将改性卷曲碳纳米管通过电泳沉积在铜线上，用于吸附有害的多环芳烃

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Electrophoretic deposition of modified coiled carbon nanotubes coating on copper wire for adsorption of hazardous polycyclic aromatic hydrocarbons

顶空固相微萃取技术采用电泳沉积的改性螺旋碳纳米管铜丝涂层，高效提取水样中多环芳烃，检测限0.2-1.1 pg/mL，精密度3.7%-11.5%，回收率88.7%-102.2%。

　　本研究旨在开发一种新型的固相微萃取（SPME）涂层，以提高对水样中多环芳烃（PAHs）等有害物质的提取效率。研究团队采用了一种创新的电泳沉积（EPD）技术，将经过修饰的螺旋状碳纳米管（m-CCNTs）涂覆在铜线上，从而构建出一种高效的微萃取材料。该方法不仅简化了传统的提取流程，还显著降低了对有机溶剂的依赖，为环境分析和污染监测提供了更为环保和经济的解决方案。

多环芳烃是一类广泛存在于自然和工业环境中的复杂有机化合物，它们由多个相互连接的芳香环组成，通常来源于化石燃料的不完全燃烧过程。此外，PAHs也自然存在于石油和煤炭中，尤其在焦油和沥青等衍生产品中含量较高。这些化合物因其高脂溶性和低蒸气压而容易在大气中扩散，并可能通过各种途径进入水体和土壤，进而对生态系统和人类健康造成威胁。研究表明，PAHs在光照条件下可能与羟基自由基发生光化学反应，生成具有潜在致癌作用的二醇环氧物。因此，对PAHs的监测和评估在环境科学领域具有重要意义。

传统的提取方法，如液液萃取（LLE）和固相萃取（SPE），虽然在早期被广泛使用，但它们通常依赖于有毒的有机溶剂，且操作过程较为繁琐，耗时较长。随着分析技术的进步，研究人员开始探索更加高效和环保的替代方法。固相微萃取技术因其无需使用溶剂、操作简便以及能够实现快速提取而受到广泛关注。近年来，SPME技术的发展重点之一是开发可持续、可重复使用和可再生的涂层材料，以提高分析的安全性，减少对环境的影响，并降低能耗和材料成本。

碳纳米管（CNTs）因其独特的物理和化学性质，如低密度、优异的导电性和高强度，被广泛应用于吸附和去除环境污染物的领域。CNTs具有极高的比表面积，使得它们在极小的用量下即可表现出良好的吸附性能。同时，其热稳定性也使得纳米复合材料能够实现多次重复使用，进一步提升了其在环境分析中的实用性。然而，碳纳米材料的形态对其物理化学性质具有重要影响，这一特性在研究中被高度重视。螺旋状碳纳米管（CCNTs）作为一种特殊的纳米结构，其在微型样品处理技术和环境样品分析中的应用潜力尚未被充分挖掘。初步研究表明，CCNTs的形态特征可能对它们与不同分析物之间的相互作用产生显著影响。

电泳沉积技术是一种高效且多用途的材料制备方法，能够通过施加直流电场，将带电的胶体粒子从稳定的悬浮液中迁移并沉积到带相反电荷的电极上，最终附着在导电基材表面。该技术的优势在于其快速和低成本的特点，使得其在工业和科研领域中得到了越来越多的应用。在碳纳米管的操控和修饰方面，电泳沉积技术同样展现出巨大的潜力。它不仅能够精确控制纳米管的分布和密度，还能形成均匀的薄膜和结构，从而优化涂层的性能。随着相关研究的不断深入，电泳沉积技术有望在电子、能源存储和复合材料等前沿领域发挥更大作用。

本研究的核心目标是设计一种适用于SPME技术的新型涂层材料，通过电泳沉积方法将修饰后的螺旋状碳纳米管均匀地涂覆在铜线上。铜线作为基材，具有良好的导电性和机械强度，能够为涂层提供稳定的支撑结构。而螺旋状碳纳米管则因其独特的物理化学特性，能够有效吸附和富集水样中的多环芳烃。研究团队通过实验对涂层的组成、表面形态和厚度进行了详细分析，确保其在实际应用中的稳定性和可靠性。

在实验过程中，研究人员优化了多个关键参数，包括脱附时间和温度、萃取时间和温度以及离子强度等，以提高涂层在HS-SPME方法中的提取效率。通过系统性的实验设计和调整，团队最终确定了最佳的提取条件。在这些条件下，涂层对几种典型PAHs（如?、芘和苯并[a]芘）的线性响应范围被成功建立，分别为0.001至10 ng/mL，而对于苯[a]蒽和苯并[k]荧蒽，其线性范围则为0.005至50 ng/mL。这些结果表明，该涂层能够对不同种类的PAHs实现有效的富集和分离。

检测限的测定结果显示，该方法的检测限在0.2至1.1 pg/mL之间，表明其具有较高的灵敏度，能够检测到极低浓度的污染物。为了评估方法的精密度，研究人员对不同浓度的样品进行了日内和日间测量，计算了相对标准偏差（RSD）。在0.01 ng/mL的浓度下，日内RSD值在3.7%至7.1%之间，而日间RSD值则在5.4%至9.3%之间。此外，纤维间的RSD%在8.0%至11.5%之间，进一步验证了该方法的重复性和一致性。

在实际样品的分析中，该方法表现出良好的应用效果。对于0.01 ng/mL浓度的样品，回收率在88.7%至102.2%之间；而对于0.1 ng/mL浓度的样品，回收率则在93.4%至101.2%之间。这些数据表明，该方法在实际环境样品分析中具有较高的准确性和可靠性，能够有效用于污染物的定量分析。这种高灵敏度和高回收率的特性，使得该方法在环境监测和分析化学领域中具有重要的应用价值。

此外，研究团队还对涂层的性能进行了详细表征，包括其在不同有机溶剂中的膨胀和附着特性。通过将涂层浸入正己烷、甲醇和乙腈等溶剂中，并持续观察超过三小时，研究人员发现该涂层在这些溶剂中没有显著的膨胀现象，表明其与溶剂之间具有较强的相互作用，能够保持结构的稳定性。这一特性对于实际应用中的样品处理和分析至关重要，因为它确保了涂层在复杂环境下的可靠性和耐用性。

涂层的长期性能同样值得关注。研究团队对涂层的耐久性和可重复使用性进行了测试，发现其在多次使用后仍能保持较高的吸附能力，这表明该纳米复合材料具有良好的稳定性和再生潜力。这种可重复使用性不仅降低了实验成本，还减少了对环境的影响，符合当前绿色化学和可持续发展的趋势。

本研究的创新之处在于将螺旋状碳纳米管与电泳沉积技术相结合，构建出一种适用于SPME的新型涂层材料。通过这种方法，研究人员成功提高了对水样中PAHs的提取效率，同时降低了对有机溶剂的依赖。这种技术的突破为环境污染物的监测和分析提供了新的思路和工具，有助于推动环境科学和分析化学领域的发展。

在研究过程中，团队还注重了材料的可再生性和环保性。螺旋状碳纳米管的修饰和电泳沉积过程采用了环保型的添加剂，如十二烷基硫酸铵（SDS）水溶液，从而减少了对环境的污染。这种绿色材料的开发符合当前全球对可持续发展和环境保护的高度重视，也为未来在其他环境分析领域的应用提供了借鉴。

综上所述，本研究通过电泳沉积技术成功制备了一种新型的SPME涂层，该涂层由修饰后的螺旋状碳纳米管构成，能够高效提取水样中的多环芳烃。实验结果表明，该方法在灵敏度、准确性和重复性方面均表现出色，适用于实际环境样品的分析。此外，该涂层在不同有机溶剂中的稳定性和耐久性也得到了验证，为其在环境监测中的广泛应用奠定了基础。这一研究不仅为环境污染物的检测提供了新的技术手段，也为纳米材料在环境分析领域的应用开辟了新的方向。