共振光散射比濁法測定水樣中硫酸根的方法探討

[摘要]硫酸根是水樣中八大主要離子之一。過去測定水和廢水中的硫酸根，一直沿用重量法、比濁法、容量法、滴定法、間接原子吸收分光光度法(AAS法)、間接紫外分光光度法等。該文研究了共振光散射比濁法在硫酸根測定中的應(yīng)用，加入硫酸根后體系的共振光散射強(qiáng)度顯著增加，且在較大濃度范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，檢出限低10-6g/mL。該方法用于測定水樣中的硫酸根，能滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。

[關(guān)鍵詞]共振光散射比濁法硫酸根環(huán)境監(jiān)測

1引言

在普通的熒光分光光度計(jì)上選擇合適的激發(fā)和發(fā)射通帶寬度，采用相等的激發(fā)和發(fā)射波長同時(shí)掃描激發(fā)和發(fā)射單色器后所得的同步光譜(即#8710;λ=0nm)即為散射粒子的共振光散射光譜(RLS)，它是一種新型的分子光譜。共振光散射光譜法只需要普通熒光分光光度計(jì)，調(diào)節(jié)激發(fā)光波長和發(fā)射光波長相等，即可獲得待測組分所引起的共振光散射強(qiáng)度。大量數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，共振光散射強(qiáng)度與共振光散射粒子的濃度在一定范圍內(nèi)有線性關(guān)系，據(jù)此可直接進(jìn)行定量分析。共振光散射光譜法是一種十分簡便的、用于痕量樣品定量分析的高靈敏度方法，是分子發(fā)射光譜領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一個(gè)非常重要的領(lǐng)域。共振光散射光譜法之所以越來越受到人們的廣泛關(guān)注，就是因?yàn)楣舱窆馍⑸涔庾V法與其它的光譜法相比，具有儀器簡單、分析速度快、靈敏度高、有較好的選擇性、可以為研究分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)特征提供更豐富的光譜信息的特點(diǎn)。

共振光散射技術(shù)具有靈敏度高、選擇性好的特點(diǎn)，但是其應(yīng)用范圍較窄，而比濁法應(yīng)用范圍非常廣泛，卻又存在靈敏度低、選擇性差的缺陷。如果我們能把這兩者有機(jī)結(jié)合起來，充分體現(xiàn)各自的優(yōu)點(diǎn)而克服缺點(diǎn)，我們就能夠得到一種靈敏度高、選擇性好而又應(yīng)用廣泛的分析方法。共振光散射比濁法正是這兩者結(jié)合后的產(chǎn)物，環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)分析、臨床分析等許多分析領(lǐng)域都有應(yīng)用，成為一種重要的分析方法之一。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要儀器和試劑

RF-540型熒光分光光度計(jì)、分析天平。鹽酸溶液:鹽酸和水1:1(體積比)混合。氯化鋇溶液:氯化鋇吐溫溶液，80mL氯化鋇(12%)溶液加20mL吐溫80，加熱溶解。硫酸鈉溶液:準(zhǔn)確稱取無水硫酸鈉0.1480g，加入到蒸餾水中，配成溶液并定容為100mL，得硫酸根離子的濃度為1.0mg/mL。所用試劑均為分析純，用水為蒸餾水。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

準(zhǔn)確加入一定量的硫酸鈉分別于10mL和50mL的比色管中，依次加入1:1的鹽酸溶液、氯化鋇-吐溫(12%)溶液，定容，在λex=λem=515nm處測定體系的共振光散射強(qiáng)度IRLS。

3結(jié)果與討論

3.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品的共振光散射光譜

使用RF-540型熒光分光光度計(jì)，在200～700nm范圍內(nèi)同步掃描(#8710;λ=0nm)體系的共振光散射光譜，如圖1所示。

圖1表明，氯化鋇-吐溫80體系的共振光散射強(qiáng)度(IRLS)較低，但當(dāng)它與硫酸根離子形成BaSO4沉淀體系時(shí)，則能產(chǎn)生較高的共振光散射強(qiáng)度。從圖1還可以看出體系在375nm、515nm、575nm處有明顯的共振光散射峰，其中散射波長為515nm時(shí)強(qiáng)度較高且穩(wěn)定，考慮到IR場的穩(wěn)定性，本文選擇515nm作為定量測定的波長。

注:從上到下硫酸根離子濃度依次為0μg/mL、4.0μg/mL、8.0μg/mL、12.0μg/mL、16.0μg/mL、20.0μg/mL。

圖1不同濃度的體系共振光散射光譜

3.2 檢測條件的優(yōu)化

使用50mL的比色管，分別研究反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)酸度、氯化鋇-吐溫用量以及試劑加入順序?qū)w系的共振光散射強(qiáng)度( IRLS )的影響，并繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線。

3.2.1反應(yīng)時(shí)間的影響

研究表明，0～30分鐘內(nèi)本實(shí)驗(yàn)體系的共振光散射強(qiáng)度基本不變，但生成的硫酸鋇在體系中不能長時(shí)間均勻分散在吐溫80中，隨著時(shí)間的進(jìn)一步延長，硫酸鋇逐漸沉降，體系的共振光散射強(qiáng)度會(huì)逐漸變小，因此時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)體系的影響比較大，測定最好在20分鐘內(nèi)完成。

3.2.2反應(yīng)酸度的影響

在λ= 515nm的條件下，測定了不同鹽酸加入量對(duì)緩沖液對(duì)共振光散射強(qiáng)度( IRLS )的變化如圖2所示。

圖2不同酸度時(shí)體系的共振光散射光譜

由圖2可知，鹽酸作為酸度調(diào)節(jié)劑，加入量在1.5～3.0mL之間基本恒定，用量大于3.0mL共振光散射強(qiáng)度逐漸減弱。故本文選用鹽酸的量為2.0mL。

3.2.3氯化鋇-吐溫用量的影響

在λ= 515nm、鹽酸的量為2.0mL的條件下，對(duì)不同氯化鋇-吐溫混合液用量時(shí)體系的共振光散射強(qiáng)度。氯化鋇作為反應(yīng)試劑，必須適當(dāng)過量;吐溫80作為穩(wěn)定劑和分散劑，用量的多少也影響體系的穩(wěn)定性。由于氯化鋇-吐溫體系本身也有較弱的共振光散射現(xiàn)象，加入量在1.5～3.0mL之間變化較少，結(jié)果如圖3所示。故本文選用2.5mL的氯化鋇-吐溫混合液。

圖3不同氯化鋇-吐溫用量時(shí)體系的共振光散射光譜

3.2.4試劑加入順序的影響

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要在鋇離子與硫酸根離子結(jié)合之前加入緩沖液，其余試劑的加入順序改變時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)幾乎沒有影響。

3.2.5標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制、線性范圍與檢出限

在5個(gè)10mL的比色管中，分別加入硫酸根離子標(biāo)準(zhǔn)溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL，再依次加入0.4mL鹽酸溶液、2.5mL的氯化鋇-吐溫混合液、定容，搖勻，放置5分鐘后，于λex=λem=515nm處測定共振光散射強(qiáng)度IRLS。作C-I圖，得標(biāo)準(zhǔn)曲線。在最佳條件下繪制工作曲線，氯離子的濃度在2～25micro;g/mL范圍內(nèi)與共振光散射強(qiáng)度有良好的線性關(guān)系，其線性回歸方程為IRLS=1.875C(micro;g/mL)+7.76，R=0.99985;檢出限按3σ/K計(jì)算(σ為空白標(biāo)準(zhǔn)偏差，K為回歸方程的斜率)為0.23micro;g/mL。

3.3 實(shí)驗(yàn)樣品的分析

吸取10mL樣品溶液按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測定(平行4份)，并對(duì)所分析的樣品用標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1樣品的分析結(jié)果(單位:micro;g/mL)

樣品樣品濃度平均值加入標(biāo)準(zhǔn)液質(zhì)量測得總質(zhì)量平均值回收率(%)相對(duì)平均偏差(%)

水樣173.950124.0101.00.3

水樣273.1123.099.8

水樣373.5123.399.6

水樣473.4123.199.4

由表1可以看出，本實(shí)驗(yàn)所建立的方法回收率高，其回收率在99.4%～101.0%，相對(duì)平均偏差僅為0.3%。該方法靈敏度較高、簡便、快捷的優(yōu)點(diǎn)，可用于水樣中硫酸根離子的測定。

4結(jié)論與展望

共振光散射比濁法利用共振光散射強(qiáng)度隨著硫酸根濃度的增大而增強(qiáng)的原理，可用于實(shí)際環(huán)境樣品中硫酸根的測定。實(shí)驗(yàn)表明該法測定硫酸根時(shí)線性范圍較寬且方法靈敏度高，該方法對(duì)于水環(huán)境中硫酸根的監(jiān)測具有重要意義。

現(xiàn)代科學(xué)對(duì)分析測試提出了越來越高的要求，面對(duì)分析對(duì)象的復(fù)雜性，分析手段的多樣性和現(xiàn)代分析化學(xué)日新月異的迅速發(fā)展，要求有更新更先進(jìn)的方法來促進(jìn)分析化學(xué)的發(fā)展。共振光散射光譜法是近幾年發(fā)展十分迅速的痕量分析方法，在大分子分析、元素分析中具有靈敏度高、選擇性好的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用在化學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)、材料學(xué)等領(lǐng)域，有著廣闊的發(fā)展前景。

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