CN106053636A - 一种检测痕量金属离子含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测痕量金属离子含量的方法，包括如下步骤：将待测液注入到一固相萃取柱中，用固相萃取柱中填充的生物吸附材料对待测液进行吸附处理，使待测液中的金属离子富集在所述生物吸附材料上，然后用洗脱剂对富集在所述生物吸附材料上的金属离子进行洗脱，使洗脱后的洗脱液进入到一金属离子检测装置中，再利用该金属离子检测装置对洗脱后得到的洗脱液进行金属离子含量检测。本发明用于环境样品中痕量金属离子的检测，对待测的金属离子具有较高的吸附选择性，能够较好地排除其他金属离子的干扰，对金属离子具有较好的吸附效率，且成本低廉、样品回收率较高、萃取时间比较短、富集程度比较高。

Description

一种检测痕量金属离子含量的方法
技术领域
本发明属于环境监测领域，尤其涉及一种检测痕量金属离子含量的方法。
背景技术
重金属污染是目前世界上三大水环境污染的方式之一，主要包括了铅、铬、汞、锌、铜、镍等重金属的污染。重金属进入到水环境中，不能被生物所降解，而且还会在生物体内积累，在食物链中发生蓄积的作用，进入人体后对人体的正常代谢活动造成破坏，从而对人们的健康造成危害。目前看来，对于金属离子的检测，特别是一些在生物体生物代谢的过程中有着十分重要的作用的对生物体有毒害作用的金属的检测以经是一个受到普遍关注的研究热点。铅、铜、镍等重金属在人们的日常生活或者工农业生产中是经常容易接触到的。例如，铅一旦进入到环境中，就能够在环境中长期存在，对环境存在长期的毒性，对许多人们的健康带来潜在的危害。又例如，如果水环境中的铁离子含量较高，那么容易对纺织、造纸、酿造和食品工业带来较大的影响，铁虽然对人类和生物的毒性比较小，但是当水环境中铁离子含量超过一定量时，就容易对水的颜色、味道感官性状造成影响，从而对长期饮用该水的人们的健康造成危害。因此，研究环境中金属离子的检测方法是非常具有应用价值和社会意义的。
目前对于金属离子的检测方法和技术是比较多的，包括：火焰原子吸收分光光度法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法、石墨炉原子吸收分光光度法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法等。这些金属离子检测技术已经在金属离子检测的实际工作中被广泛地应用。但是，对于来自环境的样品，这些检测方法往往不能进行直接的检测，来自于环境的样品，其中的金属离子浓度非常低，但是干扰物质的浓度却比较高，在进行环境中样品的检测时，往往需要经过预富集的过程来提升检测液的金属离子浓度，而现有技术中的金属离子预富集处理方式还尚有不足，其吸附容量和吸附选择性都不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种检测痕量金属离子含量的方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种检测痕量金属离子含量的方法，包括如下步骤：将待测液注入到一固相萃取柱中，用固相萃取柱中填充的生物吸附材料对待测液进行吸附处理，使待测液中的金属离子富集在所述生物吸附材料上，然后用洗脱剂对富集在所述生物吸附材料上的金属离子进行洗脱，使洗脱后的洗脱液进入到一金属离子检测装置中，再利用该金属离子检测装置对洗脱后得到的洗脱液进行金属离子含量检测。
上述的方法，优选的，具体包括如下操作步骤：
（1）将生物吸附材料填充入一固相萃取柱中，所述固相萃取柱的前端或后端连接一蠕动泵，通过蠕动泵控制待测液注入到所述固相萃取柱中，使所述待测液与生物吸附材料充分接触并进行吸附处理，所述待测液经吸附后从固相萃取柱中排出得到废弃液；
（2）所述废弃液从固相萃取柱中排出完毕后，通过所述蠕动泵控制洗脱剂注入到所述固相萃取柱中，使所述洗脱剂与生物吸附材料充分接触，并进行洗脱处理得到洗脱液，通过所述蠕动泵控制洗脱液进入到一金属离子检测装置中；
（3）用所述金属离子检测装置对所述洗脱液进行金属离子含量检测。
优选的，所述生物吸附材料以粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens) 为核心材料，在所述粘质沙雷氏菌菌体表面包覆一层带有磁性的离子印迹材料，所述带有磁性的离子印迹材料以α-酮戊二酸缩壳聚糖为载体，在所述α-酮戊二酸缩壳聚糖中负载有金属离子印迹和磁性纳米Fe3O4。
优选的，所述生物吸附材料的制备方法包括以下步骤：以α-酮戊二酸缩壳聚糖为载体，金属离子为印迹模板，通过金属离子印迹技术得到离子印迹材料，然后将所述离子印迹材料和磁性纳米Fe3O4进行交联反应得到磁性离子印迹材料，最后通过固化反应使所述磁性离子印迹材料包覆在粘质沙雷氏菌菌体表面，即得到所述的多功能生物吸附材料。
优选的，所述生物吸附材料的制备方法具体包括如下操作步骤：
（1）将α-酮戊二酸缩壳聚糖溶解于乙酸溶液中，与金属离子溶液进行混和，将得到的混合溶液调节pH至5~7后，置于20~25℃的恒温条件下振荡8~10h，待吸附达到平衡后调节pH至9~10，使负载有金属离子印迹的α-酮戊二酸缩壳聚糖析出得到离子印迹材料，对所述离子印迹材料依次使用蒸馏水、乙醇和乙醚进行充分洗涤，直至滤液中检测不到多余的金属离子为止，然后往离子印迹材料中加入磁性纳米Fe3O4和交联剂，在28~30℃恒温条件下匀速搅拌使其进行交联反应2.5~3.5h，得到磁性离子印迹材料；
（2）将所述磁性离子印迹材料调pH至5~6，加入粘质沙雷氏菌粉末和蒸馏水，搅拌均匀后加入固化剂，在25℃~30℃的条件下进行固化反应8~10h，然后加入乙二胺四乙酸溶液，振荡解析1.0~1.2h后用蒸馏水反复洗涤，直至滤液中检测不到金属离子为止，再用氢氧化钠溶液浸泡再生1.0~1.5h后，用蒸馏水洗涤至pH为6.5~7.5，最后在40~50℃的条件下进行真空干燥、研磨、过筛，即得所述的生物吸附材料。
优选的，所述步骤（1）中，所述金属离子溶液的浓度为800~1200 mg/L，所述α-酮戊二酸缩壳聚糖中所含氨基的摩尔数与金属离子溶液中所含金属离子的摩尔数的比值为0.20~0.50；所述交联剂为环氧氯丙烷，所述α-酮戊二酸缩壳聚糖中所含氨基的摩尔数与交联剂的摩尔数的比值为2.0~4.0；所述磁性纳米Fe3O4与α-酮戊二酸缩壳聚糖的质量配比为1.5~2.5:1。
优选的，所述步骤（2）中，所述磁性纳米Fe3O4与粘质沙雷氏菌粉末的质量配比为1:4~4.5；所述固化剂为三聚磷酸钠溶液，所述三聚磷酸钠溶液的质量浓度为2~3%；所述乙二胺四乙酸溶液的质量浓度为0.05~0.15mol/L。
优选的，所述洗脱剂为HNO3溶液，所述HNO3溶液的浓度为0.1~2mol/L。
优选的，所述固相萃取柱为液相色谱柱空管，所述液相色谱柱空管的内径为5~10mm，长度为30~50mm；所述固相萃取柱的内部进出口两端分别设有玻璃棉。
优选的，所述金属离子检测装置为火焰原子吸收分光光度计。
本发明选择HNO3作为洗脱剂，HNO3中的氢离子能够成为金属离子的吸附竞争对象，并且氢离子会对功能基团的表面产生电离的作用，从而将金属离子从吸附材料的吸附位点上洗脱下来，具有较高的洗脱效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明用于环境样品中痕量金属离子的检测，对待测的金属离子具有较高的吸附选择性，能够较好地排除其他金属离子的干扰，对待测的金属离子具有较好的吸附效率；同时，本发明使用的固相萃取技术成本低廉、样品回收率较高、萃取时间比较短、富集程度比较高，与液-液萃取技术相比较而言，又具有试剂消耗比较少的特点。
2、本发明采用特制的生物吸附材料作为固体吸附材料，该生物吸附材料集高吸附低成本、高选择低污染、高分离低损耗等诸多优点于一身，同时具有磁性材料及生物吸附材料的优势，可同时实现磁性分离、选择性识别、可循环回收利用等多种功能；且方法简便、成本低廉、绿色环保、不会造成二次污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中生物吸附材料的制备流程简图。
图2为实施例1中制备得到生物吸附材料的X射线衍射图。
图3为实施例1中用于检测痕量金属离子含量系统的结构示意图。
图例说明：
1、固相萃取柱；2、蠕动泵；3、金属离子检测装置；4、待测液进样口；5、出样口；6、玻璃棉；7、废弃液出样口；8、洗脱液出样口；9、废弃液出液开关；10、洗脱液出液开关；11、硅胶管。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种检测痕量金属离子含量的方法，具体包括如下步骤：
（1）制备生物吸附材料（如图1所示）：
①制备α-酮戊二酸缩壳聚糖（KCTS）：称取4.500g壳聚糖干燥样品，用120mL蒸馏水充分溶胀24h以上，称取m（α-酮戊二酸）:m（壳聚糖）= 1.6:1.0 的α-酮戊二酸7.200g，在室温下加入到壳聚糖的充分溶胀体系中，均匀搅拌1h，即得到略带黄色的透明粘性溶液；用0.1mol/L的氢氧化钠溶液缓慢地调节滤液体系的pH达到4.5~5.5（以5.0为宜），即得到乳白色的粘性溶液，再将其转移到500mL三颈烧瓶中继续搅拌均匀，在37℃水浴中控制反应时间为4h；根据n（硼氢化钠）:n（α-酮戊二酸）=1.8:1.0的摩尔数，准确称取硼氢化钠3.360g，将其配制成30mL的NaBH4溶液，控制速度缓慢地边搅拌边滴加到反应体系中，缓慢滴加防止泡沫生成物溢出来；用0.3mol/L的稀HCl溶液迅速调节反应体系的pH达到6.5~7.0，在37℃水浴中继续搅拌反应24h左右；将反应体系混合物缓慢倒入200mL95%乙醇中终止反应，搅拌使α-酮戊二酸缩壳聚糖开始析出，继续搅拌1h左右，使得α-酮戊二酸缩壳聚糖完全析出，进行减压抽滤，滤出物依次用100mL无水乙醇、100mL无水乙醚分别洗涤3~4次；将产品在35℃进行真空干燥，得到白色粉末状固体的α-酮戊二酸缩壳聚糖；
②制备磁性纳米Fe3O4：将2.502 g七水硫酸亚铁溶于30mL去离子水中，加入10 mL 浓度为50 g/L的PEG-20000（聚乙二醇20000）水溶液，搅拌混匀，于30℃恒温水浴，在搅拌条件下滴加30mL氨水溶液，至溶液pH为10，然后加入10mL双氧水溶液搅拌20min，将混合溶液转移至高压反应釜中，于160℃下恒温反应5h，再用蒸馏水洗涤，离心分离，并用无水乙醇洗涤，干燥，研磨得所述磁性Fe3O4纳米颗粒；
③制备粘质沙雷氏菌：将粘质沙雷氏菌菌种（上海北诺生物科技有限公司，粘质沙雷氏菌ATCC 14041）接种在固体培养平板表面，置于30℃的生化培养箱中，培养24h后取出，刮取培养基表面的细菌层，置于干燥箱中干燥，然后进行研磨，即得干燥的粘质沙雷氏菌菌体粉末；
④制备磁性离子印迹材料：准确称取0.2g α-酮戊二酸缩壳聚糖溶解于10mL浓度为2%的乙酸溶液中，搅拌至完全溶解后，与50mL浓度为1000mg/L的Pb2+溶液进行混和，用醋酸钠-醋酸缓冲溶液调节pH至6，置于25℃的恒温振荡器中振荡8h，吸附达到平衡后，用氢氧化钠溶液调节pH至10，使α-酮戊二酸缩壳聚糖析出，使用蒸馏水、乙醇和乙醚进行充分洗涤，直至滤液中用Na2S检测不到多余的Pb2+为止，在所得到的离子印迹材料中加入0.5g磁性纳米Fe3O4，并加入0.3mL环氧氯丙烷作为交联剂，在30℃恒温水浴中匀速搅拌进行交联反应3h，得到磁性离子印迹材料；
⑤制备生物吸附材料：将所述磁性离子印迹材料用稀HCl调节pH至5~6，加入2g干燥粘质沙雷氏菌粉末，再加入20mL的蒸馏水，不断搅拌均匀后加入6mL浓度为2.5%的三聚磷酸钠作为固化剂，在25℃的条件下固化反应8h后加入30mL浓度为0.1mol/L的乙二胺四乙酸（EDTA）溶液，振荡解析1h，然后使用蒸馏水反复洗涤，直至滤液中检测不到Pb2+为止，再用浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液浸泡再生1h后，用蒸馏水洗涤至pH为6.5~7.5，再在50℃的条件下进行真空干燥、研磨、过筛，即得所述的生物吸附材料，其X射线衍射图如图2所示，由图2可知该吸附材料保留了磁性Fe3O4纳米粒子的晶型，具有超顺磁性；
（2）准确称取0.05g生物吸附材料填充入内径为8mm、长度为40mm的液相色谱柱空管中，所述液相色谱柱空管的内部进出口两端分别设有玻璃棉用于阻止生物吸附材料流失，所述液相色谱柱空管的前端连接一蠕动泵，调节蠕动泵的转速为1.5r/min，通过蠕动泵控制100mL含有痕量铅离子的水溶液（待测液）注入到所述液相色谱柱空管中，使所述待测液与生物吸附材料充分接触并进行吸附处理，所述待测液经吸附后从液相色谱柱空管中排出得到废弃液；
（3）待所述废弃液从液相色谱柱空管中排出完毕后，调节蠕动泵的转速为1.0r/min，通过所述蠕动泵控制10mL浓度为1.0mol/L的HNO3溶液注入到所述液相色谱柱空管中，使所述HNO3溶液与生物吸附材料充分接触，并进行洗脱处理得到洗脱液，通过所述蠕动泵控制洗脱液进入到火焰原子吸收分光光度计中；
（4）用所述金属离子检测装置对所述洗脱液进行金属离子含量检测，火焰原子吸收分光光度计的各参数设置如下：波长为283.3nm，狭缝宽度为0.7nm，时间常数为0.1S，灯电流为10mA，点灯方式为非氘灯去背景，燃气流量为2.0L/min，助燃气流量为15.0L/min，火焰类型为Air-C2H2，燃烧器高度为 7mm，燃烧器角度为 0°。
一种用于本发明的系统装置（用于检测痕量金属离子含量的系统），如图3所示，用液相色谱柱空管作为固相萃取柱1，液相色谱柱空管的内径为5~10mm，长度为30~50mm，固相萃取柱1的内部进出口两端分别设有玻璃棉6用于阻止固相萃取材料流失；固相萃取柱1的前端设有待测液进样口4，其后端连接蠕动泵2，蠕动泵2的后端设有出样口5，出样口5的后端设有废弃液出样口7和洗脱液出样口8，废弃液出样口7的前端设有废弃液出液开关9，洗脱液出样口8的前端设有洗脱液出液开关10，洗脱液出样口8的后端连接金属离子检测装置3，金属离子检测装置为火焰原子吸收分光光度计；固相萃取柱1、蠕动泵2、金属离子检测装置3、待测液进样口4、出样口5、废弃液出样口7和洗脱液出样口8之间通过内径为1.0~2.0mm的硅胶管11连接。
进行吸附处理时，关闭洗脱液出液开关10，打开废弃液出液开关9，从固相萃取柱1排出的废弃液通过废弃液出样口7排出系统外；进行洗脱处理时，打开洗脱液出液开关10，关闭废弃液出液开关9，从固相萃取柱1排出的洗脱液通过洗脱液出样口8进入到金属离子检测装置3，然后对洗脱液进行金属离子含量检测。
本发明用于环境样品中痕量金属离子的检测，对待测的金属离子具有较高的吸附选择性，能够较好地排除其他金属离子的干扰，对待测的金属离子具有较好的吸附效率；同时，本发明使用的固相萃取技术成本低廉、样品回收率较高、萃取时间比较短、富集程度比较高，与液-液萃取技术相比较而言，又具有试剂消耗比较少的特点。同时，本发明采用特制的生物吸附材料作为固体吸附材料，该生物吸附材料集高吸附低成本、高选择低污染、高分离低损耗等诸多优点于一身，同时具有磁性材料及生物吸附材料的优势，可同时实现磁性分离、选择性识别、可循环回收利用等多种功能；且方法简便、成本低廉、绿色环保、不会造成二次污染。
实施例2：
一种检测痕量金属离子含量的方法，具体包括如下步骤：
（1）制备生物吸附材料：
①制备α-酮戊二酸缩壳聚糖（KCTS）：称取4.500g壳聚糖干燥样品，用120mL蒸馏水充分溶胀24h以上，称取m（α-酮戊二酸）:m（壳聚糖）= 1.6:1.0 的α-酮戊二酸7.200g，在室温下加入到壳聚糖的充分溶胀体系中，均匀搅拌1h，即得到略带黄色的透明粘性溶液；用0.1mol/L的氢氧化钠溶液缓慢地调节滤液体系的pH达到4.5~5.5（以5.0为宜），即得到乳白色的粘性溶液，再将其转移到500mL三颈烧瓶中继续搅拌均匀，在37℃水浴中控制反应时间为4h；根据n（硼氢化钠）:n（α-酮戊二酸）=1.8:1.0的摩尔数，准确称取硼氢化钠3.360g，将其配制成30mL的NaBH4溶液，控制速度缓慢地边搅拌边滴加到反应体系中，缓慢滴加防止泡沫生成物溢出来；用0.3mol/L的稀HCl溶液迅速调节反应体系的pH达到6.5~7.0，在37℃水浴中继续搅拌反应24h左右；将反应体系混合物缓慢倒入200mL95%乙醇中终止反应，搅拌使α-酮戊二酸缩壳聚糖开始析出，继续搅拌1h左右，使得α-酮戊二酸缩壳聚糖完全析出，进行减压抽滤，滤出物依次用100mL无水乙醇、100mL无水乙醚分别洗涤3~4次；将产品在35℃进行真空干燥，得到白色粉末状固体的α-酮戊二酸缩壳聚糖；
②制备磁性纳米Fe3O4：将2.502 g七水硫酸亚铁溶于30mL去离子水中，加入10 mL 浓度为50 g/L的PEG-20000（聚乙二醇20000）水溶液，搅拌混匀，于30℃恒温水浴，在搅拌条件下滴加30mL氨水溶液，至溶液pH为10，然后加入10mL双氧水溶液搅拌20min，将混合溶液转移至高压反应釜中，于160℃下恒温反应5h，再用蒸馏水洗涤，离心分离，并用无水乙醇洗涤，干燥，研磨得所述磁性Fe3O4纳米颗粒；
③制备粘质沙雷氏菌：将粘质沙雷氏菌菌种（上海北诺生物科技有限公司，粘质沙雷氏菌ATCC 14041）接种在固体培养平板表面，置于30℃的生化培养箱中，培养24h后取出，刮取培养基表面的细菌层，置于干燥箱中干燥，然后进行研磨，即得干燥的粘质沙雷氏菌菌体粉末；
④制备磁性离子印迹材料：准确称取0.2g α-酮戊二酸缩壳聚糖溶解于10mL浓度为2%的乙酸溶液中，搅拌至完全溶解后，与60mL浓度为1000mg/L的Pb2+溶液进行混和，用醋酸钠-醋酸缓冲溶液调节pH至5，置于22℃的恒温振荡器中振荡8h，吸附达到平衡后，用氢氧化钠溶液调节pH至9，使α-酮戊二酸缩壳聚糖析出，使用蒸馏水、乙醇和乙醚进行充分洗涤，直至滤液中用Na2S检测不到多余的Pb2+为止，在所得到的离子印迹材料中加入0.5g磁性纳米Fe3O4，并加入0.4mL环氧氯丙烷作为交联剂，在30℃恒温水浴中匀速搅拌进行交联反应3h，得到磁性离子印迹材料；
⑤制备生物吸附材料：将所述磁性离子印迹材料用稀HCl调节pH至5~6，加入2.2g干燥粘质沙雷氏菌粉末，再加入20mL的蒸馏水，不断搅拌均匀后加入6mL浓度为2.5%的三聚磷酸钠作为固化剂，在25℃的条件下固化反应9h后加入30mL浓度为0.1mol/L的乙二胺四乙酸（EDTA）溶液，振荡解析1.5h，然后使用蒸馏水反复洗涤，直至无滤液中检测不到Pb2+为止，再用浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液浸泡再生1.2h后，用蒸馏水洗涤至pH为6.5~7.5，再在50℃的条件下进行真空干燥、研磨、过筛，即得所述的生物吸附材料，该吸附材料保留了磁性Fe3O4纳米粒子的晶型，具有超顺磁性；
（2）准确称取0.05g生物吸附材料填充入内径为6mm、长度为50mm的液相色谱柱空管中，所述液相色谱柱空管的内部进出口两端分别设有玻璃棉用于阻止生物吸附材料流失，所述液相色谱柱空管的后端连接一蠕动泵，调节蠕动泵的转速为2.0r/min，通过蠕动泵控制100mL含有痕量铅离子的水溶液（待测液）注入到所述液相色谱柱空管中，使所述待测液与生物吸附材料充分接触并进行吸附处理，所述待测液经吸附后从液相色谱柱空管中排出得到废弃液；
（3）待所述废弃液从液相色谱柱空管中排出完毕后，调节蠕动泵的转速为1.5r/min，通过所述蠕动泵控制浓度为0.5mol/L的HNO3溶液注入到所述液相色谱柱空管中，使所述HNO3溶液与生物吸附材料充分接触，并进行洗脱处理得到洗脱液，通过所述蠕动泵控制洗脱液进入到火焰原子吸收分光光度计中；
（4）用所述金属离子检测装置对所述洗脱液进行金属离子含量检测，火焰原子吸收分光光度计的各参数设置如下：波长为283.3nm，狭缝宽度为0.7nm，时间常数为0.1S，灯电流为10mA，点灯方式为非氘灯去背景，燃气流量为2.0L/min，助燃气流量为15.0L/min，火焰类型为Air-C2H2，燃烧器高度为 7mm，燃烧器角度为 0°。
本发明用于环境样品中痕量金属离子的检测，对待测的金属离子具有较高的吸附选择性，能够较好地排除其他金属离子的干扰，对待测的金属离子具有较好的吸附效率；同时，本发明使用的固相萃取技术成本低廉、样品回收率较高、萃取时间比较短、富集程度比较高，与液-液萃取技术相比较而言，又具有试剂消耗比较少的特点。同时，本发明采用特制的生物吸附材料作为固体吸附材料，该生物吸附材料集高吸附低成本、高选择低污染、高分离低损耗等诸多优点于一身，同时具有磁性材料及生物吸附材料的优势，可同时实现磁性分离、选择性识别、可循环回收利用等多种功能；且方法简便、成本低廉、绿色环保、不会造成二次污染。
实施例3：
一种检测痕量金属离子含量的方法，具体包括如下步骤：
（1）制备生物吸附材料：
①制备α-酮戊二酸缩壳聚糖（KCTS）：称取4.500g壳聚糖干燥样品，用120mL蒸馏水充分溶胀24h以上，称取m（α-酮戊二酸）:m（壳聚糖）= 1.6:1.0 的α-酮戊二酸7.200g，在室温下加入到壳聚糖的充分溶胀体系中，均匀搅拌1h，即得到略带黄色的透明粘性溶液；用0.1mol/L的氢氧化钠溶液缓慢地调节滤液体系的pH达到4.5~5.5（以5.0为宜），即得到乳白色的粘性溶液，再将其转移到500mL三颈烧瓶中继续搅拌均匀，在37℃水浴中控制反应时间为4h；根据n（硼氢化钠）:n（α-酮戊二酸）=1.8:1.0的摩尔数，准确称取硼氢化钠3.360g，将其配制成30mL的NaBH4溶液，控制速度缓慢地边搅拌边滴加到反应体系中，缓慢滴加防止泡沫生成物溢出来；用0.3mol/L的稀HCl溶液迅速调节反应体系的pH达到6.5~7.0，在37℃水浴中继续搅拌反应24h左右；将反应体系混合物缓慢倒入200mL95%乙醇中终止反应，搅拌使α-酮戊二酸缩壳聚糖开始析出，继续搅拌1h左右，使得α-酮戊二酸缩壳聚糖完全析出，进行减压抽滤，滤出物依次用100mL无水乙醇、100mL无水乙醚分别洗涤3~4次；将产品在35℃进行真空干燥，得到白色粉末状固体的α-酮戊二酸缩壳聚糖；
②制备磁性纳米Fe3O4：将2.502 g七水硫酸亚铁溶于30mL去离子水中，加入10 mL 浓度为50 g/L的PEG-20000（聚乙二醇20000）水溶液，搅拌混匀，于30℃恒温水浴，在搅拌条件下滴加30mL氨水溶液，至溶液pH为10，然后加入10mL双氧水溶液搅拌20min，将混合溶液转移至高压反应釜中，于160℃下恒温反应5h，再用蒸馏水洗涤，离心分离，并用无水乙醇洗涤，干燥，研磨得所述磁性Fe3O4纳米颗粒；
③制备粘质沙雷氏菌：将粘质沙雷氏菌菌种（上海北诺生物科技有限公司，粘质沙雷氏菌ATCC 14041）接种在固体培养平板表面，置于30℃的生化培养箱中，培养24h后取出，刮取培养基表面的细菌层，置于干燥箱中干燥，然后进行研磨，即得干燥的粘质沙雷氏菌菌体粉末；
④制备磁性离子印迹材料：准确称取0.2g α-酮戊二酸缩壳聚糖溶解于10mL浓度为2%的乙酸溶液中，搅拌至完全溶解后，与55mL浓度为1000mg/L的Pb2+溶液进行混和，用醋酸钠-醋酸缓冲溶液调节pH至7，置于25℃的恒温振荡器中振荡8h，吸附达到平衡后，用氢氧化钠溶液调节pH至10，使α-酮戊二酸缩壳聚糖析出，使用蒸馏水、乙醇和乙醚进行充分洗涤，直至滤液中用Na2S检测不到多余的Pb2+为止，在所得到的离子印迹材料中加入0.5g磁性纳米Fe3O4，并加入0.3mL环氧氯丙烷作为交联剂，在30℃恒温水浴中匀速搅拌进行交联反应3h，得到磁性离子印迹材料；
⑤制备生物吸附材料：准确称取0.2g α-酮戊二酸缩壳聚糖溶解于10mL浓度为2%的乙酸溶液中，搅拌至完全溶解后，与55mL浓度为1000mg/L的Pb2+溶液进行混和，用醋酸钠-醋酸缓冲溶液调节pH至5.5，置于25℃的恒温振荡器中振荡8h，吸附达到平衡后，用氢氧化钠溶液调节pH至9.5，使α-酮戊二酸缩壳聚糖析出，使用蒸馏水、乙醇和乙醚进行充分洗涤，直至滤液中用Na2S检测不到多余的Pb2+为止，在所得到的离子印迹材料中加入0.5g磁性纳米Fe3O4，并加入0.5mL环氧氯丙烷作为交联剂，在28℃恒温水浴中匀速搅拌进行交联反应3.5h，得到磁性离子印迹材料，该吸附材料保留了磁性Fe3O4纳米粒子的晶型，具有超顺磁性；
（2）准确称取0.05g生物吸附材料填充入内径为10mm、长度为30mm的液相色谱柱空管中，所述液相色谱柱空管的内部进出口两端分别设有玻璃棉用于阻止生物吸附材料流失，所述液相色谱柱空管的前端连接一蠕动泵，调节蠕动泵的转速为1.5r/min，通过蠕动泵控制200mL含有痕量铅离子的水溶液（待测液）注入到所述液相色谱柱空管中，使所述待测液与生物吸附材料充分接触并进行吸附处理，所述待测液经吸附后从液相色谱柱空管中排出得到废弃液；
（3）待所述废弃液从液相色谱柱空管中排出完毕后，调节蠕动泵的转速为1.0r/min，通过所述蠕动泵控制浓度为2.0mol/L的HNO3溶液注入到所述液相色谱柱空管中，使所述HNO3溶液与生物吸附材料充分接触，并进行洗脱处理得到洗脱液，通过所述蠕动泵控制洗脱液进入到火焰原子吸收分光光度计中；
（4）用所述金属离子检测装置对所述洗脱液进行金属离子含量检测，火焰原子吸收分光光度计的各参数设置如下：波长为283.3nm，狭缝宽度为0.7nm，时间常数为0.1S，灯电流为10mA，点灯方式为非氘灯去背景，燃气流量为2.0L/min，助燃气流量为15.0L/min，火焰类型为Air-C2H2，燃烧器高度为 7mm，燃烧器角度为 0°。
本发明用于环境样品中痕量金属离子的检测，对待测的金属离子具有较高的吸附选择性，能够较好地排除其他金属离子的干扰，对待测的金属离子具有较好的吸附效率；同时，本发明使用的固相萃取技术成本低廉、样品回收率较高、萃取时间比较短、富集程度比较高，与液-液萃取技术相比较而言，又具有试剂消耗比较少的特点。同时，本发明采用特制的生物吸附材料作为固体吸附材料，该生物吸附材料集高吸附低成本、高选择低污染、高分离低损耗等诸多优点于一身，同时具有磁性材料及生物吸附材料的优势，可同时实现磁性分离、选择性识别、可循环回收利用等多种功能；且方法简便、成本低廉、绿色环保、不会造成二次污染。

Claims (10)

1.一种检测痕量金属离子含量的方法，包括如下步骤：将待测液注入到一固相萃取柱中，用固相萃取柱中填充的生物吸附材料对待测液进行吸附处理，使待测液中的金属离子富集在所述生物吸附材料上，然后用洗脱剂对富集在所述生物吸附材料上的金属离子进行洗脱，使洗脱后的洗脱液进入到一金属离子检测装置中，再利用该金属离子检测装置对洗脱后得到的洗脱液进行金属离子含量检测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括如下操作步骤：
（1）将生物吸附材料填充入一固相萃取柱中，所述固相萃取柱的前端或后端连接一蠕动泵，通过蠕动泵控制待测液注入到所述固相萃取柱中，使所述待测液与生物吸附材料充分接触并进行吸附处理，所述待测液经吸附后从固相萃取柱中排出得到废弃液；
（2）所述废弃液从固相萃取柱中排出完毕后，通过所述蠕动泵控制洗脱剂注入到所述固相萃取柱中，使所述洗脱剂与生物吸附材料充分接触，并进行洗脱处理得到洗脱液，通过所述蠕动泵控制洗脱液进入到一金属离子检测装置中；
（3）用所述金属离子检测装置对所述洗脱液进行金属离子含量检测。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述生物吸附材料以粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens) 为核心材料，在所述粘质沙雷氏菌菌体表面包覆一层带有磁性的离子印迹材料，所述带有磁性的离子印迹材料以α-酮戊二酸缩壳聚糖为载体，在所述α-酮戊二酸缩壳聚糖中负载有金属离子印迹和磁性纳米Fe3O4。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述生物吸附材料的制备方法包括以下步骤：以α-酮戊二酸缩壳聚糖为载体，金属离子为印迹模板，通过金属离子印迹技术得到离子印迹材料，然后将所述离子印迹材料和磁性纳米Fe3O4进行交联反应得到磁性离子印迹材料，最后通过固化反应使所述磁性离子印迹材料包覆在粘质沙雷氏菌菌体表面，即得到所述的多功能生物吸附材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述生物吸附材料的制备方法具体包括如下操作步骤：
（1）将α-酮戊二酸缩壳聚糖溶解于乙酸溶液中，与金属离子溶液进行混和，将得到的混合溶液调节pH至5~7后，置于20~25℃的恒温条件下振荡8~10h，待吸附达到平衡后调节pH至9~10，使负载有金属离子印迹的α-酮戊二酸缩壳聚糖析出得到离子印迹材料，对所述离子印迹材料依次使用蒸馏水、乙醇和乙醚进行充分洗涤，直至滤液中检测不到多余的金属离子为止，然后往离子印迹材料中加入磁性纳米Fe3O4和交联剂，在28~30℃恒温条件下匀速搅拌使其进行交联反应2.5~3.5h，得到磁性离子印迹材料；
（2）将所述磁性离子印迹材料调pH至5~6，加入粘质沙雷氏菌粉末和蒸馏水，搅拌均匀后加入固化剂，在25℃~30℃的条件下进行固化反应8~10h，然后加入乙二胺四乙酸溶液，振荡解析1.0~1.2h后用蒸馏水反复洗涤，直至滤液中检测不到金属离子为止，再用氢氧化钠溶液浸泡再生1.0~1.5h后，用蒸馏水洗涤至pH为6.5~7.5，最后在40~50℃的条件下进行真空干燥、研磨、过筛，即得所述的生物吸附材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述金属离子溶液的浓度为800~1200 mg/L，所述α-酮戊二酸缩壳聚糖中所含氨基的摩尔数与金属离子溶液中所含金属离子的摩尔数的比值为0.20~0.50；所述交联剂为环氧氯丙烷，所述α-酮戊二酸缩壳聚糖中所含氨基的摩尔数与交联剂的摩尔数的比值为2.0~4.0；所述磁性纳米Fe3O4与α-酮戊二酸缩壳聚糖的质量配比为1.5~2.5:1。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述磁性纳米Fe3O4与粘质沙雷氏菌粉末的质量配比为1:4~4.5；所述固化剂为三聚磷酸钠溶液，所述三聚磷酸钠溶液的质量浓度为2~3%；所述乙二胺四乙酸溶液的质量浓度为0.05~0.15mol/L。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述洗脱剂为HNO3溶液，所述HNO3溶液的浓度为0.1~2mol/L。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述固相萃取柱为液相色谱柱空管，所述液相色谱柱空管的内径为5~10mm，长度为30~50mm；所述固相萃取柱的内部进出口两端分别设有玻璃棉。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金属离子检测装置为火焰原子吸收分光光度计。
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