分离富集水体中痕量金属及其化合物纳米材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于圆盘固相萃取分离富集水体中痕量金属及其化合物纳米材料的方法，包括：组装圆盘固相萃取装置；控制样品通过固相萃取圆盘；利用洗脱剂洗脱所述固相萃取圆盘。采用本方法可实现低至0.2ng/L的金属及其化合物纳米材料1000倍的富集，并将该方法用于四种环境水体中纳米银(AgNPs)的加标测定，结果令人满意。本方法操作步骤简单，通过注射泵可以实现半自动化和速度可控萃取，适用的样品体积大，富集倍数高。同时，由于萃取过程中不会改变纳米材料的形貌和粒径，因此通过圆盘固相萃取分离富集纳米材料后可以获得环境水体中痕量金属及其化合物纳米材料的原始形貌。

【技术实现步骤摘要】
分离富集水体中痕量金属及其化合物纳米材料的方法
本专利技术属于环境分析化学领域，涉及一种基于圆盘固相萃取分离富集水体中痕量金属及其化合物纳米材料的方法。
技术介绍
金属及其化合物纳米材料具有优异的理化性质，已被广泛添加到日常生活用品和工业产品中。这些含金属及其化合物纳米材料的产品在生产、使用和处理过程中，不可避免地会释放到环境中，对人体健康、生存环境和社会安全等造成潜在危害。研究表明，金属及其化合物纳米材料具有基因毒性和细胞毒性，且可在生物体中累积和食物链中放大(YJKim，SLYang，JCRyu，Mol.Cell.Toxicol.2010，6，119-125)。由于金属及其化合物纳米材料的毒性与其粒径、组成和浓度密切相关，因此准确表征、识别和测定金属及其化合物纳米材料具有十分重要的意义。目前，关于金属及其化合物纳米材料的表针方法有透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和动态光散射(DLS)等；组成识别的方法有紫外可见吸收光谱(UV-vis)、电子能谱(EDS)和X射线吸收光谱(XAS)等；而定量主要是基于体积排阻色谱(SEC)、场流分级分离(FFF)和毛细管电泳(CE)等粒径分离技术与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)联用(JFLiu，SJYu，YGYin，etal，Trac-TrendsAnal.Chem.2012，33，95-106)。然而，由于环境水体中金属及其化合物纳米材料的含量很低且基体复杂，这些技术方法实际难以满足纳米材料的表征、识别和测定。因此，建立一种能够保持纳米材料粒径、组成不变的高倍数分离富集方法，可有助于纳米材料的高灵敏度表征、识别和测定。圆盘固相萃取(disk-basedsolidphaseextraction，disk-basedSPE)是一种液体样品前处理技术，其基本原理与固相萃取相同，是对固相萃取的补充。圆盘固相萃取具有操作简单、截面大、流程短、富集倍数高等特点，目前已被广泛用于萃取大体积水样中的污染物，如有机污染物和无机金属离子等(MShamsipur，ARGhiasvand，YYamin，Anal.Chem.1999，71，4892-4895)。然而，目前尚未有基于圆盘固相萃取分离富集纳米材料的报道。
技术实现思路
为了解决现有技术中分离富集金属及其化合物纳米材料时操作复杂，易受复杂基体影响等问题，本专利技术提出一种基于圆盘固相萃取分离富集水体中痕量金属及其化合物纳米材料的方法。采用该方法，实现了ng/L环境水平下金属及其化合物纳米材料的分离富集，并成功应用于环境水样中的分离富集。并且富集前后金属及其化合物纳米材料的形貌和粒径分布基本不变，因此可以获得环境水体中金属及其化合物纳米材料的原始形貌。本专利技术提出的基于圆盘固相萃取分离富集水体中痕量金属及其化合物纳米材料的方法，包括：组装圆盘固相萃取装置；控制样品通过固相萃取圆盘；利用洗脱剂洗脱所述固相萃取圆盘。可选地，所述金属及其化合物纳米材料包括零价金属纳米材料、金属硫化物纳米材料或金属氧化物纳米材料。可选地，通过注射泵、负压抽滤或者手推注射器过滤来控制萃取过程。可选地，所述固相萃取圆盘为微孔滤膜，所述微孔滤膜的孔径为0.2-0.8μm。可选地，所述微孔滤膜的材质选自PVDF、聚醚砜(PES)、尼龙(Nylon)、混合纤维素(MCE)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚丙烯(PP)。可选地，样品的pH值为3.0-9.0，体积为0.1-2.0L。可选地，所述洗脱剂为FL-70，FL-70的质量体积浓度为1.0-10.0％。可选地，洗脱时，将所述固相萃取圆盘置于洗脱剂中1500-3500rpm涡旋0.5-12h。可选地，所述方法还包括对分离富集的金属及其化合物纳米材料进行分析，包括浓度测定、组成识别和粒径表征。可选地，所述分析采用电感耦合等离子体质谱实现纳米材料浓度测定，采用透射电镜、紫外可见光谱、尺寸排阻色谱与电感耦合等离子体质谱联用技术实现纳米材料的组成识别和粒径表征。与现有的金属及其化合物纳米材料分离富集方法相比，本方法具有以下优点：操作简便，可实现半自动化、速度可控萃取；灵敏度较高，可实现水体中低至0.2ng/L纳米材料的分离富集；适用的样品体积大，可实现大于1L的水样中痕量纳米材料的富集；选择性好，环境中金属及其化合物纳米材料中的对应金属离子基本不干扰；稳定性好，复杂基体不干扰纳米材料的分离富集；富集倍数高，可实现纳米材料1000倍以上的富集；富集后纳米材料形貌不变，可实现环境中痕量金属及其化合物纳米材料的形貌表征。附图说明图1为本专利技术的装置示意图。图2为微孔滤膜对纳米银选择性萃取的影响。图3为FL-70浓度、微孔滤膜和洗脱时间对纳米材料回收率的影响。图4为样品pH对金属及其化合物纳米材料选择性萃取的影响。图5为水样体积对纳米材料回收率的影响。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提出的基于圆盘固相萃取分离富集金属及其化合物纳米材料的方法，包括：组装圆盘固相萃取装置；控制样品通过固相萃取圆盘；利用洗脱剂洗脱所述固相萃取圆盘。在本专利技术的一些实施方案中，所述的金属及其化合物纳米材料包括纳米银(AgNPs)、纳米金、纳米钯等零价金属纳米材料，纳米硫化银等金属硫化物纳米材料，纳米氧化锆、纳米氧化铁等金属氧化物纳米材料。在本专利技术的一些实施方案中，关于装置的选择，可以通过注射泵控制，也可采用负压抽滤，手推注射器过滤。最后，本专利技术方法中圆盘固相萃取装置选用注射泵控制的方法，实现了纳米材料的半自动化、速度可控萃取。在本专利技术的一些实施方案中，固相萃取圆盘可以是0.2-0.8μm孔径的聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、尼龙(Nylon)、混合纤维素(MCE)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚丙烯(PP)微孔滤膜，也可以是其它孔径的这些材质的微孔滤膜。最后，本方法的固相萃取圆盘选用孔径为0.45μm的PVDF微孔滤膜，实现了对金属及其化合物纳米材料的选择性富集和洗脱。在本专利技术的一些实施方案中，方法适用的pH范围为3-9。实验考查了pH在3-9范围内，本方法对金属及其化合物纳米材料萃取的选择性。样品pH在3-9范围变化时，本方法对纳米材料的萃取无显著变化。试验还考察了水样体积在0.1-2.0L范围内变化时，其对纳米材料回收率的影响，最后选定1.0L为最佳体积。在本专利技术的一些实施方案中，作为洗脱剂的FL-70的最佳浓度为2％(m/v)。实验考察了FL-70在0-10％(m/v)浓度范围内变化时，其对纳米材料洗脱的影响，最后选择2％(m/v)为最佳浓度。在本专利技术的一些实施方案中，将富集了纳米材料的滤膜置于洗脱剂中1500-3500rpm涡旋6h即可实现纳米材料的洗脱。实验考察了超声和涡旋对纳米材料洗脱的影响，尽管两方法均可实现纳米材料的洗脱，但考虑到需要保持纳米材料不变，最后选用相对温和的涡旋方式。实验考察了涡旋时间0.5-12h范围内变化时，其对纳米材料洗脱的影响，最后选定6h为最佳时间。在本专利技术的一些实施方案中，该方法还包括对分离富集的金属及其化合物纳米材料进行分析，包括浓度测定、组成识别和粒径表征。分析时可以采用电感耦合等离子体质谱实现纳米材料浓度测定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离富集水体中痕量金属及其化合物纳米材料的方法，包括：组装圆盘固相萃取装置；控制样品通过固相萃取圆盘；利用洗脱剂洗脱所述固相萃取圆盘。

【技术特征摘要】
2017.11.08 CN 20171109425781.一种分离富集水体中痕量金属及其化合物纳米材料的方法，包括：组装圆盘固相萃取装置；控制样品通过固相萃取圆盘；利用洗脱剂洗脱所述固相萃取圆盘。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述金属及其化合物纳米材料包括零价金属纳米材料、金属硫化物纳米材料或金属氧化物纳米材料。3.如权利要求1所述的方法，其中，通过注射泵、负压抽滤或者手推注射器过滤来控制萃取过程。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述固相萃取圆盘为微孔滤膜，所述微孔滤膜的孔径为0.2-0.8μm。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述微孔滤膜的材质选自PVDF、聚醚砜(PES)、尼龙(Nylon)、混合纤维素(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景富，周小霞，赖余建，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11