纳米二氧化钛在分离富集-原子吸收光谱法测定痕量元素中的研究与应用

摘要

原子吸收光谱(AAS)检测技术具有仪器价格便宜、精密度好、干扰水平低、线性范围宽等特点，是当今广泛采用的一种微量元素分析测试手段。但随着科学技术的发展，在原子光谱法分析地质、生物、环境、农业和工业等样品时，经常要求测定ppb、甚至ppt级的痕量元素。要直接测定这些试样中的痕量组分往往会遇到困难，因此，在分析检测实践中，为提高分析方法的灵敏度和选择性，分离与富集往往是不可缺少的。
　　 固相萃取(SPE)与原子光谱检测技术联用在痕量元素的分离富集中发挥着日益重要的作用。SPE与AAS联用，可有效地改善分析方法的灵敏度、检出限和抗干扰能力，同时也扩展了SPE的应用范围。而在固相萃取技术的研究中，对影响分析灵敏度和选择性等重要因素的新型吸附材料的研究和探索仍十分活跃。
　　 纳米材料是近些年发展起来并受到广泛关注的一种新兴功能材料。纳米粒子的粒径在1～100 nm之间，处于原子簇与宏观物体交界的过渡状态，具有一些新异的物理化学特性。其中一个重要特征就是随着粒径的减小，其表面原子数迅速增大，表面积、表面能和表面结合能也随之增大；此外，由于表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性，故易与其它原子相结合而趋于稳定，因而具有较高的化学活性。由于纳米粒子有极高的表面能与扩散率，粒子间能充分接近，因此纳米材料对一些金属离子具有很强的吸附能力，并且在较短的时间内即可达到吸附平衡；同时，由于其比表面积非常大，因而比一般的吸附材料有更大的吸附容量，是一种较为理想、颇具潜力的固相吸附材料。
　　 本论文将自制的纳米二氧化钛材料应用于分析测试领域，以AAS为检测手段，系统地研究了纳米二氧化钛对几种痕量金属元素的吸附性能。建立了稳定性高，选择性好、灵敏且无污染的纳米二氧化钛分离富集-原子吸收光谱法测定实际样品中铅、金和镧等痕量元素的新方法。全文共分四章，研究的主要内容如下：
　　 第一章：综述了近些年应用于原子吸收光谱检测中的分离富集技术和吸附材料。重点介绍了新型吸附材料-纳米材料的特性及其在分离富集中的应用。
　　 第二章：用改进的溶胶-凝胶法制备吸附材料—纳米二氧化钛，并对产物进行了透射电镜的表征。结果表明该产品是粒径在10～30nm之间的纳米材料，且分散均匀，团聚少，可用作固相吸附材料。以AAS为检测手段，系统地研究了纳米二氧化钛材料在静态条件下对重金属铅的吸附性能，详细考察了铅在纳米TiO2上的吸附动力学、最佳酸度和吸附容量。方法应用于实际水样中痕量铅的测定，回收率在94.5％～102.5％之间，对Pb2+的检出限为2.57 ng/mL。相对标准偏差为2.45％ (n=11，c=0.10 μg/mL)。实验证明此法具有简便、灵敏的特点。
　　 第三章：采用AAS作为检测手段，研究了负载对二甲胺基苯亚甲基罗丹宁（DMABR）的纳米二氧化钛材料在动态条件下对环境样品中痕量金的吸附性能。在选定的pH条件下实现了痕量金的选择性分离和测定。该方法线性范围为0～0.40μg/mL 线性回归方程A=1.755C+0.0205(C：μg/mL，r=0.9993)；检出限为2.34 ng/mL，相对标准偏差为2.9％ (n=6，c=0.10μg/mL)。方法用于实际水样中痕量金的测定，加标回收率在96.7％～101.7％之间，结果满意。
　　 第四章：以负载1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基-吡唑酮 [5](PMBP)的纳米二氧化钛材料为固定相，填充自制的PTFE微柱，接入FI流路，AAS作为检测手段，系统地研究了动态条件下负载PMBP纳米二氧化钛材料对轻稀土代表元素镧的吸附性能；对影响镧的在线吸附和洗脱的主要因素进行了详细考察，并确定了最佳的吸附和解脱条件；最后，将提出的方法应用于环境生物样品和实际矿渣中痕量稀土元素镧的测定，结果满意。