CN105664878A - 具有吸附功能的螯合树脂及在检测口蘑、海米中铜的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有吸附功能的螯合树脂及在检测口蘑、海米中铜的应用，该螯合树脂的合成方法如下：将聚丙烯腈微球浸泡在反应溶剂中充分溶胀；加入作为配体的腺嘌呤，在氮气保护的条件下反应9~11h；过滤所得物，用反应溶剂进行洗涤至洗涤液呈无色，然后洗涤、干燥得到具有吸附功能的螯合树脂。用合成好的材料填充玻璃柱，用于吸附消解后的口蘑、海米这两种食品中的铜；采用预富集-分光光度法测定口蘑、海米这两种食品重金属铜。本发明制得的螯合树脂很高的机械强度和物理稳定性，制备简单易行；本发明方法制得的螯合树脂能专一性地检测口蘑、海米中的铜，能很好地应用于市场中重金属的快速检测，具有较大的经济价值与优势。

Description

具有吸附功能的螯合树脂及在检测口蘑、海米中铜的应用

技术领域

本发明属于食品检测技术领域，具体涉及一种具有吸附功能的螯合树脂及在检测口蘑、海米中铜的应用。

背景技术

随着经济的快速发展，我国的工业化进程不断加快，在农耕中也有很多的化肥农药的应用，这就导致了食品中进入了一些有害的金属元素，随着不断的积累就会变成为有毒性的化合物，很多金属都是慢性的，具有蓄积性，容易产生畸变等现象，食品中重金属元素直接危害了人们的身体健康，对食品进行有效的重金属检测，必须得到充分的重视。

食品重金属污染已经成为危害人体健康的一个重要因素，随着科技进步和研究深入，食品中重金属检测分析方法不断发展。目前，人们对重金属的检测还主要使用分析结果较为准确的大型仪器，但高昂的造价和繁琐的操作阻碍了其对大规模食品中重金属的快速检测。同时，在食品重金属检测中，大量共存元素的干扰使得直接测定变得很困难，大型仪器的联用技术是一种解决方法，但操作复杂，费用昂贵，另一种方法则是预先对金属离子进行分离富集，然后用常规仪器测定。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种具有吸附功能的螯合树脂及在检测口蘑、海米中铜的应用，采用本发明的方法能有效实现检测口蘑、海米中的铜。

为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的具有吸附功能的螯合树脂，通过下述方法制备得到：

1)、将聚丙烯腈微球浸泡在反应溶剂N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，直至微球充分溶胀。其中，聚丙烯腈微球与DMF的用量比为：20mg：25～35ml；

2)、在步骤1)的所得物中加入作为配体的腺嘌呤，在氮气保护的条件下于90～110℃下搅拌反应9～11h(最佳条件为100℃下搅拌反应10h)；搅拌转速为180～220rmp(最佳转速为200rmp)，其中，腺嘌呤与聚丙烯腈微球中的-C≡N的物质的量之比为2.8～3.2：1(最佳物质的量之比为3：1)；

3)、过滤步骤2)的所得物，用反应溶剂进行洗涤至洗涤液呈无色，然后依次用蒸馏水、乙醇、丙酮、乙醚洗涤；在50℃真空干燥至恒重，得到具有吸附功能的螯合树脂(简称PAN-CS)。

本发明的具有吸附功能的螯合树脂在检测口蘑、海米中铜的应用，具体方法如下：

1)、在玻璃柱子中装入PAN-CS，再加入pH值为3.5的HAc-NaAc缓冲液使玻璃柱子被充满，形成微柱；

2)、配制系列浓度的金属铜溶液，并用紫外可见分光光度计测定每种浓度的金属铜溶液的吸光度，从而获得标准曲线，y代表吸光度，x代表铜溶液中铜离子的浓度(ug/ml)；

例如可精确配制成铜离子浓度为0ug/ml、0.1ug/ml、0.2ug/ml、0.4ug/ml、0.8ug/ml的系列浓度的金属铜溶液，并用紫外可见分光光度计测定(在495nm处测定)每种浓度的金属铜溶液的吸光度，从而获得标准曲线(如图1所示)，y＝0.99494x-0.0066，y代表吸光度，x代表金属铜溶液中铜离子的浓度(ug/ml)。

3)、利用预富集-分光光度法测定食品样品中Cu离子浓度。

具体步骤如下

①、食品样品处理：

将食品样品进行消解处理，1～2g一定量的样品于200mL烧杯中，加50％硝酸5～10mL加热溶解20～30min，然后加入90％硫酸5～10mL，继续加热蒸发冒大量三氧化硫的烟，赶尽硝酸，冷却后，加水煮沸，使盐类溶解冷却后过滤，定容到100mL容量瓶中；作为样品消解液，将所得的样品消解液用醋酸-醋酸钠溶液(即，pH值为3.5的HAc-NaAc缓冲液)调节pH至3.5，得调节后溶液。

②、将调节后溶液加入到上述步骤1)所得的微柱中，控制调节后溶液的流速为0.8～1.2mL/min(最佳为1.1mL/min)；吸附完毕，加入浓度为1.9～2.2mol/L(最佳为2mol/L)的HCl溶液作为洗脱液；控制洗脱液的流速为0.5～2mL/min(最佳为1.5mL/min)，洗脱完毕后，收集所有的流出液作为汇总后的流出液，用紫外可见分光光度计测定汇总后的流出液的吸光度，代入步骤2)所得的标准曲线中，最终获得食品样品中Cu离子浓度(先获得汇总后的流出液中Cu离子浓度，再根据汇总后的流出液的体积量和食品样品的重量，经过换算，最终获得食品样品中Cu离子浓度)。

发明人在发明过程中，针对口蘑、海米这两种食品消解后复杂的体系(含有包含很多其他微量无机元素干扰如Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，还含有Cd²⁺、Pb²⁺和Zn²⁺，还含有多种其他离子)，再结合金属离子的价电子层结构与配体的空间配位效应和电子效应，通过量子化学的计算筛选实现对目标配体的快速理论筛选，然后根据挑选出的配体设计出一系列的合成路线，并进行改性；以聚丙烯腈为母体，腺嘌呤为配体。

综上所述，本发明具有如下优点：

1、本发明制得的螯合树脂很高的机械强度和物理稳定性，制备简单易行；

2、本发明方法制得的螯合树脂能专一性地检测口蘑、海米中的铜，能很好地应用于市场中重金属的快速检测，具有较大的经济价值与优势；

3、本发明制得的螯合树脂具有良好的解吸性能且重复利用率高(针对口蘑、海米复杂体系)。

附图说明

图1是金属铜溶液的吸光度的标准曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描绘本发明，但本发明的内容并不限于此。

实施例1

具有吸附功能的螯合树脂的制备包括以下步骤：

1)、称取20mg聚丙烯腈微球浸泡在30ml的反应溶剂N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，直至微球充分溶胀；

2)、在步骤1)的所得物中加入作为配体的腺嘌呤，在氮气保护的条件下于100℃下搅拌反应10h(转速为200rmp)，其中，腺嘌呤与聚丙烯腈微球中的-C≡N的物质的量之比为3.0：1；

3)、过滤步骤2)的所得物，用反应溶剂进行洗涤至洗涤液呈无色，然后依次用蒸馏水、乙醇、丙酮、乙醚洗涤；在50℃真空干燥至恒重，得到具有吸附功能的螯合树脂(简称PAN-CS)；

合成树脂的功能基转化率按下式计算：

$N\%=\frac{1\×{\mathrm{aM}}_N{F}_{0x}}{1000+1\×F_0\mathrm{\Δ}Mx}$

在本发明中：

聚丙烯腈微球(聚丙烯腈系共聚体)选用D-160型大孔吸附树脂，例如可购自中蓝晨光化工研究院。

利用红外光谱(FT-IR)对聚丙烯腈微球、配体腺嘌呤，以及所合成的新型螯合树脂进行表征，可以推测本发明的反应式如下式所示：

经检测该实施例中功能基转化率为52.61。

实施例2

具有吸附功能的螯合树脂的制备包括以下步骤：

1)、称取20mg聚丙烯腈微球浸泡在25ml的反应溶剂N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，直至微球充分溶胀；

2)、在步骤1)的所得物中加入作为配体的腺嘌呤，在氮气保护的条件下于90℃下搅拌反应9h(转速为180rmp)，其中，腺嘌呤与聚丙烯腈微球中的-C≡N的物质的量之比为2.8：1；

3)、过滤步骤2)的所得物，用反应溶剂进行洗涤至洗涤液呈无色，然后依次用蒸馏水、乙醇、丙酮、乙醚洗涤；在50℃真空干燥至恒重，得到具有吸附功能的螯合树脂(简称PAN-CS)；

经检测该实施例中功能基转化率为49.13。

实施例3

具有吸附功能的螯合树脂的制备包括以下步骤：

1)、称取20mg聚丙烯腈微球浸泡在35ml的反应溶剂N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，直至微球充分溶胀；

2)、在步骤1)的所得物中加入作为配体的腺嘌呤，在氮气保护的条件下于110℃下搅拌反应11h(转速为220rmp)；其中，腺嘌呤与聚丙烯腈微球中的-C≡N的物质的量之比为3.2：1；

3)、过滤步骤2)的所得物，用反应溶剂进行洗涤至洗涤液呈无色，然后依次用蒸馏水、乙醇、丙酮、乙醚洗涤；在50℃真空干燥至恒重，得到具有吸附功能的螯合树脂(简称PAN-CS)；

经检测该实施例中功能基转化率为51.69。

对比例1-1

将实施例1的反应溶剂分别改成1,4-二氧六环及甲苯，在保持实施例1其他条件相同的情况下，进行反应，以探讨不同溶剂对制备的树脂的功能基转化率的影响，结果如表1所示。

由表1可知，当反应溶剂为DMF时，螯合树脂的功能基转化率最高，其次为1,4-二氧六环，甲苯为反应溶剂时螯合树脂含氮量最低。据此，确定最佳反应溶剂为DMF。

表1不同反应溶剂对制备的树脂的功能基转化率的影响

转速(rmp)	功能基转化率(％)
		DMF	52.61
1,4-二氧六环	30.35
		甲苯	29.38

对比例1-2

将实施例1中的转速200rmp分别改成100rmp，300rmp，400rmp，其余同实施例1。

将所得的三种树脂分别按照上述实验方法进行检测，其功能基转化率如表1。

表2不同转速条件制备的树脂的功能基转化率

转速(rmp)	功能基转化率(％)
		200	52.61
100	39.96
		300	51.15
400	50.42

由表2可知，根据实施例1制备的新型螯合树脂的功能基转化率最高。因此，制备新型螯合树脂的最佳转速条件为200rmp。

实施例4

口蘑中重金属铜的检测方法，依次进行以下步骤：

1)、先将(Φ3mm×30cm)的玻璃柱子用硝酸溶液(硝酸与水按照1:1的体积比混合)浸泡过夜，然后用超纯水冲洗至中性，备用。准确称取100mgPAN-CS装入上述玻璃柱子中，两端分别用玻璃棉填充；加入pH值为3.5的HAc-NaAc缓冲液(0.6mol/L)浸泡24小时，使上述HAc-NaAc缓冲液装满柱子，形成微柱；备用。

2)、配制系列浓度的金属铜溶液，并用紫外可见分光光度计测定每种浓度的金属铜溶液的吸光度，从而获得标准曲线(见图1)，y代表吸光度，x代表铜溶液中铜离子的浓度(ug/ml)；

3)、利用预富集-分光光度法测定食品样品中Cu离子浓度：

①、食品样品处理：

待测的食品为口蘑(新鲜口蘑)，每份为1.5g的新鲜口蘑。

将1.5g新鲜口蘑于200mL烧杯中，加50％硝酸7mL加热溶解30min，然后加入90％硫酸8mL，继续加热蒸发冒大量的烟，赶尽硝酸，消化完毕后，待样品冷却至室温(25℃)后，将消解样品放置恒温(55℃)的电热板中进行赶酸至2mL，冷却至室温；

将上述2mL的消解产物放入至容量瓶中，用超纯水定容至100mL，作为口蘑消解液。

②、测定(设置3个重复)：

将所得的口蘑消解液利用浓度为0.6mol/L的醋酸-醋酸钠溶液(即，pH值为3.5的HAc-NaAc缓冲液)进行调节pH至3.5，得调节后溶液，将调节后溶液加入到上述步骤1)所得的微柱中，控制调节后溶液的流速为1.1mL/min；吸附完毕，加入浓度为2mol/L的HCl溶液作为洗脱液；控制洗脱液的流速为1.5mL/min，洗脱时流出液中的铜离子浓度逐渐减小，洗脱结束时流出液中铜离子的浓度为零(用分光光度计测定吸光度，根据标准曲线换算得知浓度)。

备注说明：分段收集流出液，1mL为一段，当最后一段流出液中的铜离子浓度为零时，富集结束，将最后一段之前得到的流出液进行汇总，得汇总后的流出液(即富集液)共35ml。

对上述富集液采用紫外分光光度计进行检测(在495nm处进行检测)，得吸光度为0.661；代入上述y＝0.99494x-0.0066，从而获得富集液的浓度为0.671ug/ml。

因为，共有35ml的富集液，35×0.671＝23.485ug；由于是选用1.5g的新鲜猪肝作为样品，因此得知样品中铜的含量为15.66mg.kg^-1。

其余2份口蘑消解液也进行上述测定，最终所得的结果分别为15.51mg.kg^-1和15.49mg.kg^-1。

验证实验1、

将完全同实施例1的口蘑按照ICP-OES直接测定法进行检查，结果为：15.58mg.kg^-1。

实施例5、海米中重金属铜的检测方法，依次进行以下步骤：

将实施例4中的食品由口蘑改成海米，其余检测方法等同于实施例4。3份样品的最终检测结果为：13.59mg.kg^-1、13.64mg.kg^-1、13.69mg.kg^-1。

验证实验2、

将完全同实施例5的海米按照ICP-OES直接测定法进行检查，结果为：13.62mg.kg^-1。

对比例4-1、

将实施例4步骤3)中的富集速率由1.1mL/min分别改成1.3mL/min和0.7mL/min；其余同实施例2。检测结果见表3；

表3不同富集流速对检测含量的影响

富集速率(mL/min)	检测含量(mg.kg-1)
		1.3	10.68
0.7	15.64

富集速率改为1.3mL/min后，该方法的准确性明显降低；改为0.7mL/min后，富集时间延长，存在检测时间长的缺陷。

对比例4-2、

将实施例4步骤3)中的洗脱液的流速由1.5mL/min分别改成2.0mL/min和1.0mL/min，其余同实施例2。检测结果见表4；

表4不同洗脱流速对检测含量的影响

洗脱速率(mL/min)	检测含量(mg.kg-1)
		2.0	11.79
1.0	15.69

洗脱速率改为2.0mL/min后，该方法的准确性明显降低；改为1.0mL/min后，洗脱时间延长，存在检测时间长的缺陷。

对比例4-3、

按照专利号为201210096788.8的《交联壳聚糖微球重金属离子吸附剂的生产方法》制备的交联壳聚糖微球CCTS-g-ED按实施例4来测定口蘑和海米中铜的含量，测定结果为10.32mg.kg^-1和9.92mg.kg^-1，和真实结果差距很大。

对比例4-4、

按照申请号为201510581815.1的《一种具有吸附功能的螯合树脂用于回收钴铜矿石中铜的方法》制备的PS-DU按实施例4来测定口蘑和海米中铜的含量，测定结果为11.39mg.kg^-1和10.89mg.kg^-1，和真实结果差距较大。

对比例4-5、

将实施例1中的树脂配体分别改成现有技术中的L一谷氨酸、3-氨基-6-氰基吡啶、三亚乙基四胺、L-脲基丙氨酸、脲、乙二胺其余同实施例1。

将所得树脂分别按照实施例4所述的实验方法进行测定实验，其测定结果如表5。

表5不同配体对测定口蘑、海米中铜含量的影响

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种具有吸附功能的螯合树脂，其特征在于通过下述方法制备得到：

1）、将聚丙烯腈微球浸泡在反应溶剂N，N-二甲基甲酰胺中，直至微球充分溶胀；其中，聚丙烯腈微球与N，N-二甲基甲酰胺的用量比为20mg：25~35ml；

2）、在步骤1）的所得物中加入作为配体的腺嘌呤，在氮气保护的条件下于90~110℃下搅拌反应9~11h，其中，搅拌转速为180~220rmp，腺嘌呤与聚丙烯腈微球中的-C≡N的物质的量之比为2.8~3.2：1；

3）、过滤步骤2）的所得物，用反应溶剂进行洗涤至洗涤液呈无色，然后依次用蒸馏水、乙醇、丙酮、乙醚洗涤；在50℃真空干燥至恒重，得到具有吸附功能的螯合树脂。

2.权利要求1所述的具有吸附功能的螯合树脂在检测口蘑、海米中铜的应用。

3.根据权利要求2所述的具有吸附功能的螯合树脂在检测口蘑、海米中铜的应用，具体方法如下：

1）、在玻璃柱子中装入具有吸附功能的螯合树脂，再加入pH值为3.5的HAc-NaAc缓冲液使玻璃柱子被充满，形成微柱；

2）、配制系列浓度的金属铜溶液，并用紫外可见分光光度计测定每种浓度的金属铜溶液的吸光度，从而获得标准曲线；

3）、利用预富集-分光光度法测定食品样品中Cu离子浓度。

4.根据权利要求3所述的具有吸附功能的螯合树脂在检测口蘑、海米中铜的应用，其特征在于利用预富集-分光光度法测定食品样品中Cu离子浓度的具体方法如下：

1）、食品样品处理：将食品样品进行消解处理，将1~2g的样品于200mL烧杯中，加50%硝酸5~10mL加热溶解20~30min，然后加入90%硫酸5~10mL，继续加热蒸发冒大量三氧化硫的烟，赶尽硝酸，冷却后，加水煮沸，使盐类溶解冷却后过滤，定容到100mL容量瓶中；作为样品消解液；将所得的样品消解液用醋酸-醋酸钠溶液调节pH至3.5，得调节后溶液；

2）、将调节后溶液加入到权利要求3步骤1）所得的微柱中，控制调节后溶液的流速为0.8~1.2mL/min；吸附完毕，加入浓度为1.9~2.2mol/L的HCl溶液作为洗脱液；控制洗脱液的流速为0.5~2mL/min，洗脱完毕后，收集所有的流出液作为汇总后的流出液，用紫外可见分光光度计测定汇总后的流出液的吸光度，代入权利要求3步骤2）所得的标准曲线中，最终获得食品样品中Cu离子浓度（先获得汇总后的流出液中Cu离子浓度，再根据汇总后的流出液的体积量和食品样品的重量，经过换算，最终获得食品样品中Cu离子浓度）。