[发明专利]一种同步富集磷和铁的固定膜及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜扩散梯度技术（Diffusive gradients in thin films，DGT）中的固定膜及其制备方法，适用于环境介质中磷和铁的富集和分析，尤其涉及一种环境分析中同步富集磷和铁的固定膜及其制作方法。

背景技术

磷和铁均是水体环境中重要的生源要素。磷是造成水体富营养化的关键限制性元素，水体磷含量的升高，是造成蓝藻过度生长和藻华形成的主要原因。铁结合态磷是沉积物和淹水土壤中磷的主要赋存形态之一。这些磷被吸附到（氢）氧化铁表面，当氧化铁在缺氧条件下被还原成二价铁时，吸附到氧化铁上的磷将释放出来，造成沉积物磷对水体的二次污染。因此，研究磷和铁两者耦合关系，是揭示沉积物磷污染过程和机制的核心内容之一，同步高分辨获取两者的空间分布信息，则为开展相关研究提供重要的技术支撑。

对水体沉积物中活性磷和铁的测定主要采取主动方式，将沉积物从水体中取出后，送回实验室进行分析。由于沉积物在水体的自然条件下处于还原环境，取出后极易发生变化，造成分析误差。目前发展的被动采样技术，如薄膜扩散梯度技术，将能吸收磷或铁等元素的固定膜插入沉积物中，原位富集磷或铁，再将固定膜取出后，通过分析固定膜上的磷或铁，间接获取沉积物中活性磷或铁的信息。

薄膜扩散梯度技术（Diffusive gradients in thin films，DGT）是一种非破坏性、原位获取沉积物中污染物分布和活性的技术，能够利用固定膜富集并测定沉积物活性磷或铁，但目前DGT测定中所用的固定膜绝大部分为单一吸收功能的固定膜，即只能吸收磷或铁，不能同步吸收和富集磷和铁，造成分析测定效率低下，同时运行成本高。

201210208540X公开了一种同步富集磷（PO₄^3-）和硫(S^2-)的固定膜及其制作方法，采用水合氢氧化锆（ZrO）和碘化银为固定剂，分别对磷和硫离子产生吸附和沉淀作用，由于这两种不同作用不会产生干扰，因此该固定膜可同步富集磷和硫，且单一富集量不受两种固定剂叠加的影响。目前，尚没有见到同步固定磷和铁（Fe²⁺）的固定膜及其制作方法。单一功能的磷固定膜主要采用水合氢氧化锆、氢氧化铁和Metsorb作为磷的固定剂，单一吸收功能的铁固定膜通常采用Chelex-100为固定剂。由于上述固定剂对磷或铁离子的固定原理均是吸附作用，且吸附对象分别是阴离子和阳离子，将它们叠加用于制作磷铁同步固定膜时，有可能产生相互干扰，达不到同步固定的效果。

发明内容

本发明旨在提供一种能同步富集磷和铁的固定膜及其制作方法，提高DGT技术应用于水体环境分析中活性磷和铁的测定效率，同时降低测定成本。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种同步富集磷和铁的固定膜，其特征在于，该固定膜是由包含水合氢氧化锆、Chelex-100阳离子交换树脂和聚丙烯酰胺的成膜液，胶凝后制成的凝胶薄膜。

所述的固定膜表面沉积氢氧化锆和Chelex-100阳离子交换树脂。

所述的固定膜中，水合氢氧化锆与Chelex-100阳离子交换树脂的重量比为1：0.6～1：1。

所述的同步富集磷和铁的固定膜采用以下方法制作：将1g水合氢氧化锆粉末和0.6～1g Chelex-100阳离子交换树脂及聚丙烯酰胺水溶液充分混合，制成均匀的成膜液，加入适量过硫酸铵和四甲基二乙胺后，将该成膜液注入玻璃模具中，在2-4℃低温下水平放置，使得氢氧化锆和Chelex-100自由沉降后，再升温至45 ± 5℃放置，直到成膜液胶凝成膜。

更具体和优化地，所述的方法包括以下步骤：

1）将1g含水率50±5%的水合氢氧化锆粉末和3～5mL 30%聚丙烯酰胺水溶液混合后研磨，加入0.6～1g Chelex-100阳离子交换树脂混合均匀得到成膜液；

2）再向步骤1）所得的成膜液中加入12～16μL 10% (wt)的过硫酸铵和4～8μL 四甲基二乙胺(TEMED)，混匀后注入玻璃模具的两片玻璃板间厚度均匀的空隙中，将气泡赶尽；

3) 玻璃模具在2-4℃低温下水平放置半小时以上，使水合氢氧化锆和Chelex-100颗粒自由沉降到底部（则向下一面为固定膜的正面），然后升温至45 ± 5℃，放置半小时以上，直至成膜液胶凝成膜；

4）取出凝胶薄膜后，放入去离子水中浸泡24小时以上，制得所述的同步富集磷和铁的固定膜。