一种纳米纤维及其制备方法和应用与流程

本发明属于纳米材料领域，特别涉及一种纳米纤维及其制备方法和应用。
背景技术：
：农药中毒事件已是屡见不鲜，农药残留问题也十分受公众的关注。因此如何及时、准确、快速地检测有毒物质的种类及其含量是十分有必要的，而且，随着待测样品种类的增加和对农药残留检测灵敏度、效率要求的提高，对高灵敏度、快速检测分析技术的需求也日益迫切。现有相关技术中，针对农药中的有机磷物质和有机氯物质的检测灵敏度低，检测速度较慢。因此，需要针对有机磷物质和有机氯物质提供一种新的检测方法，使得对有机磷物质和有机氯物质的检测灵敏度高，检测速度快。技术实现要素：本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种纳米纤维及其制备方法和应用，所述纳米纤维应用在有机磷物质和有机氯物质的检测中，具有检测灵敏度高，检测速度快的特点，甚至对同一血清样品用所述纳米纤维进行净化处理后，能同时检测有机磷物质和有机氯物质，检测效率大大提高。本发明的发明构思：本发明所述的纳米纤维对待检测的血清样品进行吸附净化处理后，可以消除或大大减小血清样品中其他杂质对农药中的有机磷物质和有机氯物质检测的干扰，大大提高了对有机磷物质和有机氯物质的检测灵敏度，而且，用本发明所述的纳米纤维对待检测的血清样品进行处理后，能同时检测出有机磷物质和有机氯物质，大大缩短了检测时间，提高了检测效率。本发明的第一方面提供一种纳米纤维。具体的，一种纳米纤维，制备所述纳米纤维的原料组分包括：醋酸纤维素、功能材料和溶剂；所述功能材料含有酚羟基和羧基。优选的，所述醋酸纤维素的乙酰基含量为38-41％；进一步优选的，所述醋酸纤维素的乙酰基含量为38-40％。优选的，所述功能材料为对羟基苯甲酸。优选的，所述溶剂为有机溶剂。进一步优选的，所述有机溶剂包括丙酮和/或n,n-二甲基甲酰胺。优选的，所述原料组分中，醋酸纤维素与功能材料的质量比为1-6:1；进一步优选的，醋酸纤维素与功能材料的质量比为2-4:1；更优选的，醋酸纤维素与功能材料的质量比为3:1。优选的，所述纳米纤维的直径为小于100nm；长度为大于5mm，例如长度为6-30mm。本发明的第二方面提供一种纳米纤维的制备方法。具体的，一种纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：将所述醋酸纤维素、功能材料与溶剂混合，加热搅拌，制得电纺液，然后进行纺丝，制得所述纳米纤维。优选的，所述加热搅拌的温度为90-105℃；进一步优选的，所述加热搅拌的温度为95-100℃。在该温度下，有助于得到分散均匀的电纺液。优选的，所述加热搅拌的搅拌速度为900-1200转/分钟；进一步优选的，所述加热搅拌的搅拌速度为1000-1100转/分钟。合适的搅拌速度，有助于进一步提升电纺液的均匀性，对最终制得检测灵敏度高的纳米纤维具有重要影响。优选的，所述加热搅拌的时间为0.5-2小时；进一步优选的，所述加热搅拌的时间为1-1.5小时。优选的，所述纺丝的过程利用电纺设备；所述电纺设备进行纺丝的过程中，电纺设备的工作参数为：针尖电压为15-25kv，接受极板电压为-2至-0.5kv，接受距离为15-25cm；进一步优选的，电纺设备的工作参数为：针尖电压为18-22kv，接受极板电压为-1.5至-0.5kv，接受距离为18-22cm；更优选的，电纺设备的工作参数为：针尖电压为20kv，接受极板电压为-1kv，接受距离为20cm。合适的电纺设备的工作参数，有助于制得性能良好，且稳定的纳米纤维，有助于提高纳米纤维检测的灵敏度。优选的，利用电纺设备进行纺丝的过程中，所述电纺液的进样速率为0.2-0.8ml/h；进一步优选的，所述电纺液的进样速率为0.4-0.5ml/h。利用电纺设备进行纺丝的过程，除了电纺设备的工作参数外，其余操作过程属于常规技术。本发明的第三方面提供一种纳米纤维的应用。具体的，本发明所述纳米纤维在检测农药中的应用。优选的，所述农药包括有机磷物质或有机氯物质中的至少一种。优选的，所述应用的过程为：先用所述纳米纤维对待测样品进行净化处理，然后利用常规的检测方法对有机磷物质或有机氯物质进行检测。进一步优选的，将所述纳米纤维附于搅拌棒上，然后用搅拌棒对待测样品进行搅拌净化处理，吸附待测样品中的有机磷物质或有机氯物质，然后用洗脱剂洗脱得到净化后的含有机磷物质或有机氯物质的待检测液，最后利用常规检测方法检测待检测液中的有机磷物质或有机氯物质的含量。相对于现有技术，本发明的有益效果如下：(1)本发明利用醋酸纤维素和功能材料(功能材料含有酚羟基结构和羧基)所制得的纳米纤维对农药，特别是对有机磷物质(能检测出的有机磷物质的最低浓度为3.66μg/ml)、有机氯物质(能检测出的有机氯物质的最低浓度为1.15μg/ml)进行处理后，具有检测灵敏度高的特点。(2)本发明所述的纳米纤维对待检测的血清样品进行吸附净化处理后，可以消除或大大减小血清样品中其他杂质对有机磷物质、有机氯物质检测的干扰，大大提高了对有机磷物质、有机氯物质的检测灵敏度，而且，用本发明所述的纳米纤维对待检测的血清样品进行处理后，能同时检测出有机磷物质和有机氯物质，大大缩短了检测时间，提高了检测效率。(3)本发明所述纳米纤维制备过程中，加热搅拌的搅拌速度和电纺设备的工作参数对提高纳米纤维的检测灵敏度和稳定性具有促进作用。附图说明图1为实施例1制得的纳米纤维的sem(扫描电子显微镜)图。具体实施方式为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。以下所用电纺设备为市售的常规电纺设备(所用电纺设备可由北京富友马科技有限公司提供，型号为fm-1107型静电纺丝仪)。实施例1：纳米纤维的制备一种纳米纤维，制备纳米纤维的原料组分包括：0.3g醋酸纤维素、0.1g对羟基苯甲酸和3ml溶剂(溶剂由丙酮和n,n-二甲基甲酰胺按照体积比为2:1的比例组成)。上述纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：将醋酸纤维素、对羟基苯甲酸与溶剂混合，加热搅拌，加热搅拌的温度为100℃，加热搅拌的搅拌速度为1000转/分钟，加热搅拌的时间为1小时，制得电纺液，然后利用电纺设备进行纺丝，电纺设备的工作参数为：针尖电压为20kv，接受极板电压为-1kv，接受距离为20cm，电纺液的进样速率为0.5ml/h，制得纳米纤维。图1为实施例1制得的纳米纤维的sem图，从图1中可以看出本实施例1制得的纳米纤维呈纤维状。实施例2：纳米纤维的制备一种纳米纤维，制备纳米纤维的原料组分包括：0.2g醋酸纤维素、0.1g对羟基苯甲酸和3ml溶剂(溶剂由丙酮和n,n-二甲基甲酰胺按照体积比为1:1的比例组成)。上述纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：将醋酸纤维素、对羟基苯甲酸与溶剂混合，加热搅拌，加热搅拌的温度为105℃，加热搅拌的搅拌速度为1000转/分钟，加热搅拌的时间为1.5小时，制得电纺液，然后利用电纺设备进行纺丝，电纺设备的工作参数为：针尖电压为22kv，接受极板电压为-1.5kv，接受距离为18cm，电纺液的进样速率为0.4ml/h，制得纳米纤维。实施例3：纳米纤维的制备一种纳米纤维，制备纳米纤维的原料组分包括：0.4g醋酸纤维素、0.1g对羟基苯甲酸和4ml溶剂(溶剂由丙酮和n,n-二甲基甲酰胺按照体积比为2:1的比例组成)。上述纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：将醋酸纤维素、对羟基苯甲酸与溶剂混合，加热搅拌，加热搅拌的温度为95℃，加热搅拌的搅拌速度为1100转/分钟，加热搅拌的时间为1小时，制得电纺液，然后利用电纺设备进行纺丝，电纺设备的工作参数为：针尖电压为20kv，接受极板电压为-1kv，接受距离为22cm，电纺液的进样速率为0.5ml/h，制得纳米纤维。实施例4：纳米纤维的制备与实施例1相比，实施例4的区别仅在于，加热搅拌的温度为85℃，其余组分和制备方法与实施例1相同。实施例5：纳米纤维的制备与实施例2相比，实施例5的区别仅在于，加热搅拌的搅拌速度为500转/分钟，其余组分和制备方法与实施例2相同。实施例6：纳米纤维的制备与实施例3相比，实施例6的区别仅在于，电纺设备的工作参数为：针尖电压为28kv，接受极板电压为-3kv，接受距离为22cm，电纺液的进样速率为0.5ml/h，其余组分和制备方法与实施例3相同。实施例7：纳米纤维的制备与实施例3相比，实施例7的区别仅在于，电纺设备的工作参数为：针尖电压为13kv，接受极板电压为-1kv，接受距离为14cm，电纺液的进样速率为0.5ml/h，其余组分和制备方法与实施例3相同。实施例8：纳米纤维的制备与实施例1相比，实施例8中醋酸纤维素的用量为0.7g，其余组分和制备方法与实施例1相同。对比例1与实施例1相比，对比例1的区别仅在于用市售的一般的纤维素代替实施例1中的醋酸纤维素，其余组分和制备方法与实施例1相同(即对比例1中不使用醋酸纤维素)。对比例2与实施例1相比，对比例2的区别仅在于用0.1g苯酚和0.1g乙酸代替实施例1中的对羟基苯甲酸，其余组分和制备方法与实施例1相同。产品效果测试取实施例1-8以及对比例1-2制得的纳米纤维，将纳米纤维附于搅拌棒表面，然后取待检测血清样品(血清样品中含一系列浓度的有机磷物质(具体为敌敌畏)，例如从10.20μg/ml-10.50μg/ml)，用表面附有纳米纤维的搅拌棒搅拌待检测血清样品1小时，移开搅拌棒，放入洗脱剂(洗脱剂为含质量分数为0.3％乙酸乙酯的甲醇)中进行洗脱后得到待测样(本发明制得的纳米纤维对有机磷物质的吸附率接近100％)，再用常规方法检测有机磷物质(可按照文献“刘菁，邵华，许光，等，中毒事件中有机磷农药快速检测方法研究[j]，职业与健康，2010，26(008):845-847。”检测有机磷物质)，最后得知实施例与对比例能检测出的最低有机磷物质的浓度如表1所示。表1：检测结果能检测出的最低有机磷物质的浓度(μg/ml)实施例13.66实施例23.67实施例33.68实施例43.72实施例53.74实施例63.77实施例73.81实施例83.80对比例110.43对比例210.65从表1可以看出，利用实施例1-8制得的纳米纤维净化处理后的血清样品，再采用常规的有机磷物质的检测方法，能检测到的最低浓度为3.66-3.81μg/ml，而对比例1-2制得的纳米纤维净化处理后的血清样品，再采用常规的有机磷物质的检测方法，能检测到的最低浓度为10.43μg/ml和10.65μg/ml。说明，利用本发明制得的纳米纤维处理待测样品，有助于提高对有机磷物质的检测灵敏度。从本发明实施例1-3与实施例4-8的数据可以看出，本发明纳米纤维制备过程中的加热搅拌温度、加热搅拌速度、电纺设备的工作参数以及醋酸纤维素的用量对制得的纳米纤维在检测有机磷物质的过程中的灵敏度具有一定的影响。有机氯物质的检测方法，用本发明制得的纳米纤维净化处理血清样品后，然后采用常规的有机氯的检测方法检测(参考文献“梁洪军，陶桂全，纸色谱法测定食品中残留的有机氯农药[j]，东南国防医药，1995(2):15-17。”)，可检测出的有机氯物质的最低浓度为1.15μg/ml。如果未经本发明制得的纳米纤维净化处理血清样品，则可检测出的有机氯物质的最低浓度为1.72μg/ml。另外，同时配置含已知浓度的有机磷物质和有机氯物质的血清样品，用本发明的纳米纤维处理后，然后按照常规方法分别检测有机磷物质和有机氯物质，也能检测出有机磷物质和有机氯物质的浓度，极大的提高了检测效率。当前第1页12