纳米螯合剂制备及其浊点萃取铅离子机理研究

采用高选择性和高灵敏度的螯合显色剂与笼型低聚倍半硅氧烷纳米粒子进行羟基化和成醚反应，制备表面桥接螯合显色基团的纳米螯合剂。研究螯合剂与铅离子的螯合反应和显色反应过程，探明纳米螯合剂与金属铅离子选择性螯合的反应机理，揭示纳米粒子结构与金属离子螯合的内在规律和相互关系；研究表面活性剂存在下，溶液中金属纳米螯合物的浊点萃取过程，揭示纳米螯合物浊点萃取条件与富集倍数、吸收光谱和检出限的相互关系，洞悉纳米螯合物分子结构、组成与浊点萃取的内在关联，实现环境中痕量和超痕量重金属铅的高选择性分离和高倍数富集；结合分光光度法等测试手段，建立环境水样中痕量及超痕量重金属铅离子的高选择性、高富集倍数和低检出限的分析技术，为环境中痕量及超痕量金属的分离和分析技术发展提供新的理论基础和实践经验，对我国重金属污染的监测、分析和防治具有重要意义。

监测生态环境中的重金属含量一直是环境保护和环境治理的重要前提，环境样品在测试前往往需要进行预处理或富集后才能进行分析。实现高效、高选择性富集和分离环境水中痕量或超痕量金属离子也一直成为环境监测和分析化学中的研究重点和难点。浊点萃取技术是目前分离富集重金属离子的主要方向，然而往往受到萃取温度、离子强度和pH值等因素影响。本课题创造性提出以疏水性、纳米尺度的笼型低聚倍半硅氧烷（POSS）粒子为载体，在其表面直接键合亲水性的、具有选择性螯合金属离子作用的变色酸偶氮类显色剂，制备出系列直接悬浮于水相中的（类“浊点”）两亲性纳米螯合剂PCAC-POSS和PCAA-POSS；通过可见分光光度法对PCAC-POSS、PCAA-POSS对Pb和Cu等金属离子的分离富集能力进行分析，结果表明，对Pb和Cu离子的富集倍数最高均可达到400倍，PCAC-POSS与Pb离子之间的褪色反应 “摩尔吸光系数”高达-1.84E+5 L/(mol•cm)，RSD为4.2%，检出限为11.25µg/L，与PCAC-POSS不经过分离富集而直接测定Pb的光度分析方法相比，其“摩尔吸光系数”提高了20倍，共存离子中Na+、K+的允许量分别提高了25倍和40倍，方法的灵敏度和选择性均得到提高。PCAA-POSS与Cu在pH=4.5的显色反应,在不考虑富集倍数时的“摩尔吸光系数”为2.93E+5 L/(mol•cm)，RSD为3.7%，检出限为7.43µg/L。与PCAA-POSS不经过分离富集测定Cu的光度分析方法相比，其“摩尔吸光系数”提高了24倍，共存离子的允许量均普遍提高2-5倍,方法的选择性和灵敏度也得到极大改善。使用两种改性纳米螯合剂均可成功应用于江汉大学三角湖水样中Pb和Cu的直接测定，检测结果与原子吸收光度法一致；通过透射电镜、粒度分析、接触角和zeta电位测量等方法对纳米螯合剂与重金属离子在水相中的自组装过程进行分析，表明较强的疏水性导致纳米螯合剂能够通过自组装悬浮在水相中并通过螯合基团选择性分离重金属离子。这一分离富集过程无需使用其他表面活性剂、无需加热、无需调节离子强度，方法简单，试剂消耗少，并可直接显色测定，为重金属离子的分离富集和测定提供一种新型、高效的预处理技术和思路。