CN113607666B - 一种利用改进银镜反应生成银纳米粒子进行水中氨氮含量测定的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用改进银镜反应生成银纳米粒子进行水中氨氮含量测定的方法，该方法是以硝酸银与氨氮结合成银氨溶液，使用没食子酸作还原剂和稳定剂将银氨溶液还原成银纳米粒子。该银纳米粒子在紫外‑可见光吸收下，最大吸收峰波长为403nm。本发明通过水样中不同浓度氨氮与银离子结合形成的银氨溶液浓度不同，然后被没食子酸还原生成的银纳米粒子数量不同，利用最大吸收峰的吸光度变化，可实现对氨氮含量的快速检测，具有灵敏度高、检出范围宽、稳定性好、检出范围灵活、重复性好等优点。该检测方法操作简单，使用灵活，所需试剂仪器安全常见，对环境没有污染，可投入实际使用，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于纳米粒子和化学分析检测技术领域，具体涉及一种将银氨溶液还原成银纳米粒子并将其用于检测水中氨氮含量的方法。
背景技术
氨氮含量是指水中以游离氨(NH3)和铵离子(NH4 +)形式存在的化合氮的总含量。当今社会，随着生产生活的发展，水污染问题日趋严峻，水中各种污染源的并存，而氨氮含量正是作为衡量水体污染程度的一项重要指标，它对于水质指标的好坏具有重要的意义。因此，开发对水中氨氮含量的检测的方法具有十分重要的作用和意义。
目前，测定水质氨氮的方法主要有纳氏试剂比色法、水杨酸分光光度法、蒸馏和滴定法以及气相分子吸收光谱法等。但是这些传统的方法往往操作步骤复杂，或者由于使用高毒性试剂，容易对环境造成污染。因此，迫切需要一种步骤简单，操作便捷，并且所用试剂均无毒无害，对环境危害性更小，并且安全可靠的检测方法。
发明内容
本发明的目的是针对目前水中氨氮含量检测方法的不足，提供一种利用将银氨溶液还原成银纳米粒子的能够快速准确检测水中氨氮含量的方法。
为实现上述目的，本发明利用改进银镜反应生成银纳米粒子进行水中氨氮含量测定的方法包含以下步骤：
1、将氢氧化钠水溶液加入硝酸银水溶液中，并加入不同浓度的氨水标准溶液，震荡或摇匀后静置20～30分钟，用0.22μm超滤膜过滤，得到不同浓度的银氨溶液。
2、向银氨溶液中加入没食子酸，震荡或摇匀后静置1.5～2小时，得到没食子酸稳定的银纳米粒子溶液；测定所述银纳米粒子溶液的UV-vis吸收光谱，确定其最大吸收波长处的吸光度，构建最大吸收波长处的吸光度与氨水溶液浓度之间的线性关系。
3、将步骤1中的氨水标准溶液用待测含氨氮水样替换，按照步骤1和2的方法检测水样中的氨氮含量。
上述步骤1中，优选所述氢氧化钠水溶液的浓度为600～800ppm，硝酸银水溶液的浓度为500～800ppm，氢氧化钠和硝酸银的摩尔比为1:1～2。
上述步骤1中，所述氨水溶液的浓度为250～550ppm或60～200ppm。
上述步骤2中，优选所述没食子酸的浓度为300～400ppm，没食子酸与硝酸银的摩尔比为1:350～500。
上述步骤2中，优选所述银纳米粒子的平均粒径为35～45nm。
本发明的原理为：以硝酸银和氢氧化钠反应形成氧化银沉淀，氧化银沉淀与氨氮结合生成银氨溶液，再使用没食子酸作还原剂和稳定剂将银氨溶液还原成单质银并修饰在单质银的表面，使其稳定生成银纳米粒子溶液。该银纳米粒子溶液在403 nm处有特征吸收峰，且特征吸收峰的吸光度与其浓度有关，利用不同浓度的银纳米粒子溶液的特征吸收峰的吸光度不同就可以建立氨氮浓度与吸光度之间的关系。
本发明利用水中氨氮与银离子配合形成银氨溶液后，通过没食子酸将银离子还原成单质银，并形成稳定存在的在403nm有最强吸收峰的银纳米粒子，利用不同浓度的氨氮含量生成的银纳米粒子数量不同，其最大吸收峰的吸光度不同，从而达到检测水中氨氮含量的目的。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明利用水样中氨氮离子发生改进银镜反应，生成银纳米粒子来进行水中氨氮含量测定，得到的标准方程线性相关系数良好，同时检测范围宽且可以根据实际需要改变试剂用量灵活调整检测范围。
2、本发明操作简单，不需要合成其它反应物即可直接检测，使用设备廉价易得，同时相对于传统的方法不需要使用重金属离子试剂，对环境的危害性小，可投入实际使用。
附图说明
图1是实施例1中没食子酸稳定的银纳米粒子的UV-vis吸收光谱随氨水溶液浓度(250～550ppm)变化的关系图。
图2是实施例1中没食子酸稳定的银纳米粒子的UV-vis最大吸光度与氨水溶液浓度(250～550ppm)的线性关系图。
图3是实施例2中没食子酸稳定的银纳米粒子的UV-vis吸收光谱随氨水溶液浓度(60～200ppm)变化的关系图。
图4是实施例2中没食子酸稳定的银纳米粒子的UV-vis最大吸光度与氨水溶液浓度(60～200ppm)的线性关系图。
图5是浓度为180ppm的待测样品经过反应生成银纳米粒子溶液的UV-vis光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。但以下内容不应理解为是对本发明的权利要求书请求保护范围的限制。
实施例1
1、分别配制浓度为700ppm的硝酸银水溶液、600ppm的氢氧化钠水溶液、340 ppm的没食子酸水溶液和1000ppm的氨水溶液。用移液枪分别取0、1250、1500、 1750、2000、2250、2750μL 1000ppm的氨水溶液于样品瓶中，然后各自加入5.00、 3.75、3.50、3.25、3.00、2.75、2.50mL去离子水，依次得到0、250、300、350、 400、450、550ppm的梯度浓度氨水溶液。取7个样品瓶依次编号，每个样品瓶加入10mL 700ppm的硝酸银水溶液和1.5mL 600ppm的氢氧化钠水溶液，摇匀后，按1-7编号顺序依次对应加入0、250、300、350、400、450、550ppm的氨水溶液 1.5mL，迅速摇匀，静置30分钟，然后用0.22μm的超滤膜过滤，得到澄清的银氨溶液。实验过程中，硝酸银水溶液加入氢氧化钠水溶液后，会立马出现黄褐色浑浊，该浑浊为氢氧化银沉淀，并且氢氧化银会迅速转变为氧化银沉淀，最终随着静置沉积在溶液底部。而加入氨水后，部分银离子会和铵根离子络合形成Ag(NH4)2 +，即银氨离子。利用超滤膜可以将不溶于水的氧化银沉淀滤去，得到澄清的银氨溶液。
2、用移液枪吸取7个样品瓶获得的银氨溶液各1mL，分别加入到5mL离心管中，并加入3mL去离子水稀释，之后加入40μL 340ppm的没食子酸水溶液，震荡1～3min后静置1.5小时，得到没食子酸稳定的银纳米粒子溶液。实验过程中可以看到，溶液缓慢由无色变成浅黄色，并且步骤1中加入的氨水溶液浓度越高，溶液颜色越深，而空白样(氨水溶液浓度为0ppm)颜色没有变化。
采用UV-vis光谱仪测定所得银纳米粒子溶液在600～200nm的吸收光谱，如图1所示。以氨水溶液的浓度C为横坐标，对应浓度最大吸收峰的吸光度A为纵坐标，绘制吸光度A随氨水溶液的浓度C变化的曲线，如图2所示，氨水溶液的浓度与最大吸收峰的吸光度具有良好的线性关系，标准方程为： A＝0.0013C+0.70786，线性相关性系数为0.99538。
实施例2
1、分别配制浓度为500ppm的硝酸银水溶液、600ppm的氢氧化钠水溶液、340 ppm的没食子酸水溶液和1000ppm的氨水溶液。用移液枪分别取0、300、400、500、 700、800、1000μL的氨水溶液于样品瓶中，然后各自加入5.0、4.7、4.6、4.5、4.3、 4.2、4.0mL去离子水，依次得到0、60、80、100、140、160、200ppm的梯度浓度氨水溶液。取7个样品瓶依次编号，每个样品瓶加入10mL 500ppm的硝酸银水溶液和1.5mL 600ppm的氢氧化钠水溶液，摇匀后，按1-7编号顺序依次对应加入 0、60、80、100、140、160、200ppm的氨水溶液1.5mL，迅速摇匀，静置30分钟，然后用0.22μm的超滤膜过滤，得到澄清的银氨溶液。
2、用移液枪吸取7个样品瓶获得的银氨溶液各1mL，分别加入到5mL离心管中，并加入3mL去离子水稀释，之后加入40μL 340ppm没食子酸水溶液，震荡 1～3min后静置1.5小时，得到没食子酸稳定的银纳米粒子溶液。实验过程中可以看到，溶液缓慢由无色变成浅黄色，并且步骤1中加入的氨水溶液浓度越高，溶液颜色越深，而空白样(氨水溶液浓度为0ppm)颜色没有变化。
采用UV-vis光谱仪测定所得银纳米粒子溶液在600～200nm的吸收光谱，如图3所示。以氨水溶液的浓度C为横坐标，对应浓度最大吸收峰的吸光度A为纵坐标，绘制吸光度A随氨水溶液的浓度C变化的曲线，如图4所示，氨水溶液的浓度与最大吸收峰的吸光度具有良好的线性关系，标准方程为： A＝0.00262C+0.55538，线性相关性系数为0.99136。
为了证明本发明方法的准确性和可靠性，发明人进行了如下实验：
用移液枪取900μL 1000ppm的氨水溶液于样品瓶中，并加入4.1mL去离子水，得到浓度为180ppm的待测样品。按照上述实施例2的方法，采用UV-vis光谱仪测定所得银纳米粒子溶液在600～200nm的吸收光谱，如图5所示，它的最大吸收峰的吸光度为1.037，将其带入实施例2的标准方程，所得浓度为183.8ppm，相对误差为2.11％。
选取未经处理的垃圾渗滤液作为实际样品，将其絮凝沉淀后，按照上述实施例 2的方法，采用UV-vis光谱仪测定所得银纳米粒子溶液在600～200nm的吸收光谱，它的最大吸收峰的吸光度为0.937，将其带入实施例2的标准方程，所得氨氮浓度为145.7ppm。采用电极法，以pH玻璃电极为指示电极，银-氯化银电极为参比电极，检测该实际样品中氨氮含量，最后得到的结果为148.3ppm。与电极法相比，本发明方法所得结果相对误差为1.75％，说明本发明检测方法是准确、可靠的。
Claims (5)
1.一种利用改进银镜反应生成银纳米粒子进行水中氨氮含量测定的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：
(1)将氢氧化钠水溶液加入硝酸银水溶液中，并加入不同浓度的氨水标准溶液，震荡或摇匀后静置20～30分钟，用0.22μm超滤膜过滤，得到不同浓度的银氨溶液；
(2)向银氨溶液中加入没食子酸，震荡或摇匀后静置1.5～2小时，得到没食子酸稳定的银纳米粒子溶液；测定所述银纳米粒子溶液的UV-vis吸收光谱，确定其最大吸收波长处的吸光度，构建最大吸收波长处的吸光度与氨水溶液浓度之间的线性关系；
(3)将步骤(1)中的氨水标准溶液用待测含氨氮水样替换，按照步骤(1)和(2)的方法检测水样中的氨氮含量。
2.根据权利要求1所述的利用改进银镜反应生成银纳米粒子进行水中氨氮含量测定的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述氢氧化钠水溶液的浓度为600～800ppm，硝酸银水溶液的浓度为500～800ppm，氢氧化钠和硝酸银的摩尔比为1:1～2。
3.根据权利要求2所述的利用改进银镜反应生成银纳米粒子进行水中氨氮含量测定的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述氨水溶液的浓度为250～550ppm或60～200ppm。
4.根据权利要求1所述的利用改进银镜反应生成银纳米粒子进行水中氨氮含量测定的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述没食子酸的浓度为300～400ppm，没食子酸与硝酸银的摩尔比为1:350～500。
5.根据权利要求1所述的利用改进银镜反应生成银纳米粒子进行水中氨氮含量测定的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述银纳米粒子的平均粒径为35～45nm。
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