一种利用壳聚糖富集测定水中铅、镉的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水体检测技术领域，具体涉及一种利用壳聚糖富集测定水中铅、镉的 方法。
【背景技术】
[0002] 伴随着当代人们生活水平和质量的稳步提升，科技水平的超速发展，人们对各种 资源的需求量上升，自然资源的利用率也逐步上升。工业排放的废水中重金属污染也越趋 严重，大量的重金属从废水中进入我们的生态循环，重金属不仅可以直接进入大气，水体和 土壤，造成直接的环境污染。还能在三者之间相互迀移，造成各环境要素间接的污染。大 量铅离子进入人体后，除了极少量的铅离子能够通过人体自身的免疫系统，通过各种排泄 方式排泄外，剩下的大部分铅在短时间内溶入血液中，阻碍血液的合成。频发性头痛、肠胃 溃疡、四肢无力、困倦、便秘和肌肉疼痛，动脉硬化、肠胃溃疡等症状也是因铅离子污染造成 的。镉是一种具有金属光泽的非典型过渡性重金属，位于元素周期表中第五周期第II B族。 镉元素是一种生物蓄积性强、毒性持久、具有"三致"作用的剧毒元素。镉通过与酶类巯基结 合或替代作用，置换出细胞内酶类系统，降低机体抗氧化酶的活性，使机体清除自由基的能 力下降，引起氧化损伤；镉可以占据钙离子通道并进入细胞内，使细胞内钙稳态失衡，也可 以在进入细胞前与细胞表面的孤儿受体上的抗原决定簇胞外锌位点结合，干扰细胞代谢； 镉能诱导金属硫蛋白的形成，金属硫蛋白参与了镉在机体内的吸收、转运、排泄和蓄积；镉 能引起DNA单键断裂，并损害DNA修复系统，导致细胞死亡。
[0003] 壳聚糖（chitasan，CTS)是甲壳素脱乙酰基产物，由水产加工副产物一一虾壳、 蟹壳等制备。研究表明，CTS中的氨基是与金属离子结合的最佳活性位点，对金属离子有 稳定的配位作用，而乙酰基的增多会降低CTS对重金属的最大结合容量。同时，由于壳聚糖 具有生物降解能力、生物相容性、生物活性以及无毒等独特的性能，近年来壳聚糖及其衍生 物在水处理领域已得到高度重视和广泛研究。在环境保护中的应用，壳聚糖可作水处理的 絮凝剂。如食品工业废水的处理、净化自来水、饮用水的净化、重金属废水的处理。根据科 学家长时间的研究，壳聚糖分子链上遍布着大量的游离的羟基基团和氨基基团，而壳聚糖 在一些稀酸溶液中其氨基容易质子化（比如说稀硝酸)，从而使壳聚糖质子化为带正电荷的 可溶性的聚电解质，我们可以判断壳聚糖具有阳离子型絮凝剂的作用。因此壳聚糖是自来 水厂净化水的理想絮凝剂，它不但能有效的除去水中的悬浮物和颗粒物，还能除去一些有 害的有机物。
[0004] 随着生活水平的提高，工业废水中的重金属离子排放量也越发的变多，人们的摄 入的重金属离子防不胜防，各地重金属离子中毒事件也越发的变多，因而大家日渐关注食 物中和各大水源中的重金属离子的含量。申请人确定了壳聚糖富集-原子吸收光谱法测定 水中镉铅等微量元素的最佳提取工艺条件，为监测水质提供技术支持。
【发明内容】
[0005] 本发明在于提供一种高选择性分离富集-测定水样中微量元素的火焰原子吸收 光谱方法。
[0006] 本发明具体通过以下技术方案实现： 一种利用壳聚糖富集测定水中铅、镉的方法，通过以下步骤完成： 1) 壳聚糖分离富集铅、镉离子 称取壳聚糖加入柱中至三分之二处，加入铅或镉溶液收集流出液，离心后取上清液，装 入容量瓶中定容；向柱中加入解析剂洗脱被吸附的离子，离心洗脱液取上清液，称取I mL 加入10 mL的容量瓶中定容，洗脱溶液用于后续原子吸收光谱测定； 2) 检测方法 测定仪器：原子吸收分光光度计；测定Pb元素的仪器条件：波长283. 3nm，狭缝0. 5nm， 灯电流2. 0 mA，燃烧器高度5. 0mm，乙炔流量1500mL/min，空气流量5000mL/min ;测定Cd 元素的仪器条件：波长228. 8 nm，狭缝0. 5nm，灯电流2. 0 mA，燃烧器高度5. 0_，乙炔流量 1500mL/min，空气流量5000mL/min ;利用火焰原子吸收光谱法测定步骤（1)所得洗脱液中 的铅、镉离子浓度； 3) 标准工作曲线的绘制 将10. 0 mL的铅标准溶液或镉标准溶液按照步骤（1)和步骤（2)进行分离富集和原子 吸收光谱测定；在1-25 μ g/mL浓度范围内，吸光度与样品液中铅离子浓度呈良好的线性关 系：A=0. 023C+0. 013, C为浓度，其单位为μ g/mL，线性相关系数R2= 0. 9951 ;在1-6 μ g/mL 浓度范围内，吸光度与样品液中镉离子浓度呈良好的线性关系：A=0. 11C+0. 152, C为浓度， 其单位为μ g/mL，线性相关系数R2= 0. 9995 ; 4) 待测样中铅、镉含量的测定 将铅离子样品溶液或镉离子样品溶液按照步骤（1)和步骤（2)进行分离富集和原子 吸收光谱测定，得到吸光度A ;最后根据校正曲线计算出样品溶液中铅或镉离子浓度。
[0007] 进一步，步骤（1)中的吸附条件为所述的铅或镉溶液pH值为5,温度为25°C。
[0008] 进一步，步骤（1)中吸附时间为：铅离子溶液4 h，镉离子溶液6 h。
[0009] 进一步，所述的解析剂为I mol/L的H2SO4溶液。
[0010] 进一步，所述的洗脱条件为：壳聚糖与解析剂的质量体积比为1. 2:20 g/ml，洗脱 时间为30 min。
[0011] 本发明的有益效果为：本发明克服了已有静态分离技术存在的操作繁琐，步骤复 杂、重现性不好等诸多缺点，更好地提高了检测的灵敏度和选择性，对于超低浓度铅、镉的 检测易于自动化。
【附图说明】
[0012] 图1是壳聚糖吸附重金属离子铅与pH的关系； 图2是壳聚糖吸附重金属离子镉与pH的关系； 图3是壳聚糖吸附铅离子到达饱和吸附量的时间； 图4是壳聚糖吸附镉离子到达饱和吸附量的时间； 图5是壳聚糖吸附重金属离子铅与温度的关系； 图6是壳聚糖吸附重金属离子镉与温度的关系； 图7是不同解析剂对洗脱重金属离子铅的影响； 图8是不同解析剂对洗脱重金属离子镉的影响； 图9是不同解析剂用量对解析重金属离子铅的效果； 图10是不同解析剂用量对解析重金属离子镉的效果； 图11是解析时间对洗脱重金属离子铅的影响； 图12是解析时间对洗脱重金属离子镉的影响。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施 例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示 的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明 的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
[0014] 本发明通过单因素变量、正交试验确定了壳聚糖富集-原子吸收光谱法测定水中 镉铅等微量元素的最佳提取工艺条件，对壳聚糖的富集吸附重金属离子的工艺流程进行了 优化，具体通过以下过程完成。
[0015] L标准曲线的制备 取10个10 mL的容量瓶，用标签纸依次编号1，2,3,4,5,6,7,8,9，10，11，12。在1到 6号容量瓶中用移液管依次加入1，5,10,15, 20, 25 mL 0. 1 μ g /mL的铅标液，然后用0. 5% 的硝酸溶液定容至刻度，摇匀。在7到12号容量瓶中依次加1，2,3,4,5,6 mL I yg/mL的 镉标液，然后用〇. 5%的硝酸溶液定容至刻度，摇匀。用火焰原子吸收分光光谱法分别检测 铅和镉的吸光度，检测结果如表1所示。
[0016] 表1标准曲线
线性回归求得铅和镉的标准曲线分别为 A=0.0 23^+0. 013 ； A=O. llC2+0. 152〇
[0017] 式中A-表不吸光度； C「表示铅浓度，μ g/mL ; C2-表不锦浓度，yg/mL。
[0018] 由线性回归方程得出标准曲线的相关系数分别为R12= 0. 9951，R/=0. 9995。
[0019] 2.壳聚糖富集吸附水中的铅离子 称取壳聚糖一加入柱中（至少加到柱的三分之二）一加入铅储备液一流出液离心取上 清液一称取I HiL加入10 mL的容量瓶中一定容一向柱中加入I mol/L的稀硫酸洗脱一离 心洗脱液取上清液一称取I mL加入10 mL的容量瓶中一定容。
[0020] 3.壳聚糖富集吸附水中的镉离子 称取壳聚糖一加入柱中（至少加到柱的三分之二）一加入镉储备液一流出液离心取上 清液一称取I mL加入10 mL的容量瓶中一定容一向柱中加入I mol/L的稀硫酸洗脱一离 心洗脱液取上清液一称取I mL加入10 mL的容量瓶中一定容。
[0021] 4.检测方法 测定仪器：原子吸收分光光度计；测定Pb元素的仪器条件：波长283. 3nm，狭缝0. 5nm， 灯电流2. 0 mA，燃烧器高度5. 0mm，乙炔流量1500mL/min，空气流量5000mL/min ;测定Cd 元素的仪器条件：波长228. 8 nm，狭缝0. 5nm，灯电流2. 0 mA，燃烧器高度5. 0_，乙炔流量 1500mL/min，空气流量5000mL/min ;利用火焰原子吸收光谱法测定洗脱液中的铅、镉离子 浓度。
[0022] 实施例1 pH值队壳聚糖吸附的影响 用电子天平称取6份I. 2 g壳聚糖放入6个100 mL的烧杯中，准确量取6份I mL的 I g/L的铅标准储备液分别加入100 mL的烧杯中，再加入59 mL超纯水稀释至60 mL，用 lmol/L的稀盐酸和I mol/L的氢氧化钠溶液分别调节pH至2、3、4、5、6、7。放入双功能数 显恒温振荡器中震荡4 h，把从6个烧杯中各取出10 mL溶液编号号离心，取上清液中的1 mL定容至10 mL的容量瓶中，结果如图1、2和表2、3。
[0023] 表2壳聚糖吸附重金属离子铅与?Η的关系
表3壳聚糖吸附重金属离子锦与pH的关系
由图1、2可看出，随着pH升高，壳聚糖对重金属铅，重金属镉的吸附率升高，等到pH超 过5之后，壳聚糖吸附率又开始逐渐降低。故溶液酸碱度为pH=5时，壳聚糖对重金属离子 铅和重金属离子镉的吸附率最大。
[0024] 实施例2时间对壳聚糖吸附的影响 分别称取30 mL (I g/L)的铅标准储备液和镉标准储备液，置于盛有0.3 g壳聚糖的 锥形瓶中，用稀盐酸和稀硫酸调节pH=5,置于振荡器上振荡，每隔I h取样品一次，每次取I mL并稀释定容至50 mL容量瓶中，共取10次，每次取I mL并稀释定容至50 mL容量瓶中， 测定滤液中各离子的含量，计算饱和吸附量，结果如图3、4和表4、5。
[0025] 表4壳聚糖吸附重金属离子铅与时间的关系
由图3、4可看出，随着吸附时间的变长，壳聚糖的吸附量逐渐饱和，当吸附时间到达4 h时，铅离子达到饱和，当吸附时间