本發(fā)明屬于水環(huán)境安全檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及環(huán)境水樣中痕量鈾的固相萃取分離和多相光催化共振熒光分析檢測(cè)及二者在環(huán)境水樣中鈾污染物的檢測(cè)應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著以鈾為重要原料之一的核工業(yè)的迅速發(fā)展，鈾在生活環(huán)境中的污染已成為研究的熱點(diǎn)。鈾是一種同時(shí)具有化學(xué)毒性和放射毒性的重金屬元素，嚴(yán)重危害人類健康和生態(tài)環(huán)境。鈾的化學(xué)基因毒性類似于六價(jià)鉻，而鈾的放射毒性與受到的輻射強(qiáng)度密切相關(guān)，高劑量鈾的放射性損害主要造成腎損傷、肺癌和泌尿系統(tǒng)疾病。所以對(duì)于環(huán)境中痕量鈾污染的及時(shí)檢測(cè)和預(yù)警，是避免人類遭受鈾輻射傷害的最有效手段之一，對(duì)于治理環(huán)境污染有著非常重要的意義，日益受到重點(diǎn)關(guān)注。

環(huán)境水可能受到鈾礦開(kāi)采、冶煉及核工業(yè)排放等過(guò)程的污染，鈾酰離子(Uranyl ion，UO₂²⁺) 是鈾在水環(huán)境中的主要存在形式。目前，分離、檢測(cè)水中鈾的方法技術(shù)主要有：離子交換法、X-射線光譜法、ICP-MS等。這些方法既有各自的優(yōu)點(diǎn)，但還需要進(jìn)一步提高檢測(cè)效率、降低成本和簡(jiǎn)化樣品處理的繁瑣過(guò)程。也有一些簡(jiǎn)便易行的UO₂²⁺傳感方法被開(kāi)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)UO₂²⁺現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，但已有的傳感檢測(cè)方法或因靈敏度較低、選擇性差，或因抗基質(zhì)干擾能力較低，尚無(wú)法直接用于實(shí)際環(huán)境水樣中痕量UO₂²⁺ 的檢測(cè)。近期有人提出利用功能化DNAzyme、納米金和辣根過(guò)氧化物酶相結(jié)合，通過(guò)紫外可見(jiàn)光譜法檢測(cè)鈾，該法操作簡(jiǎn)便，但所需功能化DNAzyme、納米金和辣根過(guò)氧化物酶等成本較高且需在極低溫（-20℃）下保存，條件苛刻難以普及應(yīng)用。本發(fā)明將膠粒表面分子印跡聚合物（Molecularly imprinted polymer，MIP）分離技術(shù)與多相光催化共振熒光法相結(jié)合，成功應(yīng)用于檢測(cè)環(huán)境水樣中痕量鈾的含量，能有效克服了上述不足。檢測(cè)環(huán)境水中的含量極低的鈾時(shí)，首要任務(wù)是需從成分復(fù)雜的環(huán)境水樣中選擇性分離-富集污染鈾。分子印跡聚合物的吸附分離技術(shù)以獨(dú)特的識(shí)別和親合能力引起科技工作者的關(guān)注，是近年發(fā)展迅速的分離方法。磁性MIP對(duì)模板分子具有特異識(shí)別功能和極強(qiáng)的吸附性，同時(shí)，當(dāng)完成了對(duì)模板分子的識(shí)別與吸附后，能在外加條件（酸或堿性）下將其從樣品基質(zhì)中分離出來(lái)，因此特別適合于復(fù)雜體系中目標(biāo)物的分離富集。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)環(huán)境水樣中痕量鈾酰離子高靈敏、高選擇性檢測(cè)的技術(shù)難題，提供一種靈敏準(zhǔn)確檢測(cè)水環(huán)境中痕量鈾酰離子的方法。該方法通過(guò)共振熒光測(cè)定即可實(shí)現(xiàn)對(duì)UO₂²⁺進(jìn)行準(zhǔn)確定量快速檢測(cè)，具有靈敏度高、特異性強(qiáng)、抗基體干擾強(qiáng)、簡(jiǎn)單快速和低成本等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 ：

一種精準(zhǔn)檢測(cè)水環(huán)境中痕量鈾的多相光催化共振熒光法，制備了一種對(duì)UO₂²⁺具有特異選擇性的磁性Fe₃O₄核-SiO₂殼納米粒鈾酰分子印跡聚合物（uranyl molecularly imprinted polymer，UMIP），水樣中的鈾吸附于UMIP的表面后形成含鈾的鈾酰分子印跡聚合物（Uranium uranyl molecularly imprinted polymer, UMIP-UO₂²⁺）。在強(qiáng)的可見(jiàn)光照射下，UMIP-UO₂²⁺能高效催化溶液中 KBrO₃ 氧化羅丹明G，使羅丹明G的濃度明顯下降，導(dǎo)致其熒光強(qiáng)度降低。且隨著鈾的濃度逐漸增加使溶液熒光強(qiáng)度呈線性減小，根據(jù)溶液熒光強(qiáng)度降低值與鈾濃度的線性相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)UO₂²⁺ 離子的靈敏、特異性精準(zhǔn)檢測(cè)。

一種精準(zhǔn)檢測(cè)水環(huán)境中痕量鈾的多相光催化共振熒光法，包括以下步驟：

(1) 固相萃取鈾的固定相（UMIP）的制備；

(2) 固相萃取劑 UMIP 的預(yù)處理；

(3) 環(huán)境水樣或合成水樣中鈾的固相萃取；

(4) 多相光催化共振熒光法精準(zhǔn)檢測(cè)實(shí)際環(huán)境水樣中痕量UO₂²⁺。

步驟（1）具體為：

取適量鈾酰-Salophen配合物和3-氨丙基三乙氧基硅烷依次溶于在無(wú)水乙醇中，再加入四乙氧基硅烷后混勻，在不斷攪拌下加入適量的Fe₃O₄@SiO₂和鹽酸，在室溫和持續(xù)攪拌下反應(yīng) 15h。反應(yīng)完成后，用磁鐵吸引分離，得到合成的“磁性核-殼型納米粒鈾酰分子印跡聚合物（UMIP）”產(chǎn)品，用無(wú)水乙醇洗滌兩次，真空干燥，用于固相萃取環(huán)境水樣中的鈾；

所述鈾酰-Salophen配合物的制備具體為：稱取0.025mol 5-氯甲基水楊醛 溶于盛有 80 mL 無(wú)水乙醇的燒瓶中，滴加 0.01mol 3,4-二氨基苯甲酸乙醇溶液，回流攪拌2 小時(shí)，冷卻至室溫，抽濾，用乙醇重結(jié)晶，真空干燥后得到 Salophen，將 Salophen加入到盛有 50ml 乙醇的燒杯中，并加入 7.5 mmol醋酸鈾酰，攪拌回流45 min，冷卻至室溫，抽濾，用乙醇淋洗，取出后真空干燥，制得鈾酰-salophen配合物，置于60℃真空干燥箱中干燥；

所述的Fe₃O₄@SiO₂制備具體為：取0.5 g Fe₃O₄磁性納米粒子分散在盛有80 mL乙醇和20 mL蒸餾水的燒瓶中，超聲45 min。再加入5 mL 25%的氨水和4 mL四乙氧基硅烷，室溫下持續(xù)攪拌9小時(shí)。用磁鐵分離反應(yīng)后的產(chǎn)物，用蒸餾水反復(fù)洗滌，放入60℃真空干燥箱中干燥；

所述Fe₃O₄磁性納米粒子的制備具體為：取 5 mmol檸檬酸鈉，0.2 mol NaNO₃ 以及 20 mmol NaOH，溶于 100 mL 蒸餾水，放入沸水水浴中恒溫，快速加入2 mol L^-1 硫酸亞鐵溶液5 mL，溶液顏色迅速變黑，攪拌反應(yīng) 1.5 小時(shí)。取出冷卻，用磁鐵分離固體產(chǎn)物，用蒸餾水洗滌至清液為中性，置于 50℃ 真空干燥箱中干燥。

步驟（2）具體為：

由 (1) 得到的合成產(chǎn)物加入HCl進(jìn)行洗脫以除去鈾酰，采用紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)檢測(cè)合成物中的模板分子是否已完全清除；重復(fù)上述步驟，直至采用紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)無(wú)法檢測(cè)出鈾含量，將合成產(chǎn)物置于真空干燥箱干燥。

步驟（3）具體為：

取上述干燥的UMIP，置于小燒杯中，加入鈾酰標(biāo)準(zhǔn)溶液，在室溫下攪拌進(jìn)行鈾酰的選擇性吸附90 min，將磁鐵置于燒杯外側(cè)，吸引固體產(chǎn)物，棄去上清液，洗滌2-3次，真空干燥，直接用于多相光催化共振熒光法測(cè)定鈾。

步驟（4）具體為：

取等量經(jīng)步驟(2)洗脫后的 UMIP 顆粒分別置于數(shù)支反應(yīng)試管中，第一管留作空白，其余各管分別用不同濃度鈾標(biāo)準(zhǔn)溶液（或水樣）經(jīng)步驟 (3) 處理得到 UMIP-UO₂²⁺，然后各加入 Tirs-HAc 緩沖液、KBrO₃ 和 RhG，加入磁石，用去離子水稀釋至 5 m l刻度，搖勻后進(jìn)行多相光催化反應(yīng) 20 min，取出，取上層溶液移入離心管。置于離心機(jī)中離心。上清液在 450-650 nm 范圍（以 λ_ex = λ_em）同步掃描得共振熒光光譜，并測(cè)定 543 nm 處的共振熒光強(qiáng)度 ( F 和 F₀)， 計(jì)算 ΔF = F₀ – F，以ΔF 對(duì) UO₂²⁺ 濃度（c）繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，以標(biāo)準(zhǔn)曲線法檢測(cè)水樣中痕量鈾的含量。

采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法檢測(cè)被測(cè)物時(shí)，為了保證檢測(cè)方法具有良好的精密度，需要平行測(cè)量多管標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液，這對(duì)多相光催化檢測(cè)而言，實(shí)驗(yàn)裝置的精心設(shè)計(jì)和制備顯得更為重要。本發(fā)明特設(shè)計(jì)多相光催化檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括：①光照系統(tǒng)要求光強(qiáng)度適合，光照均勻，光源熱效應(yīng)?。虎诜磻?yīng)系統(tǒng)要求試管透明，各管分布均勻，便于實(shí)驗(yàn)操作；③攪拌系統(tǒng)要求各管反應(yīng)速度一致；④具有恒溫性能。本發(fā)明自行設(shè)計(jì)和制備的光催化檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

本發(fā)明的有益效果在于：

（1）本發(fā)明使用核(Fe₃O₄)-殼(SiO₂)型磁性納米粒表面鈾酰分子印跡聚合物（Fe₃O₄@SiO₂/MIP）進(jìn)行固相萃取樣品鈾，具有特點(diǎn)：①鈾酰印跡結(jié)合點(diǎn)均處于納米粒表面，能樣品溶液充分接觸，有利于提高萃取效率，使得水樣中鈾富集達(dá)到最大程度；②采用[鈾酰-Salophen] 配合物為分子印跡的模板分子，印跡的結(jié)合位點(diǎn)是以鈾酰離子結(jié)構(gòu)量身定制的，構(gòu)成鈾酰離子的特定的配位尺寸和模式，所以對(duì)鈾酰萃取選擇性良好；③由SiO₂構(gòu)成的納米粒殼有良好的親水性，特別適用水溶液中鈾的萃取；④由Fe₃O₄構(gòu)成納米粒的核在SiO₂殼的保護(hù)下能防止氧化，所以具有良好的磁性，可方便的通過(guò)（電）磁性分離，有效簡(jiǎn)化了操作。⑤該固相萃取劑是綠色環(huán)護(hù)產(chǎn)品，無(wú)任何毒性，在實(shí)驗(yàn)完成后收集，只需經(jīng)簡(jiǎn)單強(qiáng)酸洗脫處理便可再生，重復(fù)使用；

（2）本發(fā)明直接使用固相萃取樣品鈾后的固相萃取劑作為多相光催化共振熒光法的催化劑，一方面萃取后鈾酰在粒子表面與Salophen形成具有特殊結(jié)構(gòu)的配合物，已有大量的研究和我們的實(shí)驗(yàn)證明鈾酰-Salophen配合物具有極強(qiáng)的光催化活性，由此能提高催化作用和檢測(cè)靈敏度；另一方面無(wú)需進(jìn)行鈾的洗脫過(guò)程，這不僅簡(jiǎn)化了操作，而且更重要的可避免鈾在洗脫過(guò)程的損失而保證測(cè)定方法準(zhǔn)確度，同時(shí)也消除了洗脫時(shí)鈾濃度的稀釋從而保證檢測(cè)方法的靈敏度；

（3）本發(fā)明根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，自主設(shè)計(jì)并制備用于多相光催化動(dòng)力學(xué)分析法的裝置。該裝置具有光照均勻且強(qiáng)度大，恒溫效果好，電磁攪拌速度均勻可控，可同時(shí)進(jìn)行多管平行實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。適用于各類多相光催化動(dòng)力學(xué)分析法，可有效保證多管同時(shí)反應(yīng)時(shí)條件（光照、攪拌、時(shí)間、溫度）高度一致，使測(cè)定方法具有良好的精密度；

（4）本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快，檢測(cè)整個(gè)過(guò)程在2.5小時(shí)之內(nèi)完成，檢測(cè)成本低，一個(gè)樣品檢測(cè)成本低于 6.5 元；

（5）本發(fā)明所建立的檢測(cè)方法具有良好的選擇性，其它常見(jiàn)離子（ F^-、Mg²⁺、Pb²⁺、Cr²⁺、K⁺、Zn²⁺、Ca²⁺、Hg²⁺、Al³⁺、Lu³⁺、Hg²⁺、Mn²⁺、Ag⁺），不干擾 UO₂²⁺離子的檢測(cè)；所以新建立的檢測(cè)方法具有良好的抗基質(zhì)干擾能力，檢測(cè)水樣無(wú)需復(fù)雜的前處理過(guò)程，只需要過(guò)濾去除水樣中的沙土及懸浮物，便可立即檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖 1多相光催化精準(zhǔn)檢測(cè)水環(huán)境中痕量鈾的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中 1 為試管，2 為上隔板，3 為出氣口，4 為避光板，5 為光源， 6 為進(jìn)氣口，7 為底板，8 為磁力攪拌器，9 為磁石；

圖2測(cè)定鈾（UO₂²⁺）的標(biāo)準(zhǔn)曲線；

圖3磁性納米粒鈾酰分子印跡聚合物的紅外光譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，本發(fā)明所涉及的主題范圍并非僅限于這個(gè)實(shí)例。

實(shí)施例 1

1.UMIP制備

取 0.15g [鈾酰-Salophen] 和3 ml 3-氨丙基三乙氧基硅烷分散在50 mL無(wú)水乙醇中攪拌0.5小時(shí)，再加入4 mL 四乙氧基硅烷 ，繼續(xù)攪拌20 min， 加入0.40 g Fe₃O₄@SiO₂和 1 mL 0.01 mol/L的鹽酸，室溫下持續(xù)攪拌反應(yīng)15小時(shí)。反應(yīng)完成后，用磁鐵將合成的磁性核-殼型納米粒表面鈾酰-Salophen分子印跡聚合物（UMIP）分離出來(lái)，用無(wú)水乙醇洗滌，60℃真空干燥。同時(shí)作為參比，在不加入鈾酰的情況下，可以用同樣方法合成磁性非分子印跡聚合物。

2.UMIP的預(yù)處理

將合成的 UMIP 產(chǎn)品放入盛有 10 ml 0.5 mol/L HCl 的小燒杯中，攪拌洗脫 90 min；提取合成產(chǎn)物，直至采用紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)檢測(cè)“磁性Fe₃O₄核-SiO₂殼納米粒表面鈾酰分子印跡聚合物”中的模板分子已完全清除。

3. 環(huán)境水樣或合成水樣中鈾的固相萃取：

準(zhǔn)確稱取UMIP 10.0 mg ，置于小燒杯中，加入不同濃度的鈾酰標(biāo)準(zhǔn)溶液 5 ml 或適量環(huán)境水樣，在室溫下攪拌吸附 90 min。移取上層液離心分離（5000 r/min，10 min）。取離心分離后的上層液 1ml 于試管中，用紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定測(cè)定平衡吸附液中未萃取的鈾酰濃度，由此計(jì)算萃取率。

4.多相光催化共振熒光法精準(zhǔn)檢測(cè)實(shí)際環(huán)境水樣中痕量UO₂²⁺。

取多支10 mL 玻璃管平行操作，各加入 pH 5.0 Tirs-HAc 緩沖液 1.5 mL，1.2 ml KBrO₃ 溶液，0.5 ml RhG 溶液，其中一支加入10 mg 洗脫后的UMIP（空白管），其他各管按照鈾濃度順序的標(biāo)準(zhǔn)溶液或水樣依次加入10 mg 經(jīng)步驟(3)吸附處理后的UMIP，用去離子水稀釋至 5ml刻度，均放入檢測(cè)裝置，在磁力攪拌下進(jìn)行平行光催化反應(yīng) 20 min，取出，置于 4000 r/min 的離心機(jī)中離心 5min。取上清液在 450-650 nm 范圍（以λ_ex = λ_em）同步掃描得共振熒光光譜，測(cè)定 543 nm 處的共振熒光強(qiáng)度 F 和試劑空白 F₀，以 ΔF = F₀– F 對(duì) UO₂²⁺ 濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（見(jiàn)圖2），檢測(cè)水樣中痕量鈾的含量。

實(shí)施例 2

如圖2為多相光催化檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)裝置，本實(shí)驗(yàn)裝置主要由光催化反應(yīng)系統(tǒng)、低熱強(qiáng)光光源、風(fēng)冷恒溫系統(tǒng)和電磁攪拌系統(tǒng)四部分組成，

光催化反應(yīng)系統(tǒng)由8-10支透明玻璃具塞比色試管組成，從上均勻插入風(fēng)冷恒溫箱內(nèi)部，并對(duì)稱分布于光源周圍，反應(yīng)管內(nèi)注入反應(yīng)溶液、吸附鈾的UMIP和小型磁性攪拌子；低熱強(qiáng)光光源采用直形節(jié)能燈；風(fēng)冷恒溫系統(tǒng)由風(fēng)冷恒溫箱和空氣壓縮機(jī)（或真空泵）兩部分組成，采用室溫下空氣流動(dòng)冷卻恒溫，恒溫箱的四周和上蓋可由不透光木板或塑料板材構(gòu)成，而底層是較薄的不銹鋼板材，以利于磁力攪拌，并固定試管的凹槽口能防止試管晃動(dòng)；電磁攪拌系統(tǒng)包括電磁攪拌器和裝入反應(yīng)管內(nèi)磁性攪拌子。風(fēng)冷恒溫箱底部具有與電磁攪拌器上部金屬圓盤相配的圓形卡槽，以固定風(fēng)冷恒溫箱。開(kāi)動(dòng)磁力攪拌器，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可透過(guò)不銹鋼底板，帶動(dòng)比色管磁性攪拌子轉(zhuǎn)動(dòng)。使試管溶液進(jìn)行磁力攪拌。

實(shí)施例 3

將采集的南華大學(xué)池塘水和工廠污水經(jīng)離心過(guò)濾沉淀后，用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理水樣，分離可能干擾的離子。分別取1ml 水樣按照實(shí)施例1的方法進(jìn)行操作，對(duì)照實(shí)施例1所得的標(biāo)準(zhǔn)鈾酰濃度的 ΔF 值，對(duì)水樣中的UO₂²⁺進(jìn)行定量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，與ICP-MS的測(cè)定結(jié)果大致相同，說(shuō)明本發(fā)明的方法是一種可精準(zhǔn)檢測(cè)水環(huán)境中UO₂²⁺的方法，適用于水環(huán)境中樣品檢測(cè)，

表1、利用所建立的方法對(duì)的南華大學(xué)池塘水和工廠污水水樣中UO₂²⁺離子的分析結(jié)果及與ICP-MS檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比

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