[发明专利]基于功能型微纳气泡富集和微流控分离联用技术检测水中纳米颗粒污染物的方法

说明书

本发明提供了一种基于功能型微纳气泡富集和微流控分离联用技术检测水中纳米颗粒污染物的方法，所述方法包括：首先向待测水样中通入纳米气泡，搅拌，富集纳米颗粒污染物，接着通入微米气泡，当待测水样、纳米气泡、微米气泡的体积比为5～12：1：2～3时，将水样通入螺旋微流控装置进行分离，之后取螺旋微流控装置出口处的样品进行定性、定量分析测定；本发明操作简便，微纳气泡的独特性能使其在去除纳米颗粒方面占有优势，提供高效富集纳米颗粒的可能性，针对纳米颗粒及其聚集物选择合适的分选力、微通道尺寸、流量等能够将富集得到的纳米颗粒及其聚集物以排成单列或平铺于液面的方式进行检测，可实现环境中痕量纳米颗粒污染物的定性和定量表征。

(一)技术领域

本发明属于环境监测领域，具体涉及一种基于功能型微纳气泡富集和微流控分离联用技术检测水中纳米颗粒污染物的方法。

(二)背景技术

纳米技术的快速发展使人工纳米颗粒的应用广泛，如化妆品、药品、光学、电子、汽车等行业。由银(Ag)、碳(包括富勒烯和碳制成的工程纳米颗粒纳米管，CNT)、锌(如氧化锌ZnO)、二氧化硅(SiO₂)和二氧化钛(TiO₂)是上述行业产品中最常用的人工纳米颗粒之一。人工纳米颗粒的生产和应用在其生产、使用、排放、处置、回收、径流和/或大气沉降过程中，大量且不可避免地释放到不同的水生环境系统中。尽管它们具有很大的经济意义，但由于它们的特性其具有潜在的环境风险，如惰性金属纳米颗粒除了其固有的环境危害外可能还有由于其表面涂层所导致的危害，而非惰性纳米颗粒可能在其使用寿命期间释放潜在的有毒离子。通过不同水系统传播的人工纳米颗粒，对关键环境风险和污染治理的评估是复杂甚至是困难的，而这在很大程度上取决于准确的检测、鉴定和剂量测定计算。

在人工纳米颗粒监测的技术发展过程中，仍需要充分考虑大量的问题：一方面，环境中人工纳米颗粒具有极小的尺寸和低质量浓度，这增加了仪器分析的难度；另一方面，物质(例如颗粒、胶体，甚至离子)的转化以及人工纳米颗粒与水中的天然物质之间发生的界面反应都可能导致测量不准确。鉴于上述情况，建立联用富集、分离和测量技术是连续分类和准确检测水生环境中人工纳米颗粒的最紧迫挑战。

目前，用于定性和定量分析人工纳米颗粒的高度敏感装置有电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、纳米颗粒跟踪分析仪(NTA)、表面增强拉曼光谱(SERS)和电化学装置等。水环境中人工纳米颗粒的检测应针对以下问题：(1)有效富集水环境中的人工纳米颗粒；(2)有效地分类和分离人工纳米颗粒和/或其聚集体，用于之后的表征；(3)定性和定量分析人工纳米颗粒。然而，目前尚未有基于建立联用富集、分离和测量人工纳米颗粒的报道。

(三)发明内容

为了解决现有技术中监测水环境中人工纳米颗粒时分析仪器的难度以及测量不准确等问题，本发明提出一种基于功能型微纳气泡富集和微流控分离联用技术检测水中纳米颗粒污染物的方法。采用该方法，实现了μg/L环境水平下人工纳米颗粒的富集、分离与检测，并成功应用于环境水样中的富集、分离与检测。

本发明的技术方案如下：

一种基于功能型微纳气泡富集和微流控分离联用技术检测水中纳米颗粒污染物的方法，所述方法包括：

首先向待测水样中通入纳米气泡(悬液形式)，搅拌(磁力搅拌，搅速30-60rpm，优选30rpm)，富集纳米颗粒污染物，接着通入微米气泡(悬液形式)，当待测水样、纳米气泡(以悬液体积计)、微米气泡(以悬液体积计)的体积比为5-12：1：2-3(优选12：1：3)时，将水样通入螺旋微流控装置进行分离，之后取螺旋微流控装置出口处的样品进行定性、定量分析测定；

所述纳米颗粒污染物包括二氧化钛、二氧化硅、纳米聚乙烯(塑料)、银、氧化锌、四氧化三铁等纳米颗粒；水样的pH值在6.0-9.0范围内变化时，对纳米颗粒的富集无显著变化；