（环境工程专业论文）功能化纳米材料用于痕量镉离子的分析.pdf

摘要 摘要 随着经济的快速发展，工业污染凸显。重金属是重要的环境污染物，如镉 对肝、肾、骨骼都有损害作用。对于重金属准确、快速的测定一直是人们关注 的焦点。环境样品基质复杂，镉的浓度往往不高，一般需要进行富集分离等预 处理。经典的样品前处理技术如液液萃取存在操作时间长、富集效率低、操作 步骤复杂等问题。所以，发展灵敏度高、选择性好、简单快捷的测定环境样品 中重金属镉含量的前处理方法，具有重要意义。 固相萃取是一种常见的样品前处理技术，在提高灵敏度、简化甚至消除基 体干扰方面有较好能力。但经典的固相萃取填料品种少，选择性不够，过柱时 间长。因此，研制固相萃取新材料，提高萃取能力，缩短萃取时间，是固相萃 取重要的发展方向。 纳米材料吸附能力强，平衡时间短，吸附容量大。纳米材料经过适当的修 饰后，可以增强吸附选择性。而磁性纳米材料由于具有顺磁性，在磁场作用下 可迅速运动和聚集，能进行快速分离富集。 本文制备了具有核壳结构的二氧化硅四氧化三铁磁性纳米材料，通过物理 掺杂和包覆的方式，分别用双硫腙和离子液体进行功能化修饰，制备了双硫腙 修饰和离子液体修饰的硅涂层磁性纳米材料。对制备的材料进行了扫描电镜、 傅立叶红外光谱表征，并做了热重分析、磁性测定和吸附性能试验。将制备的 功能材料作为固相萃取吸附剂，用于环境水样中痕量镉的富集萃取，然后结合 使用普遍、速度快、成本低的火焰原子吸收光谱法，建立了两种测定水中痕量 镉的新技术。主要内容包括四部分： 1 、介绍了课题背景和研究意义，综述了镉的检测方法、固相萃取技术和纳 米材料应用基础以及在环境分析中的应用概况等。 2 、制备了双硫腙修饰磁性纳米材料。合成了四氧化三铁颗粒，通过溶胶凝 胶的方法负载二氧化硅涂层，同时进行双硫腙的掺杂，得到双硫腙修饰磁性纳 米材料。采用扫描电镜、傅立叶变换红外光谱仪对材料进行了表征，并进行了 磁性分析。结果显示材料具有纳米级的粒径，成功地修饰上双硫腙，并具有超 顺磁性。 广东工业大学硕士学位论丈 3 、建立了双硫腙修饰磁性纳米材料富集火焰原子吸收光谱法测定水样中 痕量镉的新方法。考察了样品溶液p h 、吸附剂用量、振荡静置时间和洗脱剂等 对镉离子回收率的影响，同时研究了共存离子的影响。在优化的实验条件下， 样品溶液为1 0 0m l 时，方法的检出限为0 1 5 g l ，相对标准偏差( r s d ) 为 5 2 ，富集倍数为2 2 倍。该方法成功用于城区景观湖、校区景观湖和城区江水 中镉的测定，加标量为5p g l 时，回收率在8 3 3 一8 7 9 之间，结果令人满 意。方法检出能力强、操作简便快捷、富集效率较高、分析成本低，具有较好 的应用价值。 4 、制备了离子液体修饰磁性纳米材料。采用溶胶凝胶法制备了具有核壳结 构的二氧化硅四氧化三铁磁性纳米材料，然后通过溶剂搅拌的方式进行1 辛基 3 甲基咪唑六氟磷酸盐的负载修饰。产物采用扫描电镜、傅立叶变换红外光谱 仪、振动样品磁强计和热重分析仪对材料进行了表征。表征显示材料具有纳米 级的粒径，成功的负载修饰了离子液体，并且显示超顺磁性的特点。 5 、建立了离子液体修饰磁性纳米材料富集火焰原子吸收光谱法测定水样 中痕量镉的新方法。考察了样品溶液p h 、吸附剂用量、振荡静置时间和洗脱剂 等对镉离子回收率的影响，同时研究了共存离子的影响。优化的实验条件下， 样品溶液为1 0 0m l 时，方法的检出限为0 2 0 “l ，相对标准偏差( r s d ) 为 2 5 ，富集倍数为1 3 ，常见共存离子不干扰。用建立的新方法对城区景观湖和 城区江水中镉进行测定，实验加标量为0 、l 、2 、5p g l ，加标回收率在8 4 3 一9 9 6 之间。结果令人满意，为水样中痕量镉的检测提供了新的方法。 关键词：镉；磁性纳米材料；双硫腙；离子液体；固相萃取；火焰原子吸收光 谱法 a b s t r a c t a b s t r a c t w k ht h er a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，i n d u s t r i a lp o l l u t i o nh a sb e c o m em o r e a n dm o r es e r i o u s a so n eo ft h ei m p o r t a n te n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t s ，h e a v ym e t a l c a d m i u mh a sad a m a g ee f f e c to nt h el i v e r , k i d n e y , b o n e t h ed e t e r m i n a t i o no fh e a v y m e t a l sa c c u r a t e l ya n dq u i c k l yh a sa l w a y sa t t r a c t e dt h ea t t e n t i o no fp e o p l e d u ot o t h a tt h em a t r i xi sc o m p l e xa n dt h ec o n c e n t r a t i o no fc a d m i u mi sl o w , i ti su s u a l l y n e c e s s a r yt oe n r i c ht h es a m p l eb e f o r ea n a l y z i n g t h et r a d i t i o n a lt e c h n i q u e s ，s u c ha s l i q u i d 1 i q u i de x t r a c t i o ni st i m e c o n s u m i n g ，i n e f f i c i e n ta n dl a b o r i n t e n s i v e t h e r e f o r e ， t h ed e v e l o p m e n to ft h ed e t e r m i n a t i o no fc a d m i u mw i t has e n s i t i v e ，w e l ls e l e c t i v e ， s i m p l ea n dq u i c kp r e - t r e a t m e n tm e t h o d i so fg r e a ts i g n i f i c a n c e s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ( s p e ) i sav e r yi m p o r t a n tt o o lf o rs a m p l ep r e t r e a t m e n t ， w h i c hi m p r o v es e n s i t i v i t ya n de l i m i n a t ei n t e r f e r e n c ef o rt h ed e t e r m i n a t i o n h o w e v e r , t h ec l a s s i c a ls p eh a saf e wk i n d so ff i l l e r , p o o rs e l e c t i v i t ya n dal o n ge x t r a c t i o nt i m e c o n s e q u e n t l y , i ti sn e c e s s a r yt od e v e l o pa n e wk i n do fm a t e r i a lf o rs p e a sn o n m a t e r i a ls h o ws t r o n ga d s o r p t i o na b i l i t y , s h o r t e re q u i l i b r i u mt i m ea n d h i g h e ra d s o r p t i o nc a p a c i t y , t h es e l e c t i v i t yw a si n c r e a s e da f t e rs u r f a c em o d i f i c a t i o n a l s ot h em a g n e t i cn a n o p a r t i c l e sg a t h e rq u i c k l yi nt h em a g n e t i cf i e l d ，a st h e ya r e s u p e r - p a r a m a g n e t i c i nt h i sp a p e r , t w ok i n d so fs i l i c a - c o a t e dm a g n e t i cn a n o p a r t i c l e sm o d i f i e dw i t h d i t h i z o n eo ri o n i cl i q u i dw a sp r e p a r e d t h ef u n c t i o n a lm a t e r i a l sw e r ec h a r a c t e r i z e d b ys c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) ，f o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ( f t - i r ) ，v i b r a t i n gs a m p l em a g n e t o m e t e r ( v s m ) a n dt h e r m o g r a v i m e t r i ca n a l y z e r ( t g a ) t h em o d i f i e dm a g n e t i cn a n o p a r t i c l e sw a st h e nu s e da st h es o r b e n tf o rs o l i d p h a s ee x t r a c t i o no ft r a c ea m o u n to fc d 2 + f r o mw a t e rs a m p l e sb yf l a m e a t o m i c a b s o r l ： t i o ns p e c t r o m e t r y ( f a a s ) t w on e w m e t h o d sf o rp r e c o n c e n t r a t i o no fc d 2 + i n a q u e o u ss o l u t i o nw e r ed e v e l o p e d t h em a j o rc o n t e n t sa r ed e s c r i b e da sf o l l o w s ： 1 c l a r i f i e dt h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft h es t u d y , s u m m a r i z e dt h em a i n i i i 广东工业大学硕士学位论丈 a n a l y s i sm e t h o d so ft h ec a d m i u m ，a n di n t r o d u c e ds o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ，n a n o m e t e r m a t e r i a l sa n dt h e i ra p p l i c a t i o ni ne n v i r o n m e n t a la n a l y s i sp r o f i l e s 2 t h es i l i c a c o a t e d m a g n e t i cn a n o p a r t i c l e sm o d i f i e dw i t hd i t h i z o n ew e r e p r e p a r e d f e r r o f e r r i co x i d ew a sc o a t e dw i t hs i l i c ab ys o l - g e lm e t h o d ，a n dd o p e dw i t h d i t h i z o n e t h em o d i f i e dn a n o p a r t i c l e sw e r ec h a r a c t e r i z e db ys e m ，f t - i ra n dv s m t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h ep r e p a r e dm a t e r i a lh a sn a n o s i z ed i m e n s i o n s ，w h i c hw a s m o d i f i e dw i t hd i t h i z o n es u c c e s s f u l l ya n de x h i b i t sa p p a r e n ts u p e r p a r a m a g n e t i s m 3 an e wm e t h o df o rd e t e c t i o no fc d 2 + i na q u e o u ss o l u t i o nw a sd e v e l o p e d ， w h i c hu s i n gd i t h i z o n em o d i f i e dm a g n e t i cn a n o m a t e r i a lb a s e ds p e f a a s t h e i n f l u e n t i a lf a c t o r so nt h er e c o v e r yo fc dw e r ei n v e s t i g a t e d u n d e rt h eo p t i m i z e d c o n d i t i o n s ，t h el i m i to fd e t e c t i o n ( l o d ) f o rc d 2 + w a sf o u n dt ob eo 15 “g lw i t ht h e r e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n ( r s d ) o f5 2 t h em e t h o dw a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt o t h ed e t e r m i n a t i o no fc a d m i u mi nt h el a k ea n dr i v e r n l es t a n d a r dr e c o v e r i e sw e r e b e t w e e n8 3 3 a n d8 7 9 4 t h es i l i c a - c o a t e dm a g n e t i cn a n o p a r t i c l e sm o d i f i e dw i t hi o n i c l i q u i dw e r e p r e p a r e d f e r r o f e r r i co x i d ew a sc o a t e dw i t hs i l i c ab ys o l g e lm e t h o d ，t h e nm o d i f i e d w i t h 1 - o c t y l - 3 - m e t h y l i m i d a z o l i u mh e x a f l u o r o p h o s p h a t e ( o m i m p f 6 ) t h e m o d i f i e dn a n o p a r t i c l e sw e r ec h a r a c t e r i z e db ys e m ，f t - i r , v s ma n dt g a t h e r e s u l ts h o w e dt h a tt h ep r e p a r e dm a t e r i a lw e r en a n o - s i z ep a r t i c l e s ，w h i c he x h i b i t s a p p a r e n ts u p e r p a r a m a g n e t i s m 5 a n o t h e rn e wm e t h o df o rd e t e c t i o no fc d 2 + i na q u e o u ss o l u t i o nw a sd e v e l o p e d ， w h i c hu s i n g o m i m p f 6m o d i f i e dm a g n e t i cn a n o m a t e r i a lb a s e ds p e f a a s t h e i n f l u e n t i a lf a c t o r so nt h er e c o v e r yo fc d + w e r ei n v e s t i g a t e d u n d e rt h eo p t i m i z e d c o n d i t i o n s ，t h el o df o rc d 2 + w a sf o u n dt ob e0 2 0p g lw i t ht h er s do f2 5 t h e m e t h o dw a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o no fc a d m i u mi nt h el a k ea n d r i v e r , a n dt h es t a n d a r dr e c o v e r i e sw e r eb e t w e e n8 4 3 a n d9 9 6 k e yw o r d s ：c a d m i u m ；m a g n e t i cn o n m a t e r i a l ；d i t h i z o n e ；i o n i cl i q u i d ；s o l i dp h a s e e x t r a c t i o n ；f l a m ea t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r y i v 广东工业大学硕士学位论丈 c o n t e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e i a b s t r a c ti ne n g l i s h i l l c o n t e n t si nc h i n e s e v c o n t e n t si ne n g l i s h v i i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u da n ds i g n i f i a n c eo f t h er e s e a r c h 1 1 1 1t h eh a z a r d so f h e a v ym e t a lc a d m i u m 1 1 1 2c u r r e n ts t a t eo fh e a v ym e t a lp o l l u t i o ni nc h i n a 1 1 1 3s t u d yo b j e c t i v e sa n ds i g n i f i c a n c e s 2 1 2m a i nc o n t e n t so f t h ep a p e r 3 c h a p t e r2r e v i e wo nd e t e c t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ep r e t r e a t m e n tm e t h o d sf o r c a d m i u m 5 2 1m e t h o d sf o rd e t e c t i o no fc a d m i u m 5 2 1 1p r e t r e a t m e n tt e c h n o l o g yf o rc a d m i u m 5 2 1 2s p e c t r a ld e t e c t i o nm e t h o d sf o rc a d m i u m 7 2 2s o l i d - p h a s ee x t r a c t i o na n di t sa p p l i c a t i o n 7 2 2 1t h ei n t r o d u c t i o no fs o l i d - p h a s ee x t r a c t i o n 7 2 2 2t h et h e o r yo fs o l i d - p h a s ee x t r a c t i o n 8 2 2 3k i n d so fs o l i dp h a s ee x t r a c t i o n 9 2 2 4t h ec h a r a c t e r i s t i c so f s o l i d - p h a s ee x t r a c t i o n 10 2 2 5t h ea p p l i c a t i o no f s o l i d - p h a s ee x t r a c t i o n 10 2 2 6o u t l o o k 11 2 3n a n o m a t e r i a l sa n dm a g n e t i cn a n o m a t e r i a l s 1 2 2 3 1t h ei n t r o d u c t i o no f n a n o m a t e r i a l s 1 2 2 3 2n a n o e f f e c ta n d p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e s 1 2 v t l i c o n t e n t s 2 3 3p r e p a r a t i o no fm a g n e t i cn a n o m a t e r i a l s 13 2 3 4m o d i f i c a t i o na n da p p l i c a t i o no f m a g n e t i cn a n o p a r t i c l e s 1 3 2 3 5o u t l o o k 15 2 4a t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r ya n di t sa p p l i c a t i o n 15 2 4 1t h ei n t r o d u c t i o no fa t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r y 。15 2 4 2t h ec h a r a c t e r i s t i c so fa t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r y 16 2 4 3t h e a p p l i c a t i o no fa t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r y 1 6 c h a p t e r3d e t e r m i n a t i o no f t r a c ec a d m i u mu s i n gd i t h i z o n em o d i f i e dm a g n e t i c n a n o m a t e r i a lb a s e ds o l i dp h a s ee x t r a c t i o na n df l a m ea t o m i ca b s o r p t i o n s p e c t r o m e t r y 18 3 1i n t r o d u c t i o n 18 3 2r e a g e n t sa n da p p a r a t u s 1 9 3 2 1r e a g e n t s 1 9 3 2 2a p p a r a t u sa n dw o r k i n gc o n d i t i o n s 2 0 3 3e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 2 1 3 3 1p r e p a r a t i o no f f u n c t i o n a lm a t e r i a l s “2 1 3 3 2e x t r a c t i o no f c a d m i u m 2 1 3 3 3c o l l e c t i o na n dd e t e r m i n a t i o no f w a t e rs a m p l e s 2 2 3 4r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 2 2 3 4 1s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i z a t i o no f m a t e r i a l s 2 2 3 4 2t h ea c i dr e s i s t a n c eo f t h em a t e r i a l 2 4 3 4 3a d s o r p t i o np r o p e r t i e so f t h em a t e r i a l s 2 5 3 4 4f a c t o r sa f f e c t i n ge x t r a c t i o ne f f i c i e n c y 2 6 3 4 5p e r f o r m a n c eo f t h em e t h o d 2 9 3 4 6d e t e r m i n a t i o no f c a d m i u mi nw a t e rs a m p l e s 2 9 3 5c o n c l u s i o n s 2 9 c h a p t e r 4d e t e r m i n a t i o no ft r a c ec a d m i u mu s i n gi o n i cl i q u i d sm o d i f i e d m a g n e t i cn a n o - m a t e r i a lb a s e ds o l i dp h a s e e x t r a c t i o na n df l a m ea t o m i c a b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r y 3 1 广东工业大学硕士学位论丈 4 1i n t r o d u c t i o n 31 4 2r e a g e n t sa n da p p a r a t u s 3 2 4 2 1r e a g e n t s 3 2 4 2 2a p p a r a t u sa n dw o r k i n gc o n d i t i o n s 3 3 4 3e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 3 4 4 3 1p r e p a r a t i o no f f u n c t i o n a lm a t e r i a l s 。3 4 4 3 2e x t r a c t i o no f c a d m i u m 3 4 4 3 3c o l l e c t i o na n dd e t e r m i n a t i o no f w a t e rs a m p l e s 3 5 4 4r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 3 5 4 4 1s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i z a t i o no fm a t e r i a l s 3 5 4 4 2t h ea c i dr e s i s t a n c eo f t h em a t e r i a l 3 8 4 4 3a d s o r p t i o np r o p e r t i e so ft h em a t e r i a l s 3 9 4 4 4f a c t o r sa f f e c t i n ge x t r a c t i o ne f f i c i e n c y 4 0 4 4 5p e r f o r m a n c eo f t h em e t h o d 4 2 4 4 6d e t e r m i n a t i o no f c a d m i u mi nw a t e rs a m p l e s 4 3 4 5c o n c l u s i o n s ；4 3 c o n c l u s i o n s 4 4 r e f e r e n c e s 4 6 p u b l i s h e da c a d e m i ca r t i e l e s 5 2 o r i g i n a lc r e a t i o ns t a t e m e n t ，5 3 a c k n o w l e d g e m e n t 5 4 x 第一章绪论 1 1 课题背景和意义 1 1 1 重金属镉的危害 第一章绪论 锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但大部分重金属如镉、 铅、汞等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。 在环境污染方面所说的重金属主要是指镉、铅、铜、锌等生物毒性显著的重元 素。其中，镉被列为联合国环境规划署提出的1 2 种具有全球性意义危险性物质 的首位，被美国毒物管理委员会( a t s d r ) 列为第6 位危及人类健康的有毒物 质，并被国际癌症研究机构确定为人类和实验动物的肺癌和前列腺癌的确认致 癌物。 镉作为重金属之一，与氧、氯、硫等化学元素形成无机化合物分布于自然 界中。镉对人体健康的危害主要来源于工农业生产所造成的环境污染。镉在工 业中的应用，主要有电池、电镀、合金、油漆和塑料等的生产和使用。重金属 镉进入环境中，存在于工业废水、废气和生活污水中，由于未经处理或者处理 不当被排入河流、湖泊等水体和大气中，或者进入了土壤中。它们不能被生物 降解，大气、饮用水、农副产品受到污染，通过呼吸以及饮食被摄入人体。并 且由于食物链及生物的富集作用产生镉蓄积，进而对最终人类产生严重危害。 镉可经消化道或呼吸道进入人体，对骨骼、肾、肝脏、生殖系统、免疫系统等 均可造成损伤。环境中的镉不能生物降解，随着工农业生产的发展，受污染的 镉含量也逐年上升，同时由于食物链的生物放大作用，成千百倍富集到人体内。 镉在体内的生物半衰期长达1 0 3 0 年，是极易在体内蓄积的毒物，主要引起慢 性毒作用【l 制。 1 1 2 国内重金属污染现状 我国经济近年来发展迅速，但是工业布局、产业结构没有明显改善，工业 生产工艺、污染治理水平缺乏有效提高，全国涉重金属重点行业产能产量持续 广东工业大学硕士学位论文 增加，重金属污染物排放量仍在增加，一些污染物排放量增幅仍较大。 环境保护部环监察局局长邹首民曾表示，我国重金属污染较为严重，主要 体现在三个方面：一是重金属污染物产生和排放量大。第一次全国污染源普查 结果显示，2 0 0 7 年全国废水中铅、汞、镉、铬、砷等五种重金属产生量为2 5 4 万吨，排放量为8 9 7 3 万吨。二是，有一些河流和土壤是存在一些重金属超标 的问题，部分地区环境中重金属超标，在一些地区较为严重。三是重金属污染 的危害是影响较为突出，有些重金属的污染直接导致儿童血铅超标。重金属的 大气污染或水污染导致人体健康受到损害或威胁，重金属土壤污染会导致农作 物中重金属超标，从而对人民群众健康造成了严重威胁。 关于河流重金属污染，广东北江韶关段、湘江湖南株洲段、湖南省浏阳市 从2 0 0 5 年相继发生镉污染事件。陕西、安徽、河南、湖南、福建、广东、四川、 湖南、江苏、山东等省均出现过“血铅超标 事件，国家环境保护部的数据显 示，2 0 0 9 年重金属污染事件致使4 0 3 5 人血铅超标、1 8 2 人镉超标，引发3 2 起 群体性事件【7 】。 仅2 0 1 1 年1 8 月，全国发生了1 1 起重金属污染事件，对周边生态环境的 影响范围之广、对民众生命健康的危害之大，引发了社会的高度关注。云南曲 靖，由于铬渣承运人违法倾倒造成严重的环境污染事件；广西柳州，由于企业 违法排污导致龙江河重大环境镉污染事件。污染事件引起社会巨大反响，人民 群众对环境污染和食品安全有了更高警惕，国家相关管理部门也加强了监管， 重拳打击违法行为，出台了一系列的政策措施对重金属污染进行综合整治。 人们的日常生活中，最容易受到的重金属污染是铅污染和汞污染，平时要 注意自己的饮食习惯。防止被铅污染主要是减少接触，如尽量减少接触汽车尾 气、避免使用锡铅制成的工艺品，选择环保的油漆涂料。儿童接触的彩色玩具 和成人化妆品中都可能含有铅。避免儿童与涉及铅污染的成人接触，在涉重金 属冶炼、蓄电池生产等企业职工必须在下班后洗浴并更换工作服。 1 1 3 研究目的和意义 鉴于日益严峻的重金属污染形势，迫切需要研发灵敏、快速、便捷的重金 属检测技术，以满足环境监测等方面的需要。有的环境样品成分比较复杂，其 第一章绪论 中重金属含量低于仪器的检出限。因此，检测之前要进行分离、富集等预处理， 以保证能够准确地检测出重金属的含量。常见的检测方法是以萃取技术进行样 品的富集预处理，然后采用光谱法测定。相比其他的检测仪器，火焰原子吸收 光谱法具有操作简单、运行成本低等优点，大多实验室能够承担其购买和运行 费用。固相萃取火焰原子吸收检测重金属的技术虽然已较为成熟，但常用固相 萃取材料种类不多，选择性明显不足。而且，经典的柱式固相萃取需要的时间 较长。因此，有必要开发新的固相萃取材料和技术，克服目前固相萃取存在的 弊端，提高准确度与选择性，加快分析速度。 本文在国家自然科学基金的资助下，拟以具有核壳结构的二氧化硅四氧化 三铁磁性纳米材料为载体，通过修饰双硫腙、离子液体制备两种新的功能化材 料，作为固相萃取吸附剂用于重金属镉的分离富集，继之采用火焰原子吸收光 谱法测定镉的浓度。磁性材料在磁场作用下可迅速运动和聚集，用于固相萃取 能进行快速的分离富集，且材料经过修饰之后，吸附选择性得到提高。基于制 备的新型材料，建立两种固相萃取火焰原子吸收光谱测定痕量镉的新方法，预 期它们具备速度快、简易、灵敏等优点，在镉的环境检测分析中有较好的应用 价值。 1 2 论文研究内容 本论文制备了二氧化硅包覆四氧化三铁磁性纳米材料，并且以此纳米材料 作为基体，分别用双硫腙、离子液体进行了修饰。将制备的功能材料作为固相 萃取材料，用于环境水样等样品中痕量镉的测定，旨在建立灵敏、简易、快捷 的分析重金属的新方法。具体工作分为以下几个部分： 一、制备四氧化三铁纳米材料，通过溶胶凝胶的方法负载二氧化硅涂层， 同时进行双硫腙的修饰，得到双硫腙修饰磁性纳米材料( f e 3 0 4 一s i 0 2 一d n ) 。产 物采用扫描电镜、傅立叶变换红外光谱仪、振动样品磁强计对材料进行了表征。 表征显示材料具有纳米级的粒径，成功的负载修饰了双硫腙，并且具有超顺磁 性。 二、研究了f e 3 0 4 s i 0 2 d n 功能材料作为固相萃取材料，萃取富集水中的 痕量镉，并采用火焰原子吸收光谱法进行测定。考察了样品溶液p h 、吸附剂用 3 广东工业大举硕士学位论文 量、振荡静置时间和洗脱剂等对镉离子回收率的影响，同时研究了共存离子的 影响，用建立的新方法测定了河水、湖水等环境水样，获得满意结果。 三、制备四氧化三铁纳米材料，通过溶胶凝胶的方法负载硅涂层。然后通 过溶剂搅拌的方式进行负载修饰1 辛基3 甲基咪唑六氟磷酸盐，得到离子液体 修饰磁性纳米材料( f e 3 0 4 s i 0 2 i l ) 。产物采用扫描电镜、傅立叶变换红外光谱 仪、振动样品磁强计和热重分析仪对材料进行了表征。表征显示材料具有纳米 级的粒径，成功的负载修饰了离子液体，并且显示超顺磁性的特点。 四、研究了f e 3 0 4 s i 0 2 i l 功能材料作为固相萃取材料，萃取富集水中的痕 量镉，并采用火焰原子吸收光谱法进行测定。考察了样品溶液p h 、吸附剂用量、 振荡静置时间和洗脱剂等对镉离子回收率的影响，同时研究了共存离子的影响， 用建立的新方法测定了河水、湖水等环境水样，获得满意结果。 4 第二章镉的检测技术与前处理方法综述 第二章镉的检测技术与前处理方法综述 重金属是环境中常见的化学毒物，人体摄入量超过一定值会严重影响人体 的各个器官。重金属在人体器官中积累，能使人体内蛋白质和酶失去活性，最 终造成病变甚至死亡。因此，环境样品中重金属的分析检测技术受到人们的极 大关注。光谱分析法是测定环境样品中重金属的常用方法，但是环境样品中重 金属往往以痕量甚至超痕量级别存在，加之基质比较复杂，在测定时候可能存 在严重的基体干