水溶性有机物苯环上与重金属络合的官能团的测定方法技术

本发明专利技术公开了一种水溶性有机物苯环上与重金属络合的官能团的测定方法，其包括步骤：(1)取相同体积的水溶性有机物待测样品N1份，调整至形成梯度pH值后进行荧光光谱分析，根据荧光峰出现的对应pH值范围判断有机物苯环上的官能团类型；(2)取相同体积的水溶性有机物待测样品N2份，加入梯度浓度的目标重金属并调整pH值为统一值X后进行荧光光谱分析，根据荧光峰出现的对应pH值范围判断相应浓度下参与目标重金属络合反应的官能团类型。采用本发明专利技术的方法可以快速有效地确定水溶性有机物苯环结构上是否存在羧基、酚羟基、烯醇基和β-二羧基及它们的pKa，同时能有效表征水溶性有机物苯环官能团上参与络合的官能团及络合特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境分析化学领域，具体涉及一种水溶性有机物苯环上与重金属络合的官能团的测定方法。
技术介绍
水溶性有机物是环境中最活跃的有机组分之一，它能够络合重金属、增溶疏水性有机物、介导微生物的电子转移过程，最终改变环境中其他物质的迁移转化和生物有效性。水溶性有机物中最重要的一个组分是腐殖质物质，它是一类含有苯环结构的化合物，可以通过苯环结构上的官能团络合重金属，改变后者的环境归宿。已有的研究重金属与水溶性有机物相互作用的方法有荧光猝灭法、凝胶色谱法和透析法，这些方法能够确定水溶性有机物与重金属络合的条件稳定常数和络合容量，但是它们不能够确定水溶性有机物与重金属络合的官能团以及络合物随pH和金属离子加入的稳定性和分子构型变化。傅里叶变换红外光谱能够确定水溶性有机物与重金属的作用官能团和条件稳定常数，但是由于傅里叶变换红外光谱需要样品干燥，可能改变了络合官能团和条件稳定常数，与实际溶液存在差别。环境条件如pH和重金属浓度会发生改变，这些改变可能会导致水溶性有机物络合的重金属重新释放进入环境，目前这方面尚缺少简便快捷的方法进行分析和揭示。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种水溶性有机物苯环上与重金属络合的官能团的测定方法。具体地，本专利技术提供一种水溶性有机物苯环上与重金属络合的官能团的测定方法，其包括如下步骤：(1)确定苯环上的官能团：取相同体积的水溶性有机物待测样品N1份，以酸碱试剂调整各待测样品的pH至形成梯度pH值，然后对各待测样品进行荧光光谱扫描，分析扫描数据得到移动窗口二维相关光谱，根据移动窗口二维相关光谱上荧光峰出现的对应pH值范围判断有机物苯环上的官能团类型；(2)确定官能团与重金属的络合特性：取相同体积的水溶性有机物待测样品N2份，往各待测样品中加入梯度浓度的目标重金属，并以酸碱试剂调整各待测样品的pH值为统一值X，以水为空白对照对各待测样品进行荧光光谱扫描，分析扫描数据得到移动窗口二维相关光谱，根据移动窗口二维相关光谱上荧光峰出现的对应pH值范围判断相应浓度下参与目标重金属络合反应的官能团类型。其中，步骤(1)中，本领域技术人员容易理解N1为整数，优选11≤N1≤100；所述的调整各待测样品的pH至形成梯度pH值优选将各待测样品的pH值调整为2～12，且各待测样品间的浓度呈梯度分布；所述对各待测样品进行荧光光谱扫描时以水为空白对照。步骤(1)中加入的酸碱试剂的量优选不超过溶液总体积的5％。步骤(1)中，所述判断有机物苯环上的官能团类型的判断原则优选为：在移动窗口二维相关光谱上，如果在pH3～6的范围内出现荧光峰，说明水溶性有机物苯环结构上含有羧基官能团；如果在pH6～8范围内出现荧光峰，说明水溶性有机物苯环结构上含有β-二羧基和烯醇官能团；如果在pH8～11范围内出现荧光峰，说明水溶性有机物苯环结构上存在酚羟基官能团。步骤(2)中，本领域技术人员容易理解N2为整数，优选10≤N2≤100；所述的梯度浓度的目标重金属优选包括下述各浓度的目标重金属：0、1、3、5nμmol/L，n为整数且1≤n≤100(优选1≤n≤7)；所述的往各待测样品中加入梯度浓度的目标重金属是指加入不同浓度目标重金属后，使各待测样品间的目标重金属浓度呈梯度分布；所述的统一值X主要依据苯环上所连接的官能团而定，如羧基的pKa<6，烯醇的6<pKa<8，酚羟基的8<pKa<11，依据官能团相应地来确定该统一值X，所述统一值X优选2≤X≤11。步骤(2)中，所述判断相应浓度下参与目标重金属络合反应的官能团类型的判断原则优选为：若X<6，则表示参与重金属络合的官能团为水溶性有机物苯环上的羧基官能团；若6≤X≤8，则表示参与重金属络合的官能团为羧基、β-二羧基和烯醇；若8<X<11，则表示参与重金属络合的官能团为羧基、β-二羧基、烯醇和酚羟基。步骤(2)中加入的酸碱试剂和目标重金属溶液的总量不超过溶液总体积的5％。步骤(2)中，所述的目标重金属选自Hg、Cu、Zn、Cd等，优选Hg。步骤(1)和(2)中，所述水溶性有机物的浓度优选不高于10mg/L。本专利技术的一较佳实例包括如下步骤：(1)确定苯环上的官能团：制备水溶性有机物母液，取相同体积的水溶性有机物母液待测样品11份，采用酸碱试剂分别调整各待测样品的pH至2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12，以超纯水为空白对照进行荧光光谱扫描；扫描完毕后将水溶性有机物的荧光数据扣除空白后导出，随后采用移动窗口二维光谱技术对数据进行分析，将分析结果作图，得移动窗口二维相关光谱；在移动窗口二维相关光谱上，如果在pH3～6的范围内出现荧光峰，说明水溶性有机物苯环结构上含有羧基官能团；如果在pH6～8范围内出现荧光峰，说明水溶性有机物苯环结构上含有β-二羧基和烯醇官能团；如果在pH8～11内出现荧光峰，说明水溶性有机物苯环结构上存在酚羟基官能团；(2)确定官能团与重金属的络合特性：从步骤(1)中的水溶性有机物母液中取出相同体积的样品10份，分别加入不同浓度的顺磁性金属离子，使其浓度分别为0、1、3、5、10、15、20、25、30、35μmol/L，调节所有样品的pH值为X，调整完后室温下震荡、静置，随后进行荧光分析；扫描加有顺磁性金属的水溶性有机物的荧光光谱并扣除空白，随后进行移动窗口二维光谱分析，将分析所得数据作图，得移动窗口二维相关光谱；在移动窗口二维相关光谱上，某一重金属浓度下出现荧光峰即表示该重金属浓度下水溶性有机物分子构型发生了改变，峰越强表示水溶性有机物分子构型改变越大；此外，若X<6，则表示参与重金属络合的官能团为水溶性有机物苯环上的羧基官能团；若6≤X≤8，则表示参与重金属络合的官能团为羧基、β-二羧基和烯醇等；若8<X<11，则表示参与重金属络合的官能团为羧基、β-二羧基、烯醇以及酚羟基等。本专利技术具有显著的进步：1、能快速有效地确定水溶性有机物苯环结构上是否存在羧基、酚羟基、烯醇基和β-二羧基及它们的pKa。传统的滴定法能够确定有机物中羧基、酚羟基含量及二者的pKa，但是不能精确确定苯环结构上是否存在羧基，也不能确定苯环结构上是否含有烯醇基和β-二羧基官能团，而本专利技术能快速有效地确定水溶性有机物苯环结构上是否存在羧基、酚羟基、烯醇基和β-二羧基及它们的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水溶性有机物苯环上与重金属络合的官能团的测定方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)确定苯环上的官能团：取相同体积的水溶性有机物待测样品N1份，以酸碱试剂调整各待测样品的pH至形成梯度pH值，然后对各待测样品进行荧光光谱扫描，分析扫描数据得到移动窗口二维相关光谱，根据移动窗口二维相关光谱上荧光峰出现的对应pH值范围判断有机物苯环上的官能团类型；(2)确定官能团与重金属的络合特性：取相同体积的水溶性有机物待测样品N2份，往各待测样品中加入梯度浓度的目标重金属，并以酸碱试剂调整各待测样品的pH值为统一值X，以水为空白对照对各待测样品进行荧光光谱扫描，分析扫描数据得到移动窗口二维相关光谱，根据移动窗口二维相关光谱上荧光峰出现的对应pH值范围判断相应浓度下参与目标重金属络合反应的官能团类型。

【技术特征摘要】
1.一种水溶性有机物苯环上与重金属络合的官能团的测定方法，其
特征在于，其包括如下步骤：
(1)确定苯环上的官能团：取相同体积的水溶性有机物待测样品N1
份，以酸碱试剂调整各待测样品的pH至形成梯度pH值，然后对各待测
样品进行荧光光谱扫描，分析扫描数据得到移动窗口二维相关光谱，根据
移动窗口二维相关光谱上荧光峰出现的对应pH值范围判断有机物苯环上
的官能团类型；
(2)确定官能团与重金属的络合特性：取相同体积的水溶性有机物
待测样品N2份，往各待测样品中加入梯度浓度的目标重金属，并以酸碱
试剂调整各待测样品的pH值为统一值X，以水为空白对照对各待测样品
进行荧光光谱扫描，分析扫描数据得到移动窗口二维相关光谱，根据移动
窗口二维相关光谱上荧光峰出现的对应pH值范围判断相应浓度下参与目
标重金属络合反应的官能团类型。
2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤(1)中，11
≤N1≤100；所述的调整各待测样品的pH至形成梯度pH值是将各待测样
品的pH值调整为2～12，且各待测样品间的浓度呈梯度分布；所述对各待
测样品进行荧光光谱扫描时以水为空白对照。
3.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤(1)中加入
的酸碱试剂的量不超过溶液总体积的5％。
4.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤(1)中，所
述判断有机物苯环上的官能团类型的判断原则为：在移动窗口二维相关光
谱上，如果在pH3～6的范围内出现荧光峰，说明水溶性有机物苯环结构
上含有羧基官能团；如果在pH6～8范围内出现荧光峰，说明水溶性有机
物苯环结构上含有β-二羧基和烯醇官能团；如果在pH8～11范围内出现荧
光峰，说明水溶性有机物苯环结构上存在酚羟基官能团。
5.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤(2)中，10
≤N2≤100；所述的梯度浓度的目标重金属包括下述各浓度的目标重金属：
0、1、3、5nμmol/L，n为整数且1≤n≤100(优选1≤n≤7)；所述的往

\t各待测样品中加入梯度浓度的目标重金属是指加入不同浓度目标重金属
后，使各待测样品间的目标重金属浓度呈梯度分布；所述的统一值X为2
≤X≤11。
6.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤(2)中，所
述判断相应浓度下参与目标重金属络合反应的官能团类型的判断原则为：
若X<6，则表示参与重金属络合的官能团为水溶性有机物苯环上...

【专利技术属性】
技术研发人员：何小松，席北斗，李丹，高如泰，张慧，党秋玲，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11