[发明专利]一种原位定量表征复杂有机物和金属离子络合过程的方法

权利要求书

1.一种原位定量表征复杂有机物和金属离子络合过程的方法，所述方法利用紫外-可见光谱表征复杂有机物与金属离子络合过程；其具体步骤包括：

1)制备金属离子溶液，浓度在0.0000001-2mol/L范围内

制备金属离子溶液的方法有两种：一、将市售含有特定金属离子的化学纯级以上的试剂稀释到要求的浓度条件；二、将含有特定金属的固体金属片或金属棒经酸或碱溶解，制备具有要求的浓度的金属离子溶液；

2)制备有机物溶液

有机物溶液需要满足：有机物溶液在波长240-600nm范围内的吸光度值不超过2cm^-1和/或以有机碳计的有机物浓度应该在0.1-100mg/L，以确保吸收光谱检测值准确可信；具体制备方法如下：从样本中取含有复杂有机物的天然样品；如果天然样品含有可能干扰吸收光谱测量的颗粒物杂质，通过过滤预处理去除杂质；

3)制备碱溶液

碱溶液选自NaOH、KOH溶液；

4)制备酸溶液

酸溶液选自H₂SO₄、HNO₃、HCl、HClO₄溶液；

5)仪器准备及校准

仪器需要满足以下要求：紫外-可见分光光度计一台；仪器杂散光≤0.001％T；光度计精度±0.01Abs；光度计重复性0.001Abs；基线漂移0.002Abs/h；具有200-600nm波长范围内连续波长扫描功能，进行样品连续波长扫描，获取更多信息；

6)扫描光谱检测

检测步骤如下：(1)取步骤2)中的有机物溶液，进行200-600nm波长范围内扫描，记录扫描光谱；(2)向上述有机物溶液中加入一定量的步骤1)中的金属离子溶液，反应1-120分钟后，进行200-600nm波长范围内扫描，记录扫描光谱；或者在不同反应时间进行多次扫描，测定络合反应动力学过程；为减少误差，需精确控制实验操作条件，包括：(1)实验中溶液浓度、样品量误差应控制在5％范围内；(2)滴加金属离子溶液时，滴加前后应控制对有机物溶液稀释影响应不超过5％；(3)温度对光谱检测精度有明显影响，温度波动应控制在±5℃以内；(4)pH对光谱检测精度有明显影响，pH波动应控制在±0.1以内，通过加入缓冲溶液或适量的酸、碱溶液进行调控；(5)实验要求避免形成沉淀物，影响光谱测定；

7)信号提取与数据分析

信号提取与数据分析为对光谱进行数据处理和分析，计算络合过程光谱效应，解析光谱特征峰、络合量定量指数；具体计算方法与公式如下：

(1)光谱效应计算，计算方法如下：

△A_λ＝A_λ，i-A_λ，ref (1)

其中A_λ，i是特定金属离子浓度下溶液在波长λ下的吸光度值；A_λ，ref是有机物溶液与金属离子络合前在波长λ下的吸光度值；

该光谱效应计算的方法也可用于分析反应动力学过程检测结果，计算不同反应时间的光谱效应，得到反应动力学图谱；

(2)光谱特征峰解析

通过解析光谱效应图谱分析得到光谱效应图谱中蕴含丰富的物质成分和微观结构信息，首先利用公式(2)将光谱波长转化为光子能，以电子伏为单位，eV，作为光谱的横坐标；

光谱效应图谱采用六个高斯峰进行去解析，每一个峰都用峰的位置E_0，i，峰宽W_i和E＝E_0，i处的峰高A_0，i来完整定义，差分光谱用以下公式(3)模拟得出：

(3)络合量定量指数

利用特定参数定量描述金属离子与有机物的络合量，

采用波长325-420nm区间的指数描述金属离子总络合量；采用波长240-275nm区间的指数描述与羧基络合的金属离子总量；光谱参数计算采用公式(4)-(6)；

△lnA_λ＝lnA_λ，i–lnA_λ，ref (4)

lnA_λ，ref和lnA_λ，i分别是金属离子络合前和金属离子络合后在波长λ下的吸光度值的对数；是吸收光谱取对数后在波长λ₁和λ₂区间的斜率；和是络合前后在波长λ₁和λ₂区间的斜率。