田娟(朔州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 朔州 036000)

樣品前處理中石墨烯及其復(fù)合材料的應(yīng)用

田娟(朔州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 朔州 036000)

樣品前處理是化學(xué)分析中的一項(xiàng)重要技術(shù)。樣品前處理技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵在于吸附材料的開發(fā)與運(yùn)用，石墨烯屬于一種全新的納米材料，由于其具有良好的物理和化學(xué)特性，而被當(dāng)做固定相應(yīng)用于樣品前處理當(dāng)中，且成為近年來研究的重點(diǎn)。本研究對樣品前處理中石墨烯及其復(fù)合材料的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)化研究。

樣品前處理；石墨烯；復(fù)合材料

石墨烯是一種蜂巢晶格狀的平面薄膜，主要由碳原子按照SP2雜化軌道的方式組織而成。是一種全新的納米材料，具有硬度強(qiáng)、導(dǎo)熱系數(shù)高、電子遷移系數(shù)高、電阻率低、透明等優(yōu)勢。因此石墨烯及其復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于樣品前處理中，其中在常規(guī)固相萃取、固相微萃取中的應(yīng)用最多[1]。

1 石墨烯及其復(fù)合材料應(yīng)用于樣品前處理的優(yōu)勢

2004年，英國物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在石墨中首次分離出石墨烯，成為世界上最堅(jiān)硬、最薄的納米材料[2]。隨后國內(nèi)外大量學(xué)者紛紛對石墨烯展開了研究。眾多研究資料表明石墨烯及其復(fù)合材料具有很好的物理和化學(xué)性能，在樣品前處理中具有良好的發(fā)展前景。石墨烯及其復(fù)合材料應(yīng)用于樣品前處理的具體優(yōu)勢如下：

(1)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性 石墨烯具有十分穩(wěn)定的碳原子結(jié)構(gòu)，各碳原子之間以十分柔韌的狀態(tài)相連接，各原子之間的作用力很強(qiáng)，一旦受到外界力的作用就會以變形的方式來適應(yīng)外力作用，從而保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。正因?yàn)槭┑倪@種穩(wěn)定性時期在遭受到外力作用后內(nèi)部仍可以爆出不受任何干擾，在周圍溫度發(fā)生變化后仍可以保持良好的熱穩(wěn)定性。石墨烯的這種穩(wěn)定特性為其用作樣品前處理吸附劑奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(2)具有強(qiáng)大的吸入性能 石墨烯的表面積很大，據(jù)實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)石墨烯的表面積可達(dá)2631m2/g,且片層表面具有大π共軛體系。因此具有十分強(qiáng)大的吸附性能，石墨烯的片層兩側(cè)都可以用于吸附，而石墨烯的管狀結(jié)構(gòu)又會對吸附物產(chǎn)生位阻效應(yīng)。石墨烯的這一特性決定了極其適用于樣品前處理當(dāng)中。

(3)獲取途徑簡單 用于樣品前處理的一個必備條件是容易獲得。石墨烯在石墨中即可提取，且純度較高，能夠滿足樣品前處理的的實(shí)際需求。

(4)氧化石墨烯也適用于樣品前處理 石墨烯制備過程中的中間體氧化石墨烯如羥基、羧基等對于不同目標(biāo)物具有選擇性吸附作用，也適用于樣品前處理。

2 石墨烯及其復(fù)合材料在樣品前處理中的應(yīng)用

近年來石墨烯及其復(fù)合材料在樣品前處理中的應(yīng)用越來越多，主要應(yīng)用于常規(guī)固相萃取、固相微萃取中。具體闡述如下;

(1)常規(guī)固相萃取中的應(yīng)用 常規(guī)固相萃取是現(xiàn)階段應(yīng)用最多的一種樣品前處理技術(shù)，具有萃取用時短、回收率高、效率高等優(yōu)勢。而吸附材料是常規(guī)固相萃取的核心，直接對萃取的靈敏性造成影響。在以往樣品前處理中多以C18硅球、石墨化碳作為固相萃取填材[3]，但是這些材料的性能并不好，急需研究一種性能良好的固相萃取填材。江桂斌曾以石墨烯為研究對象進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)以其作為固相萃取填材的有效性明顯優(yōu)于C18硅球和石墨化碳，證實(shí)了石墨烯應(yīng)用于固相萃取中的可行性。但是直接將石墨烯應(yīng)用于固相萃取當(dāng)中，優(yōu)于受石墨烯自身結(jié)構(gòu)、性狀及后的影響吸附率并不理想。后來將石墨烯制備成石墨烯的復(fù)合材料應(yīng)用于固相萃取當(dāng)中最終取得了理想效果。此后相關(guān)研究不斷增多，石墨烯及其符合材料被廣泛應(yīng)用于常規(guī)固相萃取中。

(2)固相微萃取中的應(yīng)用 固相微萃取是1989年由Pawliszyn教授開發(fā)研究的一種樣品前處理技術(shù)，此種樣品前處理技術(shù)的優(yōu)勢在于將采樣，萃取，濃縮和進(jìn)樣融合于一體，操作簡單、便于攜帶，應(yīng)用十分廣泛[4]。固相微萃取的性能發(fā)揮的關(guān)鍵在于纖維頭上的涂層，涂層的性能直接對此種技術(shù)的靈敏性和選擇性造成影響。但是涂層的種類極為有限，現(xiàn)階段作為涂層的材料主要有碳納米管、分子印跡聚合物等，但是其性能效果并不理想。自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來很多研究者開始探究將其應(yīng)用于固相微萃取中的可能性，Chen等人對其進(jìn)行的首次報道研究，發(fā)現(xiàn)石墨烯涂層具有效率高、耐熱性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、回收率高等優(yōu)勢，適合作為纖維涂層。但是這種涂層采用物理沉淀方法制備，穩(wěn)定性及壽命都相應(yīng)受到影響。為了克服這一缺陷李攻科課題組對其進(jìn)行深入研究分析制備出石英纖維涂層，使得其壽命和穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。此后關(guān)于其應(yīng)用于固相微萃取的相關(guān)研究不斷增多，石墨烯及其復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于固相微萃取中。

3 結(jié)語

石墨烯是一種新型的納米材料，由于其具有吸附性能強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性能好、耐熱性強(qiáng)、抑郁獲取等優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于樣品前處理中，其中在常規(guī)固相萃取和固相微萃取中應(yīng)用最多，已經(jīng)取代了以往的吸附材料，發(fā)揮出其他材料所不具備的優(yōu)勢?，F(xiàn)階段關(guān)于石墨烯及其相關(guān)復(fù)合材料在樣品前處理中的應(yīng)用研究不斷增多，將取得更大范圍的應(yīng)用和發(fā)展。

[1]韓強(qiáng)，王宗花，張曉瓊.石墨烯及其復(fù)合材料在樣品前處理中的應(yīng)用[J].化學(xué)進(jìn)展,2014,26(5):820-833.

[2]張明露，馬桂岑，王晨.石墨烯納米材料在農(nóng)產(chǎn)品及其制品污染物分析前處理中的應(yīng)用進(jìn)展[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,56(11):1738-1746.

[3]李德亮，高霞，徐林芳.石墨烯納米材料在樣品前處理中的研究進(jìn)展[J].河南大學(xué)學(xué)報(自然版),2014,44(3):277-285.

[4]蔣曉曉，張劍.氧化石墨烯在樣品前處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].山東化工,2015,44(17):34-36.

田娟(1986- )，女，山西懷仁人，碩士， 助教，研究方向 ：物理化學(xué)。