环境氰化物及硫化物微流控化学传感器的研究

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硫化物和氰化物均属于环境中易挥发性酸,毒性较强,通常给人类和环境造成很大的危害。常规的分析检测方法大多存在着耗时、操作过程繁琐、前处理要求高、仪器大而昂贵、不允许原位监测等问题,难以满足大量样品的快速检测需求。因此急需发展一种简单、快速、安全、高效测定这些高毒性易挥发性酸的方法。本文研究了 PDMS膜对HCN及H2S气体透过率的影响及膜的稳定性和重现性等。PDMS疏水性渗透汽化膜是用叔丁醇稀释PDMS聚合物,经过脱气、匀胶旋涂制作,将其键合在流动注射气体扩散(FI-GD)微流控芯片中。在3000r/min的旋涂速度下,PDMS膜厚约4 μm。它对HCN的透过率不小于65.7%(0.01~0.5 mg/L CN-),对H2S的透过率达到了 100%(5~100μmol/LS2-)。LIF检测信号的标准偏差为0.86~2.2%。自制的膜较均一,当替换新的芯片进行测定时,未见芯片之间有显著差异。采用FI-GD耦合LIF检测法实时在线监测环境水样中的氰化物和硫化物,优化确定了注射泵流速、酸及碱液浓度、荧光反应的最佳浓度。优化后最佳实验条件为:监测氰化物时,引入样品和盐酸的注射泵流速为15 μL/min,HCl浓度为0.5 mol/L,NaOH接收液浓度为0.1 mol/L,流速为20 μL/min。NDA浓度为0.6 mmol/L(溶于8%DMF),甘氨酸浓度为2mmol/L(溶于200mmol/L,pH9.0的硼酸缓冲溶液)。监测硫化物时,引入样品和盐酸的注射泵流速为20 μL/min,HC1浓度为1 mol/L,NaOH接收液pH=12,流速为20 μL/min。生成亚甲蓝显色条件为0.2%DMPD和0.1%K2Cr2O7。检测限(3σ/S)为0.015μg/LCN-,5 μg/LS2-。该方法具有灵敏度高、操作简单、绿色安全、检测速度快、试剂消耗量少等优点。除此之外,也使用电化学检测法在线监测环境水样中的氰化物和硫化物。采用传统的方法自制CN-、S2-离子选择性电极,将其与微流控芯片结合制成微型电化学传感器。经过PDMS膜系统的CN-电极E-lgc响应曲线的电极斜率为14.5 mV/pS;S2-电极E-lgc响应曲线的电极斜率为21.2 mV/pS。低浓度试样透过PDMS膜进一步富集,所以电极的线性响应范围更宽,且低浓度下的电极电位更高,尽管灵敏度较低。多次测试电极,所得结果的标准偏差在0.58~1%之间,重现性良好,无记忆效应。用此微流控-电化学传感器装置来加标回收处理过的水样,回收率在95~103%之间,结果尚满意。利用层流间高效传质特性,建立了基于微流控芯片的多流路平行层流样品前处理系统,对进样流速及芯片微通道修饰改性等因素进行研究考察,优化了基于微流控芯片层流技术测定水中弱酸可分解氰化物的前处理条件。此层流前处理系统联用荧光分光光度计测定水样中CN-,方法的线性范围为1~10μg/LCN-,检出限为0.12μg/LCN-,加标回收率在97.4~104.8%。本方法比传统的蒸馏法更绿色、安全且试剂消耗量小,对分析实际样品中的氰化物毒性水平提供了一条可供选择的途径。
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