基于離子液體的分析痕量重金屬鉛的新材料和新方法研究.pdf

1、鉛是一種嚴重危害人體健康的蓄積性重金屬元素,對鉛的準確、快速測定越來越受到重視。環(huán)境樣品基質(zhì)復雜,一般需要經(jīng)過預富集分離處理后,才能進行鉛的檢測。經(jīng)典的樣品前處理技術(shù)手續(xù)繁多,操作過程冗長,分離效率不高,又要使用大量有毒有機溶劑。所以,建立靈敏度高、選擇性好、檢測限低、快速、綠色的新方法測定水樣或其它環(huán)境樣品中鉛的含量,在環(huán)境科學研究和環(huán)境保護工作中具有重要的意義。
　　 液-液萃取是一種常用的分離富集方法。然而,在萃取過程中使

2、用的有機溶劑揮發(fā)性強、毒性大、危害環(huán)境及操作者健康,故而迫切需要開發(fā)新型綠色溶劑。近年發(fā)展起來的室溫離子液體擁有許多獨特的物理化學性質(zhì),蒸氣壓非常低,具有選擇性溶解能力和合適的液態(tài)范圍。離子液體已作為傳統(tǒng)溶劑的替代品,應用于有機合成、電化學及分析化學等領域。
　　 固相萃取(SPE)是從八十年代中期開始發(fā)展起來的一項樣品前處理技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計,檢測環(huán)境樣品和食品中的痕量污染物時,50％左右的樣品前處理采用固相萃取,對液體樣品尤其如此

3、。然而,國內(nèi)目前基本上還是依靠進口SPE小柱或進口填料后再裝柱,既使得前處理成本較高,也不利于我國自主創(chuàng)新戰(zhàn)略的實施。
　　 本文合成并表征了一種在水中溶解度較低的新型離子液體——1,3-二正丁基咪唑六氟磷酸鹽,以其作為液液萃取技術(shù)的萃取劑來富集水中的痕量鉛(以螯合物形態(tài))；還將該離子液體通過化學反應修飾到硅膠表面,制備了一種新型固相萃取材料,應用在水中痕量鉛的富集分離上,然后結(jié)合使用普遍、速度快、成本低的火焰原子吸收光譜法,建

4、立了兩種測定水中痕量鉛的新技術(shù)。主要內(nèi)容包括五部分:
　　 一、綜述了鉛的主要分析方法、介紹了離子液體的特性、液液萃取和固相萃取的理論基礎及在環(huán)境分析中的應用概況等。
　　 二、合成了一種新型對稱性烷基咪唑離子液體——1,3-二正丁基咪唑六氟磷酸鹽。以三甲基硅烷咪唑和1-溴代正丁烷作為原料,采用未經(jīng)改裝的家用微波爐在無溶劑條件下經(jīng)季銨化反應合成了中間體溴化1,3-二正丁基咪唑([DnBIM][Br]),此步反應產(chǎn)率可以達

5、到92％以上。再將第一步制得的中間體與六氟磷酸鉀經(jīng)復分解反應,得到1,3-二正丁基咪唑六氟磷酸鹽離子液體([DnBIM][PF6]),收率為68％。本文提出的微波輔助合成方法速度甚快。采用傅立葉變換紅外光譜、超導脈沖傅立葉變換核磁共振波譜以及元素分析對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進行表征,產(chǎn)物純度經(jīng)高效液相色譜法(HPLC)分析達到96.0％以上。
　　 三、建立了1,3-二正丁基咪唑六氟磷酸鹽萃取富集-火焰原子吸收光譜測定水中痕量鉛的新方法。在最

6、佳pH(=8)條件下,采用雙硫腙作為螯合劑,使得水樣中的鉛被雙硫腙螯合而進入離子液體相,再加硝酸到離子液體相中反萃鉛。實驗表明,鉛的回收率均能達到99％以上,富集倍數(shù)達到100,該方法檢出限為0.02μg／L,RSD=2.6％。用建立的新方法對大學城中心湖水、自來水、人工配制海水中的鉛進行測定,回收率在97.1％～103.3％之間。1,3-二正丁基咪唑六氟磷酸鹽作為萃取劑,重復使用6次,仍可得到大于90％的回收率。
　　 四、制

7、備了一種新型固相萃取材料——離子液體[DnBIM][PF6]鍵合硅膠。以硅膠為基體,利用其表面硅羥基的化學活性,通過硅烷化、偶聯(lián)反應等步驟,將[DnBIM][PF6]固定于固相載體硅膠上,既能保持離子液體的特性,又可大大減少離子液體在使用過程中的流失。首先,以硅膠為載體,3-氨丙基三乙氧基硅烷為偶聯(lián)劑合成了烷基硅烷化環(huán)氧硅膠,再與1,3-二正丁基咪唑六氟磷酸鹽離子液體反應得到離子液體鍵合硅膠。合成的產(chǎn)物經(jīng)紅外光譜分析、熱分析等鑒定。測得

8、鉛(以雙硫腙螯合物形態(tài))以在該[DnBIM][PF6]鍵合硅膠和水相間的分配系數(shù)為3950mL／g,[DnBIM][PF6]鍵合硅膠對鉛的飽和吸附量為55.4μg／g。
　　 五、建立了離子液體[DnBIM][PF6]鍵合硅膠固相萃取-火焰原子吸收光譜法測定水樣中痕量鉛的新方法?？疾炝藰悠穚H值、進樣體積、流速、洗脫劑的種類、濃度、體積、流速等參數(shù)的影響,同時研究了共存離子的影響,評價了萃取材料的再生性能。在優(yōu)化的最佳實驗條件下