樣品前處理中石墨烯及其復合材料的應用

田娟(朔州職業(yè)技術學院,山西 朔州 036000)

樣品前處理中石墨烯及其復合材料的應用

田娟(朔州職業(yè)技術學院,山西 朔州 036000)

樣品前處理是化學分析中的一項重要技術。樣品前處理技術發(fā)展的關鍵在于吸附材料的開發(fā)與運用，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特性，而被當做固定相應用于樣品前處理當中，且成為近年來研究的重點。本研究對樣品前處理中石墨烯及其復合材料的應用進行系統(tǒng)化研究。

樣品前處理；石墨烯；復合材料

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、導熱系數(shù)高、電子遷移系數(shù)高、電阻率低、透明等優(yōu)勢。因此石墨烯及其復合材料被廣泛應用于樣品前處理中，其中在常規(guī)固相萃取、固相微萃取中的應用最多[1]。

1 石墨烯及其復合材料應用于樣品前處理的優(yōu)勢

2004年，英國物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在石墨中首次分離出石墨烯，成為世界上最堅硬、最薄的納米材料[2]。隨后國內外大量學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合材料具有很好的物理和化學性能，在樣品前處理中具有良好的發(fā)展前景。石墨烯及其復合材料應用于樣品前處理的具體優(yōu)勢如下：

(1)具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性 石墨烯具有十分穩(wěn)定的碳原子結構，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，一旦受到外界力的作用就會以變形的方式來適應外力作用，從而保證了結構的穩(wěn)定性。正因為石墨烯的這種穩(wěn)定性時期在遭受到外力作用后內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實的基礎。

(2)具有強大的吸入性能 石墨烯的表面積很大，據實際研究發(fā)現(xiàn)石墨烯的表面積可達2631m2/g,且片層表面具有大π共軛體系。因此具有十分強大的吸附性能，石墨烯的片層兩側都可以用于吸附，而石墨烯的管狀結構又會對吸附物產生位阻效應。石墨烯的這一特性決定了極其適用于樣品前處理當中。

(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 石墨烯及其復合材料在樣品前處理中的應用

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

(1)常規(guī)固相萃取中的應用 常規(guī)固相萃取是現(xiàn)階段應用最多的一種樣品前處理技術，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，證實了石墨烯應用于固相萃取中的可行性。但是直接將石墨烯應用于固相萃取當中，優(yōu)于受石墨烯自身結構、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合材料應用于固相萃取當中最終取得了理想效果。此后相關研究不斷增多，石墨烯及其符合材料被廣泛應用于常規(guī)固相萃取中。

(2)固相微萃取中的應用 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，此種樣品前處理技術的優(yōu)勢在于將采樣，萃取，濃縮和進樣融合于一體，操作簡單、便于攜帶，應用十分廣泛[4]。固相微萃取的性能發(fā)揮的關鍵在于纖維頭上的涂層，涂層的性能直接對此種技術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用于固相微萃取中的可能性，Chen等人對其進行的首次報道研究，發(fā)現(xiàn)石墨烯涂層具有效率高、耐熱性強、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)定性及壽命都相應受到影響。為了克服這一缺陷李攻科課題組對其進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。此后關于其應用于固相微萃取的相關研究不斷增多，石墨烯及其復合材料被廣泛應用于固相微萃取中。

3 結語

石墨烯是一種新型的納米材料，由于其具有吸附性能強、化學穩(wěn)定性能好、耐熱性強、抑郁獲取等優(yōu)勢，因此被廣泛應用于樣品前處理中，其中在常規(guī)固相萃取和固相微萃取中應用最多，已經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)階段關于石墨烯及其相關復合材料在樣品前處理中的應用研究不斷增多，將取得更大范圍的應用和發(fā)展。

[1]韓強，王宗花，張曉瓊.石墨烯及其復合材料在樣品前處理中的應用[J].化學進展,2014,26(5):820-833.

[2]張明露，馬桂岑，王晨.石墨烯納米材料在農產品及其制品污染物分析前處理中的應用進展[J].浙江農業(yè)科學,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展[J].河南大學學報(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用研究進展[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。