[發明專利]碳納米管接枝碳纖維復合絲狀填充物在氣相色譜儀氣化室中的應用

在審

• 申請號: 201410810388.1
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN105784855A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 戚歡陽;師彥平;陳厚芳;孫英佩
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: G01N30/02
• 分類號: G01N30/02;G01N30/06
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 方曉佳

技術領域

本發明公開了一種碳納米管接枝碳纖維的耐高溫復合絲狀填充物在氣相色譜儀氣化室中的應用。該絲狀填充物具有大的比表面積、耐高溫、化學和熱穩定性好、使用壽命長等優點，適用于低沸點類物質以及復雜基質中痕量物質的檢測，具有廣闊的應用前景。

背景技術

氣相色譜儀一般包括六個基本單元：①氣路系統②進樣系統③分離系統④檢測系統⑤數據采集及處理系統⑥溫控系統，其中進樣系統是氣相色譜儀的重要組件之一，氣化室對樣品的引入及改性至關重要。對氣化室的要求為樣品能在氣化室內快速均勻汽化，死體積小，以盡可能減小初始峰展寬等；表面一定的惰性，對目標分析物不產生吸附或發生反應。對于不加填充物的空襯管，在分析復雜樣品時，尤其是含有高沸點組分時，注射器射出的氣溶膠難以瞬間汽化，尤其是高沸點組分，造成不可逆的初始峰展寬，甚至二次進樣；未汽化的液滴會在襯管與色譜柱之間的間隙沉積，造成樣品損失，產生汽化歧視；沉積在襯管內的組分會碳化，對后續進樣產生催化和吸附能力，這些都影響色譜分離分析結果的準確性、重復性和靈敏度。襯管中最常用的填充物為惰性玻璃纖維/玻璃毛/石英棉，價廉，表面惰化處理工藝成熟。但對于復雜樣品的分析，尤其是高沸程部分，分析結果不甚理想，為改善峰形、提高靈敏度和可靠性、增加填充物使用壽命，亟待開發比表面積更大的耐高溫新型襯管填充材料。

碳納米管（CNTs）于1991年由日本NEC電子公司發現并首次報道，是由單層石墨六角網面以上某一方向為軸，卷曲360°而形成的無縫中空管，具有較大的比表面積。碳纖維具有低密度、耐高溫、耐疲勞、抗蠕變、傳熱和熱膨脹系數小等一系列優異性能。

發明內容

本發明的目的在于將碳納米管接枝碳纖維的耐高溫復合絲狀填充物應用于氣相色譜儀氣化室中。本發明結合碳納米管大的比表面積、耐高溫、傳熱快，以及碳纖維耐高溫、導熱和熱膨脹系數小等優點，制備碳納米管接枝碳纖維絲，將其應用于氣相色譜儀氣化室中，亦可克服碳納米管以及碳纖維不適于作為氣相色譜儀氣化室填充物的自身缺陷，如碳納米管為納米級顆粒狀固體，易堵塞色譜柱；碳纖維比表面積小，易造成樣品汽化不均勻等。結合碳纖維的導熱系數小和碳納米管的傳熱快等特點，減小氣化室的溫度波動，提高汽化效率及重復性，減少樣品歧視；增大樣品汽化的比表面積，檢測痕量物質時，可適當增大進樣量，以提高檢測效果。

碳納米管接枝碳纖維復合絲狀填充物在氣相色譜儀氣化室中的應用，其特征在于：將碳納米管接枝碳纖維復合絲狀填充物放置于氣相色譜儀氣化室中，可實現對低沸點類物質以及復雜樣品基質中痕量物質的分析檢測。

碳納米管接枝碳纖維復合絲狀填充物的制備方法包括以下步驟：

1）碳纖維的處理：在碳纖維中加入濃硝酸加熱回流6~8h，然后用超純水洗至中性，烘干得到酸氧化碳纖維；在酸氧化碳纖維中依次加入1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亞胺鹽酸鹽（EDC）、N-羥基丁二酰亞胺（NHS）、己二胺和N,N-二甲基甲酰胺，超聲輔助反應得到酰胺化碳纖維，然后將其干燥后備用；

2）碳納米管的處理：在多壁碳納米管（MCNTs）中加入體積比為3:1的濃硫酸和濃硝酸混合液，超聲分散后，加熱回流6~8h，然后利用微孔濾膜減壓過濾回收酸氧化MCNTs，采用超純水反復清洗至中性，將酸氧化MCNTs真空烘干備用；

3）碳纖維與多壁碳納米管的接枝：在酰胺化碳纖維、酸氧化MCNTs中依次加入EDC、NHS、己二胺和N,N-二甲基甲酰胺，超聲輔助反應，然后真空干燥，將復合絲放入馬弗爐中，在883K下煅燒6~9h，冷卻即得碳納米管接枝碳纖維的耐高溫復合絲狀填充物。

碳納米管接枝碳纖維的耐高溫復合絲作為氣相色譜儀氣化室填充物，具有大的比表面積，為59.08m²/g，較之碳纖維增大了252倍，較之玻璃纖維增大了558倍。在氣化室溫度范圍為220~280^oC之間，加入5mg復合絲狀填充物，采用FID檢測器，分別在不同升溫程序下以分流進樣和不分流進樣兩種模式對醇等低沸點類物質、食用油樣品中塑化劑類物質進行分析檢測。

本發明涉及到的新型氣相色譜儀氣化室填充物具有化學和熱穩定性好、使用壽命長等優點。采用該填充物進行檢測，可避免隔墊以及難揮發樣品對色譜柱的污染，增加樣品的汽化面積，提高汽化效率，減少樣品歧視，在氣相色譜儀的檢測分析中具有廣闊的應用前景。

具體實施方式

實施例1碳納米管接枝碳纖維復合絲狀填充物的制備