碲和砷的新型光化学还原及其分析应用

发布时间：2020-06-22 16:47

【摘要】：环境样品的痕量及超痕量元素的分析对环境科学以及环境地球化学方面的研究具有积极作用。但是,目前环境科学和环境地球化学研究中,缺乏准确、可靠及灵敏的痕量及超痕量元素分析方法常常制约相关研究的深入进行。因此,开发新型、高效和简单的元素分析法并应用于环境中痕量及超痕量元素的分析测定具有重要意义。紫外光诱导化学蒸气发生(UV-PVG)是利用低分子质量有机酸在紫外光辐射下光解产生强还原性/强氧化性自由基将目标分析物转化成蒸气形式引入原子光谱进行检测的进样方法,该方法不但具有进样效率高、基体干扰小等优点,还拥有操作简单、绿色环保以及经济节约等优势。碲(Te)是一种对人体有害的元素,可以造成人体内不同器官的衰竭。Te因其光电性能和热导性等优异性质,被广泛的应用于工业生产中。碲的广泛应用增加了人类接触到碲的可能性,从而可能对人类的健康造成威胁。砷(As)是一种有毒、具有致癌性的元素,可以导致人体皮肤、肺部、肝脏以及膀胱等部位的癌变。1993年,世界卫生组织(WHO)规定饮用水中As的含量不能超过10μg L~(-1)。因此,环境样品中的Te和As的准确分析测试具有很重要的意义。本论文的研究工作将建立使用过渡金属离子/光催化剂作为增敏剂的新型光诱导化学蒸气发生体系,用于测定环境样品中的碲元素和砷元素。具体工作包括以下两个部分:(1)由于在传统的光诱导蒸气发声体系中Te的蒸气发生效率低,限制了紫外光诱导化学蒸气发生对环境样品中痕量及超痕量Te的分析应用。过渡金属离子可以大大提高紫外光诱导化学蒸气发生的效率。光催化剂nano-TiO_2也可以有效提高Se(VI)的蒸气发生效率,在紫外光辐射下,nano-TiO_2可以产生光生电子,将Se(VI)还原后转化为其挥发性形态。而采用短波长紫外光(254 nm和185 nm)辐射可以有效提高nano-TiO_2的光催化效率,增加挥发性有机化合物的生成效率。因此,本研究发展了一种基于铁离子和nano-TiO_2协同作用的Te的高效紫外光诱导化学蒸气发生方法。在该体系中铁离子可大大增加Te(IV)的光化学还原效率,而nano-TiO_2则可在进一步提高Te(IV)的光诱导化学蒸气发生效率的同时并将Te(VI)还原为Te(IV)。相比传统的Te氢化发生方法,该技术可以直接应用于Te的总量分析,有效降低样品预还原过程中分析物的损失和污染的可能性。该方法成功的应用于水系沉积物、自来水、湖水以及河水中Te的测定。本研究首次报道了过渡金属离子和nano-TiO_2在光诱导化学蒸气发生法中的协同增敏作用,这一技术有望应用于其他元素的光有道化学蒸气发生及其分析应用。(2)过渡金属离子可效提高元素的紫外光诱导化学蒸气发生效率。但是,目前对于过渡金属离子作为增敏剂提高紫外光诱导化学蒸气发生体系效率的研究还比较少,而相关的研究对了解元素在自然环境中的光化学还原过程及其在分析中的相关应用具有积极的意义。因此,本研究发展了新型的基于钴离子增敏的As的光诱导化学蒸气发生体系。该紫外光诱导化学蒸气发生体系中,加入30μg mL~(-1)Co(II)可有效提高As挥发物的生成效率,增敏可达72倍,Co(II)的加入还可以加快As的反应动力学过程。在该体系中溶液的pH对As的挥发物的生成效率影响较大,当溶液pH为3时As的光诱导蒸气发生效率最高。在最优条件下,该方法的检出限可达4 ng L~(-1),具有灵敏度高和精密度高等优点。该方法有望用于环境样品中痕量/超痕量As的测定。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X142
【图文】：

光化学反应,水体,土壤

光化学是在可见光或紫外光的影响下进行的化学反应，根据光化学的第一定律，光必须被化合物吸收才能引发光化学反应的发生(Sturgeon,2017)。在自然界中，太阳光可以使环境中某些元素发生氧化还原反应或烷基化反应（As、Hg(Amyot et al., 1994 ;Pehkonen and Lin, 1998 ;Zhang and Lindberg, 2001 ;G rdfeldtandJonsson,2003)、Br(Swansonetal.,2002)、I(MooreandZafiriou,1994;Swansonet al., 2002)、以及 S (Watts, 2000)等），从而影响这些元素在自然界中的迁移和循环。此外，科学家们正在应用光化学反应解决我们生活中和科研过程中所面临的问题。例如，光化学反应在降解工业废水中有机物和重金属等污染物的过程中发挥着重要的作用(Chong et al., 2010)，在元素分析领域光化学也有着广泛的应用(Bendicho et al., 2010)。阳光照射在地球表面可能引发地表的矿物、植物残余、土壤中的机质和无机质、地表水（水系沉积和溶解有机质）以及大气等体系之间发生光化学反应(Doane,2017)，从而引起元素在自然界的迁移循环，如图 1-1 所示。

光化学,元素分析,紫外光诱导

图 1-2 光化学在元素分析领域的应用(Bendicho et al., 2010)光学过程在自然界中广泛存在，并且在元素在自然界的迁移循环过程中扮演着重要的角色。紫外光诱导化学蒸气发生是光化学过程应用的一部分。进一步了解紫外光诱导化学蒸气发生的机理可以有利于扩大紫外光诱导化学蒸气发生的应用范围，例如研究紫外光诱导化学蒸气发生烷基化对环境的影响，有利于将有毒金属或准金属转化为挥发性和毒性较小的物质（如将 Se（IV）转化为 DMSe），从而可通过天然或人造光化学过程对受污染的土壤和水体进行修复和降解。此外，如今在环境科学和环境地球化学研究中，缺乏准确、可靠及灵敏的痕量及超痕量元素分析方法常常制约相关研究的深入进行，因此开发新型、高效和简单的紫外光诱导化学蒸气发生法并应用于环境样品的痕量及超痕量元素的分析将对环境科学以及环境地球化学方面的研究具有积极作用。1.2 国内外研究现状、水平及发展趋势

【参考文献】