一种磺化多孔聚苯乙烯-二乙烯苯颗粒的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及样品中痕量物质的分离和富集领域，具体地涉及一种磺化多孔聚苯乙 烯-二乙烯苯颗粒在铜离子富集和分离中的应用。
【背景技术】
[0002] 痕量金属离子的分析检测一直是分析化学和环境科学的前沿课题。过去几十年 中，对痕量金属的分析主要集中在分析检测仪器的研究上，而样品的制备与前处理并没有 受到足够的重视。直到现在，样品制备与前处理技术仍是分析过程中最薄弱的环节。鉴于 环境与生物样品具有基质成分复杂、干扰因素多、待测物含量低等特点，其采样后直接进 行分析的可能性极小。因此，建立高效、快速、重现性好的现场分析检测方法具有重要意 义。
[0003] 多孔聚合物颗粒由于孔结构可控而具有特殊的尺寸效应和界面效应，在色谱柱填 料、聚合物载体、吸附剂等领域有广泛的应用。其中聚苯乙烯-二乙烯苯共聚物由于具有良 好的机械强度与化学稳定性、较大的比表面积，且易于功能化等优点，而被广泛的应用于离 子交换树脂，吸附树脂的合成中。其中，磺化是对聚苯乙烯-二乙烯苯进行功能化的方法之 一；常见的磺化过程包括浅表磺化和深度磺化两种。其中深度磺化的聚苯乙烯-二乙烯苯 颗粒一般粒径为几毫米，因其对盐类化合物有很强的吸附作用，常用于水的软化除盐。浅表 磺化的聚苯乙烯-二乙烯苯颗粒粒径较小，一般小于10微米，常用做离子色谱柱的填料，用 于金属离子的高压分离。因其粒径过小，为获得较好的分离效果，必须通过高压泵施加高压 (通常为lOMPa左右），故无法用于现场便携快速分离检测。同时，其它粒径大小（几十微 米至几百微米）的磺化聚苯乙烯-二乙烯苯颗粒因其吸附能力不如更大粒径的颗粒，而分 离能力又不如更小粒径的颗粒，至今仍未应用于金属离子分离中。因此，实现常压下对金属 离子的富集和分离，以及寻找到合适粒径的固体颗粒就显得尤为重要。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种磺化聚苯乙烯-二乙烯苯颗粒的应用方法，以实现常压 下富集、分离混合物中铜离子的目的。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] 将磺化多孔聚苯乙烯-二乙烯苯颗粒与含铜离子的混合金属离子样品充分接触， 吸附富集其中的金属离子；再用淋洗液洗涤颗粒，仅将铜离子洗脱出来，实现混合金属离子 溶液对铜离子分离的目的；所述淋洗液为柠檬酸、草酸、酒石酸、苯甲酸及其盐中的一种或 二种以上的混合；所述磺化多孔聚苯乙烯-二乙烯苯颗粒的粒径在0. 05mm~0. 2mm之间。
[0007] 所用的磺化聚苯乙烯-二乙烯苯为从南京麦科菲高效分离载体有限公司购买，或 自行通过悬浮聚合法合成（通过加入聚苯乙烯和二乙烯苯的添加比来改变交联度，通过控 制搅拌速率来改变粒径大小）。所用的固相萃取柱有两种类型（注射器型和滤膜型），涉及 lmL、3mL、5mL、1OmL四种规格，均为直接从市场购买。
[0008] 所述磺化多孔聚苯乙烯-二乙烯苯颗粒填装在固相萃取柱中，含铜离子的混合金 属离子溶液和淋洗液流过固相萃取柱时，与颗粒充分接触，在柱头施加正压或在柱尾施加 负压，加快溶液的流速，所用的设备为蠕动泵、注射泵或注射器中的一种。
[0009] 所述淋洗液的浓度为0· 0001-2M。
[0010] 所述聚苯乙烯-二乙烯苯颗粒的交联度为5% -50%。
[0011] 所述聚苯乙烯-二乙烯苯颗粒对铜离子的吸附容量在100~800mg/kg之间。吸 附容量过高会导致颗粒对金属离子的吸附过强，难于选择性地将其中一种金属离子洗脱而 保留其它金属离子，因而难于实现金属离子的分离。吸附容量过低会导致混合样品中的金 属离子不能完全被颗粒吸附，导致金属离子的损失，萃取效率降低。
[0012] 所述含铜离子的混合金属离子样品为液体样品或固体样品；液体样品中，铜离子 的摩尔浓度为1X10 7~1X10 3M，其它金属离子为常见的过渡金属离子Pb2+、Ni2+、Zn2+、 Co2+、Cd2+以及Mn2+中的一种或二种以上，其金属离子的摩尔浓度均为1X10 7~1X10 3M。
[0013] 本发明采用的磺化多孔聚苯乙烯-二乙烯苯颗粒的粒径为0. 05mm~0. 2mm，这种 尺寸大小的颗粒在常压下即可被液体完全浸润。当将其填充在固相萃取柱中时，液体样品 和淋洗液能够在重力作用下从颗粒内和颗粒间的孔隙流过，实现常压下金属离子的萃取和 分离。由于采用的淋洗液与铜离子之间的络合常数明显高于其它金属离子，因此能够率先 将铜离子洗脱出来，实现铜离子的选择性分离。
[0014] 本发明具有如下优点：
[0015] 1)萃取富集和洗脱能在常压下完成，无需高压泵等设备；
[0016] 2)磺化颗粒具有良好的机械强度与化学稳定性、较高的比表面积，不但可填装成 固相萃取柱用于固-液萃取，还可用于固-固萃取；
[0017] 3)磺化颗粒通过洗脱再生可以被重复利用。
【具体实施方式】
[0018] 实施例I
[0019] 取粒径为0. 05mm，交联度为35%，对铜的吸附容量为330mg/kg的聚苯乙烯-二乙 烯苯磺化颗粒200mg，装入容积为lmL注射器型的空柱管中（空柱管长65mm，内径6mm)，制 得常压固相萃取柱。取金属离子混合溶液（Pb2+，Cu2+，Ni2+，Zn2+，Co2+，Cd2+，Mn2+，各自浓度均为 1X10 5M)lmL直接加入到铜离子固相萃取柱上，在重力的作用下溶液从柱子下端流出，金属 离子被吸附在颗粒表面；然后向柱子中加入0.0004M草酸淋洗，每次添加lmL淋洗液，洗出 的溶液用电感耦合等离子体-质谱进行检测，结果证实，加入10次每次lmL淋洗液进行淋 洗后，有且仅有铜离子能够在第1-2次加入的淋洗液中被淋洗出来，即只在第1次加入的第 lmL中、或在第1和2次加入的第lmL和第2mL中仅有铜离子被淋洗出来，并且萃取效率达 到 98%。
[0020] 颗粒的再生：加入1M盐酸2mL将柱中的其它金属离子完全洗脱出来，并用水洗至 中性。将颗粒取出加热烘干，实现再生。
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