水溶性有机物苯环上与重金属络合的官能团的测定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境分析化学领域，具体涉及一种水溶性有机物苯环上与重金属络合的官能团的测定方法。
【背景技术】
[0002]水溶性有机物是环境中最活跃的有机组分之一，它能够络合重金属、增溶疏水性有机物、介导微生物的电子转移过程，最终改变环境中其他物质的迀移转化和生物有效性。水溶性有机物中最重要的一个组分是腐殖质物质，它是一类含有苯环结构的化合物，可以通过苯环结构上的官能团络合重金属，改变后者的环境归宿。
[0003]已有的研究重金属与水溶性有机物相互作用的方法有荧光猝灭法、凝胶色谱法和透析法，这些方法能够确定水溶性有机物与重金属络合的条件稳定常数和络合容量，但是它们不能够确定水溶性有机物与重金属络合的官能团以及络合物随PH和金属离子加入的稳定性和分子构型变化。傅里叶变换红外光谱能够确定水溶性有机物与重金属的作用官能团和条件稳定常数，但是由于傅里叶变换红外光谱需要样品干燥，可能改变了络合官能团和条件稳定常数，与实际溶液存在差别。环境条件如PH和重金属浓度会发生改变，这些改变可能会导致水溶性有机物络合的重金属重新释放进入环境，目前这方面尚缺少简便快捷的方法进行分析和揭示。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水溶性有机物苯环上与重金属络合的官能团的测定方法。
[0005]具体地，本发明提供一种水溶性有机物苯环上与重金属络合的官能团的测定方法，其包括如下步骤:
[0006](I)确定苯环上的官能团:取相同体积的水溶性有机物待测样品NI份，以酸碱试剂调整各待测样品的PH至形成梯度pH值，然后对各待测样品进行荧光光谱扫描，分析扫描数据得到移动窗口二维相关光谱，根据移动窗口二维相关光谱上荧光峰出现的对应PH值范围判断有机物苯环上的官能团类型；
[0007](2)确定官能团与重金属的络合特性:取相同体积的水溶性有机物待测样品N2份，往各待测样品中加入梯度浓度的目标重金属，并以酸碱试剂调整各待测样品的PH值为统一值X，以水为空白对照对各待测样品进行荧光光谱扫描，分析扫描数据得到移动窗口二维相关光谱，根据移动窗口二维相关光谱上荧光峰出现的对应PH值范围判断相应浓度下参与目标重金属络合反应的官能团类型。
[0008]其中，步骤(I)中，本领域技术人员容易理解NI为整数，优选11< NI < 100;所述的调整各待测样品的PH至形成梯度pH值优选将各待测样品的pH值调整为2?12，且各待测样品间的浓度呈梯度分布;所述对各待测样品进行荧光光谱扫描时以水为空白对照。
[0009]步骤(I)中加入的酸碱试剂的量优选不超过溶液总体积的5%。
[0010]步骤(I)中，所述判断有机物苯环上的官能团类型的判断原则优选为:在移动窗口二维相关光谱上，如果在pH 3?6的范围内出现荧光峰，说明水溶性有机物苯环结构上含有羧基官能团；如果在PH 6?8范围内出现荧光峰，说明水溶性有机物苯环结构上含有β_二羧基和烯醇官能团；如果在PH 8?11范围内出现荧光峰，说明水溶性有机物苯环结构上存在酚羟基官能团。
[0011 ]步骤(2)中，本领域技术人员容易理解N2为整数，优选1 < N2 < 100;所述的梯度浓度的目标重金属优选包括下述各浓度的目标重金属:0、1、3、5ruimol/L，n为整数且I < η <100(优选I <n< 7);所述的往各待测样品中加入梯度浓度的目标重金属是指加入不同浓度目标重金属后，使各待测样品间的目标重金属浓度呈梯度分布;所述的统一值X主要依据苯环上所连接的官能团而定，如羧基的pKa〈6，稀醇的6〈pKa〈8，酸轻基的8〈pKa〈ll，依据官能团相应地来确定该统一值X，所述统一值X优选2 < X < 11。
[0012]步骤(2)中，所述判断相应浓度下参与目标重金属络合反应的官能团类型的判断原则优选为:若X〈6，则表示参与重金属络合的官能团为水溶性有机物苯环上的羧基官能团；若6 < X < 8，则表示参与重金属络合的官能团为羧基、β-二羧基和烯醇;若8〈X〈 11，则表示参与重金属络合的官能团为羧基、二羧基、烯醇和酚羟基。
[0013]步骤(2)中加入的酸碱试剂和目标重金属溶液的总量不超过溶液总体积的5%。[OOM] 步骤(2)中，所述的目标重金属选自Hg、Cu、Zn、Cd等，优选Hg。
[0015]步骤(I)和(2)中，所述水溶性有机物的浓度优选不高于10mg/L。
[0016]本发明的一较佳实例包括如下步骤:
[0017](I)确定苯环上的官能团:制备水溶性有机物母液，取相同体积的水溶性有机物母液待测样品11份，采用酸碱试剂分别调整各待测样品的pH至2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12，以超纯水为空白对照进行荧光光谱扫描;扫描完毕后将水溶性有机物的荧光数据扣除空白后导出，随后采用移动窗口二维光谱技术对数据进行分析，将分析结果作图，得移动窗口二维相关光谱;在移动窗口二维相关光谱上，如果在PH 3?6的范围内出现荧光峰，说明水溶性有机物苯环结构上含有羧基官能团；如果在PH 6?8范围内出现荧光峰，说明水溶性有机物苯环结构上含有二羧基和烯醇官能团；如果在PH 8?11内出现荧光峰，说明水溶性有机物苯环结构上存在酚羟基官能团；
[0018](2)确定官能团与重金属的络合特性:从步骤(I)中的水溶性有机物母液中取出相同体积的样品10份，分别加入不同浓度的顺磁性金属离子，使其浓度分别为0、1、3、5、10、15、20、25、30、35ymol/L，调节所有样品的pH值为X，调整完后室温下震荡、静置，随后进行荧光分析;扫描加有顺磁性金属的水溶性有机物的焚光光谱并扣除空白，随后进行移动窗口二维光谱分析，将分析所得数据作图，得移动窗口二维相关光谱;在移动窗口二维相关光谱上，某一重金属浓度下出现荧光峰即表示该重金属浓度下水溶性有机物分子构型发生了改变，峰越强表不水溶性有机物分子构型改变越大;此外，若X〈6，则表不参与重金属络合的官能团为水溶性有机物苯环上的羧基官能团；若6 <8，则表示参与重金属络合的官能团为羧基、β-二羧基和烯醇等;若8〈X〈11，则表示参与重金属络合的官能团为羧基、β-二羧基、烯醇以及酚羟基等。
[0019]本发明具有显著的进步:
[0020]1、能快速有效地确定水溶性有机物苯环结构上是否存在羧基、酚羟基、烯醇基和β-二羧基及它们的PKa ο传统的滴定法能够确定有机物中羧基、酚羟基含量及二者的PKa，但是不能精确确定苯环结构上是否存在羧基，也不能确定苯环结构上是否含有烯醇基和二羧基官能团，而本发明能快速有效地确定水溶性有机物苯环结构上是否存在羧基、酚羟基、烯醇基和β-二羧基及它们的pKa。
[0021]2、能有效表征水溶性有机物苯环官能团上参与络合的官能团及络合特性。已有技术如荧光猝灭技术可以确定水溶性有机物络合重金属的条件稳定常数和络合容量，但是不能确定参与络合的官能团，也不能揭示络合过程中有机物分子构型的变化，本发明可以有效确定水溶性有机物苯环结构上参与络合的官能团及络合过程有机物分子构型的变化。
【附图说明】
[0022]图1是pH扰动下的移动窗口二维相关光谱；
[0023]图2是Hg(II)扰动下的移动窗口二维相关光谱。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0025]实施例1
[0026]水溶性有机物制备与pH调整:制备浓度为Smg/!的水溶性有机物母液，取出相同体积的样品11份，采用酸碱试剂，将其PH分别调整为2、3、4、5、6、7、8、9、10和11，所