一种在水体中原位取样、分离、富集、测量重金属离子的方法

摘要

一种在水体中原位取样、分离、富集、测量重金属离子的方法，该方法包括以下步骤：(1)取一定量能够与重金属离子发生化学反应的高分子化合物放入装置内，用能够透过重金属离子的半透膜将装置封好；(2)将上述含有高分子化合物的装置放入含有重金属离子的水体中，使装置内的高分子化合物与水体被膜分开；(3)在水体中放置一段时间，利用膜的渗透作用，水体中的重金属离子进入到被膜隔离的装置内部后，与高分子化合物发生化学反应；(4)取出放在水体中的装置，用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算放置时间内水体中重金属的平均浓度。其主要优点有：简单，经济；可提供原位浓度、测量多种重金属；具有选择性。

权利要求

1.一种在水体中原位取样、分离、富集、测量重金属离子的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)取一定量能够与重金属离子发生化学反应的高分子化合物放入装置内，用能够透过重金属离子的半透膜将装置封好，所述能与重金属离子反应的高分子化合物为羧甲基纤维素或羧甲基壳聚糖或聚丙烯酸钠，其平均分子量大于3000，其水溶液浓度为0.0001～1.0mol/L；

(2)将上述含有高分子化合物的装置放入含有重金属离子的水体中，使装置内的高分子化合物与水体被膜分开；

(3)在水体中放置1小时～1年时间，利用膜的渗透作用，水体中的重金属离子进入到被膜隔离的装置内部后，与高分子化合物发生化学反应；

(4)取出放在水体中的装置，测定重金属的浓度，并计算放置时间内水体中重金属的平均浓度。

2.按照权利要求1所述的在水体中原位取样、分离、富集、测量重金属离子的方法，其特征在于所述重金属离子选自：Cu，Cd，Co，Zn，Pb，Ni，Cr，Fe，U，Mn，Ag，Hg，Be，Tl，Tu，Re，V，Ti。

3.按照权利要求1所述的在水体中原位取样、分离、富集、测量重金属离子的方法，其特征在于所述水体选自：天然淡水、污水、饮用水、回用水、生物体内水和土壤中的水。

说明书

技术领域

本发明涉及化学及环境监测技术领域，特别涉及一种在水体中原位取样、分离、富集、测量重金属离子的方法。

背景技术

环境中的无机污染物以重金属比较突出，主要是由于重金属不能被微生物分解并且易于积累转化。有的甚至能通食物链在人体内以有害浓度积累。环境中重金属污染主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁(砷虽然不属于重金属，但因其来源、危害都与重金属相似，故通常列入重金属行列讨论)。天然水中痕量金属离子的可靠测量对于污染和痕量元素回收的研究具有重要意义。但由于环境样品被测物浓度低、组分复杂、干扰物多、同一元素以多元形式存在、易受环境影响而变化，通常检测方法都要经过复杂的前处理后才能进行分析测定。经典的前处理方法不仅要靠人工操作，工作强度大，处理周期长，需要大量有机溶剂，而且重现性差，为分析工作带来了很大的误差。因此减少前处理过程的新技术的研究对环境分析化学乃至分析化学都具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种在水体中原位取样、分离、富集、测量重金属离子的方法。
本发明在水溶液中原位取样、富集和定量测量重金属离子的方法主要利用高分子化合物上的特性基团与外界水溶液中被监测物质或被监测物质上的特性基团的化学反应，达到原位取样、富集和定量测量的目的。
本发明方法包括：
(1)取一定量能够与重金属离子发生化学反应的高分子化合物放入装置内，用能够透过重金属离子的半透膜将装置封好；
(2)将上述含有高分子化合物的装置放入含有重金属离子的水体中，使装置内的高分子化合物与水体被膜分开；
(3)在水体中放置一段时间，利用膜的渗透作用，水体中的重金属离子进入到被膜隔离的装置内部后，与高分子化合物发生化学反应；
(4)取出放在水体中的装置，用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算放置时间内水体中重金属的平均浓度。
本发明中能与重金属离子反应的高分子化合物为羧甲基纤维素、羧甲基壳聚糖、聚丙烯酸钠。
本发明的方法中所述水溶液包括：天然淡水、天然矿化水、污水、饮用水、回用水、生物体内水、沉积物和土壤中的水。
本发明方法所用的装置为一种原位取样、分离、富集、测量的装置，如附图所示：该装置是在容器内装有高分子化合物，然后用半透膜将其封好，并通过橡皮垫和夹紧器将其固定即可。
溶液中的物质可通过一个简单的方程式来表示：
M+nL→M(L)n
M：被监测物质；L：结合相(过量)；M(L)n：被监测物质与高分子化合物形成的络合物。
在本发明中，大分子的扩散可能被半透膜影响。但是简单的金属离子或小分子有机化合物则可以自由地扩散，并产生一个有效的扩散系数。这与它们在水中的扩散没有区别。因此本发明允许分子体积小于半透膜孔道的可溶性物质自由扩散。
本发明方法中，能够渗透被监测物质的半透膜有透析膜、色谱纸、渗析膜、生物膜、胶棉薄膜、玻璃纸、羊皮纸、动物膀胱膜等。能透过重金属离子的半透膜为各种类型半透膜或选择性透过膜，其允许透过分子量大于或等于2000。
本发明方法中，在膜内侧含有能够与被监测物质相结合的高分子：其平均分子量应大于3000，其水溶液浓度为0.0001-1.0mol·L-1。如果半透膜孔隙小，则所用高分子的平均分子量可小些，如果半透膜孔隙大，则所用高分子的平均分子量应大些，总的原则只能允许被监测物质自由通过半透膜扩散，而不能使膜内侧的高分子渗透到外界水相中。放入水体中的时间为1小时～1年。在一个被监测物质浓度不断变化的水体中长期放置，可得到在此时间(t)范围内体系中被监测物质的平均浓度(Cm)，Cm＝Csample/t，式中Csample为测量浓度。
本发明方法中的被监测重金属离子，例如：Cu，Cd，Co，Zn，Pb，Ni，Cr，Fe，U，Mn，Ag，Hg，Be，Tl，Tu，Re，V，Ti。
本发明方法中，所用高分子化合物的特点是它们都能与被监测物质发生化学反应，并与被监测物质牢牢结合，使得膜内侧的高分子溶液中游离被监测物质的浓度始终保持为零。
本方法的主要优点有：
(1)简单，经济。
(2)可以提供原位浓度。
(3)可以测量多种物质。
(4)具有选择性。不是测量自然水中所有的物质，只能测量那些在结合相中能被富集的物质。
(5)定量测量与结合相摄取的被监测物质的动力学和半透膜的特性有关。
(6)如果一个适当的半透膜厚度被选定，物质的传输只与分子扩散有关，物质传输过程与流体动力学无关。

附图说明

附图为本发明水体中原位取样、分离、富集、测量装置结构示意图。
图中：1聚四氟乙烯容器、2高分子化合物水溶液、3半透膜、4垫片、5夹紧器

具体实施方式

实施例1
取2mL0.0001M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置1h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例2
取2mL0.0001M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置1h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例3
取2mL 0.0001M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用火棉胶薄膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置1h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例4
取2mL0.01M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例5
取2mL0.01M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例6
取2mL 0.01M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用火棉胶薄膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例7
取2mL 0.02M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例8
取2mL 0.02M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例9
取2mL 0.02M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用火棉胶薄膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例10
取2mL 0.0001M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置1h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例11
取2mL 0.0001M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置1h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例12
取2mL 0.0001M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用火棉胶薄膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置1h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例13
取2mL 0.01M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例14
取2mL 0.01M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例15
取2mL 0.01M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用火棉胶薄膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例16
取2mL 0.02M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例17
取2mL 0.02M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例18
取2mL 0.02M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用火棉胶薄膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例19
取2mL0.0001M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置1h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例20
取2mL0.0001M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置1h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例21
取2mL 0.0001M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用火棉胶薄膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置1h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例22
取2mL 0.01M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例23
取2mL 0.01M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例24
取2mL 0.01M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用火棉胶薄膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例25
取2mL 0.02M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例26
取2mL 0.02M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例27
取2mL0.02M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用火棉胶薄膜将装置封好，共3个，将装置放入重金属污染的水体中放置12h取出，利用原子吸收光谱法测定重金属的浓度，并计算在放置时间内水体中重金属的平均浓度。
实施例28
取2mL0.02M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共21个，将装置放入自然水体或重金属污染水体中，放置1周，每天取出3个，利用原子吸收光谱法测定水体中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度。
实施例29
取2mL0.02M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共21个，将装置放入自然水体或重金属污染水体中，放置1周，每天取出3个，利用原子吸收光谱法测定水体中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度。
实施例30
取2mL 0.02M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用火棉胶薄膜将装置封好，共21个，将装置放入自然水体或重金属污染水体中，放置1周，每天取出3个，利用原子吸收光谱法测定水体中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度。
实施例31
取2mL0.02M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共21个，将装置放入自然水体或重金属污染水体中，放置1周，每天取出3个，利用原子吸收光谱法测定水体中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度。
实施例32
取2mL0.02M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共21个，将装置放入自然水体或重金属污染水体中，放置1周，每天取出3个，利用原子吸收光谱法测定水体中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度。
实施例33
取2mL 0.02M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用火棉胶薄膜将装置封好，共21个，将装置放入自然水体或重金属污染水体中，放置1周，每天取出3个，利用原子吸收光谱法测定水体中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度。
实施例34
取2mL0.02M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共21个，将装置放入自然水体或重金属污染水体中，放置1周，每天取出3个，利用原子吸收光谱法测定水体中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度。
实施例35
取2mL 0.02M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共21个，将装置放入自然水体或重金属污染水体中，放置1周，每天取出3个，利用原子吸收光谱法测定水体中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度。
实施例36
取2mL0.02M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用火棉胶薄膜将装置封好，共21个，将装置放入自然水体或重金属污染水体中，放置1周，每天取出3个，利用原子吸收光谱法测定水体中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度。
实施例37
取2mL 0.05M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共36个，将装置放入自然水系中，放置1年，每个月取出3个，利用原子吸收光谱法测定自然水系中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度并可了解金属离子浓度与季节的关系以及金属离子浓度在全年的变化情况。
实施例38
取2mL 0.05M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共36个，将装置放入被监测水系中，放置1年，每个月取出3个，利用原子吸收光谱法测定自然水系中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度并可了解金属离子浓度与季节的关系以及金属离子浓度在全年的变化情况。
实施例39
取2mL 0.05M羧甲基纤维素(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用胶棉薄膜将装置封好，共36个，将装置放入被监测水系中，放置1年，每个月取出3个，利用原子吸收光谱法测定自然水系中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度并可了解金属离子浓度与季节的关系以及金属离子浓度在全年的变化情况。
实施例40
取2mL 0.05M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共36个，将装置放入自然水系中，放置1年，每个月取出3个，利用原子吸收光谱法测定自然水系中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度并可了解金属离子浓度与季节的关系以及金属离子浓度在全年的变化情况。
实施例41
取2mL 0.05M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共36个，将装置放入被监测水系中，放置1年，每个月取出3个，利用原子吸收光谱法测定自然水系中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度并可了解金属离子浓度与季节的关系以及金属离子浓度在全年的变化情况。
实施例42
取2mL 0.05M聚丙烯酸钠(按单体浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用胶棉薄膜将装置封好，共36个，将装置放入被监测水系中，放置1年，每个月取出3个，利用原子吸收光谱法测定自然水系中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度并可了解金属离子浓度与季节的关系以及金属离子浓度在全年的变化情况。
实施例43
取2mL0.05M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用透析膜将装置封好，共36个，将装置放入被监测水系中，放置1年，每个月取出3个，利用原子吸收光谱法测定自然水系中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度并可了解金属离子浓度与季节的关系以及金属离子浓度在全年的变化情况。
实施例44
取2mL 0.05M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用色谱纸将装置封好，共36个，将装置放入自然水系中，放置1年，每个月取出3个，利用原子吸收光谱法测定被监测水系中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度并可了解金属离子浓度与季节的关系以及金属离子浓度在全年的变化情况。
实施例45
取2mL 0.05M羧甲基壳聚糖(按羧基浓度计算)装入容积为2mL的聚丙烯的装置后，用胶棉薄膜将装置封好，共36个，将装置放入自然水系中，放置1年，每个月取出3个，利用原子吸收光谱法测定被监测水系中金属离子、并计算在放置时间内水系中金属离子的平均浓度并可了解金属离子浓度与季节的关系以及金属离子浓度在全年的变化情况。