一种快速高效测定钒价态的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速高效测定钒价态的方法，该方法利用高效液相色谱

【技术实现步骤摘要】
一种快速高效测定钒价态的方法


[0001]本专利技术涉及环境检测
，具体为利用高效液相色谱电感耦合等离子体质谱分离测定溶液中钒形态的方法。

技术介绍

[0002]炼油过程、采矿以及钢铁和杀虫剂的生产会导致钒污染环境。钒具有从
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1到+5价的氧化态。在自然界和生物系统中，钒最常见于+4和+5价态。如果在强还原状态下，钒也可以以+3态存在。钒在低浓度下诱导细胞生长，并已被发现具有抗癌、抗糖尿病和抗HIV特性。然而，在高浓度下，它对植物、小鼠、淡水生物和人类有毒。此外，V(V)比V(IV)和V(III)氧化态毒性更大。因此，对钒的价态进行分离和量化，以评估它们对环境和生物系统的潜在风险具有重要意义。
[0003]过去已经采用了许多不同的技术来确定钒的价态。有研究表明，在强阴离子交换柱上捕获V(IV)和V(V)，然后使用含有EDTA、四丁基氢氧化铵和异丙醇的溶液选择性地洗脱V(IV)，然后用原子吸收光谱法测定。有研究使用离子交换树脂来同时吸附这两种物质，并使用不同的络合剂将它们洗脱下来。但这些方法程序冗长，对于常规分析来说非常复杂。
[0004]对于V(IV)和V(V)的形态分析，已经开发了高效液相色谱(HPLC)方法。将钒与EDTA复合，然后将其引入C8色谱柱并通过紫外吸收进行检测。在低pH值下，V(IV)和V(V)离子分别以VO
2+
形式存在。无机V(IV)易被空气和高pH水溶液氧化，然而，当与EDTA结合时，V(IV)和V(V)在溶液中可稳定数月，因为它们分别形成复合物[VO(EDTA)]2‑
和[VO2(EDTA)]3‑
，正是这种电荷差异使它们的分离成为可能。用电感耦合等离子体质谱仪(ICPMS)作为检测器，与液相色谱进行联用是近年来比较常见的高效分离检测方法。目前，这些方法存在检测限高、分辨率低和分析时间长。对于钒元素，在天然水中，浓度非常低，总钒浓度通常在0.5
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2.5ugL
‑1之间，检测误差较大，所以本专利选取了受过污染的沉积物和人工培养的细菌进行实验。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种快速高效测定钒价态的方法，
[0007](1)确定了最优的流动相的组成、进样速度、pH范围和最小进样量。
[0008](2)利用高效液相色谱电感耦合等离子体质谱测定钒形态，本专利技术在此公开了V(III)、V(IV)和V(V)三种形态的EDTA络合物的制备方法、影响因素等。
[0009](3)为了解钒形态在环境中的去向和分布，将该方法应用水体沉积物和微生物中，测定沉积物孔隙水中钒的形态分布，测试在厌氧条件下钒形态之间的转化。
[0010](4)进一步公开了测定希瓦氏菌培养液中钒形态的方法，目的是测试这种细菌是否可以将V(V)还原为毒性较低的V(IV)和V(III)，为治理钒污染的环境生物修复技术提供了监测手段。
[0011](二)技术方案
[0012]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种快速高效测定钒价态的方法，具体包括以下步骤：
[0013]S1、不同价态V
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EDTA络合物的制备：
[0014]V(IV)
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EDTA和V(V)
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EDTA：将0.215g EDTA固体添加到25mL V(IV)和V(V)储备液中，制备V
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EDTA储备液，将混合物加热并超声处理15分钟，确保EDTA完全溶解，然后进行涡流并静置15分钟，以完全形成复合物，使用HNO3和NH4OH将每个V
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EDTA储备溶液的pH值调整为5
‑
6；用水将储备溶液定容稀释到100mL，并通过0.45um的过滤器过滤后超声，防止再次结晶。制成的V(IV)
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EDTA和V(V)
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EDTA储备液分别可以稳定6个月和1年，使用时取出储备液稀释并混合，得到V(IV)
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EDTA和V(V)
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EDTA的混合溶液。
[0015]V(III)
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EDTA：三价钒易氧化和光解，配置三价钒标液使用VCl3，它对氧气和光敏感，所以用Na4(EDTA)合成Na[V(EDTA)(H2O)].3H2O，增加三价钒的稳定性。首先溶解过量的Na4(EDTA)于10mL去离子水中，在暗室准确称取0.803gVCl3，加入上述溶液中，在黑暗中反应30min。加入乙醇生成深褐色的固体沉淀，然后进行真空过滤，固体用乙醚多次洗涤，产物的回收率可以达到80％以上。称取0.0426g上述合成产物，溶解到50mL水中，即得到V(III)
‑
EDTA络合物，该储备液可稳定保存一个月。
[0016]S2、形态分离：
[0017]将S1配置的V(III)
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EDTA、V(IV)
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EDTA和V(V)
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EDTA络合物混合配置成不同浓度梯度的含有三种价态的溶液，然后配置流动相，随流动相进液相
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质谱进行分离测定。图1为三种价态钒的谱图浓度均为5ug L
‑1的条件下，用阴离子交换色谱柱分离三种价态钒的谱图。这些结果是在优化了流动相组成、浓度和pH以实现最佳分离度、分析时间、重现性和灵敏度后获得的。
[0018]S3、应用：测定巢湖入湖口的沉积物孔隙水中钒的价态
[0019]在巢湖的南淝河入湖河道方向，设置6个采样点，采集表层沉积物，冷冻带至实验室离心获取孔隙水溶液，样品分别通过0.45滤膜过滤，并立即加入过量的Na4EDTA，使钒与EDTA迅速络合，防止氧化，该样品可稳定保存1个月。在分析之前，样品用已经充氮去氧的2.5mM EDTA溶液稀释100倍，装到2mL的色谱瓶中，通过自动进样器进样进行分离测定。
[0020]S4、应用：希瓦氏菌对钒形态转化的影响
[0021]将偏钒酸钠V(IV)和肌红石V(V)与希瓦氏菌在厌氧罐中培养。培养1、7、14、28、60和90天后，对上清液进行钒形态分析。
[0022]优选的，为了确认合成步骤S1中V(III)
‑
EDTA络合物的特性，先称取一点固体产物溶解在1:1的甲醇：去离子水中，并在负电离模式下使用电喷雾质谱对产物进行表征，观察其是否能出现特征峰值，用40uLmin
‑1的注射泵将样品直接注射导入仪器。
[0023]优选的，用于测试和建立标线的V(IV)
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EDTA和V(V)
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EDTA溶液需要单独配置后保存，分析测试前再将其混合配置。
[0024]优选的，所用液相分离系统是Agilent 1100(Agilent Technologies，Santa Clara,CA)，离子交换柱为PRP X100强阴离子交换柱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速高效测定钒价态的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、不同价态V
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EDTA络合物的制备：V(IV)
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EDTA和V(V)
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EDTA：将0.215g EDTA固体添加到25mL V(IV)和V(V)储备液中，制备V
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EDTA储备液，将混合物加热并超声处理15分钟，确保EDTA完全溶解，然后进行涡流并静置15分钟，以完全形成复合物，使用HNO3和NH4OH将每个V
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EDTA储备溶液的pH值调整为5
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6；用水将储备溶液定容稀释到100mL，并通过0.45um的过滤器过滤后超声，防止再次结晶，制成的V(IV)
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EDTA和V(V)
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EDTA储备液分别稳定6个月和1年，使用时取出储备液稀释并混合，得到V(IV)
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EDTA和V(V)
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EDTA的混合溶液；V(III)
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EDTA：三价钒易氧化和光解，配置三价钒标液使用VCl3，它对氧气和光敏感，所以用Na4(EDTA)合成Na[V(EDTA)(H2O)].3H2O，增加三价钒的稳定性，首先溶解过量的Na4(EDTA)于10mL去离子水中，在暗室准确称取0.803gVCl3，加入上述溶液中，在黑暗中反应30min，加入乙醇生成深褐色的固体沉淀，然后进行真空过滤，固体用乙醚多次洗涤，产物的回收率达到80％以上，称取0.0426g上述合成产物，溶解到50mL水中，即得到V(III)
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EDTA络合物，该储备液可稳定保存一个月；S2、形态分离：将S1配置的V(III)
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EDTA、V(IV)
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EDTA和V(V)
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EDTA络合物混合配置成不同浓度梯度的含有三种价态的溶液，然后配置流动相，随流动相进液相
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质谱进行分离测定；S3、应用：测定巢湖入湖口的沉积物孔隙水中钒的价态：在河流入湖河道方向，设置6个采样点，采集表层沉积物，冷冻带至实验室离心获取孔隙水溶液，样品分别通过0.45滤膜过滤，并立即加入过量的Na4EDTA，使钒与EDTA迅速络合，防止氧化，该样品可稳定保存1个月，在分析之前，样品用已经充氮去氧的2.5mM EDTA溶液稀释100倍，装到2mL的色谱瓶中，通过自动进样器进样进行分离测定；S4、应用：希瓦氏菌对钒形态转...

【专利技术属性】
技术研发人员：王燕，杭小帅，朱冬冬，张澜，周莉，尤晓慧，
申请(专利权)人：生态环境部南京环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：