[发明专利]一种重金属离子检测用卟啉光学传感功能膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可用于重金属离子检测的卟啉光学传感聚合物功能膜。该材料以聚合物膜为固体基质，卟啉为光学指示剂，聚合物膜通过非共价键或共价键作用实现卟啉的负载。该膜与浓度大于0.01mg/L的重金属离子发生作用后，颜色和紫外吸收光谱均发生变化，经过酸和/或EDTA溶液处理后又可恢复，且此过程可反复重复。因此，该功能膜的制备方法简单，易得；用于重金属离子的检测具有方便直观，再生性良好的特点。

技术领域

本发明涉及膜材料、分子识别、传感器以及其他的相关领域，特别涉及一种可应用于重金属离子检测的光学传感功能膜及其制备方法。

背景技术

重金属一般指密度大于4.5g/cm³的金属，如铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、铅(Pb)、砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、汞(Hg)等。它们一般以天然浓度广泛存在于自然界中，但是近年来人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成很多有毒重金属如铅、汞、镉、钴、砷等进入大气、水、土壤的循环中，引起严重的环境污染。

重金属离子的检测方法主要有原子吸收光谱法(AAS)，原子荧光法(AFS)、X射线荧光光谱法(XRF)、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)、紫外可见光谱法(UV-vis)和荧光光谱法(FS)。由于这些检测方法所用到的仪器成本较高，因此比较难以实现和普及。除了这些仪器检测方法外，目前重金属离子检测的化学分析方法也较多。如双硫腙分光光度法检测镉(GB7471-87)和铅(GB7470-87)，黄俊等人用2-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-二乙氨基苯酚作为显色剂检测镉(CN 103487390 A)等，虽然这些方法都可实现对重金属离子的定量检测，但同时也存在检测条件苛刻，步骤繁琐，难以再利用等问题。

卟啉是卟吩环上带有取代基的一类化合物的统称，具有特殊的大环共轭芳香体系。在其大环结构中，由四个氮原子构成了具有一定空间位置的配位环境，针对具有不同取代基卟吩环的卟啉，它可以选择性地与多种重金属离子形成稳定的络合物。另外，降低体系的pH值，使卟啉环中吡咯氮质子化，即可完成金属离子的解配位过程，易于再生利用。余晔等人用Meso-四-(3，5-二溴-4-羟基苯)卟啉做光学指示剂检测铅(CN 103487391 A)，体系在铅含量在0.02～2mg/g范围内，符合朗伯-比尔定律。王麟生等将meso-四[3，5-二(三氟甲基)苯基]卟啉用于镉的检测(分析试验室，2005，24，64-66)，表观摩尔吸光系数为2.19×105L·mol^-1·cm^-1。但是这些体系均发生在溶液状态下，光学指示剂难以回收利用，严重影响了其实际应用。因此，选择适当的载体将卟啉固定，对其用于重金属离子的高效检测有重要的意义。

聚合物膜是由聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)等聚合物或高分子复合材料制得的具有分离功能的薄膜，是膜分离技术中常用的膜材料，广泛应用于石油化工、环保、能源、海水淡化等领域。近年来，针对不同的应用需求，将带有-COOH、-SO₃H或-NH₂等功能基团的单体接枝在基膜表面以实现特种分离，离子交换，催化等功能的膜改性技术受到研究者的广泛关注。以卟啉为光学指示剂，以聚合物膜为载体，将赋予聚合物膜独特的光学传感功能。一方面，可简单地通过膜表面的颜色及光谱变化实现其对重金属离子的检测，另一方面，通过卟啉与重金属离子的络合与解络合实现其对重金属离子的去除及功能膜的再生。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种负载卟啉的光学传感聚合物功能膜，此功能膜可用于重金属离子的检测。

本发明的另一个目的在于提供一种光学传感聚合物功能膜的制备方法。