本发明属于环境分析化学领域，涉及一种基于浊点萃取分离测定水环境中金属硫化物纳米颗粒的方法。
背景技术：
金属纳米颗粒(m-nps)由于其优异的理化性质，在药物输送、复合材料及电子产品等领域得到了广泛应用。随着其生产量和使用量的增加，金属纳米颗粒会不可避免地被释放到环境中，对人体健康、生态环境和社会安全等造成潜在危害。大量研究表明，m-nps的毒性和迁移转化在很大程度上取决于其形态。m-nps的种类是可变的，通常包括金属硫化物纳米粒子(ms-nps)，金属氧化物纳米粒子(mo-nps)和零价金属(z-nps)，而ms-nps是水溶性环境中的m-nps的主要形态。因此，为了准确评估ms-nps对环境和人类健康的风险，需要一种快速准确的分析方法来分离和定量分析环境样品中的ms-nps。
目前，在水生环境中分析m-nps的常用方法包括超滤分离和预浓缩、固相萃取(spe)和离子交换树脂法(ier)，之后使用特定元素的检测器进行定量分析，例如电感耦合等离子体质谱(icpms)。同时，为了进一步获得有关m-nps大小分布的详细信息，基于色谱或电泳技术的在线耦合，例如液相色谱(lc)，薄层色谱(tlc)，场流分流(fff)，毛细管电泳(ce)和凝胶电泳(ge)等粒径分离技术与(icp-ms)联用在纳米分析领域也很普遍。然而，这些技术仅允许确定m-nps，而不能测定ms-nps。尽管x射线近边吸收光谱仪(xanes)可以克服该瓶颈，但却受到低灵敏度、高成本及仪器稀有性的阻碍。此外，由于m-nps在环境水体中的浓度低，样品基质复杂以及理化特性的多样性，m-nps在环境中的常规分析仍面临巨大挑战。因此，迫切需要建立一种准确快速地分离和测定复杂基质中ms-nps的方法。
技术实现要素：
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明提供了一种通过浊点萃取(cpe)与液相色谱法和电感耦合等离子体质谱法(lc-icpms)结合技术分离测定水环境中ms-nps的方法。
本发明基于cpe技术实现了所有形态m-nps的萃取富集，然后通过加入双(对-磺基苯基)苯基膦脱水二钾(bspp)水溶液对非金属硫化物纳米粒子(non-ms-nps)选择性溶解；最后采用lc-icpms联合测定得出m-nps和non-ms-nps含量，通过m-nps含量扣除non-ms-nps含量，实现了ms-nps的定量测定。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法，包括以下步骤：(1)采用浊点萃取(cpe)方法处理样品溶液，收集富集金属纳米颗粒的tx-114相；(2)向tx-114相加入双(对-磺基苯基)苯基膦脱水二钾(bspp)水溶液，对non-ms-nps选择性溶解；(3)采用液相色谱法和电感耦合等离子体质谱法(lc-icpms)相结合检测m-nps和non-ms-nps含量，实现在水环境中快速准确地分离测定金属硫化物纳米颗粒(ms-nps)。
具体的，上述一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法包括以下步骤：
(1)浊点萃取：向离心管中加入含金属纳米颗粒(m-nps)的样品溶液，然后依次加入tx-114溶液、nano3溶液和edta溶液，调节溶液的ph，随后将溶液在45℃水浴中加热15min，然后离心，去除上清液，收集tx-114相；
浊点萃取的条件：tx-114浓度为0.01％-0.3％(m/v)，nano3浓度为2-30mm，edta浓度为5mm，ph为3-9；
(2)bspp选择性溶解non-ms-nps：向步骤(1)获得的tx-114相中加入的双(对-磺基苯基)苯基膦脱水二钾(bspp)水溶液，室温下以300rpm震动15-120分钟；其中混合溶液中bspp的浓度为0.5-10mm；
(3)采用lc-icpms分别测定总m-nps和non-ms-nps浓度，通过从总m-nps含量中减去non-ms-nps含量来获得ms-nps的浓度。
优选的，步骤(1)中，tx-114的浓度为0.15％(m/v)，nano3的浓度为20mm。其中tx-114作为定量提取m-nps的表面活性剂。
优选的，步骤(1)所述的m-nps包括纳米ag、纳米au、纳米pd等零价金属纳米材料，纳米ag2s、纳米zns等金属硫化物纳米材料，以及纳米zro、纳米fe2o3、纳米zno等金属氧化物纳米材料；所述含金属纳米颗粒(m-nps)的样品溶液中m-nps浓度为100μg/l。
优选的，步骤(1)中ph为5。
优选的，步骤(1)中以hno3或naoh调节ph。
优选的，步骤(1)中所述离心是指以3000rpm离心5分钟。
优选的，步骤(2)中，混合溶液中bspp的浓度为5mm。将双(对-磺基苯基)苯基膦脱水二钾(bspp)水溶液加入至萃取后的m-nps中，可选择性溶解m-nps中的非金属硫化物纳米颗粒(non-ms-nps)而不改变ms-nps的原有形态。
优选的，步骤(2)中以300rpm震动15分钟。震动时间即为bspp溶解non-ms-nps的时间。
优选的，步骤(3)参照现有文献(zhou,x.x.；liu,j.f.；jiang,g.b.elementalmasssizedistributionforcharacterization,quantificationandidentificationoftracenanoparticlesinserumandenvironmentalwaters.environ.sci.technol.2017,51,3892-3901)进行操作：采用二通将lc和icpms连接，通过外标法测定溶液中金属纳米颗粒(m-nps)总含量；采用
在步骤(1)和(2)的基础上，通过以往文献(zhou,x.x.；liu,j.f.；jiang,g.b.elementalmasssizedistributionforcharacterization,quantificationandidentificationoftracenanoparticlesinserumandenvironmentalwaters.environ.sci.technol.2017,51,3892-3901)报道的液相色谱法和电感耦合等离子体质谱法(lc-icpms)相结合技术，可实现金属硫化物纳米粒子(ms-nps)的灵敏测定。测定m-nps总含量时不用色谱柱，而是用二通连接lc与icpms，此时ms-nps和金属离子不进行分离，直接全部进入icpms；而non-ms-nps测定时，用色谱柱，因为加入bspp后，non-ms-nps溶解为了金属离子，金属离子经过lc柱子，可以与金属硫化物纳米颗粒分离，实现准确测定。需要注意的是，之所以不能直接测定金属硫化物纳米颗粒，是由于如果金属硫化物纳米颗粒粒径大于50nm，就会有部分残留在色谱柱中。所以可以采用间接测定的方法来实现ms-nps浓度测定。
优选的，上述一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法的具体步骤为：
(1)向离心管中加入9.5ml含金属纳米颗粒(m-nps)的样品溶液，依次加入0.15ml的10％(m/v)tx-114水溶液、0.2ml的1mnano3溶液和0.25ml的200mmedta溶液；并将其ph值调节至5；随后将溶液充分混合并在45℃的水浴中加热15分钟，然后置于离心机中以3000rpm离心5分钟实现两相分离，用移液枪去除上层清液，保留下层tx-114相；
(2)在100μl下层tx-114相中加入100μl10mmbspp水溶液，室温下以300rpm震动15分钟；
(3)采用lc-icpms分别测定总m-nps和non-ms-nps浓度(测定方法与文献zhou,x.x.；liu,j.f.；jiang,g.b.elementalmasssizedistributionforcharacterization,quantificationandidentificationoftracenanoparticlesinserumandenvironmentalwaters.environ.sci.technol.2017,51,3892-3901相同)，通过从总m-nps含量中减去non-ms-nps含量来获得ms-nps的浓度。
本发明中的浓度单位m是指mol/l，mm是指mmol/l。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1、提供一种基于cpe与lc-icpms相结合，测定ng/l水平ms-nps的方法；
2、维持了ms-np的形貌和粒径分布；
3、方法简单，重复性好，灵敏度高。
附图说明
图1为本发明一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法的原理图。
图2为cpe萃取条件优化的实验结果；其中a为tx-114对m-nps萃取效率的影响，b为nano3对m-nps萃取效率的影响，c为样品溶液ph对m-nps萃取效率的影响。
图3为bspp选择性溶解non-ms-np条件优化；其中，a为bspp对non-ms-nps溶解的影响，b为bspp震荡时间对non-ms-nps溶解的影响。
图4为bspp溶解non-ms-nps的选择性考察；a为未经处理的含ag的m-nps，c为未经处理的含zn的m-nps水溶液色谱图，b为经处理的含ag的m-nps，d为经处理的含zn的m-nps水溶液色谱图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明提供了一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法，包括以下步骤：(1)采用浊点萃取(cpe)方法处理样品溶液，收集富集金属纳米颗粒的tx-114相；(2)向tx-114相加入双(对-磺基苯基)苯基膦脱水二钾(bspp)水溶液，对non-ms-nps选择性溶解；(3)采用液相色谱法和电感耦合等离子体质谱法(lc-icpms)相结合检测m-nps和non-ms-nps含量，实现在水环境中快速准确地分离测定金属硫化物纳米颗粒(ms-nps)。该方法原理如图1：水中的金属纳米颗粒包括金属硫化物纳米颗粒和非金属硫化物纳米颗粒。经过浊点萃取时，金属硫化物纳米颗粒和非金属硫化物纳米颗粒都可以萃取进tx-114相中，然后在tx-114相中加入bspp试剂，选择性地将非金属硫化物纳米颗粒溶解为金属离子，而不溶解金属硫化物纳米颗粒。而纳米颗粒和离子的粒径相差很大，因此可以采用lc-icpms进行分离。发明人通过实验对浊点萃取以及bspp选择性溶解non-ms-nps条件进行了优化，获得浊点萃取的条件：tx-114浓度为0.01％-0.3％(m/v)，nano3浓度为2-30mm，edta浓度为5mm，ph为3-9；最优浊点萃取条件如下：tx-114浓度为0.15％(m/v)，nano3浓度为20mm，edta浓度为5mm，ph为5；bspp选择性溶解non-ms-nps步骤中，bspp的浓度为0.5-10mm，最优为5mm，溶解时间为15-120min，最优为15min。
优化实验中lc-icpms测定方法与文献zhou,x.x.；liu,j.f.；jiang,g.b.elementalmasssizedistributionforcharacterization,quantificationandidentificationoftracenanoparticlesinserumandenvironmentalwaters.environ.sci.technol.2017,51,3892-3901相同，
(1)浊点萃取条件优化；
a.tx-114浓度的选择：在～9.5ml的m-nps(100μg/l)中，加入20mmnano3和不同浓度的tx-114(0.01％-0.3％，m/v)，以稀hno3或naoh调节ph至5。随后，将溶液置于45℃中水浴加热15min，取出后于离心机中3000rpm离心5min，用移液器分离除去上层清液，tx-114浓缩相以0.2ml超纯水稀释混匀后采用lc-icpms测定m-nps。
b.nano3浓度的选择：在～9.5ml的m-nps(100μg/l)中，加入2-30mmnano3和0.15％tx-114(m/v)，以稀hno3或naoh调节ph至5。随后，将溶液置于45℃中水浴加热15min，取出后于离心机中3000rpm离心5min，用移液器分离除去上层清液，tx-114浓缩相以0.1ml超纯水稀释混匀后采用lc-icpms测定m-nps。
c.样品ph的选择：在～9.5ml的m-nps(100μg/l)中，加入20mmnano3和0.15％tx-114(m/v)，以稀hno3或naoh调节ph至3-9。随后，将溶液置于45℃中水浴加热15min，取出后于离心机中3000rpm离心5min，用移液器分离除去上层清液，tx-114浓缩相以0.2ml超纯水稀释混匀后采用lc-icpms测定m-nps。
图2为cpe萃取条件优化实验结果：其中a为tx-114对m-nps萃取效率的影响，b为nano3对m-nps萃取效率的影响，c为样品ph对m-nps萃取效率的影响。由a图可知，随着tx-114浓度增加，m-nps的萃取效率增加，在0.15％(m/v)时达到最大；由b图可知，随着nano3浓度增加，m-nps萃取率增加，在20mm时，萃取效率达到平衡；由c图可知，ag2s-nps和zns-nps在ph3-9范围内，萃取效率无明显变化，agnps和zno-nps在ph3-5范围内最高，ph6-9范围内略有降低。考虑到m-nps在强酸性条件下会发生部分溶解，因此，选择样品ph为5进行萃取。
(2)bspp选择性溶解non-ms-nps条件优化；
a.bspp浓度的选择：在10ml100μg/l的non-ms-nps中，加入0.5-10mmbspp，室温下300rpm震荡30min。随后，采用lc-icpms测定溶解后金属离子含量。
b.bspp溶解时间的选择：在10ml100μg/l的non-ms-nps中，加入5mmbspp，室温下300rpm震荡15-120min。随后，采用lc-icpms测定溶解后金属离子含量。
bspp选择性溶解non-ms-np条件优化实验结果如图3。其中，a为bspp对non-ms-nps溶解的影响，b为bspp震荡时间对non-ms-nps溶解的影响。由a图可知，随着bspp浓度的增加，non-ms-np的溶解率增加，在bspp浓度为5mm时达到平衡；由b图可知，在15-120min内，non-ms-np的溶解率随震荡时间无明显变化，因此选择加入bspp溶液后的震荡时间为15min。
c.bspp溶解non-ms-nps的选择性考察。在含ag的m-nps和含zn的m-nps溶液中，加入0.15％(m/v)tx-114、20mmnano3，以稀hno3或naoh调节ph至5。随后，将溶液置于45℃中水浴加热15min，取出后于离心机中3000rpm离心5min，用移液器分离除去上层清液，tx-114浓缩相中加入0.1ml5mmbspp溶液并以300rpm的速度摇动分别持续15分钟，并与未经处理的含ag的m-nps和含zn的m-nps水溶液色谱图比较。
比较结果如图4所示。其中，a为未加入bspp溶液时，含ag的m-nps和ag 水溶液的lc-icpms图；b为加入bspp溶液时，含ag的m-nps和ag 水溶液的lc-icpms图；c为未加入bspp溶液时，含zn的m-nps和zn2 水溶液的lc-icpms图；d为加入bspp溶液时，zn的m-nps和zn2 水溶液的lc-icpms图。由a和b比较发现，在加入bspp后，ag 和ag2s-nps的谱图不变，agnps的m-nps峰面积消失，ag 峰面积增加。而agnps和ag2s-nps的混合物在加入bspp后，m-nps峰面积减小，ag 峰增加，且m-nps的峰型和保留时间与ag2s-nps一致。由c和d比较发现，在加入bspp后，zn2 和zns-nps的谱图不变，zno-nps的zn2 峰面积增加。同时，zno-nps和zns-nps的混合物在加入bspp后，zn2 峰也增加，且与zno-nps的峰型和峰面积基本一致。上述结果证明了bspp对non-ms-nps的选择性溶解。
实施例1
环境水样中金属硫化物纳米颗粒的分离测定
收集了三种环境水，包括河水、湖水和污水处理厂的废水。分析采用ph计测定三种环境水均为弱碱性，ph在7.59至8.74范围内，包含相当浓度的阳离子(4.75-108mg/lna ，mg2 ，k 和ca2 )和天然有机质(nom，1.06-2.19mgc/l)。用lc-icpms方法(zhou,x.x.；liu,j.f.；jiang,g.b.elementalmasssizedistributionforcharacterization,quantificationandidentificationoftracenanoparticlesinserumandenvironmentalwaters.environ.sci.technol.2017,51,3892-3901)分析测得含ag的m-nps和含zn的m-np含量分别在0-15.1ng/l和61.3-94.2ng/l范围内。对于湖水和污水处理厂的废水，用lc-icpms方法(zhou,x.x.；liu,j.f.；jiang,g.b.elementalmasssizedistributionforcharacterization,quantificationandidentificationoftracenanoparticlesinserumandenvironmentalwaters.environ.sci.technol.2017,51,3892-3901)检测到的含ag的m-nps为ag2s-np，而样品中含zn的m-nps为zns-nps和其他含znnp的混合物。
为进一步评估本发明所提出方法的适用性，在各水样中同时加标81.2ng/lag2s-nps，119ng/lagnps，217ng/lzns-nps和385ng/lzno-nps，采用本发明方法测定m-nps浓度，步骤如下：
(1)浊点萃取：向离心管中加入样品溶液，然后依次加入tx-114溶液、nano3溶液和edta溶液，调节溶液的ph，随后将溶液在45℃水浴中加热15min，然后离心，去除上清液，收集tx-114相；
浊点萃取的条件：tx-114浓度为0.15％(m/v)，nano3浓度为20mm，edta浓度为5mm，ph为5；
(2)bspp选择性溶解non-ms-nps：向步骤(1)获得的tx-114相中加入的双(对-磺基苯基)苯基膦脱水二钾(bspp)水溶液，室温下以300rpm震动15分钟；其中混合溶液中bspp的浓度为5mm；
(3)采用lc-icpms分别测定总m-nps和non-ms-nps浓度(zhou,x.x.；liu,j.f.；jiang,g.b.elementalmasssizedistributionforcharacterization,quantificationandidentificationoftracenanoparticlesinserumandenvironmentalwaters.environ.sci.technol.2017,51,3892-3901)，通过从总m-nps含量中减去non-ms-nps含量来获得ms-nps的浓度。
用本发明方法测定所得浓度比上实际加标浓度计算样品的回收率，得到ag2s-nps和zns-nps的回收率在81.3-96.6％的范围内，证明了所开发方法对环境样品的适用性。上述结果证明，通过该方法，可以实现水环境中ms-nps的高效分离与测定。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
1.一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用浊点萃取方法处理样品溶液，收集富集金属纳米颗粒的tx-114相；(2)向tx-114相加入双(对-磺基苯基)苯基膦脱水二钾水溶液，对非金属硫化物纳米颗粒选择性溶解；(3)采用液相色谱法和电感耦合等离子体质谱法相结合检测金属纳米颗粒和非金属硫化物纳米颗粒的含量，实现在水环境中快速准确地分离测定金属硫化物纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)浊点萃取：向离心管中加入含金属纳米颗粒的样品溶液，然后依次加入tx-114溶液、nano3溶液和edta溶液，调节溶液的ph，随后将溶液在45℃水浴中加热15min，然后离心，去除上清液，收集tx-114相；
浊点萃取的条件：tx-114浓度为0.01％-0.3％(m/v)，nano3浓度为2-30mm，edta浓度为5mm，ph为3-9；
(2)双(对-磺基苯基)苯基膦脱水二钾水溶液选择性溶解非金属硫化物纳米颗粒：向步骤(1)获得的tx-114相中加入的双(对-磺基苯基)苯基膦脱水二钾水溶液，室温下以300rpm震动15-120分钟；其中混合溶液中双(对-磺基苯基)苯基膦脱水二钾水溶液的浓度为0.5-10mm；
(3)采用液相色谱法和电感耦合等离子体质谱法分别测定总金属纳米颗粒和非金属硫化物纳米颗粒浓度，通过从总金属纳米颗粒含量中减去非金属硫化物纳米颗粒含量来获得金属硫化物纳米颗粒的浓度。
3.根据权利要求2所述的一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法，其特征在于，步骤(1)中，tx-114的浓度为0.15％(m/v)。
4.根据权利要求2所述的一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法，其特征在于，步骤(1)中，nano3的浓度为20mm。
5.根据权利要求2所述的一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法，其特征在于，步骤(1)所述的金属纳米颗粒包括纳米ag、纳米au、纳米pd的零价金属纳米材料，纳米ag2s、纳米zns的金属硫化物纳米材料，以及纳米zro、纳米fe2o3、纳米zno的金属氧化物纳米材料；所述含金属纳米颗粒的样品溶液中金属纳米颗粒浓度为100μg/l。
6.根据权利要求2所述的一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法，其特征在于，步骤(1)中ph为5，以hno3或naoh调节ph。
7.根据权利要求2所述的一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法，其特征在于，步骤(1)中所述离心是指以3000rpm离心5分钟。
8.根据权利要求2所述的一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法，其特征在于，步骤(2)中所述混合溶液中双(对-磺基苯基)苯基膦脱水二钾浓度为5mm。
9.根据权利要求2所述的一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法，其特征在于，步骤(2)中以300rpm震动15分钟。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种测定水中金属硫化物纳米颗粒的分析方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)向离心管中加入9.5ml含金属纳米颗粒的样品溶液，依次加入0.15ml的10％(m/v)tx-114水溶液、0.2ml的1mnano3溶液和0.25ml的200mmedta溶液；并以稀hno3或naoh将其ph值调节至5；随后将溶液充分混合并在45℃的水浴中加热15分钟，然后置于离心机中以3000rpm离心5分钟实现两相分离，用移液枪去除上层清液，保留下层tx-114相；
(2)在100μl下层tx-114相中加入100μl10mm双(对-磺基苯基)苯基膦脱水二钾水溶液，室温下以300rpm在震动15分钟；
(3)采用lc-icpms分别测定总m-nps和non-ms-nps浓度，通过从总m-nps含量中减去non-ms-nps含量来获得ms-nps的浓度。
技术总结