罗丹宁-壳聚糖固相萃取-原子吸收光谱法测定环境水样中痕量银

廖运霞， 周方钦， 肖 艳

(环境友好化学与应用省部共建教育部重点实验室，湘潭大学化学学院，湖南湘潭411105)

银作为一种贵金属，在国民经济及生活中占有重要地位，同时银也是一种重要的环境污染元素，它进入人体后会在皮肤、眼睛及粘膜沉着，产生病变[1]、环境样品中银的含量非常低，用一般仪器分析方法很难直接测定，因此测定之前常常需要进行分离富集[2]。目前常用来分离富集痕量Ag+的方法有：固相萃取法[3]和离子交换法[4]等。其中，固相萃取是最常见的一种富集手段，而固相萃取材料是人们关注的重点[5，6]，如硅胶[7]、石墨烯[8]、纳米材料[9]、介孔材料[10]，但这些固相萃取材料存在着低活性、高成本等缺点。

壳聚糖是一种天然氨基多糖，以其无毒、可降解、高活性、良好的金属结合能力等优势而被广泛应用[10,11]。壳聚糖本身不够稳定且选择性不好，但通过对壳聚糖改性可提高其吸附性能[12]。罗丹宁是一种Ag+试剂，对Ag+具有专属的结合能力[13]。本文研究了用罗丹宁修饰壳聚糖制备一种新型固相萃取材料，探讨了该固相萃取材料对Ag+的吸附性能，并成功地应用于环境水样中痕量Ag+的分离富集与测定。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

AA6000原子吸收分光光度计(上海天美科学仪器公司)；银空心阴极灯(北京有色金属研究总院)。仪器条件：波长228.80 nm，狭缝宽度0.4 nm，灯电流10 mA，乙炔流量1.7 L/min，空气流量8.0 L/min，燃烧器高度7.0 mm。石墨炉原子吸收分光光度计(美国，Varian公司)。pHS-3D精密酸度计(上海精密科学公司)。202-1电热恒温干燥箱(天津泰斯特仪器有限公司)。FTIR-1710傅立叶变换红外光谱仪(美国，PE公司)。

Ag+标准贮备液(1 g/L)：称取1.574 g AgNO3，用0.1 mol/L HNO3溶解后，移入1 000 mL棕色容量瓶中，用0.1 mol/L HNO3定容，工作液用水稀释到所需浓度。柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液(pH=5.0)。壳聚糖(脱乙酰度≥95%，上海晶纯生化科技股份有限公司)，罗丹宁(化学纯，上海化学试剂总厂)，其他试剂均为分析纯。实验用水为二次石英蒸馏水。

1.2 实验方法

1.2.1罗丹宁修饰壳聚糖固相萃取材料的制备将5.0 g壳聚糖溶于60 mL甲醇中，慢慢加入20 mL苯甲醛，室温下搅拌24 h，甲醇洗涤，60 ℃真空干燥8 h。将4 g苯甲醛保护的壳聚糖悬浮于120 mL 10-3mol/L NaOH溶液中，磁力搅拌并升温至60 ℃，慢慢滴入6 mL环氧氯丙烷，然后继续反应6 h，冷却后过滤，依次用水和丙酮洗涤，60 ℃真空干燥8 h。将以上制备的产品悬浮于90 mL 10-3mol/L NaOH溶液中，磁力搅拌并升温至60 ℃后，慢慢加入1.0 g罗单宁，继续反应12 h，冷却后过滤，依次用水和乙醇洗涤三次，60 ℃真空干燥8 h，得黄色粉末。取2 g黄色粉末悬浮于60 mL 0.24 mol/L HCl-乙醇溶液，室温下搅拌24 h，过滤，依次用水和乙醇洗涤，60 ℃真空干燥8 h后，即得黄色粉末状罗丹宁-壳聚糖。

1.2.2分析方法以 25 mL酸式滴定管作为分离柱，在其底端先填充少量脱脂棉，采用湿法装填，加入0.0200 g罗丹宁-壳聚糖固相萃取材料，避免材料的浮动，在其上端再加入少量脱脂棉，用玻璃棒压紧，制成分离柱。依次用5 mL 1 mol/L HNO3和50 mL水清洗分离柱，然后用5 mL pH=5.0 缓冲溶液过柱。用NaOH溶液和HNO3调节Ag+工作液的pH至5.0左右，再加入5 mL pH=5.0的缓冲溶液，将调节好酸度的Ag+工作液以1.8 mL/min速度流过分离柱，分离后用少量水清洗分离柱，再取8 mL 0.1 mol/L硫脲-0.05 mol/L HNO3混合液以0.7 mL/min的流速进行洗脱，用火焰原子吸收法(FAAS)测定洗脱液中Ag+的含量。

2 结果与讨论

2.1 罗丹宁修饰壳聚糖固相萃取材料的红外表征

图1 吸附材料的红外图谱Fig.1 Infrared spectra of adsorbent a.chitosan；b.Rhodanine-chitosan.

对壳聚糖和罗丹宁壳聚糖进行红外光谱扫描，如图1。在谱线a中，由于壳聚糖的氢键缔合，O-H 伸缩振动与 N-H 伸缩振动的吸收峰重叠，3 425 cm-1处出现的强而宽吸收峰。2 877cm-1处的吸收峰是C-H的伸缩振动吸收峰；在1 652、1 383 cm-1处的吸收峰是壳聚糖中未脱完全的C=O与N-H乙酰胺的变形带；1 200～800 cm-1的吸收峰是糖苷环中C-O-C的特征峰；相较谱线a，谱线b明显不同是1 539 cm-1处的吸收峰，这是罗丹宁的噻唑环增强的吸收峰，表明罗丹宁已成功修饰到壳聚糖上。

2.2 罗丹宁修饰壳聚糖固相萃取材料的耐酸碱性

本文以罗丹宁修饰壳聚糖固相萃取材料的耐酸碱性考察其稳定性。准确称取固相萃取材料0.2000 g，分别加入到0.0、0.001、0.1、0.5、1.0 mol/L等不同浓度的HCl、NaOH溶液中浸泡24 h后，过滤、烘干，测定浸泡前后的质量。结果显示，随着酸碱度的增大，固相萃取材料的损失不断增大，当HCl浓度达到0.1 mol/L时，该固相萃取材料损失为0.89%，同样在碱性条件下该固相萃取材料也有部分损失，但在弱酸性条件下罗丹宁修饰壳聚糖固相萃取材料的稳定性良好，完全满足环境水样测定的要求。

图2 pH值对吸附率的影响Fig.2 The influence of pH value on adsorption rate

2.3 pH对吸附率的影响

用1 mol/L HNO3和1 mol/L NaOH溶液配制pH=3～7的2.0 mg/L Ag+工作液，按分析方法操作，考察吸附材料在不同pH条件下对Ag+吸附率的影响，实验结果如图2所示。结果表明，pH在5.0时该吸附材料对Ag+的吸附效果较好，实验中选择吸附pH值为5.0。

2.4 上柱液流速对吸附率的影响

调节浓度为2.0 mg/L的Ag+工作液的pH至5.0，按分析方法操作，考察不同上柱液流速对Ag+的吸附率的影响。结果表明，当上柱液流速大于2 mL/min时吸附率明显下降，考虑到样品分析速度和富集效果，实验选择上柱液流速为1.8 mL/min。

2.5 温度对吸附率的影响

在优化的pH及上柱液流速下，取浓度为2.0 mg/L的Ag+工作液，按分析方法进行操作，考察了16 ℃、20 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃等不同富集温度下吸附材料对Ag+的吸附效果。结果表明，温度对吸附效果的影响不大，故本文选择吸附温度为室温。

图3 洗脱剂的选择Fig.3 The choice of eluants (a)HNO3-Thiourea;(b)Na2S2O3;(c)Thiourea;(d) HNO3;(e) EDTA.

2.6 洗脱剂的选择

在最佳吸附条件下，考察了NaOH、HNO3、Na2S2O3、硫脲、HNO3-硫脲等洗脱剂对Ag+的洗脱效果，实验结果见图3。结果表明：HNO3-硫脲的洗脱效果较好。实验进一步考察了0.2 mol/L硫脲与0.1 mol/L HNO3以不同体积比混合时对Ag+的洗脱效果的影响，实验表明：当0.2 mol/L硫脲与0.1 mol/L HNO3以体积比1∶1混合，洗脱效果最好，因此，实验中选用0.1 mol/L硫脲-0.05 mol/L HNO3作为洗脱剂。

2.7 洗脱剂流速对吸附率的影响

最佳实验条件下，调节洗脱剂流速在0.1～2.0 mL/min之间，考察流速对Ag+洗脱效果的影响。结果表明，洗脱剂流速小于或等于0.8 mL/min时，被吸附的Ag+能很好地被洗脱下来。为了确保被吸附的Ag+完全洗脱，选择0.7 mL/min为本实验的洗脱剂流速。

2.8 洗脱体积的确定

按照分析方法，分别移取3、5、7、8、9、10 mL 0.1 mol/L硫脲-0.05 mol/L HNO3混合洗脱液进行洗脱，考察不同洗脱液体积对Ag+的洗脱效果。结果表明：吸附的Ag+用8 mL洗脱液能被定量洗脱，因此实验选用洗脱剂用量为8 mL。

2.9 动态饱和吸附容量的测定

将5.0 mg/L Ag+工作液调节pH=5.0后，以1.8 mL/min的流速连续通过分离柱，每5 min测定一次流出液中Ag+的含量，当流出液中Ag+的含量不再变化时，用水清洗分离柱数次，再用20 mL洗脱剂将被吸附的Ag+完全洗脱下来，用火焰原子吸收法测定洗脱液中Ag+的含量，并计算该吸附材料对Ag+的动态饱和吸附容量。实验测得罗丹宁壳聚糖固相萃取材料对Ag+的动态饱和吸附容量为72.62 mg/g。

2.10 干扰试验

2.11 分离柱的使用寿命

按照分析方法，对罗丹宁壳聚糖固相萃取材料分离柱重复进行吸附-洗脱试验，每次吸附-洗脱后用蒸馏水清洗分离柱数次。实验结果表明：循环使用8次，该萃取材料对Ag+的吸附率仍高于98%且能完全洗脱，说明在满足分析要求的条件下，罗丹宁壳聚糖固相萃取材料分离柱至少能重复使用8次。

2.12 分析特性

在最佳实验条件下，按实验方法对不同浓度的Ag+溶液进行测定，得到该方法测定Ag+的线性范围为0.01～5.0 mg/L，线性方程为：A= 0.1781c-0.0017，相关系数R2= 0.9990。方法检出限(3σ,n=11)为8.50 μg/L。对2.0 mg/L的Ag+溶液平行测定11次，相对标准偏差(RSD)为0.72%。对实际取水样1 L而言，本方法的富集倍数为125。

2.13 方法的应用

分别采集1 L湘潭大学井水和湘潭段湘江水，各加入5 mL 2 mol/L的HNO3进行酸化，在电炉上加热煮沸10 min，冷却后静止1 h，用0.45 μg的微孔膜过滤后按照实验方法测定这两种环境水样中Ag+的含量，同时进行加入回收实验，结果见表1。为了进一步验证本方法的准确性，按照国家标准(GB/T 5750.6-2006)，采用石墨炉原子吸收光谱法测定以上两种环境水样中Ag+的含量分别为16.34 μg/L和6.98 μg/L，测定结果与本法基本一致。

表1 环境水样中Ag+的测定及加标回收实验

3 结论

本文使用自制罗丹-宁壳聚糖作为固相萃取材料，显著提高了壳聚糖的稳定性和对痕量Ag+的选择性吸附，由此建立了罗丹宁-壳聚糖固相萃取-火焰原子吸收光谱法测定环境水中痕量银的新方法。该方法操作简单、准确度高、富集效果好，成本低，适用于低含量样品中银的测定。