新型功能螯合纤维的制备及其在食品六价铬检测中的应用

摘要

人类物质生产活动日益加剧，由此引发的食品污染问题也变得愈来愈严峻，有害重金属是最危险的污染物质之一。因而对食物中重金属的含量进行检测并评估其安全性就非常必要。食品中重金属检测的基本特征主要是待检测样本数目庞大、检测阈值较低，所以建立一种检测成本底、灵敏度高、操作简便的检测方法对准确评价食品中重金属的污染程度和保障人体健康有非常重大的意义。
　　本文一方面介绍了食品中常见重金属的污染风险及其检测方法，并分析讨论了各种方法的适用领域，另一方面突出介绍了聚氨酯纤维的改性制备、合成条件优化及其对重金属的螯合作用，旨在建立分离富集柱-分光光度法联用检测食品中重金属新方法。本文以聚氨酯纤维作为母体与配体反应合成新型功能螯合纤维，并利用响应面技术优化其合成条件;研究了螯合纤维的吸附及解吸性能;筛选出对重金属具有高效特异性吸附性能的螯合纤维，结合分光光度法用于食品中重金属的分析检测。主要研究内容如下:
　　1.采用柠檬酸接枝聚氨酯(PU-CA)纤维作为母体进行化学改性，接上八种含有不同官能团的有机配体，再筛选出功能基转化率较高的四种螯合纤维AAPF、AHPF、AMIF和DAPF。用元素分析仪(EA)进一步探讨了溶剂的种类、合成温度、合成时间、配体与母体摩尔比四种影响因素对AAPF、AHPF、AMIF和DAPF功能基转化率的影响，并利用响应面优化AHPF、AMIF两种纤维的合成条件。在最佳合成条件下螯合纤维AAPF、AHPF、AMIF和DAPF的功能基转化率分别为68.71％、83.01％、71.63％、66.55％。用FT-IR分析螯合纤维的合成途径，推算出PU-CA纤维是通过其分子结构上的羧基功能团与有机杂环配体携带的氨基进行缩合反应。
　　2.研究了螯合纤维对食品中常见的六种重金属离子的吸附能力，又进一步筛选出了两种对Cr(Ⅵ)具有良好吸附能力的螯合纤维AHPF和AMIF，重点研究了其吸附与解吸过程。静态吸附和解吸实验表明:AHPF和AMIF对Cr(Ⅵ)均具备较好的选择性富集能力，最佳吸附pH分别均为5，吸附容量分别为196.2、201.5mg/g;5％硫脲和4％硫脲分别能够对吸附Cr(Ⅵ)的螯合纤维AHPF和AMIF完全洗脱。两种螯合纤维的动力学吸附过程和等温吸附过程分别符合二级反应动力学模型和Langmuir模型，说明这两种纤维是通过化学反应进行单分子层优惠吸附的。热力学结果表明，AHPF和AMIF纤维的吸附过程都是自发的吸热反应。吸附动力学和纤维的重复使用实验充分说明螯合纤维AHPF和AMIF具有较快的吸附速度和较好的再生使用能力。运用热重分析(TGA)和扫描电镜(SEM)对聚氨酯螯合纤维AMIF和AHPF进行表征，证明了螯合纤维对Cr(Ⅵ)的吸附，同时热重分析结果还表明，螯合纤维AMIF和AHPF具有较好的热稳定性。
　　3.建立了一种基于螯合纤维和紫外-可见分光光度法的联用技术来富集并测定食品中重金属含量的方法。此方法的优势在于分离效率高、抗干扰能力强、准确度高、分析成本低等。首先利用AMIF纤维在最佳条件下富集食品中的铬离子，然后通过紫外-可见分光光度法(UV)和电感耦合等离子光谱(ICP)两种方法同时进行检测。两种方法的测定结果基本一致，说明此方法提高了紫外-可见分光光度法的检测限，使其能够应用于食品中痕量元素的检测，降低了检测成本。

目录

摘要

第1章 引言

1．1 食品中重金属污染概述

1．1．1 食品中重金属来源

1．1．2 食品中重金属的危害

1．1．3 重金属对食品污染的特点

1．2 食品中痕量重金属的检测方法

1．2．1 原子吸收光谱法

1．1．2 紫外-可见分光光度法

1．2．3 原子荧光光谱法

1．2．4 原子发射光谱法

1．2．5 电感耦合等离子体质谱法

1．2．6 重金属检测联用分析技术

1．3 螯合纤维概述

1．4 聚氨酯简介及国内外研究现状

1．4 研究意义及研究内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 主要研究内容

第2章 新型聚氨酯螯合纤维的合成

2．1 引言

2．2 实验仪器以及材料

2．2．1 主要仪器装置

2．2．2 试剂与材料

2．3 实验方法

2．3．1 螯合纤维的合成

2．3．2 分析与表征

2．4 结果与讨论

2．4．1 螯合纤维合成条件的探讨

2．4．2 螯合纤维合成条件的响应面优化分析

2．4．3 响应因子的水平优化

2．4．4 试验验证及最佳合成条件的确定

2．4．5 红外光谱分析及螫合纤维结构鉴定

2．4．6 扫描式电镜分析

2．4．7 热重分析

2．5 本章小结

第3章 螯合纤维吸附性能的研究

3．1 实验仪器和材料

3．1．1 实验仪器

3．1．2 实验试剂和材料

3．2 实验方法

3．2．1 静态吸附实验

3．2．2 动态吸附试验

3．2 结果与讨论

3．2．1 pH对纤维静态吸附量的影响

3．2．2 吸附动力学

3．2．3 纤维的等温吸附与热力学吸附

3．2．4 静态解吸

3．2．5 初始浓度和流速对动态吸附的影响

3．2．6 动态解吸

3．3 纤维吸附重金属前后的表征实验

3．3．1 扫描电镜(SEM)分析

3．3．2 热重(TGA)分析

3．4 本章小结

第4章 螯合纤维在食品重金属富集检测中的应用

4．1 实验部分

4．1．1 实验仪器

4．1．2 实验试剂

4．1．3 样品预处理

4．1．4 预富集条件的确定

4．1．5 共存金属离子的影响

4．2 结果与讨论

4．2．1 预富集参数的选择

4．2．2 共存金属离子的影响

4．2．3 样品的预富集-分光光度法测定

4．3 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

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