分子印迹选择激光诱导荧光法测量水体中硒的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境化学监测技术领域，具体地说是涉及测量水体中砸元素的方法。
【背景技术】
[0002]砸对动物、人体既是有毒元素，又是必要的营养元素。已发现低砸地区常发生地方性心肌症、高砸又引起癌症等疾病的情况，适量的砸却有增强免疫能力的作用。砸也是某些动物和海洋生物对重金属Hg、Cu、Cd等的天然解毒剂。而它的毒性和生理作用与它的价态、形态密切相关。因此，海水中砸价态分析方法的研宄已越来越引起环境分析化学工作者的重视。砸含量的测定方法很多，有3，3- 二氨基苯胺光度法，2，3- 二氨基萘荧光光度法等，但灵敏度低，试剂毒性大；氢化物发生火焰原子吸收法，灵敏度较高，但试剂用量大，线性范围窄；石墨炉原子吸收光度法，灵敏度很高，但基体干扰严重；氢化物发生原子荧光法具有灵敏度高，共存元素干扰小、线性范围宽、方法简单快速等优点，但是方法需要价格昂贵大型仪器，同时方法需要采用现场取样后到实验室分析的模式，即不能实现现场、实时测量的方式，样品运输过程以及处理过程易引入其他干扰物质，影响分析的准确性。因此传统分析过程对于痕量级元素分析，不可能保证分析过程中中不会出现二次受污的可能性，而且对于复杂多变的水体环境，例如:元素形态受时空影响大；多数又处于相互关联、相互影响的状态，其结果的准确性和可靠性受到质疑，从而不能确切掌握水质现状及其异常变化。近年来，随着电子技术、新材料、新工艺、新的光学器件的发展，尤其是计算机技术的不断创新发展，通过自动分析仪来分析海水重金属元素的方法相应出现，虽然这些技术摆脱了实验室分析的一些缺点，如持续时间长，分析过程繁杂，条件苛刻等，但其还存在着稳定性差、灵敏度和分辨率低、离子干扰等难以克服的缺陷，使之应用范围受到限制，没能得到广泛的应用。因此，找到一种选择性好、灵敏度高、操作简便、现场快速使用的测量水体中砸元素的方法十分重要。
[0003]另外现有方法主要通过萃取方法进行富集，萃取方法以及装置存在萃取效率低，分层不均匀，有机溶剂使用量大，具有二次污染的问题。
[0004]分子印迹技术(molecular imprinting technique，MIT)是以目标分子为模板分子，将具有结构上互补的功能化聚合物单体通过共价或非共价键与模板分子结合，并加入交联剂进行聚合反应，反应完成后将模板分子洗脱出来，形成的一种具有固定空穴大小和形状及有确定排列功能团的交联高聚物，这种交联高聚物称为分子印迹聚合物(molecularimprinting polymers，MIPs)。MIPs对模板分子具有特异选择能力，是因为在聚合物中存在着能够与之相互作用的功能基团。分子印迹聚合物的形成机理主要有两种，一是共价法:功能单体与模板分子首先通过共价键相结合，然后加入交联剂交联聚合，而后，通过化学过程将模板分子从聚合物网络上断裂下来。使用的功能单体有:硼酸酯、席夫碱、缩醛酮、酯和螯合物等。该方法所形成的共价键作用力较强，识别过程中，与模板分子结合和解离的速度慢，不适于快速识别；另外一种是非共价法:功能单体与模板分子首先以非共价键形成多重作用位点。聚合后，这种作用保存下来。使用的功能单体有:丙烯酸及其衍生物、亚甲基丁二酸、4-乙烯基苯甲酸、2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸、N-丙烯酰基丙氨酸、4-乙烯基苯乙烯、丙烯酰胺、1-乙烯基咪唑、乙烯基吡啶、2，6-二丙烯酰胺吡啶、N- (4-乙烯苄基)亚氨二乙酸铜。该方法中单体与印迹分子之间的结合则主要是依靠范德华力、氢键、疏水作用以及离子键等，结合快、解除快、作用条件比较温和，印迹分子(即模板分子)与单体间的结合只需通过简单的洗涤即可解除，这种方法其分子识别过程更接近于天然的分子识别系统，在传感器、快速分析鉴定、色谱分离方面有着极为广泛的应用。
[0005]近年来，激光诱导焚光(laser induced fluorescence，LIF)检测法作为一种新型的高灵敏度检测方式，近年来得到了快速发展和广泛的应用，是迄今为止灵敏度最高的光学检测方法，激光诱导荧光检测技术的灵敏度比普通荧光高1-3个数量级，其对荧光物质的检测限可以达到年nmol数量级，在适当的条件下甚至可以实现单分子检测，由于其具有灵敏度高、快速、便捷、连续测量、不需要培养等优势，因此，采用分子印迹技术选择性吸收富集，运用原位激光诱导荧光技术可以较好地对痕量级重金属元素，例如砸，进行检测，可以作为海洋砸元素现场、快速检测的一种重要方法。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种分子印迹选择激光诱导荧光法测量水体中砸的装置及方法，可以解决现有技术存在的不能现场工作，分析持续时间长，分析过程繁杂，条件苛刻、能耗大，尤其是产生二次污染等问题。通过创新性设计荧光池，解决了现有萃取方法以及装置存在萃取效率低，分层不均匀，有机溶剂使用量大，具有二次污染的问题，实现了高效选择性富集，通过激光诱导产生荧光测量水体中砸元素。
[0007]为了达到解决上述技术问题的目的，本发明的技术方案是，一种分子印迹选择激光诱导荧光法测量水体中砸的装置，所述装置包括:三通进样阀、荧光池、脉冲激发光源、光电探测装置、控制装置、数据处理装置，水样泵、硫酸泵、羟乙基乙二胺三乙酸泵、磷酸泵、三通进样阀、荧光池，以及所述三通进样阀与上述泵之间通过管路连接，其特征在于，所述荧光池为扁平状，所述荧光池内部的底面涂有对羟乙基乙二胺三乙酸与水体中六价砸元素螯合形成的络合物具有吸附作用的分子印迹聚合物。
[0008]所述分子印迹聚合物的制备方法为:按如下组分质量百分比浓度组成，丙烯酰胺:20-30%，乙酸:5.0-10%，无水乙醇:50-60%，乙烯基吡啶:2_5%，模板分子:2_5%，所述模板分子为羟乙基乙二胺三乙酸与水体中六价砸元素螯合形成的络合物，将上述组分加入在反应器中，搅拌溶解，通氮气除氧25-35min，在氮气保护下，加温50-60°C，搅拌反应20_40h，将得到的产物用乙醇与乙酸混合溶液浸泡10-15h，除去模板分子，干燥，即得以羟乙基乙二胺三乙酸与水体中六价砸元素螯合形成络合物的分子印迹聚合物。
[0009]测量时，待测量的混合溶液以平流方式通过扁平状的荧光池，混合溶液中的羟乙基乙二胺三乙酸与水体中六价砸元素螯合形成的络合物与荧光池内部底面涂有的分子印迹聚合物能够高效选择富集，所述乙醇与乙酸的体积比例范围为1: 2-5。
[0010]一种利用上述的一种分子印迹选择激光诱导荧光法测量水体中砸的装置的测量方法，所述测量方法通过所述装置按下述步骤进行测量:
(I)、水样溶液在水样泵的作用下与硫酸管路中的硫酸混合，通过硫酸使水样中四价砸氧化为六价砸； (2)、与硫酸混合后的混合溶液继续在管路中流动，再与络合剂-羟乙基乙二胺三乙酸管路中的羟乙基乙二胺三乙酸混合，羟乙基乙二胺三乙酸与水样中六价砸形成羟乙基乙二胺三乙酸与水体中六价砸元素螯合形成络合物；
(3)、三通进样阀开启水样输送通道，使步骤(2)的混合溶液流经三通进样阀后，进入扁平状荧光池，通过控温装置，在调控的温度条件下对水体中羟乙基乙二胺三乙酸与水体中六价砸元素螯合形成络合物进行高效选择性富集，混合溶液流通荧光池进行富集的时间50-70 秒；
(4)、富集完成后，利用所述荧光池上面的所述脉冲激发光源产生激发波长326nm的光源，照射所述荧光池，所述荧光池内部底面富集羟乙基乙二胺三乙酸与水体中六价砸元素螯合形成的络合物的分子印迹聚合物受到激发波长376nm的激发后，会产生发射波长495nm荧光，利用在所述荧光池上面与所述脉冲激发光源成90°角的光电探测装置中的光电倍增管检测富集羟乙基乙二胺三乙酸与水体中六价砸元素螯合形成络合物的分子印迹聚合物产生的焚光信号；
(5)、三通进样阀关闭水样输送通道，开启洗脱液通道，洗脱液一磷酸在所述磷酸泵输送下通过所述三通进样阀流通所述荧光池，洗脱液洗脱富集在分子印迹聚合物上面的羟乙基乙二胺三乙酸与水体中六价砸元素螯合形成络合物，洗脱液流通荧光池进行洗脱1.5-3.0min，洗脱下来的羟乙基乙二胺三乙酸与水体中六价砸元素螯合形成络合物进入洗脱液中；
(6)、所述光电探测装置对流通过的混合溶液所发出的荧光信号进行采集放大，并转换成电信号送入微型计算机数据处理装置，数据处理装置对得到的空白荧光信号与样品荧光信号进行计算，再根据样品荧光信号信号与空白荧光信号差值数据和标准样品的荧光信号差值数据对应关系，计算出水体中砸元素的浓度，并进行显示、打印输出。
[0011]所述的水样溶液流量为5.0-lOml/min ;所述硫酸流量为0.1 -0.5ml/min，浓度为(1.0-1.5)父10_4 mol/L ;所述羟乙基乙二胺三乙酸流量为0.1 -0.5ml/min，浓度为(0.5-1.0) XlO' 2 mol/Lo
[0012]所述的荧光池上面的所述脉冲激发光源，为深紫外激光二极管泵浦固体激光器，其产生激发波长326 nm的光源，照射荧光池，荧光池内部底