一种快速检测空气中二氧化硫的方法及其应用

1.本发明涉及环保检测技术领域，特别涉及一种快速检测空气中二氧化硫的方法及其应用。


背景技术：

2.二氧化硫(化学式：so2)是最常见的硫氧化物，无色，有强烈刺激性的有毒气体。大气主要污染物之一。在大气中，二氧化硫被氧化成硫酸雾或硫酸盐气溶胶，是环境酸化的重要前驱物。大气中二氧化硫浓度在0.5ppm以上对人体已有潜在影响；在1～3ppm时多数人开始感到刺激；在400～500ppm时人会出现溃疡和肺水肿直至窒息死亡。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，二氧化硫在3类致癌物清单中。
3.检测二氧化硫的方法有气相色谱法、离子色谱法、化学发光法、电化学法及传感器、滴定法、化学比色法等。这些方法的灵敏度和特异性都很好，但是由于样品基质的差异性，使二氧化硫检测需要不同的方法，且检测原理也各不相同。因此，研究一种新型的快速检测空气中二氧化硫的方法具有重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种快速检测空气中二氧化硫的方法及其应用。
5.本发明的目的通过下述技术方案实现：
6.三磷酸腺苷作为催化剂在检测空气中的so2中的应用。
7.一种快速检测空气中so2的方法，包括如下步骤：
8.(1)将若干个不同浓度的so2溶液与h2o2、atp(三磷酸腺苷)、显色剂和酸溶液混合，反应，得到已知浓度的反应产物溶液；
9.以h2o2和atp(三磷酸腺苷)的混合液作为吸收液，吸收液吸收空气中的so2后与显色剂和酸溶液混合，反应，得到待测反应产物溶液；
10.(2)依据已知浓度的反应产物溶液的颜色，判断待测反应产物溶液中是否含有so2，判断标准如下：若待测反应产物溶液的颜色与so2为0的已知浓度的反应产物溶液的颜色相当时，表示待测反应产物溶液中不含有so2；
11.若待测反应产物溶液的颜色比so2为0的已知浓度的反应产物溶液的颜色浅时，表示待测反应产物溶液中含有so2；
12.(3)将步骤(1)得到的已知浓度的反应产物溶液和待测反应产物溶液在相同波长下检测；将已知浓度的反应产物溶液的检测值制作标准曲线，依据标准曲线和待测反应产物溶液的检测值，得到待测反应产物溶液中的so2浓度，换算即得空气中的so2含量。
13.步骤(1)中，所述的已知浓度的反应产物溶液中so2的终浓度优选为0～1000ppm；进一步优选为0～200ppm；更优选为0ppm以及1～20ppm。
14.步骤(1)中，所述的已知浓度的反应产物溶液中h2o2的终浓度优选为0.001～100mm；更优选为0.1～3mm。
15.步骤(1)中，所述的已知浓度的反应产物溶液中atp的终浓度优选为0.001～0.01μm；更优选为0.001～0.003μm。
16.所述的显色剂优选为3,3,5,5-四甲基联苯胺(tmb)、2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(abts)、愈创木酚和邻苯二胺中的至少一种；更优选为2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(abts)。
17.步骤(1)中，所述的已知浓度的反应产物溶液中显色剂的终浓度优选为0.001～50mm；更优选为1～2mm。
18.所述的酸优选为乙酸、盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、氯酸、高氯酸、次氯酸、亚硫酸、柠檬酸、草酸、甲酸、丙酸和丁酸中的至少一种；更优选为乙酸和盐酸中的至少一种
19.步骤(1)中，所述的酸溶液浓度(以含可电离出的氢离子浓度计算)，优选为1mm～10m；更优选为1～2m。
20.步骤(1)中，所述的反应的温度优选为25～100℃；更优选为50～100℃。
21.步骤(1)中，所述的反应的时间优选为1～30min；更优选为1～10min。
22.步骤(3)中，所述的波长优选为400～700nm；进一步优选为420～650nm；更优选为420nm。
23.所述的快速检测空气中so2的方法在检测so2，尤其是空气中的so2中的应用。
24.本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
25.(1)本发明基于发明人发现了atp(三磷酸腺苷)可以快速催化so2和h2o2的反应，通过酸催化h2o2和显色剂的反应体系颜色变化，对空气中so2含量进行检测：在无so2时，h2o2和显色剂在酸催化作用下很好的发生显色反应；so2存在时，h2o2和so2在atp(三磷酸腺苷)作用下先发生反应，h2o2和显色剂在酸催化作用下的显色反应受到影响，随着so2含量的增大，显色越弱；从而做出的发明创造。本发明利用反应产物溶液颜色的变化可以定性或半定量检测so2的含量，利用紫外可见分光计可以定量检测so2的含量。
26.(2)本发明提供的快速检测空气中so2的方法具有简单、便宜、快速且灵敏的优点，在环境监测领域具有广泛的应用前景。
附图说明
27.图1为本发明实施例1中so2的终浓度分别为0ppm、1ppm、2.5ppm、5ppm、10ppm时最终反应产物溶液的显色结果图；其中，a为so2的终浓度为0ppm时对应的反应产物溶液的显色结果图；b为so2的终浓度为1ppm时对应的反应产物溶液的显色结果图；c为so2的终浓度为2.5ppm时对应的反应产物溶液的显色结果图；d为so2的终浓度为5ppm时对应的反应产物溶液的显色结果图；e为so2的终浓度为10ppm时对应的反应产物溶液的显色结果图。
28.图2为不同so2终浓度与其对应的反应产物溶液的吸光度的关系图。
29.图3为本发明实施例4中，无atp(三磷酸腺苷)的加入，so2的终浓度分别为0ppm、1ppm、2.5ppm、5ppm、10ppm时最终反应产物溶液的显色结果图。
具体实施方式
30.下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
31.so2标准溶液购于北京普天同创生物科技有限公司。
32.实施例1：
33.分别准确吸取0μl、10μl、25μl、50μl、100μl浓度为300ppm的so2标准溶液，加入到准备好的5ml离心管中，分别向对应离心管中加入100μl、90μl、75μl、50μl、0μl水，使离心管中的溶液总体积为100μl；在上述每个离心管中加入100μl浓度为3mm的h2o2溶液和100μl浓度为0.03μm的atp(三磷酸腺苷)溶液，混匀，再加入100μl浓度为30mm的abts溶液，混匀，再分别加入2.6ml的乙酸溶液(乙酸溶液由1体积无水乙酸和9体积水混合而成)，定容到3ml，在100℃反应1min，得到已知浓度的反应产物溶液，其中so2的终浓度分别为0ppm、1ppm、2.5ppm、5ppm、10ppm。
34.结果如图1所示。从图1可以看出，当so2为0时，已知浓度的反应产物溶液颜色最深；随着已知浓度的反应产物溶液中so2终浓度的增大，已知浓度的反应产物溶液颜色越来越弱。
35.实施例2：
36.标准曲线的绘制：
37.分别准确吸取0μl、10μl、25μl、50μl、100μl、200μl浓度为300ppm的so2标准溶液，加入到准备好的5ml离心管中，分别向对应离心管中加入200μl、190μl、175μl、150μl、100μl、0μl水，使离心管中的溶液总体积为200μl；在上述每个离心管中加入100μl浓度为9mm的h2o2溶液和100μl浓度为0.09μm的atp(三磷酸腺苷)溶液，混匀，再加入100μl浓度为50mm的abts溶液，混匀，再分别加入2.5ml的盐酸溶液(盐酸溶液由2体积浓盐酸和8体积水混合而成)，定容到3ml，在50℃反应10min，得到已知浓度的反应产物溶液，其中so2的终浓度分别为0ppm、1ppm、2.5ppm、5ppm、10ppm、20ppm。利用紫外分光光度计在420nm处检测上述已知浓度的反应产物溶液的吸光度。
38.结果发现，当so2为0ppm时，已知浓度的反应产物溶液颜色最深；随着已知浓度的反应产物溶液中so2终浓度的增大，已知浓度的反应产物溶液颜色越来越弱。
39.上述已知浓度的反应产物溶液中so2终浓度与已知浓度的反应产物溶液的吸光度的关系如图2所示。从图2可以看出，随着已知浓度的反应产物溶液中so2终浓度的增大，已知浓度的反应产物溶液在420nm处的吸光度值越来越低，线性方程：y＝-0.0397x 0.8958，r2＝0.9998，检测线性范围为1～20ppm，检出限为0.1ppm。
40.实施例3：空气中so2的测定
41.(1)采样：将10ml的吸收液(2mm的h2o2溶液和0.02mm的atp(三磷酸腺苷溶液)放入采样器的吸收瓶中，以0.5l/min的流量采样60min，得到采样后的吸收液；
42.(2)样品测定：将步骤(1)得到的采样后的吸收液取出400μl，再加入100μl浓度为50mm的abts溶液，混匀，再加入2.5ml的盐酸溶液(盐酸溶液由2体积浓盐酸和8体积水混合而成)，定容到3ml，在50℃反应10min，得到待测反应产物溶液。
43.(3)通过紫外分光光度计在420nm处检测步骤(2)得到的待测反应产物溶液的吸光度，代入线性方程：y＝-0.0397x 0.8958，r2＝0.9998，计算待测反应产物溶液中的so2终浓
度。
44.(4)计算空气中so2含量
45.空气中so2含量＝(待测反应产物溶液对应的so2终浓度(2ppm)
×
7.5
×
10ml)
÷
(0.5l/min
×
60min)
46.经计算，即空气中so2的含量为0.005ppm。
47.实施例4：无atp(三磷酸腺苷)的加入对so2含量测定的影响
48.分别准确吸取0μl、10μl、25μl、50μl、100μl浓度为300ppm的so2溶液，加入到准备好的5ml离心管中，分别向对应离心管中加入100μl、90μl、75μl、50μl、0μl水，使离心管中的溶液总体积为100μl；在上述每个离心管中加入100μl浓度为3mm的h2o2溶液和100μl水，混匀，再分别加入100μl浓度为30mm的abts溶液，混匀，再分别加入2.6ml的乙酸溶液(乙酸溶液由1体积无水乙酸和9体积水混合而成)，定容到3ml，在100℃反应1min，得到反应产物溶液，其中so2的终浓度分别为0ppm、1ppm、2.5ppm、5ppm、10ppm。
49.从图3可以看出，当不加atp(三磷酸腺苷)时，上述so2终浓度分别为0ppm、1ppm、2.5ppm、5ppm、10ppm时最终得到的反应产物溶液的颜色与加入0μl的so2溶液时最终得到的反应产物溶液的颜色无显著性差异。说明atp(三磷酸腺苷)的加入，能够快速促进h2o2和so2先发生反应，从而使h2o2和显色剂在酸(乙酸)催化作用下的显色反应受到影响。
50.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。