文摘
工程纳米颗粒(经验)近年来在各领域的广泛发展,导致自然环境越来越出现的纳米颗粒。然而,微小的物质创造了意想不到的混乱环境由于经验的负面nanoeffect样本测试。在这篇文章中,小说的光度测定技术p硝基酚(PNP)开发的干扰影响下nano-Fe(哦)3广泛分布在自然环境作为一个经验的典型例子。因为吸收力强的两个特征峰PNP型,即317 nm和400 nm, nano-Fe(哦)3干扰PNP型的比色测定。因此,开发测试方法,用盐酸酸化60°C和抗坏血酸(AA)屏蔽FeCl3,提出并成功地实现了准确测定水样的PNP型紫外分光光度法和吸收波长317纳米。最后比色系统5%的盐酸,10% CH3哦,1%抗坏血酸优化批量实验,证实了和酸化预处理的最佳条件是加热20分钟60°C。进一步的结果表明,该方法有良好的准确性和再现性,即使在高矿化度地下水和地表水等自然水体。本文中给出的测试技术提供了一个有趣的和有用的工具解决问题的PNP型调查经验的干扰下,几乎支持水质评估一个更好的环境。
1。介绍
p硝基酚(PNP),一种高毒性和环境持久性有机污染物(pop),不容易生物降解或自然photolyzed;它积累和对环境造成长期损害,所以PNP型是最常见的有机污染物检测(1,2]。缺乏针对环境毒性和化学活动,PNP型经常被用作持久性有机污染物的典型代表,和越来越多的环境工作者已开始实施环境工程治疗PNP型和实验室研究工作。然而,在开展相关工作,第一个关键问题是如何找到一个简单的、经济的和准确的测试方法。目前,相对成熟的测试方法(包括PNP型紫外可见分光光度法进行测定3,4),高效液相色谱法(5,6),气相色谱分析-质谱法(7,8),和电化学评估(9- - - - - -11]。其中,紫外可见分光光度法的优点是操作简单、快速、低劳动强度,分析效率高。更重要的是,使用的仪器方法很便宜,几乎所有化学实验室装备使用它。然而,应该注意的是,越来越多的工程纳米颗粒(经验)在环境水样由于纳米技术的兴起,nanosubstances带来意想不到的麻烦,传统的持久性有机污染物的分析和测试。例如,铁基经验将PNP型紫外可见分光光度测定的干扰。
实际上,纳米技术彻底改变了各种研究领域,andENPs发现广泛应用在环境修复(12- - - - - -14)、新能源(15),生物医学(16),日常消费品(17,18),农业(19)等,由于其广泛的潜力和多功能性在过去的十年里(20.]。如图1,我们的研究小组(21- - - - - -23]发现,这些新兴经验进入地表水和地下水的身体通过大气沉降、地表径流、地下渗透,等等。然而,经验会吸附在环境媒体或comigrate与环境污染物由于他们独特的nanoproperties,如巨大的比表面积、强吸附、催化、螯合能力,等等。24,25]。因此,一种新型的稳定nanocolloid经验形成的地下水和地表水系统和环境中待了很长时间。nanocolloid会改变光路径,不幸的是,这可能会限制基于光谱理论的分析方法的应用。是不可或缺的,意义重大研究经验的影响分析结果的准确性和稳定性进行污染物测试工作时地下水和地表水的身体。
在过去的几年里,环境修复技术基于金属铁经验已经调查作为水处理和土壤处理的新工具,已逐渐被接受和商业化在许多国家由于其污染物去除的有效性以及低成本的生产(26,27]。例如,代理nano-Fe污染治理0具有效率高、成本低、低毒性、等,和已经收到了广泛关注的原位修复重金属和有机污染物在土壤中28]。Nano-Fe3O4作为一个非均相催化剂,是评估激活Na2年代2O8被证明是一个有效的和有前途的代理渗滤液生化废水的处理14]。Bagbi和同事(29日成功地合成L-cysteine-functionalized菲3O4纳米颗粒可以重用铅和铬吸附去除。他和他的同事(30.]报道纳米zero-valency铁/镍支持沸石的同时去除硝酸盐和磷酸盐从水溶液中。陈和同事(31日]认为nano-FeS不仅可以去除redox-sensitive污染物的化学氧化还原反应,但也可能对污染物的化学吸附由于其较大的比表面积和比macro-FeS更高的反应性。
在水处理过程中,铁(哦)3从上面的铁基纳米粒子逐渐发展经验和长期保留在水溶液的形式brown-red Fe(哦)3胶体。铁(哦)3胶体有很强的吸收特征吸收峰的PNP型(317 nm和400 nm),它会干扰紫外可见分光光度法的测试结果。本文改进的PNP型的光度测定技术,作为一种典型的持久性有机污染物,在干扰条件下开发的nano-Fe(哦)3作为一个在自然水环境中经验的典型例子。盐酸酸化60°C和抗坏血酸(AA)的屏蔽FeCl₃进行为了消除铁(OH)的负面影响3PNP型的光度测定。影响因素如加热时间、盐酸用量、温度、和常见的阴离子和阳离子通过批处理进行了优化实验。最后,提高测试方法的准确性是标准的实验,验证了在几个重复实验和精度进行了研究。这项工作提供了强大的支持环境科学家的进一步调查结果持久性有机污染物的协同转运的治疗经验和有机污染物。
2。材料和方法
2.1。化学药品和试剂
p硝基酚(C6H5没有3,中科院:100-02-7,Macklin生化科技有限公司,有限公司,上海,中国,理化性质如表所示1);盐酸(HCl,北京化工厂有限公司,北京,中国;甲醇(CH3哦,高性能液相色谱级,热费希尔科学、沃尔瑟姆,美国);碳酸氢钠(NaHCO3西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司,有限公司,上海,中国;抗坏血酸(C6H8O6,化学试剂国药控股有限公司,上海,中国;氯化钙(CaCl2),硫酸锰(MnSO4⋅H2O)、硝酸钾(先3)、氯化铁(FeCl3⋅6小时2O)、硫酸镁(MgSO4⋅7 h2O)和氯化钾(氯化钾)购自天津伯帝化工有限公司,有限公司,天津,中国。所有在本文中涉及到的试剂均为分析纯或更高。所有的解决方案都是准备从纯水超纯水处理过程(≥18 MΩ∙厘米,Milli-Q优势A10, Millibo(上海)贸易有限公司有限公司,上海,中国。
2.2。准备实验方案
股票的解决方案PNP型(1.000 g / L), NaHCO3(3.440 g / L), MgSO4(5.000 g / L), CaCl2(2.774 g / L),氯化钾(0.956 g / L), MnSO4(1.388 g / L),了解3(1.628 g / L)准备在超纯水为了匹配自然水的含盐量。相应的工作解决方案每天在超纯水稀释股票获得的解决方案。0.00 mg / L的PNP型标准的解决方案,4.00 mg / L, 8.00 mg / L, 12.0 mg / L, 16.0 mg / L和20.0 mg / L和PNP型股票稀释一步一步的解决方案。应该注意的是,六个PNP型标准解决方案包含10% CH₃哦,5%盐酸,1 g / L抗坏血酸。后来,PNP型的吸光度标准解决方案决定在317 nm, PNP型的独特特征紫外波长。PNP型标准曲线的浓度为横坐标,吸光度为纵坐标,和线性回归方程拟合得到的,如图2(一个)。得出结论,PNP型标准曲线的线性范围0.00 - -20.0 mg / L,及其相关系数,R20.999以上。
(一)
(b)
nano-Fe(哦)₃解决方案是由扩展铁的水解3 +。在细节,0.0776 g FeCl3h·62O在250毫升超纯水溶解和水解自然室温超过四天。在使用解决方案之前,粒子的大小和ζ电位nano-Fe(哦)3解决方案是通过测量一个粒子筛选器和电动电势分析仪(Nano-ZS,莫尔文,英国),如表所示2。铁(OH)的平均粒径339.2 nm,证明解决方案是一个nanocolloid。ζ电位平均是35.3 mV,这暗示nano-Fe(哦)3系统很稳定延长水解后(33,34]。为了进一步验证胶体的存在,一个简单的廷德尔实验,如图2 (b)。亮红色的“光通道”,这是廷德尔现象,显然从侧面观察激光辐照时的解决方案。因此,它被证明nano-Fe₃(哦),为期四天的自然水解,得到的是适合的后续研究纳米颗粒干扰PNP型测试。
2.3。改进分析方法评估PNP型的Nano-Fe(哦)3
发现工程纳米颗粒的存在,如nano-Fe(哦)3,可能会导致不准确的光谱光度测量的结果,因为他们在溶液中形成稳定的nanomicelles。全世界都知道,胶体粒子的表面结构可以被打破,和他们的稳定性可以通过添加电解质或加热被摧毁。在这种背景下,5%盐酸是添加到比色系统和加热60°C 20分钟为了消除nano-Fe的负面影响(哦)3。的制备和纯化过程如下。
首先,1−5毫升40 mg / L PNP型标准的解决方案是采样和注入10毫升的比色管,和1.00毫升CH3哦,2.00毫升nano-Fe(哦)3解决方案,和1.00毫升盐酸(50%,v / v)依次添加。额外的2毫升相应离子的股票的解决方案添加了共存离子干扰实验。之后,样品被稍微加热20分钟60°C,然后1毫升的抗坏血酸溶液(5 g / L)冷却后添加。最后,PNP型在波长317 nm,定量分析的特征紫外峰在酸性条件下,所揭示的紫外可见分光光度法(日立u - 2910,日立公司(Hitachi Ltd .),东京,日本)。上述程序和实验现象如图3。
3所示。结果与讨论
3.1。分析谱线的选择
从图可以看出4 (b)那p硝基酚只有一个317纳米的紫外线吸收峰在强酸性条件下(见绿线)和解决方案是无色的,而只有一个在强碱性条件下吸收峰在400海里(见红线),和解决方案是黄色的。这两个特征峰共处在一个纯粹的水溶液(见蓝线),和解决方案就会变得更轻的颜色。在同一浓度,400海里的吸光度强碱性高于在317海里强酸性,这暗示的敏感性比色法使用特征波长400 nm更高。然而,有许多重金属,如钙、镁、铁、等,在自然水(35,36]。实际上,这些重金属会产生微观粒子在碱性溶液,干扰测定的准确性。例如,铁离子,即使在低浓度,形成胶体在碱性条件下,干扰比色测定的结果(见图4(一))。因为这些金属溶解在酸性条件下,317海里,是酸性水的特征峰,被选为PNP型的分析波长比色法在实际的测试工作,以避免干扰的金属。
(一)
(b)
3.2。甲醇和抗坏血酸的作用
作为一种常见的治疗环境污染催化剂,金属铁经常催化高能羟基自由基的生产,用于快速和非选择性降解多种有机污染物(37- - - - - -39]。甲醇是羟基自由基的古典淬火剂(40,41],它可以立即中断的可能的后续反应哦,激进分子,以获得准确的PNP型浓度在采样时间。因此,在测试过程中甲醇的加入是为了避免可能的分解PNP型羟基自由基,改善了方法的应用范围。
此外,需要注意的是,试剂,如CH3哦,盐酸,AA,没有在317 nm紫外线吸收(看到蓝色,红色,绿色的线条图4(一)),所以它并不影响PNP型的比色测定的结果。
淡黄色的FeCl3从nano-Fe再生(哦)3与盐酸酸化后,加热预处理。不幸的是,FeCl3加强317纳米的紫外线吸收,还会干扰PNP型的比色测定。咨询文献后发现,抗坏血酸是一种常见的铁(III)[掩蔽剂42]。铁离子的价态可能会被改变,即。,Fe(III) could be reduced to Fe(II), due to the reducibility of ascorbic acid, as shown in Figure5(一个)。从图可以看出5 (b)空白的零位调整后,扫描峰形状的280 nm和500 nm之间PNP型与Fe(哦)3AA减少治疗后基本上是一样PNP型在酸性条件下,吸光度在317 nm完全相同,这表明,添加抗坏血酸完全消除了FeCl3干扰。因此,有一个PNP型的定量分析的先决条件。
(一)
(b)
3.3。Nano-Fe效果(哦)3和共存离子
在地下水和地表水,K⁺, Na⁺, Ca2⁺、镁2⁺、铁³⁺、锰2⁺, , , 最常见的离子,Cl⁻(43,44]。为了研究这些离子的干扰与改善方法,比例是根据表3,和标准进行批量实验。结果显示在表中3,当有K⁺Na⁺Ca2⁺、镁2⁺、铁³⁺、锰2⁺, , , ,和Cl⁻比色系统,所有的实验都在复苏的101 - 105%的范围,符合我们的预期表明,这些化学物质的存在不会影响到PNP型比色测定的结果。此外,当nano-Fe(哦)3是添加到系统,PNP型的复苏是103.9%,这表明,干扰消除的改进方法。
3.4。优化盐酸和AA用量
有两个比色系统中盐酸的函数。一方面,由于添加盐酸溶液是酸性,所以PNP型的紫外吸收达到最大值317海里,使有效定量比色法。另一方面,稳定的nano-Fe(哦)3被HCl由于中和反应,从而达到消除的目的nano-Fe(哦)3干扰。如图6(一),因为铁的干扰是不扣除,PNP型的回收率是149%盐酸不增加,这表明PNP型测试结果是不正确的,而回收率分别为116%,108%,102%,101%,和101%,分别在盐酸= 0.5%,1.25%,2.5%,5%,10%。很明显,回收率接近100%盐酸的量超过5%的时候。因此,合理使用盐酸测定过程中应大于5%。
(一)
(b)
从图可以看出6 (b),回收率分别为145%,103%,103%,102%,100%,和101% AA = 0 g / L, 1 g / L, 2.5 g / L, 5 g / L, 10 g / L,和20 g / L,分别,这表明,AA的使用应控制在10 g / L。
3.5。加热温度和时间
加热温度是一个重要的因素影响PNP型测定的准确性。在图7(一),所有PNP型的回收率在110%以上T< 60°C,而回收率接近100%T≥60°C。然而,过高的温度会影响有机污染物的化学性质,这是不利于污染物的测定。综合,60°C是确认为理想的加热温度的改进方法。同样,20分钟的加热时间是最好的结果显示如图7 (b)。
(一)
(b)
3.6。准确度和精密度
我们都知道,PNP型的浓度随着广泛的变化无论地下水或地表水。为了模拟复杂PNP型污染样本尽可能约,一批PNP型样本包含nano-Fe(哦)3不同浓度已知的准备和测试。准确度和精密度的测定根据本文提出的方法。每个样本重复12次研究该方法的准确度和精密度,并调查结果如表所示4。科学,方法的准确性和相对标准偏差小于3%和6%,分别可以满足实际测试的要求。
3.7。环境影响
在这篇文章中,铁(OH)的问题3纳米颗粒干扰PNP型的比色试验已经圆满地解决了,方法很简单,可靠和适用。这是证明了在破坏稳定nanocolloids heating-acidizing方法好,从而消除干扰的经验和精度提高流行的决心。虽然不是那么先进技术,紫外可见分光光度计可在几乎所有实验室由于其低价格和实用性。因此,本研究可以为环境工作者提供新的想法和实验室工作人员不配备大型设备,它有更广泛的应用价值。
报道的方法没有被用于治疗真正的样品,但是有成功的应用在我们的后续研究的科学样本。实际上,Fe-based纳米材料已经被证明是有效的催化剂修复污染的地表水/地下水PNP型或其他有机物种。然而,PNP型总是不准确确定浓度的分光光度法由于铁的干扰(哦)3纳米粒子从Fe-based纳米材料逐渐演变。这技术挑战已经完全解决了这种改进方法,方法研究,这些工作提供了技术保证其他纳米粒子的补救。
实际上,由于新兴的纳米技术,不仅可能有Fe-based纳米颗粒,而且Ag纳米颗粒(45),金纳米颗粒(46),TiO2纳米粒子(47),铜纳米粒子(48)等,在不同的样品。这是可能的,这些工程纳米颗粒干扰污染物检测的准确性。在这种情况下,可以使用heating-acidification摧毁纳米粒子的稳定性,以便更好、更准确的测定。
总结上面的参数,该方法的最重要的优势超过其他光谱光度测量的方法是实现环境污染物的比色测定的干扰下经验,大大扩展分光光度法技术的应用范围。
4所示。结论
在这篇文章中,甲醇用于淬火高能自由基,nano-Fe(哦)3胶体被盐酸介质温度,抗坏血酸被用来掩盖FeCl3。我们成功建立了一个新的、准确比色法测定的PNP型铁(OH)的存在3纳米粒子。批实验的结果显示,最合适的条件比色系统的剂量盐酸,抗坏血酸和甲醇5%,1 g / L,和10%,分别酸化预处理的温度是60°C,和加热时间是20分钟。此外,它是证明PNP型可以简单有效地测试,即使在高矿化度水样本。该方法的准确性和精度是好的,他们可以满足实际需求的样本。科学,这项工作提供了新思路的分析和测试工程纳米颗粒的存在。
数据可用性
使用的数据来支持这项研究的结果包括在本文中。任何进一步信息可从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
作者的贡献
夏回族和杨Yuesuo构思和设计实验;夏回族执行实验,准备最初的草案,并分析了数据;文晶张和Yuesuo杨贡献与试剂/材料/分析工具;和杨Zhijie Zhenxue戴负责融资收购,审查和编辑。所有作者已阅读及同意发布版本的手稿。
确认
这项研究是由中国国家重大研发项目(没有。2018 yfc1800904),国家自然科学基金委项目(41703125和41703125号),和辽宁省的主要研发项目(没有。2020 jh2/10300083)。