微晶蒽固相萃取与光谱法联用分离富集环境中重金属离子的研究

摘要

科学技术的迅速发展、不同学科间的交叉渗透,既为分析科学的发展提供了先进的技术支持,也提出了更高的测定要求。痕量金属离子的分析测定是分析科学中一个重要的研究领域。由于环境样品中的待测元素含量极低或样品基质的干扰,即使使用高分辨率、高灵敏度的分析测试仪器也不能对环境水样中的痕量元素直接进行测定,在测定前都必须对样品中的目标物进行分离和预富集。固相萃取由于分离效果好、样品用量少、经济效益高、操作流程短等优点被认为是一种比较理想的样品预处理手段。本论文共包括五章,第一章系统总结了固相萃取技术的研究现状,并且对该技术在未来的发展趋势进行了展望,详细阐述了微晶蒽作为固相萃取剂的自身特性和优势;之后四章研究了以微晶蒽为吸附剂的新型萃取体系在分离富集测定环境水样中痕量钴(Ⅱ)、铜(Ⅱ)、锌(Ⅱ)、钼(Ⅵ)等重金属离子方面的应用,并对锌(Ⅱ)、钼(Ⅵ)被吸附时的热力学和动力学行为以及相关的吸附机理进行了探讨,具体内容如下:
　　 第二章建立了一种利用微晶蒽作为吸附剂富集测定环境水样中痕量Co(Ⅱ)的新方法。在一定条件下,Co(Ⅱ)与1-亚硝基-2-萘酚形成的螯合物分子被定量吸附于微晶蒽的表面,再采用6.0 mol·L-1HCl洗脱被富集的Co(Ⅱ),所得的洗脱液定容后进样至微波等离子焰炬-原子发射光谱仪(MPT-OES)中测定。这种方法已经成功用于环境水样中Co(Ⅱ)的分离与富集,回收率93.3％～106.9％,R.S.D小于2.8％,富集倍数可达200倍,准确度高、灵敏度好。
　　 第三章内容是利用负载1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN)的微晶蒽为固相萃取剂,建立了富集、测定环境水样中痕量Cu(Ⅱ)的新方法。当NaCl存在时,Cu(Ⅱ)与PAN可形成Cu(PAN)Cl中性分子,通过分子间作用力被微晶蒽吸附。优化实验条件,使Cu(Ⅱ)与常见金属离子Cd(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Hgq(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Al(Ⅲ)分离后用MPT-OES直接进行测定。该方法环境友好、操作简便、萃取效率高、分离效果好,已应用于实际样品中痕量Cu(Ⅱ)的分析测定。
　　 第四章内容是以负载8-羟基喹啉(Hox)的微晶蒽作为新型固相萃取剂分离富集环境样品中的痕量Zn(Ⅱ)。Zn(Ⅱ)与Hox生成的螯合物中性分子Zn(Ox)2能够被微晶蒽吸附,但由于Hox为广络性螯合剂,环境中的其他重金属离子也可能被富集。为了达到选择性测定Zn(Ⅱ)的目的,选择0.50 mol·L-1NaOH用作洗脱剂。在碱性条件下,由于Zn(Ⅱ)的两性性质,Zn(Ⅱ)以ZnO22-的形态被解吸,而其他重金属离子如Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)均形成氢氧化物沉淀,从而成功实现Zn(Ⅱ)与其他金属离子的选择性分离。本章对Zn(Ⅱ)在富集过程中的热力学和动力学吸附行为进行了初步探讨,并计算了其他重金属离子如Cu(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)在实验条件下与8-羟基喹啉的条件溶度积常数,说明优化实验条件后,该体系也可能用于上述离子的富集测定,显示出微晶蒽作为固相萃取剂在分离富集重金属离子方面的巨大潜力。
　　 第五章内容是利用负载8-羟基喹啉的微晶蒽为固相萃取剂分离富集环境水样中痕量钼(Ⅵ),再用MPT-OES测定钼(Ⅵ)的含量。本文首次使用微晶蒽对环境水样中痕量Mo(Ⅵ)进行分离与富集,并详细探讨了微晶蒽吸附Mo(Ⅵ)的相关机理、动力学和热力学过程,优化了实验条件。酸性条件下,Mo(Ⅵ)以MoO22+的形态与Hox生成电中性螯合物MoO2(Ox)2,该螯合物通过分子间作用力吸附于微晶蒽表面,Mo(Ⅵ)因而被富集。该方法分离效率高、吸附容量大、环境相对友好、简单易行,能够直接从大体积水样中分离富集痕量Mo(Ⅵ),设备简单,经济效益好,已成功应用于不同环境水样中痕量Mo(Ⅵ)的富集测定。