水中低浓度溶解态铝和胶体态铝的分离测定方法

摘要

水中低浓度溶解态铝和胶体态铝的分离测定方法，属于水处理技术领域。为解决目前无法分离测定水中低浓度溶解态铝和胶体态铝的问题，本发明提供一种水中低浓度溶解态铝和胶体态铝的分离测定方法，首先将待测水样用滤膜过滤除去悬浮态铝，并测定过滤后的总铝浓度。采用凝胶层析柱并利用校准铝溶液来确定凝胶柱分离操作条件。此过程中定时取样测定铝浓度，通过调节加样量和洗脱速度使代表溶解态铝和胶体态铝的峰分开。按照此条件对滤膜过滤后水样进行层析分离，收集第一个峰对应的流出液，测定其铝浓度并换算得到原水样中的胶体态铝浓度。过滤后水样的总铝浓度与胶体态铝浓度的差值即为溶解态铝浓度。该方法操作方便，重现性好，分析时间较短。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用凝胶色谱分离和测定水中低浓度溶解态铝和胶体态铝的方法，属于水处理技术领域。

背景技术

铝在水中的形态非常复杂。铝形态根据其在水中的分散方式可分为悬浮态铝、胶体态铝和溶解态铝。铝对动植物的生长和人体健康的影响日益受到关注与重视。铝的生物毒性与其形态密切相关，一般认为溶解态铝的毒性较强。水中铝形态的分离与测定方法很多，如各种各样的色谱、²⁷Al NMR、超滤、渗析等。水中较高浓度的溶解态铝与胶体态铝(如聚合铝混凝剂中的铝)，可采用比色方法如Al-Ferron逐时络合比色法进行区分。目前我国饮用水标准中规定铝含量不能超过0.2mg/L，Al-Ferron逐时络合比色法由于检测限(＞0.2mg/L)较高不能用于饮用水及其它水中低浓度(铝含量≤0.2mg/L)溶解态和胶体态铝的分析测定。

目前国内外尚没有用于分离测定水中低浓度溶解态铝和胶体态铝的方法。

发明内容

本发明的目的在于解决目前无法分离测定水中低浓度溶解态铝和胶体态铝的问题，提供一种水中低浓度溶解态铝和胶体态铝的分离测定方法。

本发明的技术方案如下：

水中低浓度溶解态铝和胶体态铝的分离测定方法，其特征在于，该方法利用凝胶色谱分离和测定水中低浓度溶解态铝和胶体态铝，包括如下步骤：

1)采用滤膜过滤去除待测水样中含有的悬浮态铝，加酸消解后测定并得到过滤后水样的总铝浓度C_t；

2)采用凝胶装柱得到凝胶层析柱，并利用含有溶解态铝和胶体态铝的总铝浓度＞0.2mg/L的校准铝溶液来确定所述凝胶层析柱分离溶解态铝和胶体态铝的条件，具体包括以下几个子步骤：

首先调节去离子水的pH值，使其与校准铝溶液的pH值相同，用此去离子水将校准铝溶液稀释至一个小于等于0.2mg/L的浓度值，并用此去离子水作为洗脱液；

然后，在所述凝胶层析柱中，用所述洗脱液对稀释后的校准铝溶液进行层析，在0.1-10mL范围内调节加样量，并同时在0.1-5mL/min范围调整洗脱速度，定时取样测定流出液的铝浓度，并以铝浓度和流出液体积做图，使图中代表溶解态铝和胶体态铝的峰分开，从而得到分离所需的加样量和洗脱速度条件；

3)按照上述确定的分离操作条件对滤膜过滤后水样进行层析分离，收集上述铝浓度和流出液体积关系图中第一个峰对应的流出液，将流出液混合均匀后测定其铝浓度并换算得到原水样中的胶体态铝浓度C_c，利用公式C_s＝C_t-C_c得到溶解态铝浓度C_s。

本发明所述凝胶层析柱的柱内径为5-50mm，高为200-1000mm，所用凝胶的分离范围以球蛋白分子量表示为500-1000。

本发明所述凝胶为葡聚糖凝胶或聚丙烯酰胺凝胶，所用凝胶质量为50-800g。

发明所述校准铝溶液是聚合氯化铝溶液，或聚合硫酸铝溶液，或Al₁₃标准物质与铝盐溶液的混合液。

本发明的积极效果在于提供了一种可用于测定水中低浓度(≤0.2mg/L)溶解态铝和胶体态铝的测定分析方法，具有操作方便，重现性好，灵敏度高，分析时间较短的优点。

具体实施方式

本发明的具体实施方式描述如下：

1)待测水样处理、总铝(溶解态铝与胶体态铝之和)浓度测定及凝胶层析柱的准备

按已有方法进行。采用滤膜过滤去除待测水样中含有的悬浮态铝，加酸消解后测定并得到过滤后水样的总铝浓度C_t。取50-800g凝胶(可采用葡聚糖凝胶或聚丙烯酰胺凝胶)，首先在水中膨化、纯化和脱气，然后装柱(内径为5-50mm)，并用洗脱液对层析柱预洗。

2)分离操作条件的确定

利用含有溶解态铝和胶体态铝(通过Al-Ferron逐时络合比色法测定，其中的Al_a为溶解态铝，Al_b和Al_c为胶体态铝)的校准铝溶液(总铝浓度＞0.2mg/L，溶解态铝与胶体态铝的比例不做限定)来确定溶解态铝和胶体态铝的分离操作条件。调节去离子水的pH值，使其与校准铝溶液的pH值相同。用此去离子水将校准铝溶液稀释至低浓度(≤0.2mg/L)，并用此去离子水作为洗脱液，以保证样品中的铝形态在稀释和洗脱过程中不发生变化。

在所述凝胶层析柱中，用所述洗脱液对稀释后的校准铝溶液进行层析，在0.1-10mL范围内调节加样量，并同时在0.1-5mL/min范围调整洗脱速度，定时取样通过等离子发射光谱ICP测定流出液的铝浓度，并以铝浓度和流出液体积做图，使图中代表溶解态铝和胶体态铝的峰分开，从而得到分离所需的加样量和洗脱速度条件；

3)待测水样中溶解态铝和胶体态铝浓度的测定

按2)中确定的分离操作条件对1)中过滤后水样进行层析分离，收集铝浓度和流出液体积关系图中第一个峰对应的流出液，将流出液混合均匀后，采用ICP测定其铝浓度，并换算得到原水样中的胶体态铝浓度C_c。溶解态铝浓度C_s＝C_t-C_c。

下面举两个实施例来说明本发明，但本发明所述方法并不限定于此实施例。

实施例1：水处理过程中混凝沉淀出水的溶解态铝和胶体态铝的分析测定方案。

1、将待测水样用孔径为0.45μm的滤膜过滤后待用。

2、取5ml过滤后水样，加入1+4硝酸1.5mL，加热至沸腾并持续1min，冷却后定容至25mL。利用ICP测得其中的铝浓度为0.0466mg/L，换算得到待测水样的C_t为0.233mg/L。

3、取50g葡聚糖凝胶(型号为G10，球蛋白分离范围＜700)，置于500mL去离子水中膨化24h。然后反复漂洗，倾泻去除表面的杂质和不均一的细小凝胶颗粒。再通过抽气和加热煮沸的方法排除气泡。脱气后将凝胶装入内径为5mm，长600mm的层析柱中。填装后的凝胶柱应均匀、无纹路、无气泡。最后用500mL洗脱液以1mL/min的速度走柱子。完成后待用。

用铝浓度为5g/L、溶解态铝和胶体态铝分别为8.2％和91.8％的聚合氯化铝溶液来确定溶解态铝和胶体态铝的分离条件。采用pH为4的去离子水(用HNO₃调节)将聚合氯化铝溶液稀释至0.2mg/L，并以此去离子水作为洗脱液。在所述凝胶层析柱中，用所述洗脱液对稀释后的聚合氯化铝溶液进行层析，层析时，通过改变加样量和洗脱速度，每2min取样通过ICP测定铝浓度。以铝浓度和流出液体积做图，最终确定当0.2mg/L聚合氯化铝溶液的加样量为0.1mL，洗脱速度为1mL/min时，图中发现存在两个峰，其中一个位于40-60mL，另一个位于60-90mL，两个峰的铝含量之比为11∶1，从而得到分离操作条件。

4、按3中确定条件对1中过滤后水样进行层析分离，收集体积从40-60mL的流出液，混合均匀后测定其铝浓度为0.0228mg/L，并换算得到原水样中的C_c为0.1824mg/L。根据C_s＝C_t-C_c，可得C_s为0.0506mg/L。

实施例2：天然水体中溶解态铝和胶体态铝的分析测定方案。

1、待测水样用孔径为0.45μm的滤膜过滤后待用。

2、取5ml过滤后水样，加入1+4硝酸1.5mL，加热至沸腾并持续1min，冷却后定容至25mL。利用ICP测得其中的铝浓度为0.0277mg/L，换算得到待测水样的C_t为0.1385mg/L。

3、取800g聚丙烯酰胺凝胶(球蛋白分离范围＜1000)，置于2000mL去离子水中膨化24h。然后反复漂洗，倾泻去除表面的杂质和不均一的细小凝胶颗粒。再通过抽气和加热煮沸的方法排除气泡。脱气后将凝胶装入内径为50mm，长1000mm的层析柱中。填装后的凝胶柱应均匀、无纹路、无气泡。最后用2000mL洗脱液以5mL/min的速度走柱子。完成后待用。

4、用铝浓度为0.4mg/L、溶解态铝和胶体态铝分别为81.2％和18.8％的聚合硫酸铝溶液来确定溶解态铝和胶体态铝的分离条件。采用去离子水将聚合硫酸铝溶液稀释至0.2mg/L，并以此去离子水作为洗脱液。在所述凝胶层析柱中，用所述洗脱液对稀释后的聚合硫酸铝溶液进行层析，层析时，通过改变加样量和洗脱速度，每2min取样通过ICP测定铝浓度。以铝浓度和流出液体积做图，最终确定当0.2mg/L聚合硫酸铝溶液的加样量为10mL，洗脱速度为5mL/min时，图中发现存在两个峰，其中一个位于40-60mL，另一个位于60-90mL，两个峰的铝含量之比为1∶4，从而得到分离操作条件。

5、按3中确定条件对1中过滤后水样进行层析分离，收集体积从40-60mL的流出液，混合均匀后测定其铝浓度为0.0418mg/L，并换算得到原水样中的C_c为0.0836mg/L。根据C_s＝C_t-C_c，可得C_s为0.0549mg/L。