分子印跡選擇激光誘導熒光法測量水體中硒的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境化學監(jiān)測技術領域，具體地說是涉及測量水體中砸元素的方法。
【背景技術】
[0002]砸對動物、人體既是有毒元素，又是必要的營養(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，適量的砸卻有增強免疫能力的作用。砸也是某些動物和海洋生物對重金屬Hg、Cu、Cd等的天然解毒劑。而它的毒性和生理作用與它的價態(tài)、形態(tài)密切相關。因此，海水中砸價態(tài)分析方法的研宄已越來越引起環(huán)境分析化學工作者的重視。砸含量的測定方法很多，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、線性范圍寬、方法簡單快速等優(yōu)點，但是方法需要價格昂貴大型儀器，同時方法需要采用現(xiàn)場取樣后到實驗室分析的模式，即不能實現(xiàn)現(xiàn)場、實時測量的方式，樣品運輸過程以及處理過程易引入其他干擾物質(zhì)，影響分析的準確性。因此傳統(tǒng)分析過程對于痕量級元素分析，不可能保證分析過程中中不會出現(xiàn)二次受污的可能性，而且對于復雜多變的水體環(huán)境，例如:元素形態(tài)受時空影響大；多數(shù)又處于相互關聯(lián)、相互影響的狀態(tài)，其結果的準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，隨著電子技術、新材料、新工藝、新的光學器件的發(fā)展，尤其是計算機技術的不斷創(chuàng)新發(fā)展，通過自動分析儀來分析海水重金屬元素的方法相應出現(xiàn)，雖然這些技術擺脫了實驗室分析的一些缺點，如持續(xù)時間長，分析過程繁雜，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，使之應用范圍受到限制，沒能得到廣泛的應用。因此，找到一種選擇性好、靈敏度高、操作簡便、現(xiàn)場快速使用的測量水體中砸元素的方法十分重要。
[0003]另外現(xiàn)有方法主要通過萃取方法進行富集，萃取方法以及裝置存在萃取效率低，分層不均勻，有機溶劑使用量大，具有二次污染的問題。
[0004]分子印跡技術(molecular imprinting technique，MIT)是以目標分子為模板分子，將具有結構上互補的功能化聚合物單體通過共價或非共價鍵與模板分子結合，并加入交聯(lián)劑進行聚合反應，反應完成后將模板分子洗脫出來，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的交聯(lián)高聚物，這種交聯(lián)高聚物稱為分子印跡聚合物(molecularimprinting polymers，MIPs)。MIPs對模板分子具有特異選擇能力，是因為在聚合物中存在著能夠與之相互作用的功能基團。分子印跡聚合物的形成機理主要有兩種，一是共價法:功能單體與模板分子首先通過共價鍵相結合，然后加入交聯(lián)劑交聯(lián)聚合，而后，通過化學過程將模板分子從聚合物網(wǎng)絡上斷裂下來。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鍵作用力較強，識別過程中，與模板分子結合和解離的速度慢，不適于快速識別；另外一種是非共價法:功能單體與模板分子首先以非共價鍵形成多重作用位點。聚合后，這種作用保存下來。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合則主要是依靠范德華力、氫鍵、疏水作用以及離子鍵等，結合快、解除快、作用條件比較溫和，印跡分子(即模板分子)與單體間的結合只需通過簡單的洗滌即可解除，這種方法其分子識別過程更接近于天然的分子識別系統(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用。
[0005]近年來，激光誘導焚光(laser induced fluorescence，LIF)檢測法作為一種新型的高靈敏度檢測方式，近年來得到了快速發(fā)展和廣泛的應用，是迄今為止靈敏度最高的光學檢測方法，激光誘導熒光檢測技術的靈敏度比普通熒光高1-3個數(shù)量級，其對熒光物質(zhì)的檢測限可以達到年nmol數(shù)量級，在適當?shù)臈l件下甚至可以實現(xiàn)單分子檢測，由于其具有靈敏度高、快速、便捷、連續(xù)測量、不需要培養(yǎng)等優(yōu)勢，因此，采用分子印跡技術選擇性吸收富集，運用原位激光誘導熒光技術可以較好地對痕量級重金屬元素，例如砸，進行檢測，可以作為海洋砸元素現(xiàn)場、快速檢測的一種重要方法。

【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熒光法測量水體中砸的裝置及方法，可以解決現(xiàn)有技術存在的不能現(xiàn)場工作，分析持續(xù)時間長，分析過程繁雜，條件苛刻、能耗大，尤其是產(chǎn)生二次污染等問題。通過創(chuàng)新性設計熒光池，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，有機溶劑使用量大，具有二次污染的問題，實現(xiàn)了高效選擇性富集，通過激光誘導產(chǎn)生熒光測量水體中砸元素。
[0007]為了達到解決上述技術問題的目的，本發(fā)明的技術方案是，一種分子印跡選擇激光誘導熒光法測量水體中砸的裝置，所述裝置包括:三通進樣閥、熒光池、脈沖激發(fā)光源、光電探測裝置、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、三通進樣閥、熒光池，以及所述三通進樣閥與上述泵之間通過管路連接，其特征在于，所述熒光池為扁平狀，所述熒光池內(nèi)部的底面涂有對羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價砸元素螯合形成的絡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砸元素螯合形成的絡合物，將上述組分加入在反應器中，攪拌溶解，通氮氣除氧25-35min，在氮氣保護下，加溫50-60°C，攪拌反應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砸元素螯合形成絡合物的分子印跡聚合物。
[0009]測量時，待測量的混合溶液以平流方式通過扁平狀的熒光池，混合溶液中的羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價砸元素螯合形成的絡合物與熒光池內(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熒光法測量水體中砸的裝置的測量方法，所述測量方法通過所述裝置按下述步驟進行測量:
(I)、水樣溶液在水樣泵的作用下與硫酸管路中的硫酸混合，通過硫酸使水樣中四價砸氧化為六價砸； (2)、與硫酸混合后的混合溶液繼續(xù)在管路中流動，再與絡合劑-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砸形成羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價砸元素螯合形成絡合物；
(3)、三通進樣閥開啟水樣輸送通道，使步驟(2)的混合溶液流經(jīng)三通進樣閥后，進入扁平狀熒光池，通過控溫裝置，在調(diào)控的溫度條件下對水體中羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價砸元素螯合形成絡合物進行高效選擇性富集，混合溶液流通熒光池進行富集的時間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砸元素螯合形成的絡合物的分子印跡聚合物受到激發(fā)波長376nm的激發(fā)后，會產(chǎn)生發(fā)射波長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°角的光電探測裝置中的光電倍增管檢測富集羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價砸元素螯合形成絡合物的分子印跡聚合物產(chǎn)生的焚光信號；
(5)、三通進樣閥關閉水樣輸送通道，開啟洗脫液通道，洗脫液一磷酸在所述磷酸泵輸送下通過所述三通進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砸元素螯合形成絡合物，洗脫液流通熒光池進行洗脫1.5-3.0min，洗脫下來的羥乙基乙二胺三乙酸與水體中六價砸元素螯合形成絡合物進入洗脫液中；
(6)、所述光電探測裝置對流通過的混合溶液所發(fā)出的熒光信號進行采集放大，并轉換成電信號送入微型計算機數(shù)據(jù)處理裝置，數(shù)據(jù)處理裝置對得到的空白熒光信號與樣品熒光信號進行計算，再根據(jù)樣品熒光信號信號與空白熒光信號差值數(shù)據(jù)和標準樣品的熒光信號差值數(shù)據(jù)對應關系，計算出水體中砸元素的濃度，并進行顯示、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326 nm的光源，照射熒光池，熒光池內(nèi)部底