一种基于膜富集及紫外可见漫反射光谱的水中痕量铜离子定量分析方法与流程

本发明属于环境监测领域，具体涉及一种基于膜富集及紫外可见漫反射光谱的水中痕量铜离子定量分析方法。

背景技术：

铜元素是一种金属化学元素，也是人体所必须的一种微量元素，为血液重要成分；机体内铜元素主要起催化作用，含铜金属酶在人体有着十分重要的生理功能。但是，人体内的铜过量可出现恶心呕吐、上腹疼痛、急性溶血和肾小管变形等中毒现象。因此，提供高效、准确的水中痕量铜离子定量分析方法具有重要意义。(王延敏，水环境中痕量铜离子的测定方法，中国发明专利，2017，cn201710765214.1)

目前，测定铜离子含量的方法有电感耦合等离子体原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法等。尽管这些方法都能得到较好的预测结果，但是也存在局限性，如仪器昂贵、耗费时间和基质干扰等问题，特别是在实际的样品分析中受到了一定的限制。紫外可见分光光度法利用简单，快速响应，运行成本低的显著优势，是用于检测重金属的另一种方法。但是传统的紫外可见分光光度法的缺点是灵敏度低，通常其检出限在mg/l级。因此，分离和预富集技术测定μg/l级重金属显得尤为重要。pan是一种性能良好的络合剂和显色剂，属于吡啶偶氮类试剂。能与大多数金属离子形成有颜色的配合物，配合物也不溶与水。固相萃取光谱(spes)是一种直接在分析物都集中在固相萃取(spe)过程中的固相材料(如聚苯乙烯、膜材料等)测量谱的技术。固相萃取光谱由于无洗脱，且优点是耗时少、消耗较少的有机试剂，成为许多金属离子富集的首选方法。(陈相峰，一种基于微型固相萃取池的电喷雾质谱分析系统及其制备方法和应用，中国发明专利，2016，cn201710765214.1)

络合物cu-pan的紫外可见漫反射光谱容易受到测试条件如ph、pan的用量、反应时间和样品用量的影响，这些因素会导致络合物cu-pan的最佳吸光度发生改变，进而影响重金属的检出限。因此，需要应选取合适的测试条件，来确定出络合物cu-pan的最佳吸光度。

技术实现要素：

发明的目的是针对上述存在的问题，以紫外可见分光光度法作为测试手段，在一系列最优测试条件下，以混合纤维素膜作为富集介质，不经过洗脱步骤，直接检测富集总金属离子的膜的紫外可见漫反射光谱。提供一种准确、快速的水中痕量铜离子定量分析方法。

为实现本发明所提供的技术方案包括以下步骤：

1)配制硝酸铜溶液、pan溶液以及缓冲溶液tris-hcl

购置硝酸铜、无水乙醇、盐酸、三(羟甲基)氨基甲烷、1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(pan)和一定规格的混合纤维素膜。称取一定量的硝酸铜，用超纯水溶解，定容至100ml容量瓶中，配制成1.0g/lcu²⁺储备液；称取一定量的1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(pan)，并用无水乙醇溶解，定容于250ml容量瓶中，配制成6.42×10^-5mol/l的pan溶液；称取三(羟甲基)氨基甲烷并用一定体积的超纯水溶解，待完全溶解后，加入盐酸并用ph计检测，配制成ph为9.0缓冲溶液tris-hcl。

2)确定铜离子的最佳紫外可见吸收波长点

用tris-hcl缓冲溶液将100mlcu²⁺样品溶液ph调至9.0(用ph计检测)，然后准确加入定量的pan溶液，剧烈搅拌形成金属络合物，之后将溶液抽滤，配制成cu-pan络合物，使络合物富集到混合纤维素膜上，待膜在空气中干燥后，在400-800nm波长范围内测定膜表面的紫外可见漫反射光谱，来确定铜离子的最佳紫外可见吸收波长点。

3)优化铜离子检测条件

对ph、pan的用量、反应时间和样品用量等检测条件进行优化，得到络合物cu-pan的最佳检测条件。

ph的优化：在其他条件一定的情况下(cu²⁺度为6μg/l，pan用量2.0ml，样品用量100ml，反应时间10min)，用tris-hcl缓冲溶液调节溶液的ph值，用ph计测量ph分别为4.3、6、7、7.5、8、8.5、9、9.5时，测量络合物cu-pan的吸光度。吸光度的最大值对应的ph为最佳ph。

pan用量的优化：在ph最佳，其他条件一定的情况下(cu²⁺浓度为6μg/l，样品用量100ml，反应时间10min)，测量pan溶液在0.2-1.4ml范围内7种不同的加入量对cu-pan吸光度。吸光度的最大值对应的pan用量为最佳用量。

反应时间的优化：在ph、pan用量最佳，其他条件一定的情况下(cu²⁺浓度为6μg/l，样品用量100ml)，考察不同反应时间(2、5、7、12、15、20min)下络合物cu-pan的吸光度。吸光度的最大值对应的pan用量为最佳络合物用量。

样品用量的优化：在ph、pan用量、反应时间最佳条件下，考察6μg/lcu²⁺标准溶液的不同样品体积(25、50、75、100、125、150ml)下络合物cu-pan的吸光度。吸光度的最大值对应的样品用量为最佳样品用量。

4)建立痕量铜离子检测的工作曲线及计算检出限

用超纯水稀释1.0g/lcu²⁺储备液得到痕量范围内不同浓度的硝酸铜溶液，在最佳检测条件下，以混合纤维素膜作为富集介质，用紫外可见漫反射光谱直接检测富集重金属离子的膜，得到cu²⁺浓度与吸光度的曲线。采用超纯水作为空白条件测定7次，计算方差s，按3倍方差估算方法得到cu²⁺的检出限(3s/k)。

附图说明

图1是膜上不同浓度铜离子的紫外漫反射光谱图

图2是不同ph对应的络合物cu-pan吸光度图

图3是不同的pan用量对应的络合物cu-pan吸光度图

图4是不同反应时间对应的络合物cu-pan吸光度图

图5是不同样品体积对应的络合物cu-pan吸光度图

图6是不同质量浓度对应的cu²⁺的标准曲线图

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所表示的范围。

实施例：

本实施例是应用于水中痕量铜离子的检测，采用紫外可见漫反射光谱并优化一系列测试条件对样品中的铜离子进行定量分析。具体的步骤如下：

1)配制硝酸铜溶液、pan溶液以及缓冲溶液tris-hcl

在天津多家化学试剂厂购买规格为ar的硝酸铜、无水乙醇、盐酸、三(羟甲基)氨基甲烷、1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(pan)和直径50mm，孔径0.22μm的混合纤维素膜。配制1.0g/lcu²⁺：称取硝酸铜0.3802g，用超纯水溶解，并定容至100ml容量瓶中。配制6.42×10^-5mol/l的pan溶液：称取0.0040gpan，用无水乙醇溶解，定容于250ml容量瓶中。配制缓冲溶液tris-hcl(ph9.0)：称取2.4228g盐酸三(羟甲基)氨基甲烷溶于200ml超纯水中，待完全溶解后加入盐酸调节ph并用ph计检测为9.0。

2)确定铜离子的最佳紫外可见吸收波长点

用tris-hcl缓冲溶液将1.0g/l的100mlcu²⁺样品溶液ph调至9.0(用ph计检测)，然后准确加入1.2mlpan溶液，剧烈搅拌5min形成金属络合物，之后将溶液抽滤，使络合物富集到混合纤维素膜上，待膜在空气中干燥后，在400-800nm波长范围内测定膜表面的紫外可见漫反射光谱。图1是膜上不同浓度铜离子的紫外可见漫反射光谱图。在555nm处是络合物cu-pan的吸收峰，因此选择555nm作为铜离子的最佳紫外可见吸收波长点。

3)优化铜离子检测条件

ph的优化：在其他条件一定的情况下(cu²⁺浓度为6μg/l，pan用量2.0ml，样品用量100ml，反应时间10min)，用tris-hcl缓冲溶液调节溶液的ph值，用ph计测量ph分别为4.3、6、7、7.5、8、8.5、9、9.5时，测量络合物cu-pan的吸光度。图2是ph对络合物cu-pan吸光度的影响，络合反应的最佳ph为9.0。

pan用量的优化：在ph最佳9.0，其他条件一定的情况下(cu²⁺浓度为6μg/l，样品用量100ml，反应时间10min)，测量pan溶液在0.2-1.4ml范围内7种不同的加入量对cu-pan吸光度。图3是pan用量对络合物cu-pan吸光度的影响，pan最佳用量为1.2ml。

反应时间的优化：在ph最佳9.0，pan用量最佳1.2ml，其他条件一定的情况下(cu²⁺浓度为6μg/l，样品用量100ml)，考察反应时间(2、5、7、12、15、20min)下络合物cu-pan的吸光度。图4是反应时间对络合物cu-pan吸光度的影响，最佳反应时间为5min。

样品用量的优化：在其他条件最优的情况下(ph9.0，pan用量1.2ml，反应时间5min)，考察6μg/lcu²⁺标准溶液的不同样品体积(25、50、75、100、125、150ml)下络合物cu-pan的吸光度。图5是样品用量对络合物cu-pan吸光度的影响，最佳样品体积为100ml。

4)建立痕量铜离子检测的工作曲线及计算检出限

用超纯水稀释1.0g/lcu²⁺储备液得到2-12μg/l范围内6种不同浓度的硝酸铜溶液，在最佳检测条件下，以混合纤维素膜作为富集介质，分别测出6种络合物cu-pan的紫外可见漫反射光谱，得到cu²⁺在2-12μg/l与吸光度呈线性关系。线性关系为：y＝0.00143x+0.04831；r＝0.9909。因此，紫外可见光谱结合膜富集技术可以很好地实现重金属离子的检测。采用超纯水为空白溶液测定7次，计算方差s，按3倍方差估算方法的检出限(3s/k)，cu²⁺的检出限为0.2262μg/l。