功能材料ARPOP-1在电化学分析氯酚类有机污染物中的应用

来源 :中南民族大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fengyufengsc
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含氮多孔有机聚合物ARPOP-1具有扩展的π共轭主链和含N的芳族特性,通过π堆积和H键相互作用可增强其对芳族分子的亲和力,使其成为分析化学应用中有前景的吸附剂。本研究将含氮多孔有机聚合物ARPOP-1主要作为吸附剂,分析水样中氯酚(CPs)这类有机污染物。氯酚具有高毒性,不仅会导致人类产生雌激素的诱变,还有致癌作用,甚至也破坏环境和污染生态系统。CP在剂量较低的情况下,它刺激着人类的中枢神经和呼吸系统,剂量较高时则可以产生癌症。因此,美国环境保护署(EPA)已将CP作为优先的有害有毒化学品之一。环境中CP的来源是通过人为和工业活动产生的,例如纸浆的氯化漂白,氯化除草剂的水解和炼油。除此之外,CP还可以用作市政用水、农用杀真菌剂和氯化农药的消毒剂。这些CP的使用都是造成地下水和地表水CP污染的主要原因。因此,必须有一个灵敏而便捷的检测系统来分析环境水样。在检测氯酚的分析方法中,电化学分析法具有更好的优势。电流与电势的电化学方法正变得越来越普遍,可以对环境中不安全的、具有致癌性的有毒化学物质直接进行检测,而且电化学分析的方波伏安法(SWV)由于高灵敏度、高效率和低检出限而显示出巨大的希望。这项研究先是将电化学方法与碳糊电极(CPE)传感器结合使用。碳糊电极具有易于制备、修饰方便、表面可更新,背景电流低和响应速度快等特点。利用这些特点,又加上碳糊电极对电活性物质的富集主要依靠吸附和萃取作用,因而向碳糊电极引入修饰剂ARPOP-1制成ARPOP-1材料改性的碳糊电极电化学传感器(ARPOP-1-CPE)。但是ARPOP-1本身不具有电化学活性,这会导致碳糊电极的导电性能下降,且碳糊电极中的ARPOP-1与溶液中的目标分析物2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)接触面较小,达不到理想的富集效果和更低的检出限。于是,这项研究仍以ARPOP-1为吸附材料,改用微型过滤器固相萃取(MFSPE)技术对样品进行预富集。即采用微孔滤膜过滤器与过滤器固相萃取(FSPE)相结合的方式,同时完成目标物的富集与样品的净化。将MFSPE富集后的目标化合物再采用电化学方波伏安法检测,不仅能够同时检测两种目标分析物2,4-DCP和3,5-二氯苯酚(3,5-DCP),而且也获得了更低的检出限。主要研究内容如下:(1)基于含氮多孔有机聚合物ARPOP-1材料对2,4-DCP有很好的吸附效果,这项工作以ARPOP-1材料为修饰剂制备了可用于检测2,4-DCP的改性碳糊电极传感器。采用方波阳极溶出伏安法(SW-ASV)探究了在使用修饰型碳糊电极传感器时,ARPOP-1含量、溶液搅拌速率、富集电位、富集时间、PBS缓冲溶液浓度和PBS缓冲溶液pH值对一定浓度的2,4-DCP响应电流的影响,确定了最优条件:ARPOP-1含量为4%、溶液搅拌速率为500 rpm、富集电位为-0.5 V、富集时间为120 s、PBS缓冲溶液浓度为0.4 mol L-1、PBS缓冲溶液pH值为8.0。研究结果表明,在最优条件下,2,4-DCP在0.220.0μmol L-1浓度范围内与SW-ASV曲线的峰电流呈线性关系(R2=0.9991),检出限为0.073μmol L-1(S/N=3)。将ARPOP-1材料修饰碳糊电极(ARPOP-1-CPE)的改性传感器应用于自来水样及湖北武汉市南湖水样中2,4-DCP的含量测定,其中加标回收率分别为86.35%102.18%和88.10%98.94%。由此可以说明,该方法是可以用于测定实际水样中的2,4-DCP。(2)基于材料ARPOP-1的吸附聚集效果对检测CP具有天然的优势,这项工作将2,4-DCP和3,5-DCP同时作为目标分析物。采用微型过滤器固相萃取(MFSPE)技术对样品溶液进行包括调节、吸附和洗脱的常规步骤。使用-0.5 V电位下的方波伏安法(SWV)考察了ARPOP-1用量、样品溶液pH值、ARPOP-1与DCP接触时间、解吸溶剂NaOH溶液浓度对2,4-DCP和3,5-DCP峰电流的影响,确定了最优条件:ARPOP-1用量为4 mg、样品溶液pH值为2.0、ARPOP-1与DCP接触时间为60 s、解吸溶剂NaOH溶液浓度为65 mmol L-1。结果表明在最优条件下,2,4-DCP的浓度在0.04μmol L-11.8μmol L-1的浓度范围内与SWV曲线的峰电流线性关系良好,检出限为0.75 nmol L-1(S/N=3);3,5-DCP的浓度从0.04μmol L-1增加到1.4μmol L-1,氧化峰电流随之增大,线性关系良好,检出限为1.37 nmol L-1(S/N=3)。将该方法用于分析塑料制品工厂废水样中的2,4-DCP和3,5-DCP,加标回收率分别在101.44%119.21%和90.69%115.73%之间,这证明了该方法可用于同时分析污染水质中的2,4-DCP和3,5-DCP。
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