专利名称：一种利用富里酸荧光淬灭检测水中纳米二氧化钛浓度的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用富里酸的荧光淬灭检测水中锐钛矿型纳米二氧化钛浓度的 方法，属于环境检测技术领域。
背景技术：
二氧化钛是一种被广泛应用的白色颜料，也是一种有效的不透光剂。它具有较好 的折射率和对色变的抵抗，可以保护皮肤免受紫外光损害。同时，纳米二氧化钛还具有独特 的光催化性、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能。因此，二氧化钛已被广泛用于自净玻 璃、太阳电池、电器、食品添加剂、药品、化妆品以及污染物处理和污染修复中，其在光催化 剂、化妆品、抗紫外线吸收剂、功能陶瓷、气敏传感器件等方面具有广阔的应用前景。世界上 用作颜料的二氧化钛，一年多到几十万吨。随着这些产品的大量使用，大量的纳米二氧化钛可以通过不同途径进入到环境 中，如进入到大气环境、水环境和土壤环境，这些纳米结构的材料及其纳米颗粒物由于具有 独特的物理化学性质，已经逐步引起了人们对可能引发的环境和健康危害的关注。研究主 要集中在纳米二氧化钛的呼吸毒性、细胞毒性和DNA损伤等方面。研究认为纳米颗粒的毒 性及生态效应与其在环境中的浓度十分相关，因此在二氧化钛环境效应研究中的一个重要 关键技术就是如何准确测定二氧化钛的浓度。此外，测定纳米二氧化钛的浓度也有利于分 析其在环境中的迁移转化行为。研究纳米二氧化钛在环境污染治理的应用时，也需要测定 其浓度，从而得知浓度与催化效果的关系。总之，纳米二氧化钛浓度的测定无论对于科研工 作还是实际应用都具有重要的意义。实验室目前对纳米二氧化钛的检测主要采用电感耦合等离子发射光谱法 (ICP-AES)及电感耦合等离子体质谱法(ICP-MQ仪器，检出限可达0. 07^g/mL，可准确检 测样品中的纳米二氧化钛的含量(Wang J, Zhou G，Chen C，Yu H，Wang Τ,Ma Y，et al. Acute toxicity and biodistribution of different sized titanium dioxide particles in mice after oral administration. ToxicolLett, 2007,168 (2) : 176-185)。但是，以上的方 法存在价格昂贵，检测方法难以推广。采用扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等方法也可 以用来测定纳米颗粒物(王书运.纳米颗粒的测量与表征.微纳电子技术，2005，(01))，但 是这些方法也存在一定的缺陷。测定过程中，要求纳米材料必须干燥或者在真空状态下，在 干燥的过程中，不可避免地要改变纳米颗粒胶体的行为。此外，电子显微镜下只能测试小体 积的体系，而体系的大小直接影响纳米颗粒的聚集与分散，从而使测量的结果不能反映真 实大体积溶液中纳米材料的真实浓度。因此，开发检测纳米颗粒物浓度的方法显得尤为必 要。富里酸是土壤腐殖质的组成成分之一，颜色较浅，多呈黄色，富里酸中含有的芳香 核的聚合度较小，官能团中酚羟基和甲氧基的数目比较多，且含有发光基团，在一定激发光 照射条件下，可以产生稳定的荧光。实验发现，在水溶液中，纳米二氧化钛对富里酸产生的荧光有淬灭作用，且淬灭的强度与纳米二氧化钛浓度相关。此外，富里酸来源广泛，很容易 取得，成本低廉，并且相对于其他的自然有机质，它即溶于酸又溶解于碱，使得其普适性更 强，利于在各种环境条件下操作，简单易行。因此，本发明中采用了能稳定产生荧光的富里 酸，以荧光光谱仪作为主要仪器，利用二氧化钛对富里酸荧光的淬灭检测水中纳米二氧化 钛浓度。本发明一方面提供了一种可以通过荧光强度来判断纳米颗粒物浓度的方法，另一 方面采用荧光光谱仪作为主要仪器，简化了评价装置的操作方式，同时富里酸价廉易得、荧 光稳定，该方法可以降低纳米二氧化钛的测定成本，有助于实现环境中纳米颗粒物浓度的 检测和分析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过荧光淬灭高效、稳定检测环境中纳米颗粒物二氧 化钛浓度的方法。此方法在于实现检测的高通量和灵敏度，分析速度快、样品用量少、成本 较低。本发明所采用的技术方案如下所述一种利用富里酸的荧光淬灭检测水中纳米二氧化钛浓度的方法，包括步骤如下1、溶液的配制(1)将纳米二氧化钛置于超声仪中，水浴超声30分钟；(2)用高纯水配制纳米二氧化钛标准溶液，避光保存；(3)配置lg/L的富里酸储备液，避光保存；使用时，稀释到所需浓度；2、荧光激发-发射光扫描(EEM)(1)荧光光谱仪开启后预热半小时，然后设置激发波长为280-400nm，发射波长为 400-670nm ；(2)扫描富里酸溶液，生成EEM谱图；(3)扫描20mg/L的二氧化钛悬浊液，生成EEM谱图；(4)扫描富里酸和20mg/L 二氧化钛悬浊液，生成EEM谱图；(5)根据扫描结果，查看荧光强度最大的位置，确定激发波长设定为350nm，发射 波长为513nm ；3、绘制标准曲线(1)设置激发波长为350nm，发射波长设定为400-670nm扫描；(2)取40 μ L富里酸溶液和1960 μ L高纯水放入事先用稀硝酸浸泡过的石英比色 皿中，将比色皿放入荧光光度计中样品放置位置，进行扫描，作为空白对照；(3)取20 μ L纳米二氧化钛标准溶液、40 μ L富里酸溶液和1940 μ L高纯水放入 事先用稀硝酸浸泡过的石英比色皿中，将比色皿放入荧光光度计中样品放置位置，进行扫 描；(4)按照(3)中所述方法对各种浓度的纳米二氧化钛标准溶液进行扫描；(5)取发射波长为513nm处的荧光强度，绘制荧光强度与纳米二氧化钛浓度关系 的标准曲线。4、测量待测溶液中二氧化钛浓度
(1)取待测溶液100 μ L、40 μ L富里酸和1860 μ L水放入比色皿中，用荧光光谱仪 测量激发波长为350nm，发射波长为513nm时溶液的荧光强度；(2)通过标准曲线找到所测荧光强度对应的浓度值。所述的纳米材料为粒径为20nm锐钛矿型纳米二氧化钛。本发明的方法中，检测仪器为美国ISA公司生产的荧光光谱仪Fluorolog-Tau-3。
图1.荧光激发-发射扫描图(EEM)，其中a是20mg/L纳米二氧化钛；b是20mg/L 富里酸；c是20mg/L 二氧化钛和富里酸混合物；图2. 350nm激发光照射下，添加不同浓度二氧化钛时，20mg/L的富里酸在发射光 在400-670nm下的扫描图；图3. 20mg/L富里酸荧光淬灭标准曲线；图4. 350nm激发光照射下，添加不同浓度二氧化钛时，10mg/L的富里酸在发射光 在400-670nm下的扫描图；图5. 10mg/L富里酸荧光淬灭标准曲线。
具体实施例方式下面将结合实施例参照附图进行详细说明，以对本发明方法的目的、特征和优点 有更深入的了解。以下的实施例具体解释本发明，本发明的范围不受实施例的限制。实施例1本实施例涉及到纳米材料浓度检测的方法，包括如下步骤，其中所述的富里酸为 20mg/L，纳米材料为锐钛矿型纳米二氧化钛(粒径为20nm)。1、溶液的配制(1)用锐钛矿型纳米二氧化钛粉末溶于高纯水中，配成200mg/L储备液，然后置于 超声仪中，水浴超声30分钟，之后避光保存；(2)使用时，将纳米二氧化钛储备液放入超声仪中，水浴超声30分钟，然后用高纯 水稀释为100mg/L的标准溶液；(3)用富里酸粉末溶于高纯水中，配置lg/L的富里酸储备液，避光保存；使用时， 稀释为20mg/L的富里酸溶液。2、荧光激发-发射光扫描(Excitation-Emission Matrix, EEM)(1)启动荧光光谱仪，预热30分钟，设置激发波长为280-400nm，发射波长为 400-670nm ；(2)扫描20mg/L的富里酸溶液；(3)扫描20mg/L的二氧化钛悬浊液；(4)扫描20mg/L的富里酸和20mg/L 二氧化钛悬浊液；(5)根据扫描结果，查看荧光强度最大的位置，确定激发波长设定为350nm，发射 波长为513nm。3、绘制标准曲线(1)设置激发波长为350nm，发射波长设定为400-670nm扫描；
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(2)取40 μ L富里酸溶液和1960 μ L高纯水放入事先用稀硝酸浸泡过的石英比色 皿中，将比色皿放入荧光光度计中样品放置位置，进行扫描，作为空白对照；(3)取20 μ L纳米二氧化钛标准溶液、40 μ L富里酸溶液和1940 μ L水，配制成二 氧化钛浓度为lmg/L的混合溶液，放入石英比色皿中，将比色皿放入荧光光谱仪中样品放 置位置，进行扫描；(4)按步骤(3)中所述方法，分别配制二氧化钛浓度为ang/L、;3mg/L、5mg/L、8mg/ L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、80mg/L 的混合溶液，然后进行扫描；(5)取发射波长为513nm处的荧光强度，绘制荧光强度与纳米二氧化钛浓度关系 的标准曲线。4、测量待测溶液中二氧化钛浓度(1)取待测溶液100 PLdOyL富里酸和1860 μ L水放入石英比色皿中，用荧光光 谱仪测量激发波长为350nm，发射波长为513nm时溶液的荧光强度；(2)通过标准曲线找到所测荧光强度对应的浓度值。实施例2本实施例涉及到纳米材料浓度检测的方法，包括如下步骤，其中所述的富里酸为 10mg/L，纳米材料为锐钛矿型纳米二氧化钛(粒径为20nm)。1、溶液的配制(1)用锐钛矿型纳米二氧化钛粉末溶于高纯水中，配成200mg/L储备液，然后放入 超声仪中，水浴超声30分钟，之后避光保存；(2)使用时，将纳米二氧化钛储备液放入超声仪中，水浴超声30分钟，然后用高纯 水稀释为100mg/L的标准溶液；(3)用富里酸粉末溶于高纯水中，配置lg/L的富里酸储备液，避光保存；使用时， 稀释为10mg/L的富里酸溶液。2、荧光激发-发射光扫描(Excitation-Emission Matrix，EEM)(1)启动荧光光谱仪，预热30分钟，设置激发波长为280-400nm，发射波长为 400-670nm ；(2)扫描10mg/L的富里酸溶液；(3)扫描20mg/L的二氧化钛悬浊液；(4)扫描10mg/L的富里酸和20mg/L 二氧化钛悬浊液；(5)根据扫描结果，查看荧光强度最大的位置，确定激发波长设定为350nm，发射 波长为513nm。3、绘制标准曲线(1)设置激发波长为350nm，发射波长设定为400-670nm扫描；(2)取40 μ L富里酸溶液和1960 μ L高纯水放入事先用稀硝酸浸泡过的石英比色 皿中，将比色皿放入荧光光度计中样品放置位置，进行扫描，作为空白对照；(3)取20 μ L纳米二氧化钛标准溶液、40 μ L富里酸溶液和1940 μ L水，配制成二 氧化钛浓度为lmg/L的混合溶液，放入石英比色皿中，将比色皿放入荧光光谱仪中的样品 放置位置，进行扫描；(4)按步骤(3)中所述方法，分别配制浓度为ang/L、;3mg/L、5mg/L、8mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、80mg/L 的二氧化钛混合溶液，然后进行扫描；(5)取发射波长为513nm处的荧光强度，绘制荧光强度与纳米二氧化钛浓度关系 的标准曲线。4、测量待测溶液中二氧化钛浓度(1)取100 μ L待测溶液、40 μ L富里酸和1860 μ L水放入石英比色皿中，用荧光光 谱仪测量激发波长为350nm，发射波长为513nm时溶液的荧光强度；(2)通过标准曲线找到所测荧光强度对应的浓度值。
权利要求
1.一种利用富里酸荧光淬灭检测水中锐钛矿型纳米二氧化钛浓度的方法，其特征在于 包括步骤如下(1)溶液的配制a)将锐钛矿型纳米二氧化钛放入超声仪中，水浴超声30分钟；b)用高纯水配制纳米二氧化钛标准溶液，避光保存；c)配置lg/L的富里酸储备液，避光保存；使用时，稀释到所需浓度；(2)荧光激发-发射光扫描(EEM)a)荧光光谱仪开启后预热半小时，然后设置激发波长为280-400nm，发射波长为 400-670nm ；b)扫描富里酸溶液，生成EEM谱图；c)扫描20mg/L的二氧化钛悬浊液，生成EEM谱图；d)扫描富里酸和20mg/L二氧化钛悬浊液，生成EEM谱图；e)根据扫描结果，查看荧光强度最大的位置，确定激发波长设定为350nm，发射波长为 513nm ；(3)绘制标准曲线a)设置激发波长为350nm，发射波长设定为400-670nm扫描；b)取20μ L锐钛矿型纳米二氧化钛标准溶液、40 μ L富里酸溶液和1940 μ L高纯水放 入事先用稀硝酸浸泡过的石英比色皿中，将比色皿放入荧光光度计中的样品放置位置，进 行扫描；c)按照b)中所述方法对各种浓度的纳米二氧化钛标准溶液进行扫描；d)取发射波长为513nm处的荧光强度，绘制荧光强度与纳米二氧化钛浓度关系的标准 曲线；(4)测量待测溶液中二氧化钛浓度a)取100μ L待测溶液、40 μ L富里酸和1860 μ L水放入比色皿中，用荧光光谱仪测量 激发波长为350nm、发射波长为513nm时溶液的荧光强度；b)通过标准曲线找到所测荧光强度对应的浓度值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的纳米二氧化钛为锐钛矿型纳米二 氧化钛。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的纳米二氧化钛的粒径为20nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的富里酸浓度为10 20mg/L。
全文摘要
本发明涉及一种利用富里酸荧光淬灭检测水中锐钛矿型纳米二氧化钛浓度的方法，属于环境检测技术领域。具体是选用光激发下能产生荧光且在水中溶解度大的富里酸作为评价模型，通过不同浓度的纳米二氧化钛水溶液对富里酸荧光强度的改变，绘制标准曲线，然后以标准曲线确定未知浓度的纳米二氧化钛的浓度。本发明克服了目前测定水中纳米二氧化钛浓度中高成本、操作复杂的困难，提供了一个高效、稳定的检测水中纳米二氧化钛浓度的方法，该方法方便、快速、成本低廉。
文档编号G01N21/64GK102095708SQ20101056926
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者何天德, 庄玲萍, 沈珍瑶, 牛军峰, 蒋国翔 申请人:北京师范大学