CN113567365A - 液液微萃取结合纳米酶检测水中挥发酚的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了液液微萃取结合纳米酶检测水中挥发酚的方法，本方法是以叶绿素铜钠为原料，一步热解法合成铜基单原子纳米酶，基于铜基单原子纳米酶（Cu‑N‑C）具有的拟过氧化酶模拟催化活性，催化氧化挥发酚，与4‑氨基安替比林显色，产生橙红色，以正辛或庚酸、薄荷醇低共熔溶剂为萃取剂，酸碱诱导液液微萃取，由此建立挥发酚高灵敏快速检测新方法，检出限为1µg/L，显色反应仅在1min以内完成，体系稳定性超过30min，实现了现行标准中4‑氨基安替比林法不能测定的硝基酚类的检测，检测方法结果与J503‑2009国家标准测定方法相符；方法对实时、现场分析等环境监测工作具有重要指导意义。

Description

液液微萃取结合纳米酶检测水中挥发酚的方法
技术领域
本发明涉及化学分析检测技术领域，具体为一种液液微萃取结合纳米酶检测水中挥发酚的方法。
背景技术
酚类主要来自炼油、煤气洗涤、炼焦、造纸、合成氨、木材防腐和化工等过程，挥发酚通常指沸点在230℃以下的酚类，属于一元酚，属于原生质毒，可对人体产生毒害作用。挥发酚是我国饮用水源水和地表水的必测项目，《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅰ类、Ⅱ标准限值不超过0.002mg/L，《地下水质量标准》(GB/T14848-93)Ⅰ类、Ⅱ标准限值不超过0.001mg/L。通常饮用水源水和地表水含量很低且一般是刚检出或未检出，对此类样品《水质挥发酚的测定4-氨基安替比林分光光度法》(HJ503-2009)分析速度慢，操作繁琐，对低浓度样品误差较大，不能准确对环境样品污染因子挥发酚的类别进行判定，同时所用的萃取试剂三氯甲烷对操作人员健康和环境危害很大。
“纳米酶”具有类似酶活性的纳米材料，是一类既有纳米材料的独特性能，又有催化功能的模拟酶，纳米酶作为一类新型的模拟酶，它具有许多其他传统模拟酶所无法企及的优点。模拟天然酶活性中心及其周围微环境的结构特点来设计和优化纳米酶的是一种切实可行的策略，叶绿素铜钠（C34H31CuN4Na3O6）由于其具有特征性的四吡咯结构，掺杂的Cu和N元素在碳层中形成了Cu-N４的配位杂环结构，该结构与天然酶辅助因子中铁卟啉的结构特征非常相似，得到的新型纳米酶具有稳定的多种类酶活性。
发明内容
针对现有挥发酚检测技术的不足，本发明提供了一种液液微萃取结合纳米酶检测水中挥发酚的方法，本方法基于铜基单原子纳米酶（Cu-N-C）具有的拟过氧化酶模拟催化活性，催化氧化挥发酚，与4-氨基安替比林显色，结合分散酸碱诱导液液微萃取，实现挥发酚高灵敏、快速检测的目的；
本发明方法是以叶绿素铜钠为原料，一步热解法合成单原子纳米酶Cu-N-C，基于Cu-N-C高拟过氧化酶活性，催化氧化挥发酚，在4-氨基安替比林存在下，产生橙红色，以庚酸或正辛酸、薄荷醇低共熔溶剂为萃取剂，酸碱诱导液液微萃取，由此建立挥发酚高灵敏快速检测新方法，检出限为1µg/L，反应仅在1min内完成，体系稳定性超过30min，实现了现行标准中4-氨基安替比林法不能测定的硝基酚类的检测，检测方法结果与HJ503-2009国家标准测定方法相符；方本发明方法对实时、现场分析等环境监测工作具有重要指导意义。
本发明快速检测水质中挥发酚的方法如下：
在50mL具塞比色管中加入苯酚标准溶液、pH10的NH3-NH4Cl5mL、1.5mL 4-氨基安替比林、0.1mL Cu-N-C溶液、40mmol/L的H2O2 2mL，用去离子水稀释至50mL，其中苯酚标准溶液浓度范围在1.25～250µg/L，混匀后于室温下放置5～10min，加入0.5～2mL低共熔溶剂作为萃取剂，碱作为乳化剂，涡旋1～2min形成均匀乳液，然后静置5～10min后，加盐酸0.5～2mL，离心分相，去除下层水溶液，萃取目标物萃取剂采用可见分光光度法测定吸光度，绘制标准曲线，得到回归方程；取25mL待测水样，操作步骤与标准品测定方法相同，测定吸光度，代入回归方程，计算得挥发酚含量。
所述Cu-N-C是将0.7～1.0g叶绿素铜钠、10mL甲醇、50g氯化钾加到圆底烧瓶中，密封，室温搅拌10h后，在50～60℃下真空干燥24～48h除去甲醇，将得到的固体颗粒置于管式炉中，在氮气保护下700～800℃煅烧2～3h，产物用0.5mol/L的H2SO4溶液浸泡24h后，用纯水离心洗涤多次制得，Cu-N-C溶液为0.1～0.2mg/mL的水溶液。
所述低共熔溶剂是将庚酸或正辛酸、薄荷醇按摩尔比1:1的比例混匀后，加热至60～70℃，形成均匀透明溶液制得。
所述碱乳化剂为氨水或氢氧化钠，氨水添加量为0.5～2g/50mL，氢氧化钠添加量为0.5～2mL/50mL，氨水质量体积浓度g:mL为28%。
所示盐酸质量体积浓度g:mL为37%。
所述离心是在3000～5000r/min下离心5～10min。
所述可见分光光度法检测波长为508nm。
本发明的优点在于：
1、本发明利用无毒的单原子纳米酶（Cu-N-C）代替有毒的铁氰化钾作氧化剂，利用Cu-N-C高拟过氧化酶活性，快速催化氧化挥发酚，该方法不仅能氧化苯酚、还能氧化传统4-氨基安替比林法不能测定的硝基酚类，形成稳定显色体系，有效降低了试剂空白的吸光度，实现挥发酚的高灵敏、快速检测；
2、利用绿色环保庚酸或正辛酸、薄荷醇低共熔溶剂作萃取剂，碱乳化、酸分相的酸碱诱导液液微萃取进行挥发酚的萃取，避免现有检测中需要耗费大量有毒试剂三氯甲烷现状，实现体系快速、高效萃取，本发明建立的检测方法显色反应仅为1min，体系稳定性超过30min；
3、本发明该方法精密度和准确度良好，测定结果与国标法大致相同，且与国标法相比，无论检测时间、有机溶剂用量、安全性及对环境、检测人员的影响都大大高于现有检测方法，该方法稳定、重现性好、操作简单、快速、绿色环保，检测限达到相关国家标准。
附图说明
图1为苯酚可见光吸收图；
图2为苯酚线性回归方程图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步详细地描述说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1：地表水中挥发酚测定
（1）Cu-N-C溶液制备：将0.7g叶绿素铜钠、10mL甲醇、50g氯化钾加到圆底烧瓶中，密封，室温搅拌10h后放置在真空干燥箱中，在60℃下干燥35h除去甲醇，将得到的固体颗粒置于管式炉中，在氮气保护下750℃煅烧2h，产物通过0.5mol/L的H2SO4溶液浸泡24h，并用纯水离心洗涤4次，即得Cu-N-C，然后配制成0.1mg/mL的水溶液；
（2）低共熔溶剂的制备：将庚酸、薄荷醇按摩尔比1:1的比例混匀，加热至60℃，形成均匀透明溶液，即得低共熔溶剂；
（3）在50mL具塞比色管中加入苯酚标准溶液、pH10的NH3-NH4Cl5mL、1.5mL 4-氨基安替比林、0.1mg/mL Cu-N-C溶液0.1mL，40mmol/L的H2O2 2mL，用去离子水稀释至50mL，其中苯酚标准溶液浓度范围在1.25～250µg/L，混匀后于室温下放置10min，加入2mL低共熔溶剂作萃取剂，加氨水（28%）1mL作乳化剂，涡旋1min形成均匀乳液，然后静置10min后，加盐酸（37%）1 mL，5000r/min下离心5min，分相，去除下层水溶液，将萃取目标物萃取剂采用可见分光光度法进行在508nm波长处测定吸光度，以吸光度为纵坐标，苯酚浓度为横坐标，绘制工作曲线，得到回归方程、相关系数、相对标准偏差、线性范围等见表1、图1及图2；
表1线性方程、相关系数、相对标准偏差、线性范围
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（4）地表水中挥发酚测定
在50mL具塞比色管中加入待测地表水25mL、pH10的NH3-NH4Cl5mL、1.5mL 4-氨基安替比林、0.1mg/mL Cu-N-C溶液0.1mL，40mmol/L的H2O2 2mL，用去离子水稀释至50mL，混匀后于室温下放置10min，加入2mL低共熔溶剂作萃取剂，加氨水（28%）1mL作乳化剂，涡旋1min形成均匀乳液，然后静置10min后，加盐酸（37%）1 mL，5000r/min下离心5min，分相，去除下层水溶液，将萃取目标物萃取剂采用可见分光光度法进行在508 nm波长处测定吸光度，代入回归方程，测得挥发酚含量为1.9µg/L；
（5）回收率与精密度实验：在地表水样品中分别添加2个不同浓度的苯酚标准溶液；每个浓度平行测定3次，计算加标回收率，并计算出相对标准偏差RSD，结果见表2；测得苯酚的加标回收率在98.1％～101.5％，RSD在1.21％～2.20％，本方法有好的的准确性和精密度；
表2 地表水中挥发酚加标回收率及RSD（n = 3）
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（6）准确度试验：为了验证本发明方法的准确度，采用国家环保部标准品研究所的标准样品进行验证，见表3；
表3标准样品测定
Figure DEST_PATH_IMAGE006
结果表明，本发明方法准确度在误差允许范围内，方法具有时间短，快速，操作简便，环保，准确，重现性好等特点。
实施例2：湖泊水中挥发酚测定
（1）Cu-N-C溶液制备：将1.0g叶绿素铜钠、10mL甲醇、50g氯化钾加到圆底烧瓶中，密封，室温搅拌10h后放置在真空干燥箱中，在60℃下干燥40h除去甲醇，将得到的固体颗粒置于管式炉中，在氮气保护下800℃煅烧3h，产物通过0.5mol/L的H2SO4溶液浸泡24h，并用纯水离心洗涤5次，即得Cu-N-C，然后配制成0.15mg/mL的水溶液；
（2）低共熔溶剂的制备：将正辛酸、薄荷醇按摩尔比1:1的比例混匀，加热至70℃，形成均匀透明溶液，即得低共熔溶剂；
（3）挥发酚工作曲线制作方法同实施例1；
（4）湖泊水中挥发酚测定
在50mL具塞比色管中加入待测湖泊水25mL、pH10的NH3-NH4Cl5mL、1.5mL 4-氨基安替比林、0.15mg/mL Cu-N-C溶液0.1mL，40mmol/L的H2O2 2mL，用去离子水稀释至50mL，混匀后于室温下放置8min，加入2mL低共熔溶剂作萃取剂，加氨水（28%）1mL作乳化剂，涡旋2min形成均匀乳液，然后静置8min后，加盐酸（37%）1 mL，4000r/min下离心8min，分相，去除下层水溶液，将萃取目标物萃取剂采用可见分光光度法进行在508 nm波长处测定吸光度，代入回归方程，测得挥发酚含量为5.5µg/L。

Claims (8)

1.一种液液微萃取结合纳米酶检测水中挥发酚的方法，其特征在于，包括以下步骤：在50mL具塞比色管中加入苯酚标准溶液、pH10的NH3-NH4Cl5mL、1.5mL 4-氨基安替比林、0.1mLCu-N-C溶液、40mmol/L的H2O2 2mL，用去离子水稀释至50mL，其中苯酚标准溶液浓度范围在1.25～250µg/L，混匀后于室温下放置5～10min，加入0.5～2mL低共熔溶剂作为萃取剂，碱作为乳化剂，涡旋1～2min形成均匀乳液，然后静置5～10min后，加盐酸0.5～2mL，离心分相，去除下层水溶液，萃取目标物萃取剂采用可见分光光度法测定吸光度，绘制标准曲线，得到回归方程；
取25mL待测水样，操作步骤与标准品测定方法相同，测定吸光度，代入回归方程，计算得挥发酚含量。
2.根据权利要求1所述的液液微萃取结合纳米酶检测水中挥发酚的方法，其特征在于：Cu-N-C是将0.7～1.0g叶绿素铜钠、10mL甲醇、50g氯化钾加到圆底烧瓶中，密封，室温搅拌10h后，在50～60℃下真空干燥24～48h除去甲醇，将得到的固体颗粒置于管式炉中，在氮气保护下700～800℃煅烧2～3h，产物用0.5mol/L的H2SO4溶液浸泡24h后，用纯水离心洗涤多次制得。
3.根据权利要求2所述的液液微萃取结合纳米酶检测水中挥发酚的方法，其特征在于，Cu-N-C溶液为0.1～0.2mg/mL的水溶液。
4.根据权利要求1所述的液液微萃取结合纳米酶检测水中挥发酚的方法，其特征在于：低共熔溶剂是将庚酸或正辛酸、薄荷醇按摩尔比1:1的比例混匀后，加热至60～70℃，形成均匀透明溶液制得。
5.根据权利要求1所述的液液微萃取结合纳米酶检测水中挥发酚的方法，其特征在于，碱乳化剂为氨水或氢氧化钠，氨水添加量为0.5～2g/50mL，氢氧化钠添加量为0.5～2mL/50mL，氨水质量体积浓度为28%。
6.根据权利要求1所述的液液微萃取结合纳米酶检测水中挥发酚的方法，其特征在于，盐酸质量体积浓度为37%。
7.根据权利要求1所述的液液微萃取结合纳米酶检测水中挥发酚的方法，其特征在于，离心是在3000～5000r/min下离心5～10min。
8.根据权利要求1所述的液液微萃取结合纳米酶检测水中挥发酚的方法，其特征在于，可见分光光度法检测波长为508nm。
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