一种硫化物的检测方法与流程

本发明属于分析化学技术领域，具体涉及一种硫化物的检测方法。

背景技术：

硫元素是一种非金属元素，在自然界中通常以硫化物、硫酸盐或单质的形式存在。水中硫化物是指水中溶解性的硫化物以及酸性金属硫化物，包括溶解性的h2s、hs^-以及s^2-。硫化物主要存在于生活污水中，有些特殊的地下温泉也含有硫化物。

对人体和水体生物而言，硫化物是有剧毒的。硫化物能够与人体内的细胞色素、氧化酶及上述结构中的二硫键发生作用，影响细胞氧化过程，造成细胞组织缺氧，危及人的生命。为了保障人民群众的生活健康，2007年7月1日，由国家标准委和卫生部联合发布的《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2006)强制性国家标准和13项生活饮用水卫生检验国家标准正式实施，在标准中明确规定了饮用水中硫化物的指标及限制为0.02mg/l。饮用水中硫化物的精准检测成为该标准能够顺利实施的一项重要前提。目前，水体中硫化物的检测方法主要包括分光光度法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱(icp-aes)法以及电化学方法等。

cn105987883a公开了一种水体中硫化物含量测定方法及系统，所述测定方法具体包括以下步骤：对含硫化物水体进行取样，通过化学反应采集硫化氢气体；将采集的硫化氢气体进行光谱检测，获取硫化氢气体吸光度光谱反馈光信号；将获取的硫化氢气体光谱吸光度光信号转换成数字信号并进行分析处理，绘制标准样浓度-吸光度的工作曲线，通过测定待测样品的吸光度计算出其所含硫化物含量。该方法能够实现水体中硫化物的定量检测，但是测试过程中需要首先将硫化物转化为h2s气体，不利于环保；而且使用的仪器十分复杂，测试成本高昂，难以实现实时、实地的取样检测。

cn107764809a公开了一种水体中硫化物的检测方法，所述检测方法包括：用辅助显色液制成的显色试纸，经脱色、浸泡醋酸铅水溶液和对氨基-n,n-二甲基苯胺制成的辅助显色液预处理后，烘干粘贴在纸基上，对照标准比色卡，根据显色区别水体样品中硫化物的含量范围，也可通过比色仪器进行定量检测。上述方法适用于水质监测的现场快速检测，但是其检出限较高，检测灵敏度欠佳。

需要注意的是，硫化物在水中不稳定，容易分解，按照相对应的国标gb/t5750.5-2006《生活饮用水标准检测方法》中的n,n-二乙基对苯二胺分光光度(简称dpd)法，对样品采集和保存均有严格要求，采样时避免曝气，需加乙酸锌和氢氧化钠处理，并暗处密封，避光放置保存再测试。因此，这种方法在操作便捷性以及检测灵敏度方面仍然具有一定的局限。

因此，开发一种更加简单、快速、准确的硫化物测试方法，是本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种硫化物的检测方法，所述检测方法基于拉曼增强光谱实现硫化物的快速精准检测，步骤简单，无需考虑样品的采集和保存问题，也不需要大型仪器，更加适用于水质监测中的实时、实地测试。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种硫化物的检测方法，所述检测方法包括如下步骤：

(1)将待测液与衍生化试剂混合、进行反应，得到衍生化产物；

(2)将步骤(1)得到的衍生化产物、拉曼表面增强剂和促凝剂混合后置于拉曼光谱仪中进行检测，得到拉曼光谱图；

(3)对步骤(2)得到的拉曼光谱图中的峰位置和峰强度进行分析，得到硫化物的检测结果。

本发明提供的检测方法基于拉曼增强光谱，首先将待测样品与衍生化试剂发生反应，生成更利于量化分析的衍生化产物，然后将衍生化产物、拉曼表面增强剂和促凝剂混合后置于拉曼光谱仪中进行检测，并通过拉曼光谱得到硫化物的定性以及定量检测。所述检测方法中，无需对待测样品进行复杂的采集、前处理以及保存过程，生成衍生化产物以及拉曼测试的过程十分迅速，且拉曼光谱仪具有精确、选择性好、检出限低以及便携的优势。因此，本发明提供的检测方法能够实现硫化物的快速、精确、实时地检出，而且相比于现有的分光光度法，其检测限更低，灵敏度更高，能够实现浓度为0.02mg/l的硫化物的微量检测。

在本发明中，步骤(1)所述衍生化试剂为n,n-二乙基对苯二胺(dpd)溶液和氯化铁溶液的混合物。

所述硫化物与衍生化试剂的反应式为：

本发明中，硫化物中的s^2-与dpd以及氯化铁作用，生成的衍生化产物为亚甲基蓝类化合物，进而通过拉曼检测得出硫化物的定性以及定量检测结果。

优选地，所述n,n-二乙基对苯二胺溶液和氯化铁溶液的体积比为(15～25):1，例如15.5:1、16:1、16.5:1、17:1、17.5:1、18:1、18.5:1、19:1、19.5:1、20:1、20.5:1、21:1、21.5:1、22:1、22.5:1、23:1、23.5:1、24:1或24.5:1等，进一步优选为20:1。

优选地，所述n,n-二乙基对苯二胺溶液中n,n-二乙基对苯二胺的浓度为5～10g/l，例如5.2g/l、5.5g/l、5.8g/l、6g/l、6.2g/l、6.5g/l、6.8g/l、7g/l、7.2g/l、7.5g/l、7.8g/l、8g/l、8.g/l、8.5g/l、8.8g/l、9g/l、9.2g/l、9.5g/l、9.7g/l或9.9g/l，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选为7～8g/l。

优选地，所述n,n-二乙基对苯二胺溶液的溶剂为盐酸溶液或硫酸溶液。

优选地，所述盐酸溶液为4～8mol/l(例如4.5mol/l、5mol/l、5.5mol/l、6mol/l、6.5mol/l、7mol/l或7.5mol/l等)的盐酸溶液。

优选地，所述硫酸溶液为3～6mol/l(例如3.2mol/l、3.5mol/l、3.8mol/l、4mol/l、4.2mol/l、4.5mol/l、4.8mol/l、5mol/l、5.2mol/l、5.5mol/l、5.7mol/l或5.9mol/l等)的硫酸溶液。

优选地，所述n,n-二乙基对苯二胺溶液的配制方法为：将n,n-二乙基对苯二胺盐酸盐、n,n-二乙基对苯二胺硫酸盐或n,n-二乙基对苯二胺草酸盐中的任意一种与上述溶剂混合，得到所述n,n-二乙基对苯二胺溶液。

优选地，所述氯化铁溶液中氯化铁的质量百分含量为20～40％，例如21％、23％、25％、27％、29％、30％、31％、33％、35％、37％或39％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

在本发明中，步骤(1)所述待测液与衍生化试剂的体积比为(1～100):1，例如5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、42:1、45:1、48:1、50:1、52:1、55:1、58:1、60:1、65:1、70:1、75:1、80:1、85:1、90:1、95:1或99:1等，优选为(40～60):1。

优选地，步骤(1)所述待测液为澄清的水溶液。

本发明中，如果待测样品比较浑浊，可通过过滤器滤除沉淀后再进行测试；所述过滤器的针头优选为0.45μm无机针头。

在本发明中，步骤(2)所述衍生化产物的加入量为50～500μl，例如55μl、60μl、70μl、80μl、90μl、95μl、100μl、105μl、110μl、130μl、150μl、170μl、190μl、200μl、220μl、250μl、280μl、300μl、330μl、350μl、380μl、400μl、420μl、450μl、470μl或490μl，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，优选为100μl。

在本发明中，步骤(2)所述拉曼表面增强剂为金属纳米溶胶。

优选地，所述增强剂的加入量为50～500μl，例如55μl、60μl、70μl、80μl、90μl、95μl、100μl、105μl、110μl、130μl、150μl、170μl、190μl、200μl、220μl、250μl、280μl、300μl、330μl、350μl、380μl、400μl、420μl、450μl、470μl或490μl，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选为100μl。

优选地，所述金属纳米溶胶包括金纳米溶胶或银纳米溶胶，进一步优选为金纳米溶胶。

优选地，所述金纳米溶胶中金纳米粒子的粒径为30～60nm，例如32nm、35nm、36nm、38nm、40nm、42nm、45nm、48nm、50nm、52nm、54nm、55nm、57nm或59nm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选为35～55nm。

本发明中，所述金纳米溶胶或银纳米溶胶均可通过现有技术制备获得。

示例性的，所述金纳米溶胶的制备方法为：将氯金酸(aucl3·hcl·4h2o)水溶液加热至沸，剧烈搅拌下加入柠檬酸三钠(na3c6h5o7)水溶液，金黄色的氯金酸水溶液变为红色，继续煮沸15min后冷却、稀释，得到所述金纳米溶胶。

示例性的，所述银纳米溶胶的制备方法为：将硝酸银(agno3)水溶液加热沸腾，剧烈搅拌下逐滴加入柠檬酸三钠(na3c6h5o7)水溶液，持续煮沸1h，溶液变为灰绿色，冷却、稀释，得到所述银纳米溶胶。

在本发明中，步骤(2)所述拉曼表面增强剂为金纳米溶胶，所述促凝剂为无机盐溶液。

优选地，所述促凝剂的加入量为10～100μl，例如15μl、20μl、25μl、30μl、35μl、40μl、45μl、50μl、55μl、60μl、65μl、70μl、75μl、80μl、85μl、90μl、95μl或99μl，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选为50μl。

优选地，所述促凝剂的浓度为0.01mol/l至饱和。

优选地，所述无机盐溶液选自硫酸盐溶液、硝酸盐溶液、碳酸盐溶液或氯盐溶液中的任意一种，进一步优选为氯盐溶液。

优选地，所述氯盐溶液为氯化钠溶液。

在本发明中，步骤(2)所述拉曼表面增强剂为银纳米溶胶，所述促凝剂为氯化钠和氢氧化钠的混合液。

优选地，所述促凝剂中氯化钠的浓度为0.5～2mol/l，例如0.6mol/l、0.8mol/l、1mol/l、1.2mol/l、1.4mol/l、1.5mol/l、1.7mol/l或1.9mol/l，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

优选地，所述促凝剂中氢氧化钠的浓度为0.1～1mol/l，例如0.2mol/l、0.mol/l、0.4mol/l、0.5mol/l、0.6mol/l、0.7mol/l、0.8mol/l、0.9mol/l或0.95mol/l，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

在本发明中，步骤(2)所述检测的参数设置为：激光功率为50～350mw，例如55mw、60mw、65mw、70mw、75mw、80mw、85mw、90mw、95mw、100mw、105mw、110mw、120mw、130mw、150mw、170mw、190mw、200mw、220mw、250mw、280mw、300mw、320mw或340mw，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值；积分时间为0.2～1s，例如0.25s、0.3s、0.35s、0.4s、0.45s、0.5s、0.55s、0.6s、0.65s、0.7s、0.75s、0.8s、0.85s、0.9s或0.95s，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

优选地，所述激光功率为100～200mw，进一步优选为100mw。

在本发明中，步骤(3)所述分析的方法为：当拉曼光谱图中拉曼位移为453±4cm^-1(例如449cm^-1、449.5cm^-1、450cm^-1、450.5cm^-1、451cm^-1、451.5cm^-1、452cm^-1、452.5cm^-1、453cm^-1、453.5cm^-1、454cm^-1、454.5cm^-1、455cm^-1、455.5cm^-1、456cm^-1或456.5cm^-1等)和483±4cm^-1(例如479cm^-1、479.5cm^-1、480cm^-1、480.5cm^-1、481cm^-1、481.5cm^-1、482cm^-1、482.5cm^-1、483cm^-1、483.5cm^-1、484cm^-1、484.5cm^-1、485cm^-1、485.5cm^-1、486cm^-1或486.5cm^-1等)处存在特征峰时，待测液中含有硫化物；当步骤(2)所述检测的参数设置相同时，特征峰的强度与硫化物的含量成正比。

所述拉曼光谱图中，拉曼位移为453±4cm^-1和483±4cm^-1处的特征峰对应亚甲基蓝类化合物中的c-n-c骨架结构。

在本发明中，所述检测方法具体包括如下步骤：

(1)将澄清的待测液与衍生化试剂以体积比(1～100):1混合、进行反应，得到衍生化产物；其中，所述衍生化试剂为n,n-二乙基对苯二胺溶液和氯化铁溶液的混合物；

(2)将50～500μl步骤(1)得到的衍生化产物、50～500μl拉曼表面增强剂和10～100μl促凝剂在样品池中混合均匀，置于拉曼光谱仪中进行检测，设置激光功率为50～350mw、积分时间为0.2～1s，得到拉曼光谱图；

(3)对步骤(2)得到的拉曼光谱图中的峰位置和峰强度进行分析，得到硫化物的检测结果；所述分析的方法为：当拉曼光谱图中拉曼位移为453±4cm^-1和483±4cm^-1处存在特征峰时，待测液中含有硫化物；当步骤(2)所述检测的参数设置相同时，特征峰的强度与硫化物的含量成正比。

另一方面，本发明提供一种如上所述的检测方法在水体硫化物检测中的应用。

优选地，所述水体为饮用水。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的检测方法基于拉曼增强光谱，首先将待测样品与衍生化试剂进行反应，得到更利于量化分析的衍生化产物，然后对衍生化产物进行拉曼增强光谱检测，并得到硫化物的定性以及定量结果。所述检测方法中，无需对待测样品进行复杂的采集、前处理以及保存过程，无需大型仪器，生成衍生化产物以及拉曼测试的过程十分迅速，且拉曼光谱仪具有精确、选择性好、检出限低以及便携的优势。因此，本发明提供的检测方法能够实现硫化物的快速、精确、实时地检出，其检测限更低，灵敏度更高，能够实现浓度低至0.02mg/l的微量检测，尤其适用于饮用水等水体中硫化物的实时、实地检测。

附图说明

图1为本发明实施例1中得到的拉曼光谱图，其中，1为待测样品的拉曼光谱线，2为空白对照的拉曼光谱线；

图2为本发明实施例2中得到的拉曼光谱图，其中，1为待测样品的拉曼光谱线，2为空白对照的拉曼光谱线；

图3为本发明实施例3中得到的拉曼光谱图，其中，1为待测样品的拉曼光谱线，2为空白对照的拉曼光谱线。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

本发明以下实施例所涉及到的蒸馏水全部为gb/t6682规定的一级水；拉曼光谱仪为无锡中德伯尔生物技术有限公司生产的zd-rm-as；衍生化试剂、拉曼表面增强剂和促凝剂的制备方法如下：

(1)衍生化试剂的配制：

将25ml浓h2so4(98％)缓慢的加入到75ml蒸馏水中，放冷后定容到100ml；称取0.75gn,n-二乙基对苯二胺(以下简称为dpd)盐酸盐溶于其中，得到dpd溶液；称取100gfecl36h2o溶于100ml蒸馏水中，得到fecl3溶液；将dpd溶液与fecl3溶液按照体积比20:1混匀，即为衍生化试剂。

(2)拉曼表面增强剂(金纳米溶胶)的制备：

将100ml浓度为0.01％的氯金酸(aucl3·hcl·4h2o)水溶液加热至沸，剧烈搅拌下准确加入1.0ml浓度为1％的柠檬酸三钠(na3c6h5o7)水溶液，金黄色的氯金酸水溶液在2min内变为红色，继续煮沸15min，冷却后用蒸馏水补加到100ml，得到所述拉曼表面增强剂。

(3)促凝剂的配制：

将5.85g氯化钠溶于100ml水中，搅拌均匀，得到所述促凝剂。

实施例1

本实施例提供一种硫化物的检测方法，具体包括如下步骤：

(1)将购自国家标准物质中心的浓度为100mg/l的硫化物(nas)标准溶液稀释10倍，即得到浓度为10mg/l的标准溶液；取5ml一级水，向其中添加10μl10mg/l的硫化钠标准溶液，得到浓度为0.02mg/l的待测液；取5ml此待测液与100μl衍生化试剂混合，迅速生成衍生化产物，即亚甲基蓝类化合物；

(2)取100μl衍生化产物于样品池中，然后加入100μl拉曼表面增强剂和50μl促凝剂，混合均匀后置于拉曼光谱仪中进行检测，设置激光功率为100mw、积分时间为500ms，得到拉曼光谱图；

(3)拉曼光谱图中，拉曼位移为453cm^-1和483cm^-1处存在特征峰，为c-n-c骨架结构的特征峰。

将蒸馏水按照上述步骤(1)～(3)进行测试，得到空白对照的拉曼光谱图，其在453cm^-1和483cm^-1处没有特征峰；图1为本实施例中的拉曼光谱图，其中，1为待测样品的拉曼光谱线，2为空白对照的拉曼光谱线；由此可见，本发明提供的检测方法可以实现低至0.02mg/l的硫化物的检测。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中，待测液的硫化物浓度为0.04mg/l；图2为本实施例中的拉曼光谱图，其中，1为待测样品的拉曼光谱线，2为空白对照的拉曼光谱线。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中，待测液的硫化物浓度为0.08mg/l；图3为本实施例中的拉曼光谱图，其中，1为待测样品的拉曼光谱线，2为空白对照的拉曼光谱线。

纵向对比实施例1～3的拉曼光谱图，可以看出，在检测参数设置相同的情况下，随着待测液中硫化物浓度的增大，453cm^-1和483cm^-1处的特征峰强度也随之增强，证明本发明提供的检测方法还可以实现水体中硫化物的定量检测。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的硫化物的检测方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。