纳米二氧化钛在痕量元素分离富集应用

纳米二氧化钛在痕量元素分离富集的应用简介随着生命科学、生物工程和环境科学等学科的迅速发展,分析对象日益复杂多样,对复杂基体中痕量和超痕量组分的分离和检测成为突出的问题。虽然现代仪器分析方法的检出限越来越低,但要直接分析这些组分的含量也往往遇到困难,有时甚至是不可能的,这是因为,一方面,样品本身的物理化学状态有的不适合直接测定,或者分析方法对极低含量的组分灵敏度不够;另一方面是存在基体干扰,或者缺乏相应的校正标准和试剂。因此必须借助各种各样的分离富集技术,以提高分析方法的灵敏度和选择性。固相萃取固相萃取（Solid-PhaseExtraction，简称SPE）SPE的主要目标是痕量富集，矩阵的简化和介质交换，他是近年发展起来一种样品预处理技术，由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来，主要用于样品的分离、纯化和浓缩，与传统的液液萃取法相比较可以提高分析物的回收率，更有效的将分析物与干扰组分分离，减少样品预处理过程，操作简单、省时、省力。广泛的应用在医药、食品、环境、商检、化工等领域。固相萃取固相萃取是一个包括液相和固相的物理萃取过程。在固相萃取中，固相对分离物的吸附力比溶解分离物的溶剂更大。当样品溶液通过吸附剂床时，分离物浓缩在其表面，其他样品成分通过吸附剂床；通过只吸附分离物而不吸附其他样品成分的吸附剂，可以得到高纯度和浓缩的分离物。保留和洗脱在固相萃取中最通常的方法是将固体吸附剂装在一个针筒状柱子里，使样品溶液通过吸附剂床，样品中的化合物或通过吸附剂或保留在吸附剂上（依靠吸附剂对溶剂的相对吸附）。“保留”是一种存在于吸附剂和分离物分子间吸引的现象，造成当样品溶液通过吸附剂床时，分离物在吸附剂上不移动。保留是三个因素的作用：分离物、溶剂和吸附剂。所以，一个给定的分离物的保留行为在不同溶剂和吸附剂存在下是变化的。“洗脱”是一种保留在吸附剂上的分离物从吸附剂上去除的过程，这通过加入一种对分离物的吸引比吸附剂更强的溶剂来完成。容量和选择性吸附剂的容量是在最优条件下，单位吸附剂的量能够保留一个强保留分离物的总量。不同键合硅胶吸附剂的容量变化范围很大。选择性是吸附剂区别分离物和其他样品基质化合物的能力，也就是说，保留分离物去除其他样品化合物。一个高选择性吸附剂是从样品基质中仅保留分离物的吸附剂。吸附剂选择性是三个参数的作用：分离物的化学结构、吸附剂的性质和样品基质的组成。原子吸收光谱法原子吸收光谱法，是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量为基础的分析方法，是一种测量特定气态原子对光辐射的吸收的方法。此法是上世纪50年代中期出现并在以后逐渐发展起来的一种新型的仪器分析方法，它在地质、冶金、机械、化工、农业、食品、轻工、生物医药、环境保护、材料科学等各个领域有广泛的应用。该法主要适用样品中微量及痕量组分分析。原子吸收光谱法每一种元素的原子不仅可以发射一系列特征谱线，也可以吸收与发射线波长相同的特征谱线。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时，即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线，使入射光减弱。特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度A，在线性范围内与被测元素的含量成正比：A=KC式中K为常数；C为试样浓度；K包含了所有的常数。此式就是原子吸收光谱法进行定量分析的理论基础原子吸收光谱法由于原子能级是量子化的，因此，在所有的情况下，原子对辐射的吸收都是有选择性的。由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同，元素从基态跃迁至第一激发态时吸收的能量不同，因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区。固相萃取中的吸附材料树脂类吸附材料根据吸附的机理不同可分为离子交换树脂、螯合树脂、螯合形成树脂等，该类吸附材料在金属和非金属元素的分离富集上发挥着重要作用。树脂分离痕量物质不仅仅是单纯的利用阴阳离子交换树脂进行离子交换分离，而且可以通过把具有某一特征基团的分子连接到树脂骨架上从而大大提高和改善吸附的选择性。固相萃取中的吸附材料活性炭是一种特殊结构和性质的微质碳，它具有大量的孔隙和很大的比表面积，因此活性炭具有多种选择性吸附能力。活性炭在使用前一般需用盐酸氟化氢浸泡以降低其中金属离子的含量，然后在110摄氏度下加热活化。活性炭是疏水性很强的多孔性吸附材料，对有机化合物有很大的亲和性，但不能直接和有捕集补给水和金属离子，为了分离富集和测定金属离子，需讲试液中痕量元素转化为可被吸附的有机化合物。活性炭对溶液中金属离子的吸附有不同的方式：1、金属离子与螯合试剂反映后呗活性炭吸附2、调节溶液的PH使金属离子呗活性炭吸附3、将高价金属离子还原为低价后吸附4、先奖螯合剂负载在活性炭上，制成螯合剂负载活性炭，通过负载在活性炭表面上的活性基团与溶液中的金属离子发生螯合反应而吸附。活性炭虽然比表面积很大，但其孔径分布很宽，平均孔径较小，往往吸附容易，解脱困难，故其使用效果受到一些影响。纳米吸附材料纳米材料是近年来受到广泛重视的一种新兴功能材料,具有一系列新异的物理化学特性。其比表面积大,表面原子周围缺少相邻的原子,具有不饱和性,易与其它原子相结合而趋于稳定,具有很大的化学活性,因此对金属离子具有很强的吸附能力和较大的吸附容量,是一种较为理想的吸附材料。以纳米粒子作为吸附材料分离富集金属离子,对于提高方法的灵敏度,降低元素的检出限,有一定的实际意义。纳米二氧化钛材料对金属离子吸附性能的研究已有报道,但是由于单一纳米二氧化钛的易失活性、易凝聚等致命弱点,严重限制了纳米二氧化钛的应用。负载型纳米二氧化钛的制备使得纳米二氧化钛能够附在稳定的载体表面,大大增强了纳米二氧化钛的稳定性。负载型纳米二氧化钛常被用于光催化降解,而很少作为富集材料用于分离富集金属离子。二氧化钛将纳米二氧化钛负载在稳定的载体表面可以大大增强纳米二氧化钛的稳定性，解决吸附材料难以回收的问题。目前纳米二氧化钛的固定化技术已经比较成熟，固定的方法主要有化学气相沉积法。二氧化钛粉末固定法，溶胶凝胶法，其中溶胶-凝胶法由于工艺简单，条件温和，负载的纳米颗粒均匀性牢固性较好，而且将纳米粒子的植被和固定化一次完成，是目前纳米二氧化钛固定化最常用的方法。固定化的纳米二氧化钛被广泛应用于化学传感器，太阳能电池和光催化剂。吸附影响根据文献报道，PH值对金属离子在金属氧化物上的吸附起着重要作用