样品前处理中石墨烯及其复合材料的应用

田娟(朔州职业技术学院,山西 朔州 036000)

样品前处理中石墨烯及其复合材料的应用

田娟(朔州职业技术学院,山西 朔州 036000)

样品前处理是化学分析中的一项重要技术。样品前处理技术发展的关键在于吸附材料的开发与运用，石墨烯属于一种全新的纳米材料，由于其具有良好的物理和化学特性，而被当做固定相应用于样品前处理当中，且成为近年来研究的重点。本研究对样品前处理中石墨烯及其复合材料的应用进行系统化研究。

样品前处理；石墨烯；复合材料

石墨烯是一种蜂巢晶格状的平面薄膜，主要由碳原子按照SP2杂化轨道的方式组织而成。是一种全新的纳米材料，具有硬度强、导热系数高、电子迁移系数高、电阻率低、透明等优势。因此石墨烯及其复合材料被广泛应用于样品前处理中，其中在常规固相萃取、固相微萃取中的应用最多[1]。

1 石墨烯及其复合材料应用于样品前处理的优势

2004年，英国物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在石墨中首次分离出石墨烯，成为世界上最坚硬、最薄的纳米材料[2]。随后国内外大量学者纷纷对石墨烯展开了研究。众多研究资料表明石墨烯及其复合材料具有很好的物理和化学性能，在样品前处理中具有良好的发展前景。石墨烯及其复合材料应用于样品前处理的具体优势如下：

(1)具有良好的化学稳定性和热稳定性 石墨烯具有十分稳定的碳原子结构，各碳原子之间以十分柔韧的状态相连接，各原子之间的作用力很强，一旦受到外界力的作用就会以变形的方式来适应外力作用，从而保证了结构的稳定性。正因为石墨烯的这种稳定性时期在遭受到外力作用后内部仍可以爆出不受任何干扰，在周围温度发生变化后仍可以保持良好的热稳定性。石墨烯的这种稳定特性为其用作样品前处理吸附剂奠定了坚实的基础。

(2)具有强大的吸入性能 石墨烯的表面积很大，据实际研究发现石墨烯的表面积可达2631m2/g,且片层表面具有大π共轭体系。因此具有十分强大的吸附性能，石墨烯的片层两侧都可以用于吸附，而石墨烯的管状结构又会对吸附物产生位阻效应。石墨烯的这一特性决定了极其适用于样品前处理当中。

(3)获取途径简单 用于样品前处理的一个必备条件是容易获得。石墨烯在石墨中即可提取，且纯度较高，能够满足样品前处理的的实际需求。

(4)氧化石墨烯也适用于样品前处理 石墨烯制备过程中的中间体氧化石墨烯如羟基、羧基等对于不同目标物具有选择性吸附作用，也适用于样品前处理。

2 石墨烯及其复合材料在样品前处理中的应用

近年来石墨烯及其复合材料在样品前处理中的应用越来越多，主要应用于常规固相萃取、固相微萃取中。具体阐述如下;

(1)常规固相萃取中的应用 常规固相萃取是现阶段应用最多的一种样品前处理技术，具有萃取用时短、回收率高、效率高等优势。而吸附材料是常规固相萃取的核心，直接对萃取的灵敏性造成影响。在以往样品前处理中多以C18硅球、石墨化碳作为固相萃取填材[3]，但是这些材料的性能并不好，急需研究一种性能良好的固相萃取填材。江桂斌曾以石墨烯为研究对象进行研究，发现以其作为固相萃取填材的有效性明显优于C18硅球和石墨化碳，证实了石墨烯应用于固相萃取中的可行性。但是直接将石墨烯应用于固相萃取当中，优于受石墨烯自身结构、性状及后的影响吸附率并不理想。后来将石墨烯制备成石墨烯的复合材料应用于固相萃取当中最终取得了理想效果。此后相关研究不断增多，石墨烯及其符合材料被广泛应用于常规固相萃取中。

(2)固相微萃取中的应用 固相微萃取是1989年由Pawliszyn教授开发研究的一种样品前处理技术，此种样品前处理技术的优势在于将采样，萃取，浓缩和进样融合于一体，操作简单、便于携带，应用十分广泛[4]。固相微萃取的性能发挥的关键在于纤维头上的涂层，涂层的性能直接对此种技术的灵敏性和选择性造成影响。但是涂层的种类极为有限，现阶段作为涂层的材料主要有碳纳米管、分子印迹聚合物等，但是其性能效果并不理想。自从石墨烯被发现以来很多研究者开始探究将其应用于固相微萃取中的可能性，Chen等人对其进行的首次报道研究，发现石墨烯涂层具有效率高、耐热性强、稳定性好、回收率高等优势，适合作为纤维涂层。但是这种涂层采用物理沉淀方法制备，稳定性及寿命都相应受到影响。为了克服这一缺陷李攻科课题组对其进行深入研究分析制备出石英纤维涂层，使得其寿命和稳定性大大增强。此后关于其应用于固相微萃取的相关研究不断增多，石墨烯及其复合材料被广泛应用于固相微萃取中。

3 结语

石墨烯是一种新型的纳米材料，由于其具有吸附性能强、化学稳定性能好、耐热性强、抑郁获取等优势，因此被广泛应用于样品前处理中，其中在常规固相萃取和固相微萃取中应用最多，已经取代了以往的吸附材料，发挥出其他材料所不具备的优势。现阶段关于石墨烯及其相关复合材料在样品前处理中的应用研究不断增多，将取得更大范围的应用和发展。

[1]韩强，王宗花，张晓琼.石墨烯及其复合材料在样品前处理中的应用[J].化学进展,2014,26(5):820-833.

[2]张明露，马桂岑，王晨.石墨烯纳米材料在农产品及其制品污染物分析前处理中的应用进展[J].浙江农业科学,2015,56(11):1738-1746.

[3]李德亮，高霞，徐林芳.石墨烯纳米材料在样品前处理中的研究进展[J].河南大学学报(自然版),2014,44(3):277-285.

[4]蒋晓晓，张剑.氧化石墨烯在样品前处理中的应用研究进展[J].山东化工,2015,44(17):34-36.

田娟(1986- )，女，山西怀仁人，硕士， 助教，研究方向 ：物理化学。