综述翻译

衍生磁性材料在水样污染物的分离和富集中的应用摘要：监测水样中的污染物对分析家来说是一个挑战。近年来，以磁性材料为基础的分离技术已得到相当的重视。本文综述了与应用磁性材料有关的文献，结合了其他材料（例如，二氧化硅，十八烷基硅烷，聚合物和表面活性剂），分离和富集水样品中污染物。此提取方法不仅方便，经济，高效，而且它也克服传统的固相萃取问题（例如，吸附剂填充柱子和大批量样品的装载耗时的问题）。

关键词：磁性提取；磁性材料；十八烷基硅烷；污染物；聚合物；富集；分离；二氧化硅；表面活性剂；水样

1、介绍

监测水产品样品中的污染物是必要的，因为许多化合物对人类健康和生态系统构成威胁。大范围的分析有机和无机化合物，以确保水质对分析师来说是一个持续的挑战。

在低浓度分析物的水样中，分离和仪器分析之前的富集是非常重要的。为此液- 液萃取（LLE）已在近几年得到了广泛的应用。LLE 可以提供高浓缩富集因子。然而，萃取物是需要浓缩的。为了避免这些缺点，固相萃取（SPE）越来越多地被使用。固相萃取试剂比LLE 需要量更小，因此也就产生更少有毒废物。此外，SPE可以获得更好的分析物富集系数。

基于磁性材料的分离技术近年来得到重视。它给细胞分离应用程序，药物输送，酶的固定化提供了的巨大潜力。近日，Aguilar-Arteaga 等人回顾在分析化学中使用的磁性固体。磁性材料可作为固相萃取吸

附剂。在磁场的SPE（图1），磁性吸附剂添加到含有目标分析物的溶液或悬浮液。分析物无论是搅拌或站立状态均被吸附到磁性溶剂中。吸附剂吸附上分析物，然后用磁力分离器恢复成悬浮液。因此，分析物从吸附剂上面洗脱下来进行分析。磁性固相萃取的应用简化了样品预处理。吸附剂不需要装进墨盒，通过施加一个外部磁场，传统的SPE和相位分离也可轻松实现。

在磁性材料中，铁的氧化物发挥重大作用，在许多领域{例如，磁铁矿（Fe3O4），赤铁矿（C - Fe2O3的）被深入调查}。但是，我们应该指出的是，纯粹的氧化铁纳米粒子（NPS）可以很容易地形成大的聚集，这可能会改变其磁性。此外，这些纳米大小的金属氧化物是没有目标选择性的，不适合复杂的基质的样品。因此，寻找一种合适的涂层来克服这种局限性是必不可少的。表面改性使得纳米粒子稳定并且防止其表面氧化。

修改适用于磁性纳米粒子的（MNP）的方法可分为两大类：（1）涂层用无机成分（例如：二氧化硅）；

（2）有机分子修改[例如，十八烷基硅烷（ODS），聚合物或表面活性剂]。

材料的有效性取决于以下几个特点：

他们的超顺磁性和高磁饱和值（图2），这意味着分析物装载吸附剂可以很容易地通过外部磁场从样品溶液中分离出来；

粒子非常小，通常在纳米级（图3）。纳米粒子具有大的表面积，吸附能力高和吸附速率快的特性，使用少量的吸附剂和较短的平衡时

间，因此可以从大量的水样中提取分析物；他们可对分析物的选择性提供特定的功能；在适当的冲洗之后，它们可以循环使用；

在某些情况下可以使用辅助照射处理（如超声，这有利于分散磁性纳米粒子，然后加快了吸附和洗脱分析物），提取其中的磁性纳米粒子。

本文回顾了有关磁性纳米材料应用的文献，结合了其他材料（例如二氧化硅，ODS，聚合物和表面活性剂），用来分离和富集水样中的污染物。

2、二氧化硅包覆磁性材料

由于硅胶在酸性条件下稳定，不易膨胀，具有高能量并且热稳定性好。因此是固相萃取的一种良好载体。水环境下性质稳定、表面改性简便和易于控制粒子间相互作用等都是功能化硅胶磁性材料的优点。近年来，二氧化硅包覆磁性材料已经广泛应用于水样中多种污染物的提取（见表1）。

翟等人开发了一种使用掺有1,5-二苯基卡巴肼的二氧化硅覆盖的磁性纳米颗粒作为提取剂来提取和预浓缩水样中痕量汞（II）的方法。最大吸收量在五分钟内即可达到。再使用冷蒸汽原子吸收光谱法分析汞含量，此法的检出限为0.16ug/L。相对标准偏差为2.2%。通过分析已验证的参考材料，使用这一方法所得结果与制造商提供的相一致。因此，本方法已确认生效。与以往的研究中报道的其它吸附剂（例如，1,5-二苯碳掺杂的溶胶凝胶二氧化硅、硅胶双腙或聚苯胺）

相比，本实验中使用的功能化磁性复合材料表现出了快速的交换动力学特性、再生性和对二价汞的合理选择性。

使用二硫代氨基甲酸酯官能团功能化的二氧化硅覆盖磁性颗粒也可用来除去水溶液中的二价汞这项研究表明，含二硫代氨基甲酸酯官能团的离子能达到74%的提取率，这一数字远高于未经功能化处理的二氧化硅磁性材料24%的提取率。研究还指出较高的提取率是与二硫代氨基甲酸酯官能团和汞（II）之间形成的螯合物的稳定性相联系的。

铋试剂是分光光度法的一种常用试剂。由于官能团- SH-和-NH -的存在，铋试剂可在特殊条件下与铬，铜，铅等元素形成稳定的化合物。使用铋试剂（II）固化的二氧化硅覆盖的磁性纳米颗粒是由Suleiman等人合成的。这一磁性纳米颗粒作为固相萃取的吸附剂，用来分离和浓缩环境水样中的痕量铬、铜和铅等元素。之后再使用电感耦合等离子发射光谱（ICP-OES）检测各元素的含量。过程中，研究人员使用了超声仪来协助提取。实验结果表明，当使用声波降解法的吸附时间大于10 min洗脱时间大于5 min时，100 ml样品溶液中的所有分析物的定量回收率都达到要求。在最佳实验条件下，铬，铜和铅的富集因子分别是96、95和87时，它们对应的检出限分别是0.043ng / mL、0.058 ng / mL和0.085ng/mL。在2.0 ng/mL 浓度下测得的三种元素的相对标准偏差分别是3.5％、4.6％和3.7％。

研究人员发现在萃取水溶液中的钯（II）离子时，使用由二乙烯三胺（EDTA）官能化的二氧化硅覆盖磁性颗粒（Fe3O4•SiO2/DETA）

比使用裸露的磁性颗粒(Fe3O4)和二氧化硅覆盖的磁性颗粒(Fe3O4•SiO2)具有更好的定量结果和选择性（pH <4）。

使用溶胶凝胶法合成的N-甲基-D-葡萄糖胺改性磁性二氧化硅微粒可用来从水溶液中选择性地萃取和预浓缩硼。这种磁性材料的吸附和脱附率分别是92.5±0.5％和99.8±6％。并且再生三次后，以上效率没有明显变化。结果表明：基于磁分离而提出的这一方法相对简便，成本较低。

γ-巯基丙基三甲氧基硅烷（γ-MPTMS）是一种偶联剂，经常被用来改性无机材料表面，并制作自组装薄膜。γ-MPTMS改性的磁性二氧化硅吸附剂是通过溶胶凝胶法制备而成的。改性后的纳米粒子具有高度的单分散性、磁性分离性和吸附能力。这种纳米粒子10 min时间内就能从250 ml水溶液中吸附镉，铜，汞和铅等金属离子。与已有方法相比，此法具有较高的富集因子和非常低的检出限（浓度范围在24～107 pg/L时）。这种材料也可用于从海水中提取无机碲。在最佳实验条件下，当分析物浓度为10 ng/L时，可获得0.079 ng/L的检出限和7.0%的精密度这两项实验都使用了超声仪来协助吸附和解析被分析物。

β-环糊精（β-CD）具有一种截锥形的结构，它的外壁具有亲水性，而内腔具有亲脂性。这样的结构能与水溶液中的多种客体分子形成包合物。鉴于其特殊的性质，β-CD已被广泛用作材料合成中的功能基团。β-CD改性二氧化硅覆盖磁性物质（Fe3O4•SiO2/β-CD，如图4）由于在Fe3O4。SiO2和β- CD之间存在共价键，所以具有较高的化学