基于DGT技术同步提取测定环境介质中硫酸根、硫化物离子浓度的方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种基于DGT技术同步提取测定环境介质中硫酸根、硫化物离子浓度的方法，所述方法采用层状双氢氧化物聚丙烯酰胺凝胶薄膜为结合膜，组装成具有相同结合膜的双面DGT装置，放入土壤、水体、沉积物中吸附硫酸根和硫化物后，取出DGT装置中的2个结合膜，采用2种洗脱液分别进行洗脱，然后将提取液稀释后用离子色谱同时测定硫酸根离子的浓度，利用差减法得到提取液中硫化物离子的浓度，最后根据Fick’s第一扩散定律分别计算得到结合膜中硫酸根、硫化物离子的浓度。本发明专利技术方法简化了测定方法，只需针对硫酸根离子测定，通过差减法得到硫化物离子浓度，避免检测时需要不同提取方法、不同设备的复杂性，提高检测效率和便捷。

【技术实现步骤摘要】
基于DGT技术同步提取测定环境介质中硫酸根、硫化物离子浓度的方法和应用
本专利技术属于特定硫形态离子同时检测
，尤其是一种基于DGT技术同步提取测定环境介质中硫酸根、硫化物离子浓度的方法和应用。
技术介绍
硫广泛地分布在自然环境中，且以多种形态存在，在水体和土壤中主要关注的硫主要是硫酸盐和硫化物。在天然水中硫酸盐的浓度可以从几毫克每升至数千毫克每升。水中少量硫酸盐对人体健康无影响，但当水体中硫酸盐的浓度超过150mg/L时，水会出现苦涩味，当浓度超过250mg/L时，会导致人体出现致泻现象；在油田污水中，硫酸盐在还原菌的条件下，还原为S(-Ⅱ)，S(-Ⅱ)有腐蚀性，其产物为硫化铁，是不溶于水的黑色胶状物悬浮物，易导致水体变黑发臭。目前硫酸盐、硫化物已经被列为水环境中重要的污染物之一。因此准确、快速、可靠的测定技术对于了解硫酸盐和硫化物的分布和含量非常重要。目前已有多种方法应用于土壤、水体、沉积物中对硫酸根及硫化物离子的检测，包括重量法、铬酸钡容量法、比色法、毛细管电泳法、离子选择电极法、气相色谱法、流动注射分析法、亚甲基蓝分光光度法和可逆光纤维传感器等。但这些方法在操作步骤、检出浓度和测定范围等方面有一定的局限性，同时，这些方法通常与主动采样结合，不能避免硫离子形态间的转化，同时只能检测到某一特定点特定时间的瞬时浓度。因此，开发既准确又便捷，并且原位多尺度同步测定出环境中硫酸根、硫化物离子的新方法是很有必要的。薄膜扩散梯度(Diffusivegradientsinthin-films，DGT)技术是一种原位被动采样技术，也是元素形态分析的新技术。由于测定的是待测物在土壤、水体、沉积物中单位时间内的平均浓度，其测定的结果更具代表性。DGT装置由保护膜、扩散膜及结合膜组成，其中保护膜主要用来阻止待测环境中的固体颗粒进入装置，扩散膜能够让离子自由扩散到结合膜中，并在扩散膜上形成线性梯度，结合膜能够能吸附并结合待测物质，并能根据待测物的吸附量定量检测环境中该物质的易动态浓度，根据待测离子的不同可以选择不同的吸附材料来做结合膜。简言之，DGT技术是一种较为理想的元素形态原位采集和检测的方法，具有使用方便、原位检测、选择性强、应用广泛、检测灵敏度高等优点。通常DGT结合膜吸附S元素的材料为碘化银，虽然可以高效吸附S元素并在酸或碱溶剂中解离，但只能测定硫化物的浓度，不能区分硫酸根和硫化物。这限制了其在水体、沉积物、尤其是土壤中对硫酸根离子检测的应用。层状复合氢氧化物(Layereddoublehydroxides，LDHS)由于其插层组装和层板组成结构可控的特点，可以利用LDHS来同时吸附硫酸根和硫化物离子，从而提高检测的便携性。因此，针对土壤、水、沉积物中如何同时提取并测定硫酸根、硫化物离子这一难点。本专利技术提出一种基于DGT同步测定硫酸根、硫化物的方法。通过检索，尚未发现与本专利技术专利申请相关的专利公开文献。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种基于DGT技术同步提取测定环境介质中硫酸根、硫化物离子浓度的方法和应用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于DGT技术同步提取测定环境介质中硫酸根、硫化物离子浓度的方法，所述方法采用层状双氢氧化物聚丙烯酰胺凝胶薄膜即LDHS-NO3膜为结合膜，组装成具有相同结合膜的双面LDHS-NO3膜DGT装置，放入土壤、水体、沉积物中吸附硫酸根和硫化物后，取出DGT装置中的2个结合膜，采用2种洗脱液分别进行洗脱，其中一种洗脱液洗脱提取到的是硫酸根离子和硫化物离子，另一种洗脱液洗脱提取到的是硫酸根离子形式的硫酸根离子和硫化物离子，然后将提取液稀释后用离子色谱同时测定硫酸根离子的浓度，利用差减法得到提取液中硫化物离子的浓度，最后根据Fick’s第一扩散定律分别计算得到结合膜中硫酸根、硫化物离子的浓度。而且，所述双面LDHS-NO3膜DGT装置的组装如下：将第一保护膜、LDHS-NO3膜、扩散膜、第二保护膜、DGT装置的保护外壳依次放置在DGT装置的底板的一面，底板的另一面按照同样的顺序放置，即完成双面LDHS-NO3膜DGT装置的组装；或者，所述LDHS-NO3膜采用由硝酸镁、硝酸铝和聚丙烯酰胺制作成的层状双氢氧化物凝胶薄膜，质量比为2:3:1，记为LDHS-NO3膜。而且，所述双面DGT装置放置时间为2-4天，当环境介质中硫酸根离子浓度小于100μg/L，DGT装置放置时间为4天，硫酸根离子浓度大于200μg/L时，DGT装置放置时间为2天。而且，所述2种洗脱提取液分别为0.5M的HNO3洗脱液和0.5MHON3-(1M～3M)H2O2洗脱液，其中0.5M的HNO3洗脱液洗脱提取到的是硫酸根离子和硫化物离子，硫化物未被氧化成硫酸根；0.5MHON3-(1MH2O2～3MH2O2)洗脱液洗脱提取到同样是硫酸根离子和硫化物离子，但硫化物离子会被双氧水氧化成硫酸根离子形式，最终得到的是以硫酸根离子形式代表的硫酸根离子和硫化物离子的总浓度。而且，所述结合膜与洗脱液的体积比为1:10至1:80，洗脱时间为20-30min，直到结合膜完全融化为无色透明。而且，所述提取液至少稀释30倍后才能用离子色谱测定硫酸根浓度。而且，所述利用差减法得到提取液中硫化物离子的浓度(S(-Ⅱ))，根据以下公式计算：CS(-Ⅱ)＝C[SO4(Ⅱ)+S(-Ⅱ)]g-CSO4(Ⅱ)g其中C[SO4(Ⅱ)+S(-Ⅱ)]是用0.5MHON3-(1M～3M)H2O2洗脱液稀释后测定的硫酸根离子浓度，CSO4(Ⅱ)是用0.5M的HNO3洗脱稀释后上机测定的硫酸根离子浓度，g是稀释倍数。而且，所述根据Fick’s第一扩散定律分别计算得到结合膜中硫酸根、硫化物离子的浓度，根据以下公式计算：M＝CeVg/feCDGT＝MΔg/DgAt其中Ce是提取液中硫酸根、硫化物离子的浓度，Vg是提取液体积和结合膜膜的体积，fe为洗脱效率，LDHS-NO3膜的洗脱效率为100％，忽略不计；Δg为扩散膜厚度(cm)；Dg为离子的扩散系数(cm2·s-1)；A为DGT窗口面积(cm2)；t为单位时间(s)。如上所述的方法在环境介质中硫形态转化和/或生物有效性和/或污染的分析与评价方面中的应用。而且，所述环境介质为：pH范围为5-9，离子强度为0.005-0.1mol/L。本专利技术取得的优点和积极效果为：1、本专利技术方法采用硝酸镁、硝酸铝和聚丙烯酰胺配制成的LDHS-NO3膜为结合膜，基于DGT技术实现环境介质中硫酸根、硫化物离子的同步提取同步测定，LDHS-NO3结合膜的容量高、抗干扰能力强，操作便捷，扩展了DGT对硫离子测定的种类和同步测定的数量。2、本专利技术方法洗脱效率提高。本专利技术发展了同步洗脱、一步转化方法：采用0.5MHNO3和0.5MHNO3-(1M～3M)H2O2两种洗脱液将LDHS-NO3膜上的硫酸根和硫化物全部洗脱出来，采用0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DGT技术同步提取测定环境介质中硫酸根、硫化物离子浓度的方法，其特征在于：所述方法采用层状双氢氧化物聚丙烯酰胺凝胶薄膜即LDH

【技术特征摘要】
1.一种基于DGT技术同步提取测定环境介质中硫酸根、硫化物离子浓度的方法，其特征在于：所述方法采用层状双氢氧化物聚丙烯酰胺凝胶薄膜即LDHS-NO3膜为结合膜，组装成具有相同结合膜的双面LDHS-NO3膜DGT装置，放入土壤、水体、沉积物中吸附硫酸根和硫化物后，取出DGT装置中的2个结合膜，采用2种洗脱液分别进行洗脱，其中一种洗脱液洗脱提取到的是硫酸根离子和硫化物离子，另一种洗脱液洗脱提取到的是硫酸根离子形式的硫酸根离子和硫化物离子，然后将提取液稀释后用离子色谱同时测定硫酸根离子的浓度，利用差减法得到提取液中硫化物离子的浓度，最后根据Fick’s第一扩散定律分别计算得到结合膜中硫酸根、硫化物离子的浓度。


2.根据权利要求1所述的基于DGT技术同步提取测定环境介质中硫酸根、硫化物离子浓度的方法，其特征在于：所述双面LDHS-NO3膜DGT装置的组装如下：将第一保护膜、LDHS-NO3膜、扩散膜、第二保护膜、DGT装置的保护外壳依次放置在DGT装置的底板的一面，底板的另一面按照同样的顺序放置，即完成双面LDHS-NO3膜DGT装置的组装；
或者，所述LDHS-NO3膜采用由硝酸镁、硝酸铝和聚丙烯酰胺制作成的层状双氢氧化物凝胶薄膜，质量比为2:3:1，记为LDHS-NO3膜。


3.根据权利要求1所述的基于DGT技术同步提取测定环境介质中硫酸根、硫化物离子浓度的方法，其特征在于：所述双面DGT装置放置时间为2-4天，当环境介质中硫酸根离子浓度小于100μg/L，DGT装置放置时间为4天，硫酸根离子浓度大于200μg/L时，DGT装置放置时间为2天。


4.根据权利要求1所述的基于DGT技术同步提取测定环境介质中硫酸根、硫化物离子浓度的方法，其特征在于：所述2种洗脱提取液分别为0.5M的HNO3洗脱液和0.5MHON3-(1M～3M)H2O2洗脱液，其中0.5M的HNO3洗脱液洗脱提取到的是硫酸根离子和硫化物离子，硫化物未被氧化成硫酸根；0.5MHON3-(1MH2O2～3MH2O2)洗脱液洗脱提取到同样是硫酸根离子和硫化物离子，但硫化物离...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵萌，赵玉杰，张富合，刘潇威，周其文，刘荣乐，
申请(专利权)人：农业农村部环境保护科研监测所，天津天润益康环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12