一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF‑8的固相微萃取纤维及其制备方法与应用，属于固相微萃取涂层材料技术领域。本发明专利技术通过水热法、室温搅拌法或球磨法合成得到沸石咪唑骨架材料ZIF‑8，而后采用溶胶凝胶技术将其固定在刻蚀的不锈钢丝上，得到基于沸石咪唑骨架材料ZIF‑8的固相微萃取纤维。本发明专利技术制备得到的基于沸石咪唑骨架材料ZIF‑8的固相微萃取纤维涂层更薄、萃取效果更佳、使用寿命更长且热稳定性更高，可同时萃取水中16种多环芳烃(PAHs)和11种硝基多环芳烃(NPAHs)，回收率和检测限满足痕量分析的检测要求。

A solid phase microextraction fiber based on zeolite imidazole framework material ZIF-8 and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维及其制备方法与应用
本专利技术属于固相微萃取涂层材料
，更具体地说，涉及一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维及其制备方法与应用。
技术介绍
固相微萃取(Solidphasemicroextraction，SPME)由加拿大科学家Belardi与Pawliszynl于1989年率先提出。近年来，该技术被广泛应用于不同领域的样品前处理，如环境、食品、药物等。固相微萃取技术不需要大量的有机溶剂，萃取、解吸、进样一体化的操作极大的简化了前处理和分析过程。该技术的核心是萃取纤维，优异的萃取纤维不仅能延长使用寿命，还能提高目标物的富集能力。目前，商品化的萃取纤维主要来自Supelco公司，如100μm聚二甲基硅氧烷(PDMS)、7μm聚二甲基硅氧烷(PDMS)、65μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯(PDMS/DVB)等。但是上述纤维价格昂贵、机械强度差且易发生溶胀，越来越多的研究者开始进行自制涂层的研发，以提高纤维的性能。经检索发现，中国专利申请公布号CN109589917A，公布日：2019年4月9日的专利技术专利申请公开了一种基于双层中空氧化锌/碳材料的固相微萃取纤维的制备方法。所述方法以锌基金属有机框架纳米立方体材料ZIF-8为基体，通过刻蚀和热解的方法制得具有独特结构和组分的双层中空氧化锌/碳材料，然后涂覆在不锈钢丝表面，形成固相微萃取纤维。该专利技术的固相微萃取纤维中，高度分散的氧化锌和碳组分能提供丰富的吸附位点，双层中空形貌保证了其对分析物的敏感性萃取，对不同极性有机物都有比较高的萃取效率，并且检测限低，重复性和再现性好，但该固相微萃取纤维是通过先制备得到双层中空的氧化锌/碳复合材料(ZnO/C)，然后涂覆在不锈钢丝表面上形成的，这种将涂层材料固定在基底表面上的涂覆法使得涂层厚度较厚，且在长期使用过程中涂层易发生脱落。此外，中国专利申请公布号CN106622183A，公布日：2017年5月10日的专利技术专利申请公开了一种新型固相微萃取纤维的制备方法及固相微萃取纤维，该专利技术按照蚀刻-有机溶剂超声清洗、烘干-制备混合溶液A-制备溶胶溶液B-将不锈钢丝依次浸入混合溶液A和溶胶溶液B涂覆-老化-去除毛细管的工艺步骤，最终制备得到新型固相微萃取纤维。与传统涂覆法相比，该专利技术制备得到的固相微萃取纤维具有涂层牢固、萃取效率高的优点，但该专利技术并未对固相微萃取纤维的厚度和稳定性进一步研究。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有固相微萃取纤维的涂层厚、易脱落、稳定差、萃取效率低等问题，本专利技术提供一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维及其制备方法与应用。本专利技术包括对不锈钢丝进行刻蚀，得到表面粗糙的不锈钢丝刻蚀段；采用水热法、室温搅拌法或球磨法合成得到沸石咪唑骨架材料ZIF-8；而后加入正硅酸乙酯、聚甲基氢硅氧烷和95％三氟乙酸水溶液得到混合溶液，将不锈钢丝的刻蚀段插入到混合溶液，混合溶液中的反应物在不锈钢丝的刻蚀段上反应生成ZIF-8凝胶涂层纤维；将不锈钢丝拉出，对ZIF-8凝胶涂层纤维烘干、干燥，得到基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维。本专利技术的基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维涂层更薄、萃取效果更佳、使用寿命更长且热稳定性更高。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术的一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维的制备方法，包括以下步骤：S1、对不锈钢丝进行刻蚀，使得不锈钢丝表面产生表面粗糙的刻蚀段；S2、将沸石咪唑骨架材料ZIF-8溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散得到均匀的ZIF-8溶液；S3、向步骤S2中得到的ZIF-8溶液中加入正硅酸乙酯、聚甲基氢硅氧烷和95％三氟乙酸水溶液得到混合溶液，将不锈钢丝的刻蚀段插入到混合溶液，混合溶液中的反应物在不锈钢丝的刻蚀段上反应生成ZIF-8凝胶涂层纤维；S4、将不锈钢丝拉出，对不锈钢丝刻蚀段上的ZIF-8凝胶涂层纤维烘干、干燥，得到基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维。优选地，步骤S1中不锈钢丝的刻蚀时间为40～60分钟，刻蚀段的刻蚀厚度为0.04～0.06mm。优选地，步骤S2中沸石咪唑骨架材料ZIF-8的制备方法为：将质量比为3：1～4：1的六水合硝酸锌和2-甲基咪唑溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，得到六水合硝酸锌和2-甲基咪唑在N,N-二甲基甲酰胺中的混合溶液；将该混合溶液搅拌均匀后放入不锈钢反应釜中，在120℃～140℃下水热反应22～26小时，反应后离心得到产物，对产物进行洗涤、烘干，得到沸石咪唑骨架材料ZIF-8；或者将质量比为2：5～1：2的六水合硝酸锌和2-甲基咪唑分别溶解于甲醇中，得到六水合硝酸锌的甲醇溶液和2-甲基咪唑的甲醇溶液；将这两种溶液混合在一起并在室温条件下搅拌反应0.5～1.5小时，反应后离心得到产物，对产物进行洗涤、烘干，得到沸石咪唑骨架材料ZIF-8；或者将质量比为7～8：14～15：1的氧化锌和2-甲基咪唑和(NH4)2SO4放入球磨罐中，同时放入不锈钢球磨珠，并向球磨罐加入N,N-二甲基甲酰胺；球磨20～40分钟离心得到产物，对产物进行洗涤、烘干，得到沸石咪唑骨架材料ZIF-8。优选地，步骤S2的具体步骤为：将50～100mg的沸石咪唑骨架材料ZIF-8溶解在500～800μL的N,N-二甲基甲酰胺中，超声至分散均匀，得到均匀的ZIF-8溶液。优选地，步骤S3中，向ZIF-8溶液中加入250～300体积份的正硅酸乙酯、75～100体积份的聚甲基氢硅氧烷和125～150体积份的95％三氟乙酸水溶液得到混合溶液。优选地，步骤S3中反应物在不锈钢丝的刻蚀段上进行溶胶凝胶反应，反应时间为18～24小时。优选地，步骤S4中将ZIF-8凝胶涂层纤维拉出的速度为0.5～0.1cm/s。本专利技术的一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维，采用上述的基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维的制备方法制备得到，所述基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维的厚度为8～10μm。采用本专利技术的固相微萃取纤维检测多环芳烃及硝基多环芳烃的方法，包括将不锈钢丝前端的固相微萃取纤维插入被检测的水体中，采用固相微萃取纤维对水体中的多环芳烃及硝基多环芳烃进行萃取，萃取完成后通过气相色谱-质谱联用仪检测固相微萃取纤维中的多环芳烃及硝基多环芳烃，进而得到水体中的多环芳烃及硝基多环芳烃的含量；所述的固相微萃取纤维为上述的一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维的制备方法，与传统的物理涂覆相比，在溶胶凝胶反应开始时就已经将刻蚀处理后的不锈钢丝刻蚀段插入反应混合溶液中，正硅酸乙酯、聚甲基氢硅氧烷和95％三氟乙酸水溶液与沸石咪唑骨架材料ZIF-8充分混合，有效地进行水解、缩合反应，形成稳定的透明溶胶体系，随后体系中的胶粒之间缓慢聚合，形成具有三维网络结构的凝胶，并在不锈钢丝上形成凝胶涂层，这样形成的涂层不易开裂、热稳定性高且厚度较薄；(2)本专利技术的一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF‑8的固相微萃取纤维的制备方法，包括以下步骤：S1、对不锈钢丝进行刻蚀，使得不锈钢丝表面产生粗糙的刻蚀段；S2、将沸石咪唑骨架材料ZIF‑8溶解在N,N‑二甲基甲酰胺中，超声分散得到均匀的ZIF‑8溶液；S3、向步骤S2中得到的ZIF‑8溶液中加入正硅酸乙酯、聚甲基氢硅氧烷和95％三氟乙酸水溶液得到混合溶液，将不锈钢丝的刻蚀段插入到混合溶液，混合溶液中的反应物在不锈钢丝的刻蚀段上反应生成ZIF‑8凝胶涂层纤维；S4、将不锈钢丝拉出，对不锈钢丝刻蚀段上的ZIF‑8凝胶涂层纤维烘干、干燥，得到基于沸石咪唑骨架材料ZIF‑8的固相微萃取纤维。

【技术特征摘要】
1.一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维的制备方法，包括以下步骤：S1、对不锈钢丝进行刻蚀，使得不锈钢丝表面产生粗糙的刻蚀段；S2、将沸石咪唑骨架材料ZIF-8溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散得到均匀的ZIF-8溶液；S3、向步骤S2中得到的ZIF-8溶液中加入正硅酸乙酯、聚甲基氢硅氧烷和95％三氟乙酸水溶液得到混合溶液，将不锈钢丝的刻蚀段插入到混合溶液，混合溶液中的反应物在不锈钢丝的刻蚀段上反应生成ZIF-8凝胶涂层纤维；S4、将不锈钢丝拉出，对不锈钢丝刻蚀段上的ZIF-8凝胶涂层纤维烘干、干燥，得到基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维。2.根据权利要求1所述的一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维的制备方法，其特征在于：步骤S1中不锈钢丝的刻蚀时间为40～60分钟，刻蚀段的刻蚀厚度为0.04～0.06mm。3.根据权利要求1所述的一种基于沸石咪唑骨架材料ZIF-8的固相微萃取纤维的制备方法，其特征在于：步骤S2中沸石咪唑骨架材料ZIF-8的制备方法为：将质量比为3：1～4：1的六水合硝酸锌和2-甲基咪唑溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，得到六水合硝酸锌和2-甲基咪唑在N,N-二甲基甲酰胺中的混合溶液；将该混合溶液搅拌均匀后放入不锈钢反应釜中，在120℃～140℃下水热反应22～26小时，反应后离心得到产物，对产物进行洗涤、烘干，得到沸石咪唑骨架材料ZIF-8；或者将质量比为2：5～1：2的六水合硝酸锌和2-甲基咪唑分别溶解于甲醇中，得到六水合硝酸锌的甲醇溶液和2-甲基咪唑的甲醇溶液；将这两种溶液混合在一起并在室温条件下搅拌反应0.5～1.5小时，反应后离心得到产物，对产物进行洗涤、烘干，得到沸石咪唑骨架材料ZIF-8；或者将质量比为7～8：14～15：1的氧化锌和2-甲基咪唑和(NH4)2SO4放入球...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲜啟鸣，孔继婕，何欢，孙成，黄文，韩孟书，钱宗耀，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32