分子印跡選擇激光誘導(dǎo)熒光法測(cè)量水體中硒的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境化學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是涉及測(cè)量水體中砸元素的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]砸對(duì)動(dòng)物、人體既是有毒元素，又是必要的營(yíng)養(yǎng)元素。已發(fā)現(xiàn)低砸地區(qū)常發(fā)生地方性心肌癥、高砸又引起癌癥等疾病的情況，適量的砸卻有增強(qiáng)免疫能力的作用。砸也是某些動(dòng)物和海洋生物對(duì)重金屬Hg、Cu、Cd等的天然解毒劑。而它的毒性和生理作用與它的價(jià)態(tài)、形態(tài)密切相關(guān)。因此，海水中砸價(jià)態(tài)分析方法的研宄已越來(lái)越引起環(huán)境分析化學(xué)工作者的重視。砸含量的測(cè)定方法很多，有3，3- 二氨基苯胺光度法，2，3- 二氨基萘熒光光度法等，但靈敏度低，試劑毒性大；氫化物發(fā)生火焰原子吸收法，靈敏度較高，但試劑用量大，線(xiàn)性范圍窄；石墨爐原子吸收光度法，靈敏度很高，但基體干擾嚴(yán)重；氫化物發(fā)生原子熒光法具有靈敏度高，共存元素干擾小、線(xiàn)性范圍寬、方法簡(jiǎn)單快速等優(yōu)點(diǎn)，但是方法需要價(jià)格昂貴大型儀器，同時(shí)方法需要采用現(xiàn)場(chǎng)取樣后到實(shí)驗(yàn)室分析的模式，即不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)時(shí)測(cè)量的方式，樣品運(yùn)輸過(guò)程以及處理過(guò)程易引入其他干擾物質(zhì)，影響分析的準(zhǔn)確性。因此傳統(tǒng)分析過(guò)程對(duì)于痕量級(jí)元素分析，不可能保證分析過(guò)程中中不會(huì)出現(xiàn)二次受污的可能性，而且對(duì)于復(fù)雜多變的水體環(huán)境，例如:元素形態(tài)受時(shí)空影響大；多數(shù)又處于相互關(guān)聯(lián)、相互影響的狀態(tài)，其結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性受到質(zhì)疑，從而不能確切掌握水質(zhì)現(xiàn)狀及其異常變化。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)、新材料、新工藝、新的光學(xué)器件的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，通過(guò)自動(dòng)分析儀來(lái)分析海水重金屬元素的方法相應(yīng)出現(xiàn)，雖然這些技術(shù)擺脫了實(shí)驗(yàn)室分析的一些缺點(diǎn)，如持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，分析過(guò)程繁雜，條件苛刻等，但其還存在著穩(wěn)定性差、靈敏度和分辨率低、離子干擾等難以克服的缺陷，使之應(yīng)用范圍受到限制，沒(méi)能得到廣泛的應(yīng)用。因此，找到一種選擇性好、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、現(xiàn)場(chǎng)快速使用的測(cè)量水體中砸元素的方法十分重要。
[0003]另外現(xiàn)有方法主要通過(guò)萃取方法進(jìn)行富集，萃取方法以及裝置存在萃取效率低，分層不均勻，有機(jī)溶劑使用量大，具有二次污染的問(wèn)題。
[0004]分子印跡技術(shù)(molecular imprinting technique，MIT)是以目標(biāo)分子為模板分子，將具有結(jié)構(gòu)上互補(bǔ)的功能化聚合物單體通過(guò)共價(jià)或非共價(jià)鍵與模板分子結(jié)合，并加入交聯(lián)劑進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)完成后將模板分子洗脫出來(lái)，形成的一種具有固定空穴大小和形狀及有確定排列功能團(tuán)的交聯(lián)高聚物，這種交聯(lián)高聚物稱(chēng)為分子印跡聚合物(molecularimprinting polymers，MIPs)。MIPs對(duì)模板分子具有特異選擇能力，是因?yàn)樵诰酆衔镏写嬖谥軌蚺c之相互作用的功能基團(tuán)。分子印跡聚合物的形成機(jī)理主要有兩種，一是共價(jià)法:功能單體與模板分子首先通過(guò)共價(jià)鍵相結(jié)合，然后加入交聯(lián)劑交聯(lián)聚合，而后，通過(guò)化學(xué)過(guò)程將模板分子從聚合物網(wǎng)絡(luò)上斷裂下來(lái)。使用的功能單體有:硼酸酯、席夫堿、縮醛酮、酯和螯合物等。該方法所形成的共價(jià)鍵作用力較強(qiáng)，識(shí)別過(guò)程中，與模板分子結(jié)合和解離的速度慢，不適于快速識(shí)別；另外一種是非共價(jià)法:功能單體與模板分子首先以非共價(jià)鍵形成多重作用位點(diǎn)。聚合后，這種作用保存下來(lái)。使用的功能單體有:丙烯酸及其衍生物、亞甲基丁二酸、4-乙烯基苯甲酸、2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸、N-丙烯?；彼?、4-乙烯基苯乙烯、丙烯酰胺、1-乙烯基咪唑、乙烯基吡啶、2，6-二丙烯酰胺吡啶、N- (4-乙烯芐基)亞氨二乙酸銅。該方法中單體與印跡分子之間的結(jié)合則主要是依靠范德華力、氫鍵、疏水作用以及離子鍵等，結(jié)合快、解除快、作用條件比較溫和，印跡分子(即模板分子)與單體間的結(jié)合只需通過(guò)簡(jiǎn)單的洗滌即可解除，這種方法其分子識(shí)別過(guò)程更接近于天然的分子識(shí)別系統(tǒng)，在傳感器、快速分析鑒定、色譜分離方面有著極為廣泛的應(yīng)用。
[0005]近年來(lái)，激光誘導(dǎo)焚光(laser induced fluorescence，LIF)檢測(cè)法作為一種新型的高靈敏度檢測(cè)方式，近年來(lái)得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，是迄今為止靈敏度最高的光學(xué)檢測(cè)方法，激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)技術(shù)的靈敏度比普通熒光高1-3個(gè)數(shù)量級(jí)，其對(duì)熒光物質(zhì)的檢測(cè)限可以達(dá)到年nmol數(shù)量級(jí)，在適當(dāng)?shù)臈l件下甚至可以實(shí)現(xiàn)單分子檢測(cè)，由于其具有靈敏度高、快速、便捷、連續(xù)測(cè)量、不需要培養(yǎng)等優(yōu)勢(shì)，因此，采用分子印跡技術(shù)選擇性吸收富集，運(yùn)用原位激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)可以較好地對(duì)痕量級(jí)重金屬元素，例如砸，進(jìn)行檢測(cè)，可以作為海洋砸元素現(xiàn)場(chǎng)、快速檢測(cè)的一種重要方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種分子印跡選擇激光誘導(dǎo)熒光法測(cè)量水體中砸的裝置及方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不能現(xiàn)場(chǎng)工作，分析持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，分析過(guò)程繁雜，條件苛刻、能耗大，尤其是產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題。通過(guò)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)熒光池，解決了現(xiàn)有萃取方法以及裝置存在萃取效率低，分層不均勻，有機(jī)溶劑使用量大，具有二次污染的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了高效選擇性富集，通過(guò)激光誘導(dǎo)產(chǎn)生熒光測(cè)量水體中砸元素。
[0007]為了達(dá)到解決上述技術(shù)問(wèn)題的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種分子印跡選擇激光誘導(dǎo)熒光法測(cè)量水體中砸的裝置，所述裝置包括:三通進(jìn)樣閥、熒光池、脈沖激發(fā)光源、光電探測(cè)裝置、控制裝置、數(shù)據(jù)處理裝置，水樣泵、硫酸泵、羥乙基乙二胺三乙酸泵、磷酸泵、三通進(jìn)樣閥、熒光池，以及所述三通進(jìn)樣閥與上述泵之間通過(guò)管路連接，其特征在于，所述熒光池為扁平狀，所述熒光池內(nèi)部的底面涂有對(duì)羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價(jià)砸元素螯合形成的絡(luò)合物具有吸附作用的分子印跡聚合物。
[0008]所述分子印跡聚合物的制備方法為:按如下組分質(zhì)量百分比濃度組成，丙烯酰胺:20-30%，乙酸:5.0-10%，無(wú)水乙醇:50-60%，乙烯基吡啶:2_5%，模板分子:2_5%，所述模板分子為羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價(jià)砸元素螯合形成的絡(luò)合物，將上述組分加入在反應(yīng)器中，攪拌溶解，通氮?dú)獬?5-35min，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加溫50-60°C，攪拌反應(yīng)20_40h，將得到的產(chǎn)物用乙醇與乙酸混合溶液浸泡10-15h，除去模板分子，干燥，即得以羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價(jià)砸元素螯合形成絡(luò)合物的分子印跡聚合物。
[0009]測(cè)量時(shí)，待測(cè)量的混合溶液以平流方式通過(guò)扁平狀的熒光池，混合溶液中的羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價(jià)砸元素螯合形成的絡(luò)合物與熒光池內(nèi)部底面涂有的分子印跡聚合物能夠高效選擇富集，所述乙醇與乙酸的體積比例范圍為1: 2-5。
[0010]一種利用上述的一種分子印跡選擇激光誘導(dǎo)熒光法測(cè)量水體中砸的裝置的測(cè)量方法，所述測(cè)量方法通過(guò)所述裝置按下述步驟進(jìn)行測(cè)量:
(I)、水樣溶液在水樣泵的作用下與硫酸管路中的硫酸混合，通過(guò)硫酸使水樣中四價(jià)砸氧化為六價(jià)砸； (2)、與硫酸混合后的混合溶液繼續(xù)在管路中流動(dòng)，再與絡(luò)合劑-羥乙基乙二胺三乙酸管路中的羥乙基乙二胺三乙酸混合，羥乙基乙二胺三乙酸與水樣中六價(jià)砸形成羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價(jià)砸元素螯合形成絡(luò)合物；
(3)、三通進(jìn)樣閥開(kāi)啟水樣輸送通道，使步驟(2)的混合溶液流經(jīng)三通進(jìn)樣閥后，進(jìn)入扁平狀熒光池，通過(guò)控溫裝置，在調(diào)控的溫度條件下對(duì)水體中羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價(jià)砸元素螯合形成絡(luò)合物進(jìn)行高效選擇性富集，混合溶液流通熒光池進(jìn)行富集的時(shí)間50-70 秒；
(4)、富集完成后，利用所述熒光池上面的所述脈沖激發(fā)光源產(chǎn)生激發(fā)波長(zhǎng)326nm的光源，照射所述熒光池，所述熒光池內(nèi)部底面富集羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價(jià)砸元素螯合形成的絡(luò)合物的分子印跡聚合物受到激發(fā)波長(zhǎng)376nm的激發(fā)后，會(huì)產(chǎn)生發(fā)射波長(zhǎng)495nm熒光，利用在所述熒光池上面與所述脈沖激發(fā)光源成90°角的光電探測(cè)裝置中的光電倍增管檢測(cè)富集羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價(jià)砸元素螯合形成絡(luò)合物的分子印跡聚合物產(chǎn)生的焚光信號(hào)；
(5)、三通進(jìn)樣閥關(guān)閉水樣輸送通道，開(kāi)啟洗脫液通道，洗脫液一磷酸在所述磷酸泵輸送下通過(guò)所述三通進(jìn)樣閥流通所述熒光池，洗脫液洗脫富集在分子印跡聚合物上面的羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價(jià)砸元素螯合形成絡(luò)合物，洗脫液流通熒光池進(jìn)行洗脫1.5-3.0min，洗脫下來(lái)的羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價(jià)砸元素螯合形成絡(luò)合物進(jìn)入洗脫液中；
(6)、所述光電探測(cè)裝置對(duì)流通過(guò)的混合溶液所發(fā)出的熒光信號(hào)進(jìn)行采集放大，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送入微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理裝置，數(shù)據(jù)處理裝置對(duì)得到的空白熒光信號(hào)與樣品熒光信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，再根據(jù)樣品熒光信號(hào)信號(hào)與空白熒光信號(hào)差值數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)樣品的熒光信號(hào)差值數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出水體中砸元素的濃度，并進(jìn)行顯示、打印輸出。
[0011]所述的水樣溶液流量為5.0-lOml/min ;所述硫酸流量為0.1 -0.5ml/min，濃度為(1.0-1.5)父10_4 mol/L ;所述羥乙基乙二胺三乙酸流量為0.1 -0.5ml/min，濃度為(0.5-1.0) XlO' 2 mol/Lo
[0012]所述的熒光池上面的所述脈沖激發(fā)光源，為深紫外激光二極管泵浦固體激光器，其產(chǎn)生激發(fā)波長(zhǎng)326 nm的光源，照射熒光池，熒光池內(nèi)部底