CN102721649A

CN102721649A - 重金属检测方法

Info

Publication number: CN102721649A
Application number: CN2012101192300A
Authority: CN
Inventors: 周国亮; 邵文豪
Original assignee: Shanghai Qibao High School
Current assignee: Shanghai Qibao High School
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明提供一种重金属检测方法。本发明方法首先配置重金属双硫腙溶液，利用数码照相机在三种不同的拍摄条件下进行颜色采集；然后用Photoshop软件对不同颜色的图片进行了数据收集，最后进行光谱分析。

Description

重金属检测方法

技术领域

本发明涉及重金属检测方法，尤其涉及一种简便的测定重金属浓度的方法。

背景技术

重金属有许多种不同的定义。在日常生活中提到的重金属多半是以环境污染领域的定义为准，生物有明显毒性的金属或类金属元素就视为重金属，由于类金属砷对生物有明显的毒性，因此也会将砷列在重金属中。除上述定义外，在科学界常见的一种定义是密度大于5的金属，大多数金属都是重金属。重金属的化学性质一般上较为稳定。

在环境污染领域中，重金属主要是指对生物有明显毒性的金属元素或类金属元素，如汞、镉、铅、铬、锌、铜、钴、镍、锡、砷等，此类污染物不易被微生物降解。

通常认可的重金属分析方法有：紫外可分光亮度法(UV)、原子吸收法(AAS)、原子荧光法(AFS)、电感耦合等离子体法(ICP)、X荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)。日本和欧盟国家有的采用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)分析，但对国内用户而言，仪器成本高。也有的采用X荧光光谱(XRF)分析，优点是无损检测，可直接分析成品，但检测精度和重复性不如光谱法。最新流行的检测方法--阳极溶出法，检测速度快，数值准确，可用于现场等环境应急检测。

但是上述方法都是专属性比较强、且繁琐、复杂、而且因仪器设备昂贵、操作条件较高，而难以普及应用。另外还不能快速且准确地检测出重金属。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是提供一种简便的测定重金属浓度的方法，甚至是其他颜色随浓度规律性变化的重金属。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种方法包括(1)颜色信息获取步骤和(2)光谱分析步骤，其中步骤(1)包括：

1a.配置重金属双硫腙络合溶液的比色管；

1b.对所述比色管内待测溶液进行拍摄；

1c.色阶校正；将获得的图片输入Photoshop内，进行色阶校正，将背景色调为基准色。

1d.大小修正；用圆形选框将色阶校正后图像上的溶液的区域取出，并放入一新建画布中。取色范围要求尽可能大，且取色范围需不包括隐形眼镜盒子的区域。

1e.获取颜色信息；将色阶校正后的图像修改比例为实际像素，用吸管工具在溶液区域的中心附近对任意三个点取样，取样大小为101×101平均，三个点的取样范围尽量不重合。

本发明提供的另一种方法可以省略步骤1c和1d。

本发明一个实施例中，该重金属为铅。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：

图1为铅-双硫腙络合溶液饱和度随浓度变化曲线(Canon50D拍摄)；

图2为铅-双硫腙络合溶液紫外可见光谱曲线；

图3为铅-双硫腙络合溶液紫外可见光谱吸光度关于浓度曲线

图4为Canon50D拍摄的铅标准溶液图片。

具体实施方式

所用试剂

表1实验试剂

试剂名称	试剂来源	试剂级别
			硝酸	宜兴市广汇助剂化工有限公司	分析纯
硝酸铅	江苏金城试剂有限公司	分析纯
			双硫腙	国药集团化学试剂有限公司	分析纯

[0022]

三氯甲烷(氯仿)	苏州市三杰化学品科技有限公司	分析纯
			三氯甲烷(氯仿)	上海试剂四厂昆山分厂	分析纯
中性红	国药集团化学试剂有限公司	分析纯
			无水乙醇	上海怡峰化工有限公司	分析纯
无水乙醇	上海市凌峰化学试剂有限公司	分析纯
			氨水	上海市凌峰化学试剂有限公司	分析纯

所用仪器

表2所用仪器及测试仪器

仪器参数

表3超纯水装置参数

数显鼓风干燥箱：微电脑单片机设计，温控，定时，超温报警。补充氧气，氮气接口。

表4数显鼓风干燥箱参数

冰箱：电脑温控。具体参数如下

表5冰箱参数

紫外可见分光光度计(LS-45)：操作模式：扫描，时间驱动，波长编程，浓度，动力学。具体参数如下

表6紫外可见分光光度计(LS-45)参数

试剂和材料

三氯甲烷：不应含氧化物。

检查方法：量取10mL三氯甲烷，加25mL新煮沸过的水，振摇3min，静置分层后，取10mL水溶液，加数滴碘化钾溶液(150g/L)及淀粉指示液，振摇后应不显蓝色。

处理方法：于三氯甲烷中加入1/10～1/20体积的硫代硫酸钠溶液(200g/L)洗涤，再用水洗后加入少量无水氯化钙脱水后进行蒸馏，弃去最初及最后的十分之一馏出液，收集中间馏出液备用。

硝酸(1+99)：量取1mL硝酸，加入99mL水中。

双硫腙-三氯甲烷母溶液(0.5g/L)：保存冰箱中，必要时用下述方法纯化。

称取0.5g研细的双硫腙，溶于50mL三氯甲烷中，如不全溶，可用滤纸过滤于250mL分液漏斗中，用氨水(1+99)提取三次，每次100mL，将提取液用棉花过滤至500mL分液漏斗中，用盐酸(1+1)调至酸性，将沉淀出的双硫腙用三氯甲烷提取2次～3次，每次20mL，合并三氯甲烷层，用等量水洗涤两次，弃去洗涤液，在50℃水浴上蒸去三氯甲烷。精制的双硫腙置硫酸干燥器中，干燥备用。或将沉淀出的双硫腙用200mL，200mL，100mL三氯甲烷提取三次，合并三氯甲烷层为双硫腙溶液。

双硫腙使用液：吸取1.0mL二硫腙溶液，加三氯甲烷至10mL，混匀。用1cm比色杯，以三氯甲烷调节零点，于波长510nm处测吸光度(A)，用式(1)算出配制100mL双硫腙使用液(70％透光率)所需双硫腙溶液的毫升数(V)。

v = \frac{10 \times (2 - \lg 70)}{A} = \frac{1.55}{A} . . . (1)

由于一共配制了两次双硫腙使用液(70％透光率)，所以给出两次的计算值

第一次：计算得：510nm处吸光度的平均值(A)约为1.5580，经计算得配制100mL双硫腙使用液(70％透光率)所需双硫腙溶液的毫升数(V)约为1.00mL

第二次：计算得：510nm处吸光度的平均值(A)约为1.0424，经计算得配制100mL双硫腙使用液(70％透光率)所需双硫腙溶液的毫升数(V)约为1.49mL

铅母溶液(1.0mg/mL)：准确称取0.1598g硝酸铅，加10mL硝酸(1+99)，全部溶解后，移入100mL容量瓶中，加水稀释至刻度。

铅标准使用液(10.0μg/mL)：吸取1.0mL铅母溶液，置于100mL容量瓶中，加水稀释至刻度。

NR母溶液(50μg/mL)：准确称取0.0050gNR，加10mL水，全部溶解后，移入100mL容量瓶中，加水稀释至刻度。

NR使用溶液(3μg/mL)：吸取6mL NR母溶液，置于100mL容量瓶中，加水稀释至刻度。

NR使用溶液(5μg/mL)：吸取10mL NR母溶液，置于100mL容量瓶中，加水稀释至刻度。

NR使用溶液(7μg/mL)：吸取14mL NR母溶液，置于100mL容量瓶中，加水稀释至刻度。

NR使用溶液(10μg/mL)：吸取20mL NR母溶液，置于100mL容量瓶中，加水稀释至刻度。

NR使用溶液(25μg/mL)：吸取50mL NR母溶液，置于100mL容量瓶中，加水稀释至刻度。

配置比色管

配制铅-双硫腙络合溶液比色管，取10支比色管，从左至右编号为比色管1-10。

表7铅-双硫腙络合溶液比色管

其中，比色管1是对照组；比色管2-6用作已知浓度溶液制作标准曲线用；比色管7中双硫腙被完全络合，来测定完全络合时的最大饱和度；比色管8-10用作未知浓度溶液，进行经代入标准曲线得理论浓度与实际浓度的比较。

加入铅使用溶液后，在每支比色管内滴入一滴浓氨水以控制pH在8.0～9.5之间[]，随后塞紧比色管，振摇100次，放置10min，保留水相。

拍摄

对待测铅标准溶液进行拍摄时，吸取1mL某比色管内待测铅标准溶液，置于隐形眼镜盒子的左半部分；吸取1mL水置于隐形眼镜盒子的右半部分。调整相机位置后，以白色A4纸张作为背景，自上而下在三种不同光环境(日光灯、日光灯+闪光灯、闪光灯)下利用Canon50D型数码相机对溶液进行拍摄(除比色管1外)。

色阶校正

将获得的图片输入Photoshop内，进行色阶校正，将背景色调为基准色。

大小修正

用圆形选框将色阶校正后图像上的溶液的区域取出，并放入一新建画布中。取色范围要求尽可能大，且取色范围需不包括隐形眼镜盒子的区域，如图4所示。

可见，通过肉眼可以大致看出NR标准溶液颜色饱和度随浓度升高而升高的梯度关系。且浓度相同，光环境不同的溶液其颜色很难用肉眼区分。颜色信息获取

将色阶校正后的图像修改比例为实际像素，用吸管工具在溶液区域的中心附近对任意三个点取样，取样大小为101×101平均，三个点的取样范围尽量不重合。用这种方法获得溶液的H、S二值，分别求其平均值，制表、作图。

表8三种光环境下铅-双硫腙络合溶液色相(Canon50D拍摄)

由表8可见，光环境相同，同一浓度不同光环境的色相差异在允许范围内，同一光环境不同浓度的色相差异也在允许范围内。闪光灯下的色相平均值约为9°，日光灯+闪光灯下的色相平均值约为8°，日光灯下的色相平均值约为3°可见不同光环境下色相有所差异，认为导致这一误差的原因是相机本身的性能参数差异及日光灯的影响。

表9三种光环境下铅-双硫腙络合溶液饱和度(Canon50D拍摄)

由表9结合图1可知：铅-双硫腙络合溶液的饱和度随浓度呈线性变化关系，光环境相同时，络合溶液的饱和度随浓度的升高而增大；浓度相同，光环境不同时，浓度有小差异，从曲线可以看出，日光灯下和日光灯+闪光灯下的曲线基本重合，日光灯+闪光灯下的曲线在上方，而闪光灯下的曲线在其他两种光环境下曲线的上方一点点，与另两条曲线之间的距离比另两条曲线之间的距离大。

进一步分析，解析式如下：

表10不同光环境下铅-双硫腙络合溶液饱和度关于浓度解析式

由表10可见，影响曲线斜率的主要是光环境(可能会有其它误差，但影响较小)，色温越高，曲线的斜率越大；色温差值越大，曲线的斜率越大。这一结论可视为对曲线之间距离差异现象的定量研究和解释。另外，R2较大，曲线与趋势线的拟合程度较高。

表11不同光环境下铅-双硫腙未知浓度络合溶液理论浓度与实际浓度比较

由表11可见，不同光环境下铅-双硫腙未知浓度络合溶液理论浓度与实际浓度的之间的差异很小，由此进一步证明了利用CCD和Photoshop进行颜色定量这一简便方法的可行性。

取5支比色管，从左至右编号为比色管1-5。接下来的操作：

表12铅标准比色管的配制(光谱分析)

加入铅使用溶液后，在每支比色管内滴入一滴浓氨水以控制pH在8.5～9.0之间，随后塞紧比色管，振摇100次，放置10min，保留水相。

光谱分析

使用1cm比色杯，用空气调节零点在scan模式下绘制400-800nm的吸光度曲线，随后对曲线进行基线校准和平滑处理。

取峰值吸光度减去基线吸光度，对得到的数据制表，作图。

由图2可见，经过基线校准和平滑处理后，光谱曲线的最大吸收波长大致相同，最大吸光度随浓度的增大升高。

表13铅-双硫腙络合溶液紫外可见光谱数据

由表13和图3可见，铅-双硫腙络合溶液的最大吸光度与基线的差值与浓度呈线性变化关系，经计算，曲线的解析式为y＝0.2051x+0.2722，R²＝0.9944，R²较大，曲线与趋势线的拟合程度较高。

将五组标准溶液各自分别作为未知浓度溶液，将由其他四组溶液吸光度曲线获得的理论浓度与实际浓度比较：

表14铅-双硫腙未知浓度络合溶液理论浓度与实际浓度比较(紫外光谱法)

由表14可见，利用紫外可见光谱分析法所得铅-双硫腙未知浓度络合溶液理论浓度与实际浓度的之间的差异很小。

通过本发明的详细介绍可以看出，本发明的便携式无底纸标签打印机实现了对打印后的无底纸标签背面的亲水胶层自动涂水和裁切，集打印、涂水、裁切功能于一身，给无底纸标签的使用带来了便利，有利于无底纸标签的广泛使用。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims

1.一种重金属检测方法，其包括(1)颜色信息获取步骤和(2)光谱分析步骤，其中所述步骤(1)包括：

1a.配置重金属双硫腙络合溶液的比色管；

1b.对所述比色管内待测溶液进行拍摄；

1e.获取颜色信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述步骤(1)在1b和1c之间进一步包括：

1d.大小修正。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述重金属为颜色随浓度规律性变化的金属。

4.根据权利要求1所述的便携式无底纸标签打印机，其特征在于：所述重金属为铅。