鉛離子印跡技術在環境監測和環境保護中的應用

何文涓

【摘 要】近年來，分子印記技術發展迅速，已廣泛用于 DNA、RNA、蛋白質的檢測，而離子印跡技術是分子印跡技術的一個重要的分支，它主要適用于分離、富集、以及檢測不同組分樣品中的痕量金屬離子。鉛是污染環境常見的一種元素，對人體危害極大，在泥土、水源中檢測痕量鉛離子，一直是環境化學中的一個難題。本文主要介紹了鉛離子印跡聚合物在環境監測和環境保護中的應用。

【關鍵詞】鉛離子；印跡技術；環境監測

現如今工業發展迅速，人們的出行也更加方便，但伴隨著而來的是大量的工業廢水和汽車尾氣，在這些工業廢水或汽車尾氣中含有重金屬離子，如果工業廢水處理不當或者是直接不處理會嚴重污染地表水以及土壤，汽車尾氣排放在空氣中，也污染著道路周邊的土壤或水源，這些都嚴重地威脅著我們人類的生存環境。如何快速有效地將廢水里的重金屬離子除去已經成為環境化學的熱門問題，更是保護人類生存環境的當務之急。

1 鉛離子對人體的危害

鉛是一種重金屬，是人類最早認識的重金屬元素之一。鉛在日常生活中有很多用處，比如蓄電池是用填滿海綿狀鉛的鉛板作負極，填滿二氧化鉛的鉛板作正極，而電動車大多都是采用蓄電池作為動力，且汽車、飛機、坦克等也是用蓄電池作為照明光源。

但是，鉛是一種嚴重危害人體健康的重金屬，鉛可以通過多種途徑進入人體，進入人體后，除少部分可以通過糞便、汗液排泄外，其余大部分在數小時后進入到人體血液中，再通過血液侵入大腦神經組織，使營養物質和氧氣供應不足，造成腦組織損傷。而且鉛在體內半衰期長，易在體內蓄積，即便每次吸入量很少，但日久天長，即可產生積蓄中毒。兒童對鉛毒害作用的敏感性要高于成年人，由于兒童的腦組織發育不完善，鉛易在兒童腦部蓄積，導致兒童中樞神經系統紊亂，兒童多動癥的多發跟鉛中毒大有關系。研究表明，“血鉛超過3.86μmol/L時可出現明顯鉛中毒現象，因此將血鉛的診斷值定在2.9μmol/L”[1]。同時，鉛具有生物不可降解的特點，在環境中會長期累積。因此，環境中的鉛對人類造成極大的危害，處理含鉛廢水，富集和分離水中的痕量鉛是保護人類生存環境的當務之急。

2 離子印跡技術的概念

分子印跡是一種新型的親和分離技術。分子印跡技術是指以目標分子為模板，將具有結構上互補的功能單體通過共價或非共價鍵與模板結合，并加入交聯劑進行聚合反應，反應完成后將模板分子洗脫出來，形成一種具有固定空穴大小和形狀及有確定排列方式的剛性聚合物的一類技術，相應的交聯高聚物即分子印跡聚合物[2]。如果以目標離子為模板，那么，這種技術就稱為離子印跡技術。

離子印跡技術是一種嶄新的分離技術，是分子印跡技術的分支。牟懷燕等指出，“離子印跡技術以陰、陽離子為模板，通過靜電、配位作用與功能單體相互作用，交聯聚合物后，去除模板離子，便獲得了具有特定的基團排列、固定空穴大小和形狀的剛性聚合物，形成的三維孔穴對目標離子具有特異選擇性，越來越多地被用于金屬離子的分離、富集方面”[3]。由于用不同的模板離子制備的離子印跡聚合物具有不同的結構和性質，因此，一種離子印跡聚合物只能與一種離子結合，即離子印跡聚合物對該模板離子具有選擇性結合作用。

3 鉛離子印跡聚合物的制備

在鉛離子印跡聚合物制備的過程中，功能單體便是鉛離子。主要制備過程有三步：首先，功能單體和鉛離子在特定的條件下，形成某種可逆的鉛離子絡合物；之后，在鉛離子絡合物中加入過量的交聯劑，引發聚合后，在模板離子周圍形成高度交聯的剛性聚合物；第三步，選取適當的方法將作為模版的鉛離子洗脫出來。即得到了鉛離子印跡聚合物。如此，鉛離子印跡聚合物可以用來對目標鉛離子進行特異性吸附，特別適用于被污染的環境中分離或富集水中的痕量鉛離子。

4 鉛離子印跡聚合物的應用

離子印跡聚合物的應用范圍很廣，本文主要討論離子印跡聚合物在分離和富集技術中的應用。目前，分離和富集技術已經成為分析痕量重金屬離子的重要方法之一。

4.1 在固相萃取中的應用

固相萃取是近年來發展起來的一種樣品預處理技術，是樣品預處理眾多方法中較為常見的一種。把印跡技術和固相萃取結合在一起，便可以較為方便地應用于混合物中特定的金屬離子的分離、純化或濃縮。比如把鉛離子印跡聚合物用在固相萃取中，便可以從含有多組分的樣品中選擇性地富集或分離鉛離子。

4.2 在膜分離中的應用

膜分離技術是一種比較成熟的分離技術，純化水的制備多采用這個方法。目前膜分離技術廣泛用于海水和苦咸水淡化，廢水深度處理，以及廢液或廢水中有用物質的濃縮回收。如果把離子印跡技術和膜分離技術相結合，即可以制備出高選擇性的滲透膜及親和膜，如此便可以更好地對含有不同組分的混合物進行選擇性分離。例如將鉛離子印跡技術和共價表面修飾技術相結合，可以制備出鉛離子印跡復合膜，而鉛離子印跡復合膜具有良好的滲透性和表面親水性，且對鉛離子的吸附親和性更強，擁有更快的吸附速率。

4.3 在電化學傳感器中的應用

電化學傳感器是一種對各種化學物質敏感，并且能把化學物質的濃度轉換成電信號進而進行檢測的儀器。離子印跡聚合物穩定性好，且具高選擇性，若把金屬離子印跡技術運用到電化學傳感器中，就能制備出具有高穩定性、高選擇性的人工離子識別元件。

5 鉛離子印跡技術在環境監測與環境保護中的應用前景

工業廢水，汽車尾氣是現代社會快速發展帶來的不良副產物，我們賴以生存的環境愈來愈惡劣，這是全世界都必須重視的問題，如何更加快速準確的監測環境，并加以改善，是我們應該努力的方向。

近年來，分子印跡技術迅猛發展，而離子印跡技術作為分子印跡技術的一個重要分支，已經成功用于環境監測，在湖水、雨水、自來水和污泥浸出液等樣品中進行微量鉛的分離和富集。雖然鉛離子印跡技術的發展還不完善，“但其表現出的特異性使其逐漸成為化學領域中不可缺少的強大武器。運用計算機模擬來進行單體、交聯劑的選擇，可以減少選擇的盲目性，并可為印跡效率的提高提供理論基礎，這無疑將帶動整個印跡領域的發展”[4]。鉛對人們的危害眾所周知，而工業廢水和汽車尾氣對環境的污染也是顯而易見的，如此，富集、分離、除去痕量鉛是人們迫切需要解決的問題。隨著人們對離子印跡技術研究的不斷深入，鉛離子印跡技術在環境監測和環境保護方面的應用前景將會更加廣泛。

【參考文獻】

[1]邵恬恬，渠美云，肖新峰.鉛離子印跡聚合物選擇性吸附特性的研究與應用[J].化學研究與應用，2013，25（6）：799

[2]張惠欣，竇倩，金秀紅，等.磁性鉛（II）離子表面印跡聚合物的合成及吸附性能[J].化學研究與應用，2014，26（2）：195.

[3]牟懷燕，高云玲，付坤.離子印跡聚合物研究進展[J].化工進展，2011，30（11）：2467.

[4]李成發，李英，尹剛強.鉛離子印跡聚合物的研究[J].廣州化工，2013，41（2）：10.

[責任編輯：田吉捷]