1、本科毕业设计开题报告化学基于磁性分离富集的ICPAES法测定水中痕量重金属研究一、选题的背景与意义随着工农业生产的迅猛发展，废水排量增加，废水的卫生状况为社会大众所关注，有害金属元素是污水中重要的污染物之一。通常说的重金属污染主要指铅、锡、铬、汞、镉以及类金属砷等生物毒性显著的重金属。在水体中微量的重金属就能引起环境污染，某些重金属还可以在微生物的作用下转化为毒性更强的难降解金属化合物，在食物链的生物放大作用下，大量地富集，随食物进入人体。在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性
2、中毒等，对人类健康造成严重威胁。因此建立高灵敏度、高准确度的痕量重金属离子测定方法，在生态保护、人类健康等方面具有重要意义。由于水体中的金属离子含量是痕量甚至超痕量的，同时共存基体易造成光谱干扰，多数时候无法对其进行直接地检测。因此，必须借助各种各样的分离富集技术来提高分析检测方法的灵敏度和选择性。目前采用的分离富集技术大体上分为沉淀法、萃取法、离子交换法和新发展起来的分子印迹法。沉淀法操作简单、成本低，但是分离不彻底，不适合痕量及超痕量组分的分离。蒸发浓缩法耗时较长，易引起来自环境中的沾污问题，同时也不适用于废水、海水的分析。溶剂萃取法不仅要使用大量毒性有机溶剂、环境污染严重、而且成本较高、
3、测定精密度较差。近年来，将纳米材料用于吸附材料的研究日益增多，因为纳米粒子表面存在的羟基能够和某些阳离子结合，从而达到对金属离子或有机物产生吸附作用；另外，纳米粒子有很大的比表面积，表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性，易与其它原子相结合而趋于稳定，有很大的化学活性，具有高吸附容量、多元素同时吸附、能有效的吸附和洗脱、重现性好等特点，是痕量元素分析较为理想的分离富集材料。SULEIMAN等曾报道用纳米ZRO2固相微柱分离富集、电感耦合等离子体发射光谱法ICPOES测定了环境和生物样品中痕量MN、CU、CR、ZN、NI、CO）。磁性聚合物微球构建的磁分离技术已成为生物样品前处理中重要分离手段
4、，并未见其用于重金属分离分析。本课题初步计划采用共沉淀法制备FE3O4/ZRO2磁性微球，结合ZRO2对金属离子的强吸附力特点和FE3O4良好的磁感应性两者于一身，在外加磁场的定向控制下实现对痕量金属元素的分离富集，联合电感耦合等离子体发射光谱（ICPAES）多元素同时分析检测、元素之间相互干扰少、线性范围宽、灵敏度高等特点，实现环境样品中痕量重金属的快速、高效分离检测。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题制备磁性复合材料，进行标准品重金属离子分离检测，优化分离富集的条件，测量其稳定性、准确性，以期能用于实际环境中重金属监测。（1）锆铁磁性复合粒子的制备，采用共沉淀法、溶胶凝胶法合成单分散、尺
5、寸均一的锆铁磁性复合材料（如FE3O4/ZRO2）（100200NM）。（2）磁性复合材料的表征采用透射电子显微镜（TEM）、X射线粉末衍射（XRD）、X荧光等技术进行表征（3）以磁性FE3O4/ZRO2材料为吸附剂，用于富集痕量重金属，并采用ICPAES进行定量。（4）优化实验条件，如溶液PH、吸附时间和浓度、洗脱时间和浓度、干扰离子等。三、研究的方法与技术路线研究的方法（1）磁性复合材料的制备用共沉淀法、溶胶凝胶法合成单分散、尺寸均一的锆铁磁复合微球。（2）磁性材料结构表征采用透射电镜、X射线粉末衍射、X射线荧光光谱等获取磁性材料的构成（3）分离富集过程取一定量磁性复合材料置于大体积、低浓
6、度重金属离子溶液中吸附一定时间，在外加磁场下将吸附了重金属离子的磁性材料从介质中分离出来。再取小体积的洗脱剂搅拌一定时间，将金属离子充分洗脱后，去上清夜检测。（4）重金属离子含量测定检测上清液各元素的ICP响应信号，分析电流信号与所测的金属离子浓度的关系。技术路线四、研究的总体安排与进度20101101至20101225进行充分的文献调研和讨论，开展前期准备工作；完成开题阶段的相关工作。20101226到20110121依据实验方案，采用共沉淀法、溶胶凝胶法制备磁性纳米材料，并采用相关技术对其进行表征；测定纳米材料痕量重金属的吸附效果。20110215到20110331优化PH值、洗脱时间和浓
7、度、吸附时间等实验条件，并在最佳条件下进行实际样品检测。20110401到20110430处理实验数据，整理、总结研究成果，撰写毕业论文。20110501到20110522后期论文检查和修改；准备毕业答辩。五、主要参考文献1张坤,罗书水体重金属污染治理技术研究进展中国环境管理干部学院学报2010,20362642TAYYEBEHMADRAKIAN,MOHAMMADALIZOLGOL,MOHAMMADSOLGISOLIDPHASEEXTRACTIONMETHODFORPRECONCENTRATIONOFTRACEAMOUNTSOFSOMEMETALIONSINENVIRONMENTALSAMPL
8、ESUSINGSILICAGELMODIEDBY2,4,6TRIMORPHOLINO1,3,5TRIAZINJOURNALOFHAZARDOUSMATERIALSJ16020084684723CHENZONGBAO陈宗保，CAIENQIN蔡恩钦,LIULINHAI刘林海石墨炉原子吸收法测定废水中多种痕量金属JJOURNALOFSHANGRAONORMALUNIVERSITY上饶师范学院学报,2009,29663654艾有圣,伍三原子吸收光谱法对水样中部分金属离子的测定JJOURNALOFXIANGTANNORMALUNIVERSITYNATURALSCIENCEEDITION湘潭师范学院学报自
9、然科学版2009,31421235PEILIANG,YONGCHAOQIN,BINHU,TIANYOUPENG,ZUCHENGJIANGNANOMETERSIZETITANIUMDIOXIDEMICROCOLUMNONLINEPRECONCENTRATIONOFTRACEMETALSANDTHEIRDETERMINATIONBYFE3O4/ZRO2磁性材料的制备用磁性材料富集金属离子ICPAES检测其富集效果应用于实际样品检测磁性材料构成表征INDUCTIVELYCOUPLEDPLASMAATOMICEMISSIONSPECTROMETRYINWATERJANALYTICACHIMICAACT
10、A2001,4402072136CHAOZHANGHANG,BINHU,ZUCHENGJIANG,NANZHANGSIMULTANEOUSONLINEPRECONCENTRATIONANDDETERMINATIONOFTRACEMETALSINENVIRONMENTALSAMPLESUSINGAMODIEDNANOMETERSIZEDALUMINAPACKEDMICROCOLUMNBYOWINJECTIONCOMBINEDWITHICPOESJTALANTA712007123912457MARCOSABEZERRA,WALTERNLDOSSANTOS,VALFREDOALEMOS,MARIAD
11、ASGRACASAKORN,SRGIOLCFERREIRAONLINESYSTEMFORPRECONCENTRATIONANDDETERMINATIONOFMETALSINVEGETABLESBYINDUCTIVELYCOUPLEDPLASMAOPTICALEMISSIONSPECTROMETRYJJOURNALOFHAZARDOUSMATERIALS14820073343398袁道强,杨新玲,舒友琴毛细管电泳法测定不锈钢食具中的铅和镍J郑州工程学院学报,2001,22363699孔凡茂,杨秋菊,汪小荣,王雯纳米ZRO2对金属离子吸附行为的研究JSHANDONGCERAMIC山东陶瓷2007,
12、304161810CMALITESTA,MRGUASCITOHEAVYMETALDETERMINATIONBYBIOSENSORSBASEDONENZYMEIMMOBILISEDBYELECTROPOLYMERISATIONJBIOSENSORSANDBIOELECTRONICS2020051643164711WANGLI汪莉,NIYONGNIAN倪永年双电位极谱法同时测定铅和锡JJOURNALOFNANCHANGUNIVERSITYNATURALSCIENCE南昌大学学报理科版1999,231778012吕国良铋盐共沉淀分离富集火焰原子吸收法测定酱中的微量铅J化学分析计量,2008,0360
13、6113VALDERILDRESSLER,DIRCEPOZEBON,ADILSONJCURTIUSDETERMINATIONOFAG,TE,UANDAUINWATERSANDINBIOLOGICALSAMPLESBYFIICPMSFOLLOWINGONLINEPRECONCENTRATIONJANALYTICACHIMICAACTA438200123524414YONGWENLIU,XIJUNCHANG，DONGYANG，HIGHLYSELECTIVEDETERMINATIONOFINORGANICHGAFTERPRECONCENTRATIONWITHHGIMPRINTEDDIAZOAMINO
14、BZENEVINYLPYRIDINECOPOLYMERSJANALYTICACHIMICAACTA2005，538（L2）859115丁宗庆,吕丽丽,徐晖纳米材料在痕量重金属离子测定中的应用J环境监测管理与技术2009,212141716JUNYIN,ZUCHENGJIANG,GANGCHANG,BINHUSIMULTANEOUSONLINEPRECONCENTRATIONANDDETERMINATIONOFTRACEMETALSINENVIRONMENTALSAMPLESBYFLOWINJECTIONCOMBINEDWITHINDUCTIVELYCOUPLEDPLASMAMASSSPECTR
15、OMETRYUSINGANANOMETERSIZEDALUMINAPACKEDMICROCOLUMNJANALYTICACHIMICAACTA540200533333917DEMIRHANCITAK,MUSTAFATUZEN,MUSTAFASOYLAKSIMULTANEOUSCOPRECIPITATIONOFLEAD,COBALT,COPPER,CADMIUM,IRONANDNICKELINFOODSAMPLESWITHZIRCONIUMIVHYDROXIDEPRIORTOTHEIRFLAMEATOMICABSORPTIONSPECTROMETRICDETERMINATIONJFOODANDC
16、HEMICALTOXICOLOGY4720092302230718喻德忠,邹菁,艾军纳米二氧化锆对砷和砷的吸附性质研究J武汉化工学院学报2004,2631319JIBRINSABOSULEIMAN,BINHU,XULIPU,CHAOZHANGHUANG,ANDZUCHENGJIANGNANOMETERSIZEDZIRCONIUMDIOXIDEMICROCOLUMNSEPARATIONPRECONCENTRATIONOFTRACEMETALSANDTHEIRDETERMINATIONBYICPOESINENVIRONMENTALANDBIOLOGICALSAMPLESJMICROCHIMACTA
17、,200715937938520巫远招,徐维莲,侯建国,干宁,李天华基于FE3O4ZRO2磁性纳米颗粒选择性富集电感耦合等离子体发射光谱法检测蔬菜中痕量有机磷研究J农药学学报2010,122178184文献综述化学基于磁性分离富集的ICPAES法测定水中痕量重金属研究随着工农业生产的迅猛发展，废水排量增加，废水的卫生状况为社会大众所关注，重金属是污水中重要的污染物之一。重金属一般是指比重大于4或5的金属，约有45种，如铜、锌、铅、镉、铁、锰、钾、钠、钙、镁、铬、汞、砷、镍等。通常说的重金属污染主要来自铅、锡、铬、汞、镉以及类金属砷等生物毒性显著的重金属，它们在自然界中含量很低时就能引起环境污染
18、。另外，排放到环境中的有毒重金属离子难以被微生物降解，可长期潜伏在土壤中并随食物链进入植物体、动物体乃至人体，对环境和人类健康造成严重威胁1。因此，对环境中重金属含量进行精确测定分析，成为环境科研工作者所面临的首要任务。目前，环境中痕量重金属的检测手段主要有原子吸收法24、原子发射法58、原子荧光光谱法9、分光光度法10和电化学分析11等方法。MADRAKIAN4等人运用岛津670型号的火焰原子吸收光谱仪测定了湖水、尿液、苹果树叶中的NI2、CO2、CD2和ZN2的含量。采用固相萃取技术富集样品中的痕量金属，并探讨了PH、吸附剂量、洗脱流速和浓度等影响因素，检测限范围为020030G/L，线性
19、范围为051250G/L，相对标准偏差小于3。原子吸收光谱法具有灵敏度高、选择性好、准确度高、适用范围广、干扰少和易于消除的特点，但是该法在测定不同的元素时需要换不同的元素灯，不利于多种元素的同时测定，对于复杂试样，干扰比较严重，操作复杂。曾晓丹9等人采用微波消解双通道原子荧光光谱法测定女贞子中重金属AS、HG的含量。在最佳试验条件下，砷、汞的检出限分别为1040和0019NG/ML，回收率分别为90849143、1075810984。但是原子荧光光谱法的应用范围还不够广泛，因为包括金属在内的许多物质本身不会产生荧光而要加入某种试剂才能达到荧光分析的目的。张春盛10等用紫外分光光度法测定西洋参
20、、人参、枸杞、甘草、川贝母、丹参6种植物药及蜈蚣、僵蚕2种动物药中重金属的含量。在对照品重金属铅质量浓度为0050G/ML范围内与吸光度线性关系良好，R09977，平均加样回收率为9949，RSD为109N6。紫外可见分光光度法操作简单，快速，但该法也存在一定的局限性，如干扰因素较多，选择性较差，对于没有紫外吸收的元素不能直接检测。与其他方法相比，ICPAES具有分析速度快，干扰低，时间分布稳定，线性范围宽，同时或顺序测定多种金属元素的优点，能够高温金属元素进行快速分析。MARCOSABEZERRA7等采用固相萃取技术富集蔬菜消解样中的痕量CD、CU、CR、NI和PB，并用电感耦合等离子体发射
21、光谱ICPOES法同时对各元素进行定量分析，检出限分别002CD、023CU、058CR、0060NI和054PBG/L。胡斌8等人以AL2O3作为吸附剂，采用流动注射在线富集地质和环境样品中的痕量AG、PD、AU、GA、IN和NB，用ICPOES同时测定各元素含量，检出限分别为012、044、027、019、054和018G/L，相对标准偏差分别为16、23、45、16、19和17N7，C50NG/ML。环境样品中重金属离子常以痕量甚至超痕量形式存在，同时共存基体也容易造成背景干扰，多数时候无法对其进行直接地检测。因此，需经过样品预处理、富集、分离、净化等过程后再进入分析仪器检测，以提高分析
22、检测方法的灵敏度和选择性。目前采用的分离富集方法的种类很多，大致可分为沉淀法、萃取法、离子交换法和新发展起来的分子印迹法。吕国良12在碱性条件下，加入铋盐与PB2形成沉淀从溶液中分离出来，经HCL溶解后直接用原子吸收法测定，该法操作简单、成本低，但是分离不彻底，不适合痕量及超痕量组分的分离。DRESSLER13等人曾报道以DDTP为络合剂，用C18固定二氧化硅微型柱萃取水样及生物样品中的AG、TE、U和AU，用甲醇洗脱，FIICPMS检测，该法需用大量毒性有机溶剂，成本较高，操作复杂。刘永文14等采用包埋法合成了汞II印迹聚合物，建立了汞II的分离富集方法并用于自来水、河水和海水中汞II的测定
23、，检出限为005G/L，加标回收率在95以上。虽然分子印迹技术有高度的专一识别功能、稳定性好，但由于需合成被印迹分子衍生物，而有些化合物的分子无法进行衍生化，使该项技术受到限制。纳米材料是一种新兴功能材料，具有一系列新异的物理化学特性，具备一些优于传统材料的特殊性能。随着粒径的减小，表面原子数迅速增大，表面积和表面结合能也随之增大，其表面原子周围缺少相邻原子，具有不饱和性，易与其他原子或离子相结合而稳定下来，有很大的化学活性。因而纳米材料对许多原子及离子具有很强的吸附能力，是进行痕量、超痕量分析较为理想的分离富集材料，富集倍数较传统的富集技术大大提高15。近年来，将纳米材料用于吸附材料的研究日
24、益增多，因为其具有高吸附容量、多元素同时吸附、能有效的吸附和洗脱、重现性好等特点。JUNYIN16等人采用纳米AL2O3微柱同时在线富集，流动注射FI联合ICPMS测定环境样品中的痕量金属，得出纳米AL2O3对V、CR、MN、CO、NI、CU、ZN、CD和PB的吸附容量分别为117、136、157、95、122、133、171、177和175MG/G。DEMIRHANCITAK17等在溶液PH8时，用氢氧化锆采取共沉淀法成功地同时富集食品中的铅、钴、铜、镉、铁、镍金属离子，回收率高达95100，检出限保持在027250G/L之间。喻德忠18等采用溶胶凝胶法合成ZRO2，并研究了ZRO2对AS和
25、AS的吸附行为。SULEIMAN19等用纳米ZRO2固相微柱分离富集、电感耦合等离子体发射光谱法ICPOES测定了环境和生物样品中痕量MN、CU、CR、ZN、NI、CO），检测限分别为12、58、24、2、7和36NG/L。近几年来，磁性聚合物微粒构建的磁分离技术已成为前处理中重要的分离手段，磁性聚合物微粒是一种由磁性材料和非磁性聚合物材料复合而成的新型功能微球，其中磁性成分主要是铁、钴、镍，或者它们的氧化物以及合金等；非磁性聚合物材料可以是合成聚合物或天然聚合物，也可以是无机聚合物如二氧化硅、二氧化锆等。因此，磁性聚合物微球一方面具有非磁性组分材料的自身特点，如二氧化钛对金属离子的吸附性及光
26、催化性。另一方面由于它具有超顺磁性可以很方便地在外加磁场作用下从介质中分离出来，可被广泛地应用作分离材料和载体。在磁性材料表面包覆金属氧化物，可以在实现富集的同时，使得操作更为简便有效。巫远招20等人曾用共沉淀法制备磁性纳米微粒FE3O4核/ZRO2壳，并用于痕量有机磷的选择性富集，富集倍数高达20100，检测限为44G/L，样品回收率达到99115，被应用于蔬菜表面有机磷农药残留的分离与测定。本文基于磁性复合材料的平台，联合电感耦合等离子体发射光谱ICPAES多元素同时分析检测、元素之间相互干扰少、线性范围宽、灵敏度高等特点，建立应用于实际环境样品中痕量、超痕量重金属的纳米材料分离预富集与分
27、析仪器检测方法联用的重金属检测方法，拓展环境分析化学新的领域，为环境污染控制学和环境污染化学及环境生态学等环境科学领域的研究提供科学可靠的依据。参考文献1张坤,罗书水体重金属污染治理技术研究进展中国环境管理干部学院学报2010,20362642TAYYEBEHMADRAKIAN,MOHAMMADALIZOLGOL,MOHAMMADSOLGISOLIDPHASEEXTRACTIONMETHODFORPRECONCENTRATIONOFTRACEAMOUNTSOFSOMEMETALIONSINENVIRONMENTALSAMPLESUSINGSILICAGELMODIEDBY2,4,6TRIMOR
28、PHOLINO1,3,5TRIAZINJJOURNALOFHAZARDOUSMATERIALS16020084684723CHENZONGBAO陈宗保，CAIENQIN蔡恩钦,LIULINHAI刘林海石墨炉原子吸收法测定废水中多种痕量金属JJOURNALOFSHANGRAONORMALUNIVERSITY上饶师范学院学报,2009,29663654TAYYEBEHMADRAKIAN,MOHAMMADALIZOLGOL,MOHAMMADSOLGISOLIDPHASEEXTRACTIONMETHODFORPRECONCENTRATIONOFTRACEAMOUNTSOFSOMEMETALIONSIN
29、ENVIRONMENTALSAMPLESUSINGSILICAGELMODIEDBY2,4,6TRIMORPHOLINO1,3,5TRIAZINJJOURNALOFHAZARDOUSMATERIALS,2008,1604684725PEILIANG,YONGCHAOQIN,BINHU,TIANYOUPENG,ZUCHENGJIANGNANOMETERSIZETITANIUMDIOXIDEMICROCOLUMNONLINEPRECONCENTRATIONOFTRACEMETALSANDTHEIRDETERMINATIONBYINDUCTIVELYCOUPLEDPLASMAATOMICEMISSI
30、ONSPECTROMETRYINWATERJANALYTICACHIMICAACTA2001,4402072136MARCOSABEZERRA,WALTERNLDOSSANTOS,VALFREDOALEMOS,MARIADASGRACASAKORN,SRGIOLCFERREIRAONLINESYSTEMFORPRECONCENTRATIONANDDETERMINATIONOFMETALSINVEGETABLESBYINDUCTIVELYCOUPLEDPLASMAOPTICALEMISSIONSPECTROMETRYJJOURNALOFHAZARDOUSMATERIALS148200733433
31、97MABEZERRA,WNLDOSSANTOS,VALEMOS,MGAKORN,SLCFERREIRAONLINESYSTEMFORPRECONCENTRATIONANDDETERMINATIONOFMETALSINVEGETABLESBYINDUCTIVELYCOUPLEDPLASMAOPTICALEMISSIONSPECTROMETRYJJOURNALOFHAZARDOUSMATERIALS,2007,1483343398CHAOZHANGHANG,BINHU,ZUCHENGJIANG,NANZHANGSIMULTANEOUSONLINEPRECONCENTRATIONANDDETERM
32、INATIONOFTRACEMETALSINENVIRONMENTALSAMPLESUSINGAMODIEDNANOMETERSIZEDALUMINAPACKEDMICROCOLUMNBYOWINJECTIONCOMBINEDWITHICPOESTALANTA,2007,71123912459曾晓丹,金华,常娜微波消解原子荧光光谱法测定女贞子中重金属元素含量J安徽农业科学,2010,3832181421814310张春盛,吴舜芳,林炳国,任剑雄西洋参等8种中药的重金属检测J药物鉴定2009,1817202110CMALITESTA,MRGUASCITOHEAVYMETALDETERMINATI
33、ONBYBIOSENSORSBASEDONENZYMEIMMOBILISEDBYELECTROPOLYMERISATIONJBIOSENSORSANDBIOELECTRONICS2020051643164711WANGLI汪莉,NIYONGNIAN倪永年双电位极谱法同时测定铅和锡JJOURNALOFNANCHANGUNIVERSITYNATURALSCIENCE南昌大学学报理科版1999,231778012吕国良铋盐共沉淀分离富集火焰原子吸收法测定酱中的微量铅J化学分析计量,2008,03606113VALDERILDRESSLER,DIRCEPOZEBON,ADILSONJCURTIUSDE
34、TERMINATIONOFAG,TE,UANDAUINWATERSANDINBIOLOGICALSAMPLESBYFIICPMSFOLLOWINGONLINEPRECONCENTRATIONJANALYTICACHIMICAACTA438200123524414YONGWENLIU,XIJUNCHANG，DONGYANG，HIGHLYSELECTIVEDETERMINATIONOFINORGANICHGAFTERPRECONCENTRATIONWITHHGIMPRINTEDDIAZOAMINOBZENEVINYLPYRIDINECOPOLYMERSJANALYTICACHIMICAACTA20
35、05，538（L2）859115丁宗庆,吕丽丽,徐晖纳米材料在痕量重金属离子测定中的应用J环境监测管理与技术2009,212141716JUNYIN,ZUCHENGJIANG,GANGCHANG,BINHUSIMULTANEOUSONLINEPRECONCENTRATIONANDDETERMINATIONOFTRACEMETALSINENVIRONMENTALSAMPLESBYFLOWINJECTIONCOMBINEDWITHINDUCTIVELYCOUPLEDPLASMAMASSSPECTROMETRYUSINGANANOMETERSIZEDALUMINAPACKEDMICROCOLUMNJ
36、ANALYTICACHIMICAACTA540200533333917DEMIRHANCITAK,MUSTAFATUZEN,MUSTAFASOYLAKSIMULTANEOUSCOPRECIPITATIONOFLEAD,COBALT,COPPER,CADMIUM,IRONANDNICKELINFOODSAMPLESWITHZIRCONIUMIVHYDROXIDEPRIORTOTHEIRFLAMEATOMICABSORPTIONSPECTROMETRICDETERMINATIONJFOODANDCHEMICALTOXICOLOGY4720092302230718喻德忠,邹菁,艾军纳米二氧化锆对砷和
37、砷的吸附性质研究J武汉化工学院学报2004,2631319JIBRINSABOSULEIMAN,BINHU,XULIPU,CHAOZHANGHUANG,ANDZUCHENGJIANGNANOMETERSIZEDZIRCONIUMDIOXIDEMICROCOLUMNSEPARATIONPRECONCENTRATIONOFTRACEMETALSANDTHEIRDETERMINATIONBYICPOESINENVIRONMENTALANDBIOLOGICALSAMPLESJMICROCHIMACTA,200715937938520巫远招,徐维莲,侯建国,干宁,李天华基于FE3O4ZRO2磁性纳米颗粒
38、选择性富集电感耦合等离子体发射光谱法检测蔬菜中痕量有机磷研究J农药学学报2010,122178184（20届）本科毕业设计基于磁性分离富集的ICPAES法测定水中痕量重金属研究摘要【摘要】为了对水体中痕量PB、CD、CR、NI进行快速准确分析，利用一种新型磁性纳米微粒FE3O4核/ZRO2壳以FE3O4/ZRO2表示，富集水相中的金属离子并在外加磁场下分离，用盐酸洗脱，采用电感耦合等离子体发射光谱ICPAES测定洗脱液中的PB、CD、CR、NI的新方法。考察了溶液PH值、吸附时间、洗脱时间、浓度和共存离子等因素对分析物分离富集的影响。本法对PB、CD、CR、NI的检出限3分别为135NG/ML
39、、101NG/ML、294NG/ML和331NG/ML。该方法简单易操作、精密度高，用于各类水体中金属离子的检测，效果良好。【关键词】FE3O4/ZRO2复合材料；磁性分离富集；痕量重金属；电感耦合等离子体发射光谱。DETERMINATIONOFTRACEMETALINWATERBYINDUCTIVELYCOUPLEDPLASMAATOMICEMISSIONSPECTROMETRYBASEDONMAGNETICENRICHMENTABSTRACT【ABSTRACT】ANEWMETHODHASBEENESTABLISHEDFORTHESIMULTANEOUSPREENRICHMENTOFTRAC
40、EMETALSPB,CD,CRANDNIPRIORTOTHEIRDETERMINATIONSBYINDUCTIVELYCOUPLEDPLASMAATOMICEMISSIONSPECTROMETRYICPAESINWATERSAMPLESBASEONMAGNETICNANOFE3O4CORE/ZRO2SHELLFE3O4/ZRO2THEFACTORSAFFECTINGTHESEPARATIONANDPREENRICHMENTOFANALYTESSUCHASPH,ABSORPTIONTIME,ELUTIONTIMEANDCONCENTRATION,INTERFERINGIONSWERESTUDIE
41、DTHEDETECTIONLIMITSOFTHEMETHOD3WERE135NG/ML,101NG/ML,294NG/MLAND331MG/L,RESPECTIVELYTHERESULTSSHOWTHATTHISMETHODWASSIMPLE,ACCURATE,SENSITIVEANDCOULDBEAPPLIEDFORTHEPREENRICHMENTSEPARATIONANDDETERMINATIONOFTRACEMETALSINALLKINDSOFWATERSAMPLES【KEYWORDS】FE3O4/ZRO2MATERIALMAGNETICSEPARATIONANDCONCENTRATIO
42、NTRACEMETALSINDUCTIVELYCOUPLEDPLASMAATOMICEMISSIONSPECTROMETRY目录摘要12ABSTRACT131前言1511概述1512重金属的检测方法1513重金属的富集方法1714纳米材料及纳米复合材料在重金属检测中的应用1815本论文的工作内容和优点192实验部分1921主要仪器与试剂1922分析条件2023FE3O4/ZRO2磁性复合材料的合成和表征2024实验步骤213结果和讨论2231FE3O4/ZRO2的富集效应2232吸附介质PH值的影响2333吸附时间的影响2434洗脱液浓度的影响2435洗脱时间的影响2436共存离子的影响253
43、7吸附容量2538检出限和精密度2539实际样品的检测264结论28参考文献29致谢311前言11概述重金属一般是指比重大于4或5的金属，约有45种，如铜、锌、铅、镉、铁、锰、钾、钠、钙、镁、铬、汞、砷、镍等，虽然有些是人体必须的微量元素，如锰、铜、锌，但其浓度一旦超过一定量却对人体有毒，是一类具有潜在危害的污染物。通常说的重金属污染主要指铅、锡、铬、汞、镉以及类金属砷等生物毒性显著的重金属造成的环境污染。水体中的重金属主要来源有两部分自然源和人为污染源。自然源主要是岩石风化的碎屑，通过自然途径进入水体中的重金属一般不会对水体造成污染；人为污染源主要来自矿山开采、农药化肥、金属冶炼、不合理排放
44、的工业废水以及生活垃圾等。重金属在水体中只要有微量的浓度即可引起环境污染，某些重金属还可以在微生物的作用下转化为毒性更强的难降解金属化合物，在食物链的生物放大作用下可以大量地富集，由各种途径进入人体中1。重金属在人体内能和一些分子如蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人类健康造成严重威胁2。12重金属的检测方法重金属的分析方法经历了从传统分析方法到仪器分析方法的发展过程。目前，用于环境中痕量重金属的检测手段主要有原子吸收法、原子荧光法、分光光度法、电化学分析和原子发射法等。TA
45、YYEBEHMADRAKIAN3等人运用岛津670型号的火焰原子吸收光谱仪测定了湖水、尿液、苹果树叶中的NI2、CO2、CD2和ZN2的含量。采用固相萃取技术富集样品中的痕量金属，并探讨了PH、吸附剂量、洗脱流速和浓度等影响因素，检测限范围为020030G/L，线性范围为051250G/L，相对标准偏差小于3。陈宗保4等人用石墨炉原子吸收光谱法对废水中CU、ZN、CD、AS、CR、PB6种金属元素含量进行分析测定，方法的检出限均小于0075G/ML，相对标准偏差不大于221，加标回收率为941992。原子吸收光谱法具有灵敏度高、选择性好、准确度高、适用范围广、干扰少和易于消除的特点。但该法的不
46、足之处在于测定不同的元素，需要换不同的元素灯，不利于多种元素的同时测定，有一些元素的测定灵敏度还不能令人满意。对于复杂试样，操作繁琐，干扰比较严重。翟毓秀5等人应用AFS2201型双道原子荧光光谱仪进行了氢化物发生原子荧光法测定食品和饲料中的铅。采用高氯酸做介质，并对各种最佳分析条件进行了探讨，检出限为03G/L，线性范围为100500G/L，回收率为8798。曾晓丹6等人采用微波消解双通道原子荧光光谱法测定女贞子中重金属AS、HG的含量。在最佳试验条件下，砷、汞的检出限分别为1040和0019NG/ML，回收率分别为90849143、1075810984。原子荧光光谱法的优点是选择性强、灵敏
47、度高、试样少和方法简单，但是原子荧光光谱法的应用范围还不够广泛，许多物质本身不会产生荧光，需要加入某种试剂才能达到荧光分析的目的。张春盛7等用紫外分光光度法测定西洋参、人参、枸杞、甘草、川贝母、丹参6种植物药及蜈蚣、僵蚕2种动物药中重金属的含量。在对照品重金属铅浓度为0050G/ML范围内与吸光度线性关系良好，R09977，平均加样回收率为9949，RSD为109N6。本法具有灵敏度高、精确度高、仪器简便、快速等优点。但也存在一定的局限性，如干扰因素较多，选择性较差，分析物质通常必须用其他方法将其转变为吸光物质，操作往往较麻烦，有时也会带来附带物的干扰。储海虹8等人利用线性扫描伏安法对CR6、
48、CD2、CU2、PB2、NI2离子的电化学行为进行研究，发现在苯胺类络合剂C2H5OHNH4AC体系中，在0112VVSSCE电位范围内，5种离子均能出现良好的络合吸附还原峰，其峰电流与浓度间均有良好的线性关系。测定线性范围为00017067CR6、000170117CD2、0008358CU2、0083125PB2和017150NI2G/ML，RSD分别为57、13、14、25和16。由于检测水环境重金属的发展方向为现场、快速、实时、在线、连续和自动化测量，微型化、集成化和便携化的传感器得到广泛应用。赵会欣9等研制了一种基于汞膜玻碳圆盘电极的电化学传感器，用于检测水环境中痕量重金属的浓度。采
49、用该传感器得到锌、镉、铅和铜的检出限分别为20G/L、19G/L、08G/L和07G/L。CMALITESTA10等采用葡萄糖氧化酶生物传感器，利用重金属对葡萄糖氧化酶的抑制作用，来检测环境中微量的CU2和HG2浓度。与上述几种方法相比，电感耦合等离子体发射光谱法ICPAES具有分析速度快、灵敏度高、线性范围宽、干扰低、同时或顺序测定多种金属元素的优点。MARCOSABEZERRA11等人采用固相萃取技术富集蔬菜消解样中的痕量CD、CU、CR、NI和PB，并用电感耦合等离子体发射光谱ICPOES法同时对各元素进行定量分析，检出限分别002CD、023CU、058CR、0060NI和054PBG/L。胡斌12等人以AL2O3作为吸附剂，采用流动注射在线富集地质和环境样品中的痕量AG、PD、AU、GA、IN和NB，用ICPOES同时测定各元素含量，检出限分别为012、044、027、019、054和018G/L，相对标准偏差分别为16、23、45、16、19和17N7，浓度为50NG/ML。粱沛13等人采用纳米TIO2作为固相萃取剂同步富集痕量CU，MN，CR，NI，研究了PH、样品流速和体积、洗
