新穎的石墨烯多孔微球應用於分散式微固相萃取 技術結合 HPLC-UV 偵測水中紫外線吸收劑

In the present study, a novel porous graphene microspheres for dispersive micro-solid phase extraction（D-μ-SPE）was developed to collect UV-filters in aqueous sample followed with HPLC-UV analysis. In this method, the easily dispersible porous graphene microspheres was synthesized and utilized as mirco-sorbent filled in a newly designed syring filter extraction device to extract UV filters from aqueous samples. After optimization, the maximum extraction efficiency was obtained under the selected condition as follows; 50 mL of aqueous sample (pH 5) was extracted by flowing through with 4 mg of porous graphene microspheres sorbent taken in the extraction device under the flow rate of 10 mL/min and followed by desorption using 80 μL of acetonitrile. Under the optimal conditions, the liner ranges were 0.1-40 ng mL-1 for five UV-filters. Detection limits were achieved at level of 0.04-0.06 ng mL-1. The recoveries of swimming pool water samples were between 91.3-108.7 % and RSD were below 9.4%. The results demonstrated that the proposed method was a simple, sensitive and eco-friendly approach for the determination of UV-filters in aqueous samples.本研究開發石墨烯多孔微球，作為一種分散式微固相萃取(D-μ-SPE)的吸附材料，用於萃取水樣中的紫外線吸收劑，並以高效能液相層析儀紫外光偵測器分析其含量。石墨烯多孔微球的製備是先將氧化石墨烯與乙二胺聚合，再加入還原劑後合成出石墨烯多孔微球吸附劑。萃取時在針筒前裝置兩個串聯的針筒過濾器，並將石墨烯多孔微球置於兩個針筒過濾器之間，使用針筒注射幫浦將樣品溶液穩定地抽入與推出針筒，當分析物通過針筒過濾器就會被石墨烯多孔微球所吸附，並利用上抽下推時的衝力使吸附劑加以擾動達到分散的效果，接著使用溶劑脫附石墨烯上之紫外線吸收劑，以 HPLC-UV 進行分析。為獲得最佳的萃取效果，研究中探討影響萃取效果的主要影響因素，如樣品溶液 pH 值、通過速率、鹽類影響及脫附溶劑種類與用量等。結果顯示在水樣 pH 5 時，並以 80 μL 乙腈進行脫附，以速率 10mL/min 通過分散式石墨烯微球進行微萃取可獲得最佳萃取效果。在此最佳化條件下對五種紫外線吸收劑進行檢測，其線性範圍為 0.1-40 ng mL-1，線性相關係數為 0.9969 以上，各化合物定量極限介於 0.1-0.2 ng mL-1，偵測極限介於 0.04-0.06 ng mL-1，RSD 低於 6.9%。以本方法分析台中某游泳池池水可測得 BP、HMB、4-MBC 的含量分別為 2.0、1.1 及 0.9 ng mL-1。其回收率介於 91.3% 至 108.7% 之間。實驗證明本研究開發之石墨烯多孔微球結合分散式微固 相萃取技術，其裝置簡單、操作方便、可多次利用並且僅使用少量的有機溶劑，此方法具有簡單、方便、高靈敏度及對環境友善之特點。謝誌.............................................................................................. I 摘要...................................................................................... II ABSTRACT......................................................................... III 目錄................................................................................... IV 圖目錄...................................................................................... VI 表目錄................................................................................... VII 第一章 緒論 ............................................................................. 1 一、 紫外線吸收劑之概述.................................................................... 1 二、 紫外線吸收劑相關分析技術之回顧............................................ 4 (一) 固相萃取 ................................................................................. 5 (二) 固相微萃取 ............................................................................. 7 (三) 攪拌棒吸附萃取 ................................................................... 10 (四) 超音波輔助乳化微萃取 ....................................................... 11 三、 分散式微固相萃取技術.............................................................. 12 四、 石墨烯概述.................................................................................. 13 五、 研究目的...................................................................................... 15 第二章 研究方法 ........................................................................................ 16 一、 藥品、實驗器材與儀器設備...................................................... 16 (一) 藥品 ....................................................................................... 16 (二) 儀器設備與實驗器材 ........................................................... 17 二、 藥品配製...................................................................................... 19 (一) 高效能液相層析系統動相配製 ........................................... 19 (二) 緩衝溶液之配製 ................................................................... 19 (三) 紫外線吸收劑標準品儲存溶液之配製 ............................... 20 (四) 溶液干擾物之研究 ............................................................... 21 (五) 直接注入之檢量線範圍溶液配製 ....................................... 22 (六) 經分散式微固相萃取法之檢量線範圍溶液配製 ............... 22 (七) 真實樣品中添加紫外線吸收劑標準品混合溶液之配製 ... 22 (八) 真實樣品處理 ....................................................................... 23 三、 儀器裝置操作之參數.................................................................. 23 (一) 高效能液相層析儀之參數 ................................................... 23 (二) 石墨烯多孔微球合成之參數 ............................................... 24 (三) 石墨烯多孔微球分散式微固相萃取法之參數 ................... 24 (四) 實驗裝置 ............................................................................... 24 (五) 液相層析質譜之參數 ........................................................... 24 四、 實驗方法及流程.......................................................................... 26 (一) 液相層析方法的建立 ........................................................... 26 (二) 石墨烯多孔微球之合成條件 ............................................... 26 (三) 石墨烯多孔微球之特性探討 ............................................... 28 (四) 石墨烯多孔微球分散式微固相萃取法之萃取流程 ........... 29 五、 方法可行性評估測試與真實樣品之分析.................................. 31 (一) 石墨烯多孔微球批次間之比較 ........................................... 31 (二) 直接注入之校正曲線 ........................................................... 31 (三) 經方法之校正曲線 ............................................................... 32 (四) 真實樣品添加紫外線吸收劑後之分析及回收率 ............... 32 第三章 結果與討論 .................................................................................... 33 一、 石墨烯多孔微球之特性測試...................................................... 33 (一) 石墨烯多孔微球之 IR 圖 ..................................................... 33 (二) 石墨烯多孔微球之 SEM 圖 ................................................. 35 (三) 石墨烯多孔微球之分散性比較 ........................................... 35 (四) 石墨烯多孔微球之熱重分析 ............................................... 38 二、 石墨烯多孔微球分散式微固相萃取最佳化.............................. 40 (一) 脫附溶劑的選擇 ................................................................... 40 (二) 脫附溶劑體積之選擇 ........................................................... 42 (三) 樣品溶液之 pH 值的影響 .................................................... 44 (四) 樣品進樣速率對萃取效率之探討 ....................................... 46 (五) 鹽類對萃取效率之影響 ....................................................... 48 三、 方法可行性評估與真實樣品之測定.......................................... 50 (一) 石墨烯多孔微球穩定性與再現性 ....................................... 50 (二) 直接注入之校正曲線與偵測極限 ....................................... 54 (三) 經方法之校正曲線與偵測極限 ........................................... 54 (四) 濃縮倍率 ............................................................................... 57 四、 真實樣品之測定.......................................................................... 57 (一) 檢測真實樣品 ....................................................................... 57 (二) 回收率的檢測 ....................................................................... 61 五、 真實樣品之質譜鑑定.................................................................. 63 六、 石墨烯多孔微球分散式微固相萃取與其他方法比較 ............. 67 第四章 結論 ................................................................................................ 69 第五章 參考文獻 ........................................................................................ 7