚糖、环糊精等对氧化石墨烯进行化学修饰，制备了3种新型的功能化氧化石墨烯材料，分别应用于重金属铬、有机染料亚甲基蓝和碱性品红3种常见环境污染物的高效快速去除；三是针对于塑化剂和食品添加剂的高灵敏检测问题，利用磁性纳米材料、金纳米颗粒、环糊精等对石墨烯进行化学修饰，再利用分子印迹技术进行功能化，制备了3种新型的印迹功能化石墨烯材料，应用于电化学传感器和光化学传感器的构建，实现了对常见塑化剂邻苯二甲酸二丁酯以及食品添加剂柯衣定、香草醛的高选择、高灵敏检测。