CN112630280A - 基于离子选择法检测水中氨氮浓度的聚合物敏感膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于离子选择法检测水中氨氮浓度的聚合物敏感膜及其制备方法和应用，属于膜技术领域。所述基于离子选择法检测水中氨氮浓度的聚合物敏感膜，按质量份数包括以下组分：聚合物基材20‑40份、增塑剂40‑80份、活性物质1‑10份、离子交换剂1‑5份，其中，所述活性物质为无活菌素、磷钨酸铵、18‑冠醚‑6、邻苯二胺、4‑溴‑3,5‑二甲基吡唑、2,3‑二甲基吡唑、三月桂胺、四唑‑1,5‑二胺、三酰胺和杂冠醚衍生物中的任意一种或几种。本申请选用作为离子载体的活性物质，能够增强对钾离子的抗干扰性，尤其是对K+离子的抗干扰性，从而提高了对水中NH4 +的测量的精确度。
Description
技术领域
本发明属于膜技术领域，具体涉及一种基于离子选择法检测水中氨氮浓度的聚合物敏感膜及其制备方法和应用。
背景技术
氨氮物质的主要来源包括排放的生活污水中含氮的有机物在微生物存在下分解生成的产物、农业污水以及工业污水的排放等。海水中的氨氮是海水中一项重要的营养指标，其含量在海水氮循环中占据重要的地位。水体中的氨氮污染会对水中动植物产生毒副作用，导致海水水质变差，致使鱼虾等大量死亡，严重破坏水生生态系统的平衡与人类的生活质量。因此，氨氮的含量是一项判断水体受污染状况的重要标志，是我国水质质量监测的一个重要指标，也是污染物排放总量控制的指标之一，在环境质量监测体系中占据重要地位。
目前，国内外用于检测水中氨氮含量的方法有很多，常见的主要有：分光光度法、荧光光谱法、色谱法等。
分光光度法是氨氮含量检测中常用的方法，主要包括水杨酸分光光度法以及纳氏试剂分光光度法等。该方法较为灵敏、稳定，但操作过程较为复杂且对试剂的要求较为严格，测定过程较为繁琐，测定前需对样品进行一定的预处理，不适合于氨氮含量的现场快速检测。
荧光光谱法通常是利用溶液中的氨氮在碱性环境中可以与邻苯二甲醛 (OPA)在还原剂亚硫酸钠存在的条件下发生反应生成具有强荧光性的吲哚取代衍生物，通过测量该衍生物产生的荧光强度即可得到溶液中所含氨氮的含量，该方法虽然灵敏度高、稳定性好、效果强。但是测试仪器比较昂贵、且不能进行实地测量。
色谱法，又称层析法，是依据待测样品与流动相和固定相之间作用力等因素的不同进行分离的一种方法。但是，该方法时间较长，操作较为复杂。
而离子选择电极则不具有上述缺点，离子选择性电极是一种基于离子选择法广泛被研究的电化学传感器。离子选择性电极的基本原理是通过在电极达到平衡时，对待测溶液、指示电极以及参比电极之间组成的原电池的电位进行测量从而确定物质的活度。目前，离子选择性电极已经在分析化学领域中获得了重要的地位，被广泛应用于工业、医疗、环境污染检测及食品安全等领域，是人们研究的热点之一。离子选择性电极比较适合氨氮浓度较低的水质样品，该方法的优点是具有较好的准确度和精密度，同时该方法具有灵敏度高，测定速度快、操作简单、成本较低等优势
其中，聚合物敏感膜是离子选择性电极的关键部分，通常由相容性良好的聚合物基体材料、离子交换剂、离子载体和增塑剂四部分组成。它能够选择性地对溶液中的待测离子进行识别并产生相应的膜电位，其膜电位的大小是由在膜/水界面的荷电物质的分布决定的。但是现有的技术公开的聚合物敏感膜在检测水中氨氮浓度时容易受到K+的干扰，因此导致测试结果不够精确。
因此，如何制作一种能够用于检测水中氨氮离子的聚合物敏感膜是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种基于离子选择法检测水中氨氮浓度的聚合物敏感膜。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于离子选择法检测水中氨氮浓度的聚合物敏感膜，其特征在于，按质量份数包括以下组分：
聚合物基材20-40份、增塑剂40-80份、活性物质1-10份、离子交换剂 1-5份，
其中，所述活性物质为无活菌素、磷钨酸铵、18-冠醚-6、邻苯二胺、4- 溴-3,5-二甲基吡唑、2,3-二甲基吡唑、三月桂胺、四唑-1,5-二胺、三酰胺和杂冠醚衍生物中的任意一种或几种。
本发明中聚合物敏感膜的有益效果是：本申请选用作为离子载体的活性物质，能够增强对K+离子的抗干扰性，从而提高了对水中NH4 +的测量的精确度。
进一步的是，所述聚合物基材为聚氯乙烯、聚丙烯酸丁酯、聚硅氧烷、橡胶、羟基聚氯乙烯和聚氨酯中的任意一种或几种。
进一步的是，所述增塑剂为邻硝基苯辛醚、磷酸三辛酯、癸二酸二正辛酯、癸二酸二丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、磷酸二辛脂、邻苯二甲酸二正辛酯和双(2-乙基己基)己二酸酯中的任意一种或几种。本发明选用的增塑剂增强聚合物敏感膜的可塑性，提高聚合物敏感膜的韧性。
进一步的是，所述离子交换剂为四(4-氯苯基)硼酸钾、4-苯基硼酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和四苯硼酸钾中的任意一种或几种。本发明选用的离子交换剂能够有利于氨氮离子的交换过程，减小膜的电阻，提高电极的性能。
本申请还公开了一种上述聚合物敏感膜的制备方法，包括以下步骤：
按质量份数称取所述聚合物基材，将所述聚合物基材溶解于所述有机溶剂中，得到聚合物基材溶液；
按质量份称取所述活性物质、所述离子交换剂和所述增塑剂并依次加入至所述聚合物基材溶液中，直至所述述活性物质、所述离子交换剂和所述增塑剂溶解于所述聚合物基材溶液中，得到混合溶液；
使所述混合溶液固化，得到所述聚合物敏感膜。
本发明中聚合物敏感膜的制备方法的有益效果是：制备方法简单，通过混溶固化即可得到聚合物敏感膜。
进一步的是，所述固化温度为20～30℃，所述固化时间为24h以上。本申请可以在常温下固化，节约能源。
进一步的是，所述有机溶剂为四氢呋喃。
进一步的是，所述聚合物敏感膜的厚度为7mm。
本申请还公开了一种离子选择性电极，包括上述聚合物敏感膜。
本申请还公开了一种离子选择性电极在检测水中氨氮浓度中的应用。
本发明中离子选择性电极的有益效果是：采用本申请制备的离子选择性电极，其对氨氮离子具有较高的响应，对其他离子具有一定的抗干扰性，在检测水中氨氮离子时具有灵敏度高、测定速度快、操作简单的优点。
具体实施方式
以下对本申请的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本申请，并非用于限定本申请的范围。
在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本说明书中使用的术语是考虑到关于本公开的功能而在本领域中当前广泛使用的那些通用术语，但是这些术语可以根据本领域普通技术人员的意图、先例或本领域新技术而变化。此外，特定术语可以由申请人选择，并且在这种情况下，其详细含义将在本公开的详细描述中描述。因此，说明书中使用的术语不应理解为简单的名称，而是基于术语的含义和本公开的总体描述。
本申请中使用了文字来说明根据本申请的实施例所执行的操作步骤。应当理解的是，本申请实施例中的操作步骤不一定按照记载顺序来精确地执行。相反，根据需要，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或实施例。为简化公开内容，下面描述了各特征存在的一个或多个排列的具体实施例，但所举实施例不作为对本说明书的限定,在说明书中随后记载的第一特征与第二特征连接，即可以包括直接联系的实施方式，也可以包括形成附加特征的实施方式，进一步的，也包括采用一个或多个其他介入特征使第一特征和第二特征彼此间接连接或结合，从而第一特征和第二特征可以不直接联系。
实施例1
本实施例公开了一种聚合物敏感膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、按质量份数称取30份的PVC(聚氯乙烯)，将PVC溶解于四氢呋喃中，得到PVC溶液；
S2、按质量份称取1份无活菌素、1份四(4-氯苯基)硼酸钾和58份邻硝基苯辛醚，将上述组分依次加入到PVC溶液中进行搅拌，直至上述组分完全溶解，得到混合溶液；
S3、在25℃条件下，将上述混合溶液放入至培养皿中，等待24h，使混合溶液固化，得到7mm的聚合物敏感膜。
对该聚合物敏感膜测试在检测氨氮离子时的电极斜率和K+的选择性系数进行测试。
实施例2
本实施例公开了一种聚合物敏感膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、按质量份数称取20份的PU(聚氨酯)，将PU溶解于四氢呋喃中，得到PU溶液；
S2、按质量份称取10份磷钨酸铵、5份4-苯基硼酸钠和65份磷酸二辛脂，将上述组分依次加入到PU溶液中进行搅拌，直至上述组分完全溶解，得到混合溶液；
S3、在25℃条件下，将上述混合溶液放入至培养皿中，等待24h，使混合溶液固化，得到7mm的聚合物敏感膜。
实施例3
本实施例公开了一种聚合物敏感膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、按质量份数称取35份的PBA(聚丙烯酸丁酯)，将PBA溶解于四氢呋喃中，得到PBA溶液；
S2、按质量份称取5份的4-溴-3,5-二甲基吡唑、3份十六烷基三甲基溴化铵和57份邻苯二甲酸二辛酯，将上述组分依次加入到PBA溶液中进行搅拌，直至上述组分完全溶解，得到混合溶液；
S3、在25℃条件下，将上述混合溶液放入至培养皿中，等待24h，使混合溶液固化，得到7mm的聚合物敏感膜。
对照例1
选用市面上购买的成品膜测试在检测氨氮离子时的电极斜率和K+的选择性系数进行测试。
对上述实施例1制备的聚合物敏感膜和对照例1购买的成品膜的具体的测试结果如表1所示。
表1
通过上表可以看出，本申请制备的聚合物敏感膜其斜率与成品膜相近，并且，通过本申请实施例对K+选择性系数的选择系数可以看出，本申请对 K+表现出良好的抗干扰性。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于离子选择法检测水中氨氮浓度的聚合物敏感膜，其特征在于，按质量份数包括以下组分：
聚合物基材20-40份、增塑剂40-80份、活性物质1-10份和离子交换剂1-5份，
其中，所述活性物质为无活菌素、磷钨酸铵、18-冠醚-6、邻苯二胺、4-溴-3,5-二甲基吡唑、2,3-二甲基吡唑、三月桂胺、四唑-1,5-二胺、三酰胺和杂冠醚衍生物中的任意一种或几种。
2.如权利要求1所述基于离子选择法检测水中氨氮浓度的聚合物敏感膜，其特征在于，所述聚合物基材为聚氯乙烯、聚丙烯酸丁酯、聚硅氧烷、橡胶、羟基聚氯乙烯和聚氨酯中的任意一种或几种。
3.如权利要求1所述基于离子选择法检测水中氨氮浓度的聚合物敏感膜，其特征在于，所述增塑剂为邻硝基苯辛醚、磷酸三辛酯、癸二酸二正辛酯、癸二酸二丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、磷酸二辛脂、邻苯二甲酸二正辛酯和双(2-乙基己基)己二酸酯中的任意一种或几种。
4.如权利要求1所述基于离子选择法检测水中氨氮浓度的聚合物敏感膜，其特征在于，所述离子交换剂为四(4-氯苯基)硼酸钾、4-苯基硼酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和四苯硼酸钾中的任意一种或几种。
5.一种如权利要求1～4中任一项所述的聚合物敏感膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按质量份数称取所述聚合物基材，将所述聚合物基材溶解于所述有机溶剂中，得到聚合物基材溶液；
按质量份称取所述活性物质、所述离子交换剂和所述增塑剂并依次加入至所述聚合物基材溶液中，直至所述述活性物质、所述离子交换剂和所述增塑剂溶解于所述聚合物基材溶液中，得到混合溶液；
使所述混合溶液固化，得到所述聚合物敏感膜。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述固化温度为20～30℃，所述固化时间为24h以上。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为四氢呋喃。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物敏感膜的厚度为7mm。
9.一种离子选择性电极，包括权利要求1～4中任一项所述的聚合物敏感膜。
10.一种如权利要求9所述的离子选择性电极在检测水中氨氮浓度中的应用。
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| CN202011299504.XA CN112630280A (zh) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | 基于离子选择法检测水中氨氮浓度的聚合物敏感膜及其制备方法和应用 |
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