一种针对水环境中重金属污染物的可控时壳聚糖凝胶被动采样器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种以壳聚糖凝胶为接受相，以掺钙二氧化硅凝胶为控制相的，可用于监测一段时期内水环境中重金属污染物存在情况的新型被动采样装置及相关技术。将掺钙二氧化硅凝胶和壳聚糖凝胶依次放置于两端开放的玻璃管中，以乳胶管连接玻璃管上端，并将矿化液注入乳胶管中。将采样器垂直固定在被监测水体中，对水环境中的重金属污染物进行被动采集。通过改变矿化液浓度，可以调节控制相凝胶的矿化速率，从而实现接受相对目标污染物有效富集时间的控制。在被动采样结束后，使用稀硫酸溶液对接受相中的重金属进行洗脱处理，并对洗脱液中重金属污染物进行仪器分析。模拟实验结果表明，壳聚糖凝胶接受相能有效富集水溶液中的重金属汞，通过调节控制相中钙离子的浓度以及矿化液中碳酸钠的浓度，可以实现该被动采样装置对水环境中重金属污染物富集采样时间的控制。
【专利说明】一种针对水环境中重金属污染物的可控时壳聚糖凝胶被动采样器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种以壳聚糖凝胶为填料，用以采集监测特定时间内水环境中重金属污染物存在水平的被动采样新装置。
【背景技术】
[0002]水环境中存在着大量的重金属污染物，而且重金属具有较强的生物毒性作用。因此，对水环境中重金属污染物的环境监测工作，对保障人类健康和维护环境生态都具有非常重要的意义。
[0003]主动采样监测方法存在诸多限制因素，例如，采集水样体积有限、浓缩倍数不高、干扰物质的去除步骤繁琐、费用昂贵、分析结果往往只能代表水环境中有机污染物的瞬时情况。因此，可连续采集采样周期内环境介质中的污染物积分浓度的被动采样技术，被广泛地应用于环境中痕量污染物的监测和环境过程研究中。然而，目前针对于有机污染物被动采样技术发展的比较迅速，典型的被动采样技术有半渗透膜装置(SPMDs)和极性有机物综合采样器(POCIS)等技术；与有机污染物的被动采样研究相比，水环境中重金属污染物的被动采样监测研究开展的较少。
[0004]壳聚糖(Chitosan)是甲壳素脱乙酰化而得到的一种生物高分子，是甲壳素的主要衍生物。壳聚糖是甲壳素在碱性条件下水解，使其部分脱乙酰基，则在稀酸中的溶解度随脱乙酰基程度的增加而增加，当脱乙酰基达70%以上时，则在稀醋酸或0.5mol/L-l.0mol/L的盐酸中都能很好的溶解成胶体溶液。脱乙度在80% -90%的壳聚糖呈白色或米黄色结晶性粉末或片状固体。壳聚糖能通过分子中的-HN2、-OH等官能团与Hg2+、Cd2+、Ni2+、Cu2+、Ag+、Au+、Mn2+、Pb2+等重金属离子形成稳定的螯合物。
【发明内容】
[0005]本发明旨在提供一种以无钙壳聚糖凝胶为接受相的，含钙二氧化硅凝胶为控制相的，可用于监测一定时期内水环境中重金属污染物浓度的新型被动采样器。从而反映特定时间段内水环境中重金属污染物的污染水平。
[0006]本发明提供的被动采样器结构如下:被动采样器整体由填充壳聚糖凝胶的玻璃管和装有矿化液的乳胶管两部分组成。玻璃管长3cm,外径IOmm,内径8mm ;乳胶管长12cm,夕卜径9mm，内径7mm(如图1所示)。玻璃管中由上至下依次填充两段凝胶，上端为壳聚糖凝胶(接受相)，长度2cm，重量lg，下端为含钙二氧化硅凝胶(控制相)，长度1cm，重量0.5g。(如图1所示)。乳胶管连接在玻璃管上端。被动采样时，装置垂直悬浮放置在水体中，可通过支架固定。在开始采样时，将矿化液由顶部注入乳胶管内，通过调整矿化液浓度，控制采样时长。该被动采样装置具体参数和使用以及样品处理方式如下:
[0007]1.采样器所用接受相一壳聚糖凝胶的制备方法为:取0.Sg壳聚糖在烧杯中，加入I %的醋酸溶液40mL，充分搅拌直至壳聚糖颗粒消失，形成白色粘稠胶状液体，再加入20mL四甲氧基硅烷(TMOS)至该溶液中，剧烈搅拌30分钟直至分层彻底消失并使TMOS均匀分散，放置30分钟后，白色半透明凝胶基本形成，在凝胶上方覆盖保鲜膜并放入冰箱内静置12小时备用。
[0008]2.采样器所用控制相——掺钙二氧化硅凝胶的制备方法为:将30mL的1%醋酸溶液和IOmL的0.01mol/L的CaCl2溶液充分搅拌，再加入20mL四甲氧基硅烷(TMOS)至该溶液中，剧烈搅拌30分钟直至分层彻底消失并使TMOS均匀分散，放置30分钟，形成白色半透明凝胶，在烧杯上方覆盖保鲜膜并放入冰箱内静置12小时备用。
[0009]3.将壳聚糖凝胶和掺钙二氧化硅凝胶由玻璃管两端填入长3cm，外径10mm，内径8mm的玻璃管中，使壳聚糖凝胶的高度为2cm，掺钙二氧化硅凝胶的高度为1cm。在玻璃管的壳聚糖凝胶一段连接长度为12cm，外径9_，内径7mm的乳胶管。装置在4°C冷藏备用。
[0010]4.被动采样前，将2mL碳酸钠矿化液注入乳胶管，矿化液浓度为0_0.5mol/L。将整个装置竖直悬挂于所要进行监测的水体中，即可实现对水体中重金属污染物的控时被动采样监测。
[0011]5.被动采样器接受相的前处理方法为:在采样器回收后，用洁净脱脂棉将凝胶外表面擦干。将壳聚糖凝胶转入离心管中，加入IOmL的0.lmol/L硫酸溶液，强烈震荡一个小时，以1500r/m的转速离心5分钟，将上清液移出并待测，再加入IOmL的0.lmol/L硫酸溶液重复上述操作。对洗脱液中重金属污染物的含量进行仪器分析。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1 二段式凝胶被动采样器示意图
[0013]图2壳聚糖凝胶被动采样器中汞的被动富集动力学曲线
[0014]图3使用不同浓度矿化液时壳聚糖凝胶对汞的被动富集动力学曲线
[0015]为更好理解本发明的内容，下面通过实施例对本发明作进一步的说明，但所举之例并不限制本发明的保护范围。
[0016]实施例1:在4L含有汞(Hg2+)浓度为lmg/L的水溶液中，放入8套壳聚糖凝胶被动采样装置，装置的乳胶管中加入去离子水。使采样装置垂直静置于水溶液中进行被动采样。分别在采样时间为0.5h、lh、3h、6h、12h、24h、48h、168h时取出采样装置，用清水冲洗采样器，用洁净脱脂棉将凝胶外表面擦干。将壳聚糖凝胶转入塑料离心管中，加入IOmL的0.lmol/L硫酸溶液，剧烈震荡一个小时，以1500r/m的转速离心5分钟，将上清液移出，再加入5mL的0.lmol/L硫酸溶液重复上述提取过程，将提取液合并后进行分析。测得采样周期内采样器中目标化合物的浓度为:
[0017]
【权利要求】
1.本发明为一种以壳聚糖凝胶为接受相、以掺钙二氧化硅凝胶为控制相的被动采样装置及采样技术，用以富集监测水环境中某段时间内的重金属污染物。
2.权利I中的被动采样器由依次填充壳聚糖凝胶与掺钙二氧化硅凝胶的玻璃管和装有矿化液的乳胶管两部分组成。乳胶管中矿化液为碳酸钠溶液。
3.权利2中所述的被动采样器结构参数如下: (1)玻璃管长3cm,外径IOmm,内径8mm;乳胶管长12cm,外径9mm,内径7mm。 (2)玻璃管依次填充两段凝胶，底端为掺钙二氧化硅凝胶(控制相)，长度1cm，重量0.5g ;上端为壳聚糖凝胶(接受相)，长度2cm，重量lg。 (3)乳胶管中承装的矿化液为碳酸钠水溶液2.5mL，浓度O?0.5mol/L。
4.权利I中的采样器样品处理方法为:使用稀硫酸溶液对采样器的壳聚糖凝胶接受相进行多次振荡提取，将多次提取液合并后进行分析。
【文档编号】G01N1/10GK103558059SQ201310544841
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】汪磊, 张启钧, 孙红文, 唐雪娇 申请人:南开大学