新型螯合树脂的制备及在食品重金属检测中的应用

【摘要】近年来随着人类活动及工业的发展,食品受到重金属(如汞、镉、铅、砷等)污染的现象越来越引起人们的重视,食品中的重金属含量已作为食品安全检测中的必检项目,因此建立食品中痕量重金属的分析检测方法,对于维护人类健康及评价不同食品中的重金属对人体的危害意义重大。近来发展的重金属检测方法ICP-MS、ICP-AES、HG-AFS等,灵敏度及选择性高,但检测成本偏高,不利于普及到中小型食品生产企业。相比较而言,分光光度计是一种较经济的分析测定仪器,紫外-可见分光光度法具有操作简单、运行成本低等优势,但易受仪器检出限的限制和共存离子的干扰。食品中的重金属的浓度可能是痕量的,甚至低于该分析方法的检出限,且食品中的重金属种类较多；因此需对样品进行预富集、分离等前处理才能进行分析测定。本文在综述了螯合树脂及其对重金属吸附性能研究的基础上,以氯甲基化聚苯乙烯为母体,与杂环配体反应制备新型螯合树脂,并探讨出最佳制备工艺；通过静态和动态吸附研究了其对重金属的吸附性能,据此筛选出性能优良的螯合树脂,应用于食品中痕量汞的分离预富集,并用紫外-可见分光光度法进行测定；建立了选择性分离预富集-紫外-可见分光光度法测定食品中痕量汞的分析检测方法。主要研究内容如下：1.以氯甲基化聚苯乙烯珠体(俗称氯球)为母体,与对重金属具有优良螯合性能的含氮、硫原子的8种杂环有机配体发生亲核反应,并筛选出5种螯合树脂。从反应溶剂、反应温度、物料比确定了树脂合成的最佳工艺条件。利用元素分析仪测出树脂的含氮量,相应得出功能基含量及功能基转化率；利用红外光谱仪对合成的树脂进行了结构表征；采用热重技术对制备的树脂进行热分解来探究其热稳定性,并验证其合成路线。AR、APR、ABTR、MTR及MBMR转化率分别为71.4%、37.4%、48.8%、91.6%和75.4%,功能基含量分别为2.8、1.8、2.0、3.5和2.8mmol/g。2.研究了5种螯合树脂对7种常见的重金属离子的吸附性能,筛选出对Hg(Ⅱ)吸附量大、选择性优良、易洗脱的3种螯合树脂,重点研究了其对Hg(Ⅱ)的吸附行为与机理。静态吸附性能的研究表明：3种螯合树脂对Hg(Ⅱ)均具有较大的吸附容量,AR、APR和MTR分别为383.4mg/g(pH=4)、304.1mg/g(pH=5).343.6mg/g(pH=6);对Hg(Ⅱ)与其他金属离子组成的二元混合体系的分离系数均很高,能实现Hg(Ⅱ)与其他金属离子共存时的良好分离,综合分离选择性是AR>MTR>APR。ABTR对Cd(Ⅱ)的静态吸附量在pH=4时达201.8mg/g,对Cd(Ⅱ)与其他金属离子组成的二元混合体系的分离系数较高,能较好地实现Cd(Ⅱ)与其他金属离子共存时的良好分离。在洗脱实验中,1.0mol/LHCl-5%硫脲、1.5mol/LHCl-5%硫脲、2.0mol/LHCl-5%硫脲可分别实现对AR、APR及MTR的完全洗脱,将吸附饱和后的3种树脂重复5次吸附-解吸,表明这3种树脂均具备良好的再生及重复使用性能。在实验条件下,未找到理想的对ABTR吸附Cd(Ⅱ)的洗脱剂,可能是ABTR在吸附Cd(Ⅱ)的过程中和Cd(Ⅱ)形成结合力较强的键,使得洗脱困难。将3种树脂在不同温度下对Hg(Ⅱ)的吸附与Langmuir和Freundlich等温吸附模型进行线性拟合,结果更符合Langmuir等温方程；动力学研究表明,3种树脂对Hg(Ⅱ)的吸附符合二级动力学模型。热力学参数显示,3种树脂对Hg(Ⅱ)的吸附是自发进行、吸热的化学反应过程。动态实验研究表明：/AR、MTR对Hg(Ⅱ)的动态吸附容量分别为417.0和475.1mg/g；吸附穿透曲线符合Thomas模型；在动态条件下均可实现完全解吸；经过3次动态吸附-解吸循环使用后,树脂的吸附效率均不低于95%,比较可知,AR脂具有更优良的重复使用及再生性能。3.建立了AR柱分离预富集-紫外可见分光光度法测定食品中痕量汞的分析检测方法,并成功的应用于食用菌干制品、水产品、动物性食品及蔬菜中汞含量的测定。该方法与ICP-AES的测定结果基本一致,可以扩展到其他食品及样品中痕量汞的分析检测。
【作者】冯玉萍；
【导师】郑群雄；
【作者基本信息】浙江工商大学，食品工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】螯合树脂；重金属；制备；吸附；分离预富集；检测；

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