羅丹寧-殼聚糖固相萃取-原子吸收光譜法測定環(huán)境水樣中痕量銀

廖運霞， 周方欽， 肖 艷

(環(huán)境友好化學(xué)與應(yīng)用省部共建教育部重點實驗室，湘潭大學(xué)化學(xué)學(xué)院，湖南湘潭411105)

銀作為一種貴金屬，在國民經(jīng)濟及生活中占有重要地位，同時銀也是一種重要的環(huán)境污染元素，它進入人體后會在皮膚、眼睛及粘膜沉著，產(chǎn)生病變[1]、環(huán)境樣品中銀的含量非常低，用一般儀器分析方法很難直接測定，因此測定之前常常需要進行分離富集[2]。目前常用來分離富集痕量Ag+的方法有：固相萃取法[3]和離子交換法[4]等。其中，固相萃取是最常見的一種富集手段，而固相萃取材料是人們關(guān)注的重點[5，6]，如硅膠[7]、石墨烯[8]、納米材料[9]、介孔材料[10]，但這些固相萃取材料存在著低活性、高成本等缺點。

殼聚糖是一種天然氨基多糖，以其無毒、可降解、高活性、良好的金屬結(jié)合能力等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用[10,11]。殼聚糖本身不夠穩(wěn)定且選擇性不好，但通過對殼聚糖改性可提高其吸附性能[12]。羅丹寧是一種Ag+試劑，對Ag+具有專屬的結(jié)合能力[13]。本文研究了用羅丹寧修飾殼聚糖制備一種新型固相萃取材料，探討了該固相萃取材料對Ag+的吸附性能，并成功地應(yīng)用于環(huán)境水樣中痕量Ag+的分離富集與測定。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

AA6000原子吸收分光光度計(上海天美科學(xué)儀器公司)；銀空心陰極燈(北京有色金屬研究總院)。儀器條件：波長228.80 nm，狹縫寬度0.4 nm，燈電流10 mA，乙炔流量1.7 L/min，空氣流量8.0 L/min，燃燒器高度7.0 mm。石墨爐原子吸收分光光度計(美國，Varian公司)。pHS-3D精密酸度計(上海精密科學(xué)公司)。202-1電熱恒溫干燥箱(天津泰斯特儀器有限公司)。FTIR-1710傅立葉變換紅外光譜儀(美國，PE公司)。

Ag+標(biāo)準(zhǔn)貯備液(1 g/L)：稱取1.574 g AgNO3，用0.1 mol/L HNO3溶解后，移入1 000 mL棕色容量瓶中，用0.1 mol/L HNO3定容，工作液用水稀釋到所需濃度。檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液(pH=5.0)。殼聚糖(脫乙酰度≥95%，上海晶純生化科技股份有限公司)，羅丹寧(化學(xué)純，上?；瘜W(xué)試劑總廠)，其他試劑均為分析純。實驗用水為二次石英蒸餾水。

1.2 實驗方法

1.2.1羅丹寧修飾殼聚糖固相萃取材料的制備將5.0 g殼聚糖溶于60 mL甲醇中，慢慢加入20 mL苯甲醛，室溫下攪拌24 h，甲醇洗滌，60 ℃真空干燥8 h。將4 g苯甲醛保護的殼聚糖懸浮于120 mL 10-3mol/L NaOH溶液中，磁力攪拌并升溫至60 ℃，慢慢滴入6 mL環(huán)氧氯丙烷，然后繼續(xù)反應(yīng)6 h，冷卻后過濾，依次用水和丙酮洗滌，60 ℃真空干燥8 h。將以上制備的產(chǎn)品懸浮于90 mL 10-3mol/L NaOH溶液中，磁力攪拌并升溫至60 ℃后，慢慢加入1.0 g羅單寧，繼續(xù)反應(yīng)12 h，冷卻后過濾，依次用水和乙醇洗滌三次，60 ℃真空干燥8 h，得黃色粉末。取2 g黃色粉末懸浮于60 mL 0.24 mol/L HCl-乙醇溶液，室溫下攪拌24 h，過濾，依次用水和乙醇洗滌，60 ℃真空干燥8 h后，即得黃色粉末狀羅丹寧-殼聚糖。

1.2.2分析方法以 25 mL酸式滴定管作為分離柱，在其底端先填充少量脫脂棉，采用濕法裝填，加入0.0200 g羅丹寧-殼聚糖固相萃取材料，避免材料的浮動，在其上端再加入少量脫脂棉，用玻璃棒壓緊，制成分離柱。依次用5 mL 1 mol/L HNO3和50 mL水清洗分離柱，然后用5 mL pH=5.0 緩沖溶液過柱。用NaOH溶液和HNO3調(diào)節(jié)Ag+工作液的pH至5.0左右，再加入5 mL pH=5.0的緩沖溶液，將調(diào)節(jié)好酸度的Ag+工作液以1.8 mL/min速度流過分離柱，分離后用少量水清洗分離柱，再取8 mL 0.1 mol/L硫脲-0.05 mol/L HNO3混合液以0.7 mL/min的流速進行洗脫，用火焰原子吸收法(FAAS)測定洗脫液中Ag+的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 羅丹寧修飾殼聚糖固相萃取材料的紅外表征

圖1 吸附材料的紅外圖譜Fig.1 Infrared spectra of adsorbent a.chitosan；b.Rhodanine-chitosan.

對殼聚糖和羅丹寧殼聚糖進行紅外光譜掃描，如圖1。在譜線a中，由于殼聚糖的氫鍵締合，O-H 伸縮振動與 N-H 伸縮振動的吸收峰重疊，3 425 cm-1處出現(xiàn)的強而寬吸收峰。2 877cm-1處的吸收峰是C-H的伸縮振動吸收峰；在1 652、1 383 cm-1處的吸收峰是殼聚糖中未脫完全的C=O與N-H乙酰胺的變形帶；1 200～800 cm-1的吸收峰是糖苷環(huán)中C-O-C的特征峰；相較譜線a，譜線b明顯不同是1 539 cm-1處的吸收峰，這是羅丹寧的噻唑環(huán)增強的吸收峰，表明羅丹寧已成功修飾到殼聚糖上。

2.2 羅丹寧修飾殼聚糖固相萃取材料的耐酸堿性

本文以羅丹寧修飾殼聚糖固相萃取材料的耐酸堿性考察其穩(wěn)定性。準(zhǔn)確稱取固相萃取材料0.2000 g，分別加入到0.0、0.001、0.1、0.5、1.0 mol/L等不同濃度的HCl、NaOH溶液中浸泡24 h后，過濾、烘干，測定浸泡前后的質(zhì)量。結(jié)果顯示，隨著酸堿度的增大，固相萃取材料的損失不斷增大，當(dāng)HCl濃度達到0.1 mol/L時，該固相萃取材料損失為0.89%，同樣在堿性條件下該固相萃取材料也有部分損失，但在弱酸性條件下羅丹寧修飾殼聚糖固相萃取材料的穩(wěn)定性良好，完全滿足環(huán)境水樣測定的要求。

圖2 pH值對吸附率的影響Fig.2 The influence of pH value on adsorption rate

2.3 pH對吸附率的影響

用1 mol/L HNO3和1 mol/L NaOH溶液配制pH=3～7的2.0 mg/L Ag+工作液，按分析方法操作，考察吸附材料在不同pH條件下對Ag+吸附率的影響，實驗結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明，pH在5.0時該吸附材料對Ag+的吸附效果較好，實驗中選擇吸附pH值為5.0。

2.4 上柱液流速對吸附率的影響

調(diào)節(jié)濃度為2.0 mg/L的Ag+工作液的pH至5.0，按分析方法操作，考察不同上柱液流速對Ag+的吸附率的影響。結(jié)果表明，當(dāng)上柱液流速大于2 mL/min時吸附率明顯下降，考慮到樣品分析速度和富集效果，實驗選擇上柱液流速為1.8 mL/min。

2.5 溫度對吸附率的影響

在優(yōu)化的pH及上柱液流速下，取濃度為2.0 mg/L的Ag+工作液，按分析方法進行操作，考察了16 ℃、20 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃等不同富集溫度下吸附材料對Ag+的吸附效果。結(jié)果表明，溫度對吸附效果的影響不大，故本文選擇吸附溫度為室溫。

圖3 洗脫劑的選擇Fig.3 The choice of eluants (a)HNO3-Thiourea;(b)Na2S2O3;(c)Thiourea;(d) HNO3;(e) EDTA.

2.6 洗脫劑的選擇

在最佳吸附條件下，考察了NaOH、HNO3、Na2S2O3、硫脲、HNO3-硫脲等洗脫劑對Ag+的洗脫效果，實驗結(jié)果見圖3。結(jié)果表明：HNO3-硫脲的洗脫效果較好。實驗進一步考察了0.2 mol/L硫脲與0.1 mol/L HNO3以不同體積比混合時對Ag+的洗脫效果的影響，實驗表明：當(dāng)0.2 mol/L硫脲與0.1 mol/L HNO3以體積比1∶1混合，洗脫效果最好，因此，實驗中選用0.1 mol/L硫脲-0.05 mol/L HNO3作為洗脫劑。

2.7 洗脫劑流速對吸附率的影響

最佳實驗條件下，調(diào)節(jié)洗脫劑流速在0.1～2.0 mL/min之間，考察流速對Ag+洗脫效果的影響。結(jié)果表明，洗脫劑流速小于或等于0.8 mL/min時，被吸附的Ag+能很好地被洗脫下來。為了確保被吸附的Ag+完全洗脫，選擇0.7 mL/min為本實驗的洗脫劑流速。

2.8 洗脫體積的確定

按照分析方法，分別移取3、5、7、8、9、10 mL 0.1 mol/L硫脲-0.05 mol/L HNO3混合洗脫液進行洗脫，考察不同洗脫液體積對Ag+的洗脫效果。結(jié)果表明：吸附的Ag+用8 mL洗脫液能被定量洗脫，因此實驗選用洗脫劑用量為8 mL。

2.9 動態(tài)飽和吸附容量的測定

將5.0 mg/L Ag+工作液調(diào)節(jié)pH=5.0后，以1.8 mL/min的流速連續(xù)通過分離柱，每5 min測定一次流出液中Ag+的含量，當(dāng)流出液中Ag+的含量不再變化時，用水清洗分離柱數(shù)次，再用20 mL洗脫劑將被吸附的Ag+完全洗脫下來，用火焰原子吸收法測定洗脫液中Ag+的含量，并計算該吸附材料對Ag+的動態(tài)飽和吸附容量。實驗測得羅丹寧殼聚糖固相萃取材料對Ag+的動態(tài)飽和吸附容量為72.62 mg/g。

2.10 干擾試驗

2.11 分離柱的使用壽命

按照分析方法，對羅丹寧殼聚糖固相萃取材料分離柱重復(fù)進行吸附-洗脫試驗，每次吸附-洗脫后用蒸餾水清洗分離柱數(shù)次。實驗結(jié)果表明：循環(huán)使用8次，該萃取材料對Ag+的吸附率仍高于98%且能完全洗脫，說明在滿足分析要求的條件下，羅丹寧殼聚糖固相萃取材料分離柱至少能重復(fù)使用8次。

2.12 分析特性

在最佳實驗條件下，按實驗方法對不同濃度的Ag+溶液進行測定，得到該方法測定Ag+的線性范圍為0.01～5.0 mg/L，線性方程為：A= 0.1781c-0.0017，相關(guān)系數(shù)R2= 0.9990。方法檢出限(3σ,n=11)為8.50 μg/L。對2.0 mg/L的Ag+溶液平行測定11次，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.72%。對實際取水樣1 L而言，本方法的富集倍數(shù)為125。

2.13 方法的應(yīng)用

分別采集1 L湘潭大學(xué)井水和湘潭段湘江水，各加入5 mL 2 mol/L的HNO3進行酸化，在電爐上加熱煮沸10 min，冷卻后靜止1 h，用0.45 μg的微孔膜過濾后按照實驗方法測定這兩種環(huán)境水樣中Ag+的含量，同時進行加入回收實驗，結(jié)果見表1。為了進一步驗證本方法的準(zhǔn)確性，按照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5750.6-2006)，采用石墨爐原子吸收光譜法測定以上兩種環(huán)境水樣中Ag+的含量分別為16.34 μg/L和6.98 μg/L，測定結(jié)果與本法基本一致。

表1 環(huán)境水樣中Ag+的測定及加標(biāo)回收實驗

3 結(jié)論

本文使用自制羅丹-寧殼聚糖作為固相萃取材料，顯著提高了殼聚糖的穩(wěn)定性和對痕量Ag+的選擇性吸附，由此建立了羅丹寧-殼聚糖固相萃取-火焰原子吸收光譜法測定環(huán)境水中痕量銀的新方法。該方法操作簡單、準(zhǔn)確度高、富集效果好，成本低，適用于低含量樣品中銀的測定。