改性碳纳米管富集ICP-MS在线检测重金属研究

论文摘要

碳纳米管是目前广泛应用的一种富集材料。碳纳米管具有许多独特的性质,如化学和热稳定性,许多异常的力学、电磁学和光学性能,是最结实、刚度最高的材料之一,碳纳米管具有极好的吸附效果,使其在金属离子固相萃取分离中发挥着越来越重要的作用,通过对碳纳米管的改性,其产物对金属离子吸附的选择性及吸附效果也大大提高了。本论文设计并合成了一种新型的亚氨基二乙酸功能化的多壁碳纳米管（MWCNTs-IDA）,在管侧壁上引入了更多的酸性基团（-COOH和-OH）,对新合成的亚氨基二乙酸功能化多壁碳纳米管的性能进行了考察和评价,并对其进行了质谱、红外验证。利用吸附等温线和动力学吸附曲线对数据进行了拟合,实验数据符合Langmuir模型以及准二级吸附动力学方程。将其应用于水样及食品中V （Ⅴ）, Cr （Ⅵ）, Pb （Ⅱ）, Cd （Ⅱ）, Co （Ⅱ）, Cu （Ⅱ）和As（Ⅲ）的固相萃取分离,应用电感耦合等离子体质谱法进行测定。MWCNTs-IDA是分离富集V （Ⅴ）, Cr （Ⅵ）, Pb （Ⅱ）, Cd （Ⅱ）, Co （Ⅱ）, Cu （Ⅱ）和As （Ⅲ）的良好的固相萃取材料。对影响固相萃取效率的各种因素,如样品溶液pH,上样流速,上样时间,洗脱剂类型和浓度进行了优化和研究。实验结果表明,在弱碱性条件下,V （Ⅴ）, Cr （Ⅵ）, Pb （Ⅱ）, Cd （Ⅱ）, Co （Ⅱ）, Cu （Ⅱ）和As（Ⅲ）被富集材料吸附的效果最好,实验最终选定pH为8.0。各金属元素的富集倍数为66-101,当溶液中各种待测元素的浓度在0.001μg L-1～5μg L-1时,浓度和仪器响应值具有良好的线性关系,方法的检出限在0.40～3.4ng L-1之间。实验选用浓度为1.0μg L-1的V（Ⅴ）,Cr（Ⅵ）,Pb（Ⅱ）,Cd （Ⅱ）, Co （Ⅱ）, Cu （Ⅱ）和As（Ⅲ）元素的标液进行了11次平行测定,测定结果的相对标准偏差为1.0～4.0%。考察了共存离子对测定结果的影响,结果发现10000倍供试离子K（Ⅰ）,Na（Ⅰ）,5000倍供试离子Ca（Ⅱ）, Mg（Ⅱ）,400倍供试离子Al（Ⅲ）, Fe（Ⅲ）及4000倍供试离子Mn（Ⅱ）. Zn（Ⅱ）,对1.0ug L-1V （Ⅴ）, Cr （Ⅵ）, Pb （Ⅱ）, Cd （Ⅱ）, Co （Ⅱ）, Cu （Ⅱ）和As（Ⅲ）元素的分离富集及测定没有明显干扰。每批填料可以完成40个富集洗脱循环而对回收率没有明显的影响。本方法应用于水和食品中V （Ⅴ）, Cr （Ⅵ）, Pb （Ⅱ）, Cd （Ⅱ）, Co （Ⅱ）, Cu （Ⅱ）和As（Ⅲ）元素的测定,其回收率介于90～110%之间。并用标准物质进行验证,获得了满意的结果,表明亚氨基二乙酸功能化多壁碳纳米管用于水和食品样品中元素的分离富集有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 碳纳米管概述
• 1.1.1 碳纳米管的历史
• 1.1.2 碳纳米管简介
• 1.2 碳纳米管的结构与性能
• 1.2.1 碳纳米管的结构
• 1.2.2 碳纳米管的性能
• 1.3 碳纳米管的应用前景
• 1.4 碳纳米管的表面改性方法
• 1.4.1 物理修饰法
• 1.4.2 化学修饰法
• 1.4.3 机械化学法
• 1.4.4 高能量改性法
• 1.4.5 碳纳米管表面气相沉积
• 1.4.6 其他改性方法
• 1.5 改性碳纳米管在富集分离中的应用
• 1.5.1 碳纳米管富集分离有机物
• 1.5.2 碳纳米管富集分离金属离子
• 1.6 钒、铬、镉、铅、钴、铜和砷性质及分析方法
• 1.6.1 钒、铬、镉、铅、钴、铜和砷的性质及来源
• 1.6.2 钒、铬、镉、铅、钴、铜和砷的功能及危害
• 1.6.3 钒、铬、镉、铅、钴、铜和砷的分析方法
• 1.7 本论文的意义和主要研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 材料与试剂
• 2.2 主要实验仪器及设备
• 2.3 试剂及标准溶液的配制
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 材料的合成
• 2.4.2 富集柱的制备
• 2.4.3 在线预富集固相萃取步骤
• 2.4.4 样品的处理与测定
• 2.4.5 ICP-MS实验方法
• 3 结果与讨论
• 3.1 ICP-MS仪器的干扰及消除
• 3.2 亚氨基二乙酸功能化碳纳米管的合成
• 3.3 亚氨基二乙酸功能化碳纳米管的表征
• 3.4 分析目标物的选择
• 3.5 pH值对吸附效果的影响
• 3.6 吸附热力学研究
• 3.6.1 Langmuir单分子层吸附等温式
• 3.6.2 Freundlich吸附等温线方程
• 3.7 热力学模型拟合结果及分析
• 3.8 吸附动力学研究
• 3.8.1 准一级动力学方程
• 3.8.2 准二级动力学方程
• 3.8.3 Elovich方程
• 3.8.4 粒子扩散方程
• 3.9 吸附动力学模型拟合结果及分析
• 3.10 上样速率与上样时间的影响
• 3.11 洗脱剂类型对吸附效果的影响
• 3.12 共存离子的影响
• 3.13 分析特征量
• 3.13.1 标准曲线和线性范围
• 3.13.2 富集倍数和检出限
• 3.13.3 方法的精密度
• 3.13.4 方法的准确度
• 3.14 方法的应用
• 3.14.1 样品前处理
• 3.14.2 样品的测定与添加回收
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 论文发表情况
• 8 致谢