催化熒光法測定環(huán)境水樣中痕量對苯二酚

劉　萍　任有良　樊雪梅　劉丹麗　常亮亮

(1. 商洛學(xué)院化學(xué)工程與現(xiàn)代材料學(xué)院，商洛 726000；2. 陜西省尾礦資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，商洛 726000)

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催化熒光法測定環(huán)境水樣中痕量對苯二酚

劉萍1,2*任有良1,2樊雪梅1,2劉丹麗1,2常亮亮1,2

(1. 商洛學(xué)院化學(xué)工程與現(xiàn)代材料學(xué)院，商洛 726000；2. 陜西省尾礦資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，商洛 726000)

在H2SO4介質(zhì)中，痕量對苯二酚對溴酸鉀氧化二氯熒光素(DCF)的反應(yīng)具有顯著的催化作用，據(jù)此建立了催化熒光法測定水樣中痕量對苯二酚的新方法。在最佳測試條件下，熒光強(qiáng)度降低值(△F)與對苯二酚濃度在0～1.0μg/mL范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，方法的檢出限為0.037 μg/mL。該方法可用于環(huán)境水樣中痕量對苯二酚的測定，結(jié)果滿意。

催化熒光法二氯熒光素對苯二酚

1　引言

對苯二酚又名氫醌，是一種重要的酚類化合物和化工原料，廣泛應(yīng)用于顯影劑、合成染料、抑制劑、合成氨助溶劑和抗氧化劑等。但對苯二酚具有一定的毒性，一旦進(jìn)入環(huán)境就會造成環(huán)境污染，對人體產(chǎn)生危害，如對人體有致敏、致癌作用。因此，建立靈敏準(zhǔn)確、快捷方便的檢測環(huán)境樣品中微量對苯二酚的方法，對于監(jiān)測和控制環(huán)境污染、生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的發(fā)展具有重要意義。目前用來測定對苯二酚的方法有色譜法[1-3]、電化學(xué)法[4-7]、化學(xué)發(fā)光法[8,9]、紫外-可見光度法[10-12]、動力學(xué)光度法[13]等。但很多方法操作煩瑣、費(fèi)時，靈敏度不高，溶液穩(wěn)定性不好，所用試劑有毒等缺點(diǎn)，不易推廣使用。催化熒光法因具有靈敏度高、檢出限低、選擇性好、受散射光和背景熒光的干擾小等優(yōu)點(diǎn)[14-16]，越來越引起研究者的關(guān)注。

本研究發(fā)現(xiàn)，在H2SO4介質(zhì)中，對苯二酚對溴酸鉀氧化二氯熒光素的反應(yīng)具有顯著的催化作用，使其熒光強(qiáng)度降低?；跓晒鈴?qiáng)度的變化與對苯二酚的濃度呈良好線性關(guān)系，建立了催化熒光法測定環(huán)境水樣中痕量對苯二酚的新方法。

2　 實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

F-4600型熒光分光光度計(jì)(日本日立公司)；電熱恒溫水浴鍋(上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司))； pHS-3B精密pH計(jì)(上海雷磁儀器廠)。

1.0000 g/L對苯二酚儲備液(上海棋成實(shí)業(yè)有限公司)：現(xiàn)配現(xiàn)用，稱取0.1000 g對苯二酚用超純水定容至100mL，放入棕色試劑瓶中，用時再逐級稀釋。0.1 mol/L二氯熒光素(上海紫銘試劑廠)：稱取4.0100 g二氯熒光素，加入5 mL 1 mol/L NaOH，再加1.5 mL 1 mol/L H2SO4酸化后轉(zhuǎn)移至定容至100 mL，得到濃度為0.1 mol/L二氯熒光素溶液，使用時再逐級稀釋至1×10-4mol/L。0.01mol/L KBrO3：稱取0.167g溴酸鉀加水定容至100mL；0.05mol/L H2SO4；其他試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

取兩支25 mL(具有10 mL刻度)比色管，依次分別加入1×10-4mol/L二氯熒光素溶液0.8 mL，0.05mol/L硫酸溶液1.2 mL，0.01 mol/L KBrO32.0 mL，其中一支加入一定量的對苯二酚溶液，另一支為空白，用水稀釋至10mL刻度，搖勻。同時置于70 ℃恒溫水浴中加熱12 min，取出流水冷卻5 min終止反應(yīng)。以440 nm為激發(fā)波長，520 nm為發(fā)射波長，測定非催化與催化體系的熒光強(qiáng)度F0及F，并計(jì)算△F(F0-F)值。

3　結(jié)果與討論

3.1熒光光譜

二氯熒光素是一種酸性染料，它的水溶液可顯示淡綠色熒光。在酸性介質(zhì)中，用F-4600熒光分光光度計(jì)記錄了不同體系二氯熒光素溶液的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜(圖1)。從圖1可看出，不同體系溶液的最大激發(fā)波長和最大發(fā)射波長均為440 nm和520 nm，體系較穩(wěn)定沒有新物質(zhì)生成。在沒有對苯二酚存在的情況下，溴酸鉀氧化二氯熒光素的反應(yīng)進(jìn)行緩慢(曲線2,2′)，當(dāng)有痕量對苯二酚存在時，反應(yīng)速率明顯加快(曲線3，3′)，說明對苯二酚對此反應(yīng)具有很強(qiáng)的催化作用。

3.2試驗(yàn)條件的選擇

3.2.1反應(yīng)介質(zhì)及用量的選擇

該催化反應(yīng)須在酸性介質(zhì)中進(jìn)行，分別試驗(yàn)了H2SO4、H3PO4和HCl介質(zhì)對反應(yīng)體系的影響。結(jié)果表明：在H2SO4介質(zhì)中，對苯二酚對溴酸鉀氧化二氯熒光素的催化作用最為顯著，熒光強(qiáng)度變化值△F最大，故選用H2SO4介質(zhì)。隨著硫酸用量的增大，體系的△F值逐漸增大。當(dāng)硫酸的用量大于1.20mL時，體系的△F值減少。故選擇硫酸的用量為1.20mL。

3.2.2溴酸鉀用量的選擇

依照實(shí)驗(yàn)方法，對溴酸鉀的用量進(jìn)行選擇。結(jié)果顯示，溴酸鉀的用量過少時，溴酸鉀氧化二氯熒光素變化不明顯，增加溴酸鉀的用量，△F值隨之增大, 但用量太大，非催化反應(yīng)速率增大，空白溶液褪色嚴(yán)重，△F反而減小。故選擇加入2.5 mL 0.01 mol/L的溴酸鉀效果較好。

3.2.3二氯熒光素用量選擇

試驗(yàn)了二氯熒光素用量對反應(yīng)體系熒光差值△F的影響。在保持其他實(shí)驗(yàn)條件和試劑用量不變的條件下，體系的△F值隨熒光試劑二氯熒光素加入量的增加而增大，而用量超過0.8mL 時△F值開始降p低，故實(shí)驗(yàn)選擇加入0.8 mL 1.0×10-4mol/L的二氯熒光素溶液。

3.2.4反應(yīng)溫度的影響

在催化動力學(xué)熒光法中，反應(yīng)溫度是關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)了反應(yīng)溫度在40～90 ℃之間對反應(yīng)速度的影響。在低溫下兩種反應(yīng)速度很慢，50℃后隨著溫度的上升，反應(yīng)速率加快，熒光強(qiáng)度穩(wěn)定且△F值增大。當(dāng)溫度高于70℃時，催化反應(yīng)體系溶液的熒光強(qiáng)度F值不穩(wěn)定，會影響測定的靈敏度。因此實(shí)驗(yàn)選用70 ℃作為反應(yīng)溫度。反應(yīng)在50 ～ 70℃之間-ln△F與1 / T呈線性關(guān)系，其線性回歸方程為：-ln△F=2980/T-11.443，相關(guān)系數(shù)r=0.9971。本催化反應(yīng)的表觀活化能Ea=57.06 KJ/mol。

3.2.5反應(yīng)時間的影響及反應(yīng)級數(shù)、表觀速率常數(shù)的測定

在70℃水浴中，試驗(yàn)了反應(yīng)時間對催化反應(yīng)體系的影響。結(jié)果表明，反應(yīng)時間在8～12 min之間，△F值隨反應(yīng)時間的增加而增大，12min 之后可能由于非催化作用的程度加大，△F值反而減小。以不同加熱時間下測得的空白與樣品溶液熒光強(qiáng)度的改變量△F值對加熱時間作圖(圖2)。由圖2可見，在8～12 min之間，△F與反應(yīng)時間t呈良好的線性，在該時間范圍內(nèi)反應(yīng)可視為假零級反應(yīng)。其線性回歸方程為△F=70.9t-373.2，相關(guān)系數(shù)r=0.9984，由此求得本催化反應(yīng)的表觀速率常數(shù)為K=1.18 s-1。故選用反應(yīng)時間為12 min。

3.3工作曲線及檢出限

在最佳試驗(yàn)條件下，加入不同濃度的對苯二酚標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測定其熒光強(qiáng)度并繪制工作曲線。結(jié)果表明，對苯二酚質(zhì)量濃度在0～1.0 μg/mL范圍內(nèi)與熒光強(qiáng)度變化值(△F)呈良好線性關(guān)系。線性回歸方程為△F=930.1ρ(μg/mL) +6.664，相關(guān)系數(shù)r=0.9968。以11次空白測定值標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍除以斜率(3Sb/K)計(jì)算方法檢出限為0.037 μg/mL。

3.4共存離子的影響

以0.20 μg/mL的對苯二酚標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行干擾實(shí)驗(yàn)，考察了常見離子及有機(jī)物對測定對苯二酚的影響。當(dāng)相對誤差小于±5%時，2000倍的K+、Na+，1000倍的Ca2+、Mg2+、EDTA，500倍的Zn2+、Cd2+、Pb2+，200倍的Ni2+、Al3+、對硝基苯酚，100倍的PO43-、Co2+、檸檬酸、苯甲酸，50倍的Ba2+、Cl-、苯酚，10倍的鄰苯二酚、間苯二酚，5倍的Fe3+不干擾測定，等倍的Cu2+、Br-、I-、抗壞血酸干擾測定。在實(shí)際樣品測定過程中，微量的Br-、I-可用銀鹽沉淀分離法除去，無機(jī)離子的干擾通過加EDTA除去，對干擾嚴(yán)重酚類化合物可預(yù)蒸餾除去。

3.5樣品分析

取蓮湖公園池塘水樣，過濾后，取適量樣液按文獻(xiàn)[17]處理，按實(shí)驗(yàn)方法對所分析水樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)加入回收試驗(yàn)。結(jié)果見表2。

表2　樣品中對苯二酚的測定結(jié)果(n=5)

4　結(jié)　論

研究了在硫酸介質(zhì)中，對苯二酚對溴酸鉀氧化二氯熒光素的反應(yīng)具有顯著的催化作用，建立了測定環(huán)境水樣中對苯二酚的新方法。結(jié)果表明，對苯二酚濃度與熒光強(qiáng)度的變化值(△F)呈良好線性關(guān)系，方法線性范圍0～1.0 μg/mL，相關(guān)系數(shù)r=0.9968，檢出限為0.037μg/mL。該方法靈敏度高、選擇性好、操作簡單，應(yīng)用于檢測水樣中痕量對苯二酚，結(jié)果令人滿意。

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Determination of trace hydroquinone in water samples by catalytic fluorescence.

Liu Ping1,2*, Ren Youliang1,2, Fan Xuemei1,2, Liu Danli1,2，Chang Liangliang1,2

(SchoolofChemicalEngineeringandModernMaterial,ShangluoUniversity; 2.ShaanxiKeyLaboratoryofComprehensiveUtilizationofTailingsResources,ShangluoUniversity,Shangluo72600,China)

The method is based on the catalytic effect of hydroquinone on oxidation of dichlorofluorescein by potassium bromate in sulfuric acid medium. Under the optimum testing conditions, the hydroquinone concentration with the decrease of fluorescence intensity values (△F) demonstrate a good linear relationship in the range of 0-1.0 μg/mL. The detection limit is 0.037μg/mL. It can be used for the determination of hydroquinone in water samples with satisfactory results.

catalytic fluorescence; dichlorofluorescein; hydroquinone

商洛學(xué)院自然科學(xué)基金項(xiàng)目(13SKY006)資助

劉萍，女，碩士學(xué)位，高級實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：熒光分析，E-mail: 804535480@qq.com。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.02.008

2015-11-16