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X射线荧光光谱分析法(XRF)作为一种现代分析测试技术,具有多元素同时测定、固体样品直接分析、操作简单快速、精密度好、自动化程度高,分析结果可靠等优异分析性能,广泛应用于地质冶金、石油化工、环境生物、考古等诸多部门和领域。目前XRF的应用主要涉及主量和微量元素的定性及定量分析,对样品中痕量元素的测定因检出限问题而存在一定的困难。但是,目前在地质、环境等样品中常常会涉及到痕量元素的测定,因此建立XRF痕量元素的分析方法长期以来是X射线荧光光谱分析工作者高度重视的前沿课题。将化学分离富集技术与XRF相结合是降低方法检出限的有效途径之一。本文在综合分析大量参考文献的基础上,针对XRF在痕量分析方面的不足,选择具有优良吸附性能的β-环糊精交联聚合物及其包合聚合物作为吸附剂,以环境样品中重金属元素为研究对象,X射线荧光光谱法作为检测手段,研究了β-环糊精交联聚合物吸附薄膜制样-XRF测定痕量重金属的新方法。本文主要研究内容如下:
1.自行合成了β-环糊精交联聚合物及包合物,并对其包合物的合成条件进行探讨,制备出对重金属元素具有良好吸附性能的两种吸附剂。对β-环糊精及合成产物β-环糊精交联聚合物进行红外光谱表征,结果表明,在合成的聚合物分子中仍然具有β-环糊精的疏水空腔结构,利用其包埋性质,选用常用的重金属有机螯合剂1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN),与聚合物发生包合反应,对聚合物进行改性,合成了β-环糊精交联聚合物包合PAN螯合聚合物,提高了吸附剂对重金属元素的吸附性能。
2.利用合成的两种吸附剂将结合了重金属离子的富集产物抽滤制成适合于XRF测定的薄样,利用XRF进行测定。对各项吸附条件如吸附剂用量、粒径、溶液介质pH值、吸附时间和体系温度进行了优化。结果表明,选择0.100g,61μm的吸附剂较为合适,温度对吸附性能影响不大;在溶液介质pH＞5.0时,两种吸附剂对Cu、Co、Cr、Pb四种金属离子都有较好的吸附性能,pH值的提高只会引起沉淀的生成,不能提高吸附性能。并且吸附过程在2小时即内可达平衡,表明该吸附过程快速有效。
3.研究了β-环糊精交联聚合物及PAN包合物对重金属离子的吸附机理。在最佳条件下使用两种吸附剂对几种重金属离子的吸附性能进行等温吸附实验,得出β-环糊精交联聚合物对Cu、 Co、Cr、Pb的最大饱和吸附量分别为:900,440,720和1110μg/g,PAN包合物对四种金属离子的的最大饱和吸附量分别为:1295,915,925,1235μg/g。用Langmuir和Freundlich两种吸附等温模型进行拟合,拟合结果表明,该吸附过程更符合Langmuir吸附模型,证明两种聚合物对重金属的吸附主要是单分子层吸附,由拟合曲线计算理论最大饱和吸附量,与实验所得饱和吸附量一致;将实验数据分别用准一级和准二级动力学方程拟合,结果显示准二级动力学方程更适合于这两种吸附剂对四种重金属离子的吸附过程描述,表明吸附过程受化学吸附过程控制而非液相传质过程。
4.在最佳吸附条件下,对两种吸附剂利用该方法进行实际水样的分析,获得准确度好,加标回收率好的实验结果。利用两种吸附剂对浓度100ng/mL的Cu、Co、 Cr、Pb混合标准溶液进行5份平行实验,对方法的精密度进行考察,利用β-环糊精交联聚合物作为吸附剂时,对Cu、Co、Cr、Pb四种金属离子的相对标准偏差分别为:0.27％,1.51％,0.24％,0.78％;以PAN包合物作为吸附剂时相对标准偏差为:0.64％,1.21％,0.37％,1.13％。