本发明属于化学分析测试领域，涉及食品、医药和环境分析检测的前处理设备，尤其涉及一种石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱及其应用。
背景技术：
固相萃取技术基于液-固相色谱理论，在样品前处理过程中，利用固相选择性吸附和选择性洗脱的液相色谱法原理，实现目标物与基质的分离，从而达到目标物的净化、富集的目的。通过固相萃取技术可在分析过程中有效去除样品中基质干扰物的影响，保证目标物检测的准确度和灵敏度。该技术广泛的应用在食品、医药和环境检测领域。
多壁碳纳米管是由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管，具有良好的化学稳定性和极高的比表面积，是一种优异的吸附材料。基于其特殊性能，近年来以多壁碳纳米管为填料的固相萃取中逐渐开始得到应用，但由于其石墨化程度低及结构存在较多缺陷，在应用过程中存在一定导致检测回收率偏低、结果不稳定及净化效果不理想等缺点。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱及其应用，本发明的石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱作为新型样品前处理设备，应用于食用农产品等各类样品中农药残留量检测的样品前处理净化过程。
一种石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱，其特征在于包括固相萃取柱管、筛板以及填充材料，所述填充材料为石墨化多壁碳纳米管，石墨化多壁碳纳米管的制备步骤为：
1)纯化：多壁碳纳米管置于浓盐酸中浸泡后，将多壁碳纳米管从浓盐酸中取出并用去离子水洗涤至中性，干燥；
2)石墨化：步骤1)所得干燥后的多壁碳纳米管置于高温石墨化炉内，在氩气环境中升温至2400℃～2800℃，保持20～40min后，冷却至室温，升温和降温速度控制在4～6℃/min，即制得所述石墨化多壁碳纳米管。
所述的一种石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱，其特征在于步骤1)中，多壁碳纳米管置于浓盐酸中浸泡的时间为4～8h，优选为6h。
所述的一种石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱，其特征在于步骤1)中，干燥的温度为80～100℃，干燥的时间为8～12h。
所述的石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱在果蔬或茶叶中农药残留测定的应用。
所述的石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱在果蔬或茶叶中农药残留测定的应用，其特征在于果蔬或茶叶样品经过粉碎后置于离心管中，加入乙腈并用均质器进行匀浆提取，然后加入氯化钠进行盐析分层，取上清液浓缩后通过所述石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱进行分离净化，果蔬或茶叶中的农药富集到洗脱液中，最后对洗脱液中的农药进行检测。
所述的石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱在果蔬或茶叶中农药残留测定的应用，其特征在于分离净化采用的洗脱剂为乙腈和甲苯组成的混合液，所述乙腈和甲苯的体积比为2～4:1，优选为3:1。
所述的石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱在果蔬或茶叶中农药残留测定的应用，其特征在于对洗脱液中的农药进行检测的步骤为：洗脱液浓缩至近干后，用有机溶剂复溶，然后通过gc-ms/ms进行检测。
所述的石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱在果蔬或茶叶中农药残留测定的应用，其特征在于所述有机溶剂为正己烷。
相对于现有技术，本发明取得的有益效果是：
(1)本发明所提供的石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱性能优异，且通过制备得到的石墨化多壁碳纳米管具纯度高，性状规则，物理缺陷少，对强酸、强碱、高温均具有极好的稳定性，比表面积大，吸附性能良好。与以c18或石墨化碳等为填料的传统固相萃取柱相比，本发明的固相萃取柱吸附容量更大，通常色素等化合物具有平面大分子结构，由于结构的相似性，该类化合物容易被本发明的与石墨化多壁碳纳米管相互作用并被有效的吸附。相比于色素分子，农药小分子化合物与石墨化多壁碳纳米管作用相对较弱，此外在固相萃取柱洗脱过程中通过使用含甲苯的洗脱液，可将被石墨化多壁碳纳米管吸附的农药有效的洗脱下来，从而排除了色素等基质对检测农药的干扰，有效提升对样品的净化效果(本发明的石墨化多壁碳纳米管只对样品中的色素等杂质干扰物产生吸附，而对大部分有机磷、有机氯和拟除虫菊酯类农药均基本不产生吸附作用，因此可达到较为理想的分离效果，体现该固相萃取柱适用的广泛性。与以多壁碳纳米管为填料的固相萃取柱相比，本发明的固相萃取柱吸附效果稳定，可保证检测结果的回收率与稳定性，提升检测结果的准确度与精密度。
(2)本发明中固相萃取柱填料石墨化多壁碳纳米管的制备方法简单可控，可操作性强，易于批量生产和使用，本发明经过2400～2800℃高温处理过程后的石墨化多壁碳纳米管，通过高分辨率透射电子显微镜可观察到具有更规则的石墨化结构，较未处理的或者是低于2400℃的高温处理条件下，碳纳米管的石墨层呈现出更高的连续性和规则性，多壁碳纳米管两端得到封端，有效的减少了碳纳米管的缺陷。此外高温处理可去除热不稳定杂质，得到极高纯度的碳纳米管。发明的石墨化多壁碳纳米管制备过程中，多壁碳纳米管通过浓盐酸浸泡除去金属离子杂质和其他可溶性杂质等，在多壁碳纳米管后续石墨化过程中具有更高的纯度；
(3)石墨化固相萃取柱成本低，适用样品范围广，实验结果的准确度和精密度均能达到较高的水平，应用价值高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1：
一种石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱，包括固相萃取柱管(固相萃取柱管为高纯度聚丙烯材质)、筛板(筛板为高纯度聚乙烯材质，筛板数量为2个)以及填充材料，所述填充材料为石墨化多壁碳纳米管。
石墨化多壁碳纳米管的制备步骤为：
1)纯化：多壁碳纳米管置于浓盐酸(浓度约为30％)中浸泡6h后，将多壁碳纳米管从浓盐酸中取出并用去离子水洗涤至中性，然后在100℃下干燥10h；
2)步骤1)所得干燥后的多壁碳纳米管置于高温石墨化炉内，在氩气环境中以5℃/min升温至2800℃，保持30min后，以5℃/min的降温速率冷却至室温，即制得所述石墨化多壁碳纳米管。石墨化多壁碳纳米管的外径为8-15nm，长度为10-50μm。
本实施例的石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱的制备方法为：固相萃取柱管的容积为6ml，将一个筛板置于固相萃取柱管的底部，上述制得的石墨化多壁碳纳米管300mg填充在固相萃取柱管的内部，轻敲固相萃取柱管侧壁，使填料分布均匀，将另一个筛板置于固相萃取柱管的上部，压紧填料，使填装高度在1.0cm(±0.1cm)，即制备完成所述的石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱。
实施例2：
称取八份待测样品，每份为20g经粉碎搅拌均匀的西红柿样品于离心管中，将其中六份分别加入131种农药混合标准品的丙酮溶液100μl(每种农药的浓度均为1μg/ml)，另外两份分别加入100μl丙酮作为对照，混匀静置1小时后，分别加入40.0ml乙腈，用均质器在15000r/min匀浆提取1min,加入5g氯化钠，剧烈振摇1min后，在3000r/min离心5min，取上清液20.0ml，浓缩至约2ml，得待净化样品。
分别在实施例1得到的石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱中加入约1cm高的无水硫酸钠，无水硫酸钠设置在石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱内的填充材料的上方。柱层析分离净化前，先用4ml的乙腈-甲苯溶液(v乙腈：v甲苯＝3:1)预洗柱，当液面到达硫酸钠顶部时，将上述制得的待净化样品转移至石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱中(即待净化样品放在硫酸钠顶部)，再每次用2ml乙腈-甲苯溶液(v乙腈：v甲苯＝3:1)三次洗涤盛装待净化样品的样液瓶，并将洗涤液转移入石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱中。然后用约25ml乙腈-甲苯溶液(v乙腈：v甲苯＝3:1)洗涤石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱，收集所有流出液于旋转蒸发瓶中，并在40℃水浴中旋转浓缩至近干，用正己烷复溶后，定容至2.0ml，过0.45μm滤膜后进行gc-ms/ms分析，检测结果如表1所示。检测结果显示两份对照样品中未检出131种农药，其余六份加标样品(每种农药的加标浓度均为5μg/kg)中检出131种农药加标回收率在80.4％-105％之间，相对标准偏差不大于9.4％，说明经本发明的石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱分离纯化后，排除了西红柿样品中色素和脂肪酸等多种基质对检测的影响，提高了西红柿样品中残留农药检测的准确性。
本发明的石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱较同类的固相萃取柱具有成本更低，净化效果好，同时该固相萃取检测结果满足欧盟sante/11813/2017农残检测要求。
表1.西红柿样品中131种农药平均加标回收率(％)及精密度(n＝6)
固相萃取柱须同时满足，基质干扰物能被有效的吸附，目标物能被有效的洗脱。因此分别考察石墨化多壁碳纳米管为填充材料的固相萃取柱中石墨化碳纳米管的填充量在100、200、300、400、500mg时对样品的前处理效果。采用上述方法对20g西红柿样品进行残留农药检测时，当石墨化多壁碳纳米管填充量为300mg时净化效果较好，且回收率和精密度均满足要求，为了节约原料，所述的石墨化多壁碳纳米管装填量最终是300mg±10mg。
实施例3:
称取八份待测样品，每份为2g经粉碎混匀的市售龙井茶样品于离心管中，将其中六份分别加入131种农药混合标准品的丙酮溶液100μl(每种农药的浓度均为1μg/ml)，两份分别加入100μl丙酮作为对照，混匀静置1小时。分别加入15ml乙腈，用均质器在15000r/min匀浆提取1min,在3000r/min离心5min，取上清液于旋转蒸发瓶中。样品残渣分别再用15ml乙腈重复提取一次，离心后合并提取液，浓缩至约2ml，得待净化样品。
分别在石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱中加入约1cm高的无水硫酸钠，无水硫酸钠设置在石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱内的填充材料的上方。柱层析分离净化前，先用5ml的乙腈-甲苯溶液(v乙腈：v甲苯＝3:1)预洗柱，当液面到达硫酸钠顶部时，将上述制得的待净化样品转移至石墨化多壁碳纳米管固相萃取柱上(即待净化样品放在硫酸钠顶部)，再每次用2ml乙腈-甲苯溶液(v乙腈：v甲苯＝3:1)三次洗涤盛装待净化样品的旋转蒸发瓶，并将洗涤液转移入氨基化多壁碳纳米管固相萃取柱中。然后用约25ml乙腈-甲苯溶液(v乙腈：v甲苯＝3:1)洗涤氨基化多壁碳纳米管固相萃取柱，收集所有流出液于旋转蒸发瓶中，并在40℃水浴中旋转浓缩至近干，用正己烷复溶后，定容至2.0ml，过0.45μm滤膜后进行gc-ms/ms分析，检测结果如表2所示。检测结果显示两份对照样品中131种农药均未检出，其余六份加标样品(每种农药的加标浓度均为50μg/kg)中检出131种农药加标回收率在80.2％-109.5％之间，相对标准偏差均不大于9.9％。实验结果见表2。
表2.茶叶样品中131种农药平均加标回收率(％)及精密度(n＝6)
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。