5－磺基水楊酸—Fe3+熒光探針測定EDTA

常 琳，吳 婷，陳 芳

(華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，湖北武漢 430074)

乙二胺四乙酸(EDTA)是種常用的螯合劑，具有廣泛的配位能力，幾乎能與所有的過渡重金屬離子生成穩(wěn)定的水溶性絡(luò)合物，從而造成重金屬擴(kuò)散的環(huán)境污染.因此，EDTA的測定對人們?nèi)找骊P(guān)注的環(huán)境問題有重要意義，同時(shí)一些環(huán)境研究者們也開始研究EDTA的降解.目前測定微量EDTA的方法主要有:離子色譜法［1］、電化學(xué)法［2－3］、火焰原子吸收光譜法［4－5］、紫外可見分光光度法［6］、高效液相色譜法［7－8］和毛細(xì)管電泳［9］.有關(guān)EDTA測定的熒光分析方法報(bào)道較少，Yuan等［10］基于EDTA、水楊酸和Tb3+形成的三元化合物能發(fā)出強(qiáng)熒光，建立了一種測定EDTA的熒光分析法，但該方法的熒光背景較強(qiáng).

5－磺基水楊酸(5－sulfosalicylic acid，簡寫為SSA)是一種常用的鐵指示劑，但關(guān)于其熒光性質(zhì)的研究報(bào)道很少，本文在研究5－磺基水楊酸與Fe3+相互作用的熒光光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3+可以選擇性猝滅5－磺基水楊酸的熒光.而EDTA的加入可以使5－磺基水楊酸－Fe3+配合物離解，熒光恢復(fù).基于此，建立了一種測定EDTA的熒光分析新方法.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

5－磺基水楊酸(分析純)，三氯化鐵(分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)，乙二胺四乙酸二鈉(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，冰乙酸(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，無水乙酸鈉(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司).

熒光分光光度計(jì)(RF－5301PC，日本島津)，紫外可見分光光度計(jì)(UV－2550，日本島津)，電子天平(北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司).

實(shí)際樣品分別為自來水(來自實(shí)驗(yàn)室)，湖水(來自華中科技大學(xué)青年園湖)和隱形眼鏡護(hù)理液.

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

取60μL10－3mol/L SSA 于10mL 比色管中，依次加入100μLFeCl3(10－3mol/L)、1mLpH=3.8的HAc－NaAc緩沖溶液(0.1 mol/L)以及一定量的EDTA，稀釋到10 mL，在室溫下放置半個(gè)小時(shí)后，以299 nm為激發(fā)波長，測定409 nm處熒光強(qiáng)度.

2 結(jié)果與討論

2.1 光譜性質(zhì)

圖1是體系的激發(fā)和發(fā)射光譜.從圖中可看出，以299 nm激發(fā)時(shí)，SSA在409 nm處有很強(qiáng)的熒光，當(dāng)向其內(nèi)加入1.0×10－5mol/L的Fe3+后，熒光強(qiáng)度大大降低，這是可能由于Fe3+與SSA形成了配合物.當(dāng)再向溶液中加入一定量EDTA時(shí)，由于EDTA與Fe3+之間的強(qiáng)配位作用，F(xiàn)e3+與SSA配合物離解，熒光恢復(fù).研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)(圖2)，只有Fe3+可以選擇性猝滅SSA的熒光，其它金屬離子如Zn2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Mn2+、Cr3+、Ca2+以及Fe2+均不能猝滅SSA的熒光.由于EDTA與Fe3+之間的配位常數(shù)遠(yuǎn)大于其它常見金屬離子，因此，依據(jù)體系的熒光恢復(fù)與EDTA的濃度呈線性關(guān)系，可建立測定EDTA的熒光分析新方法.

圖1 體系的熒光激發(fā)光譜(A)和發(fā)射光譜(B)Fig.1 Excitation spectra(A)and emission spectra(B)

圖2 SSA對金屬離子的選擇性Fig.2 Selectivity of SSA for metal ions

2.2 pH值的優(yōu)化

考察了pH在2.8～4.4的HAc－NaAc緩沖溶液對SSA－Fe3+－EDTA體系熒光強(qiáng)度的影響.圖3表明，當(dāng)pH=3.8時(shí)，ΔF值最大.當(dāng)pH小于3.8時(shí)，由于SSA質(zhì)子化，熒光強(qiáng)度減弱，致使Fe3+加入后，熒光猝滅程度減小，而當(dāng)pH大于3.8時(shí)，由于Fe3+發(fā)生水解，熒光猝滅作用也相對減弱.因此選擇pH=3.8作為以下的實(shí)驗(yàn)條件.

2.3 SSA濃度的優(yōu)化

考察了濃度范圍為1.0×10－6～8.0×10－6mol/L的SSA對熒光強(qiáng)度的影響.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)(圖4)，隨著SSA濃度的增大，體系ΔF值隨之增大，當(dāng)濃度大于6.0×10－6mol/L時(shí)，ΔF值基本保持不變.考慮到探針濃度的增加會降低檢測方法的靈敏度，選擇6.0×10－6mol/L為最佳SSA濃度.

2.4 Fe3+濃度的優(yōu)化

從圖5可以看出，隨著Fe3+濃度的增加，SSA的熒光強(qiáng)度越來越弱.當(dāng)Fe3+濃度較低時(shí)，對EDTA測定的背景熒光值較高，同時(shí)線性范圍較窄;而當(dāng)Fe3+濃度太高時(shí)，低濃度的EDTA對熒光的恢復(fù)能力有限，直接影響到測定的靈敏度.綜合考慮靈敏度和線性范圍，選擇Fe3+濃度為1.0×10－5mol/L進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn).

圖3 pH值對熒光強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of pH on the fluorescence intensity

圖4 SSA濃度對熒光強(qiáng)度的影響Fig.4 Effect of the concentration of SSA on the fluorescence intensity

2.5 體系的選擇性

在最優(yōu)條件下，加入與EDTA(1.0×10－5mol/L)濃度相同的其它金屬離子和化合物，考察了體系對其它離子及小分子的響應(yīng)情況，結(jié)果如圖6所示.結(jié)果表明，Ni2+、Cu2+、Co2+、Cr3+、Ca2+、Zn2+、苯甲酸鈉等均不能使體系的熒光恢復(fù)，說明該方法具有對EDTA的特異選擇性.

圖5 Fe3+濃度對SSA熒光光譜的影響Fig.5 Effect of the concentration of Fe3+on the fluorescence intensity

圖6 體系選擇性的測定Fig.6 Determination of system selectivity

2.6 共存離子影響

考察了共存物質(zhì)的干擾情況，從表1看出，在最優(yōu)條件下，10倍濃度的 Mn2+、Co2+、Cu2+、Cr3+、K+、Fe2+、Ca2+、Zn2+、NO3－、B4O72－、HCOONa、C7H5O2Na和甘氨酸，20 倍濃度的 Na+，30 倍的 Cl－以及50 倍的NO2－、SO42－對6.0×10－6mol/L EDTA體系的測定基本沒有干擾.

表1 體系外來物質(zhì)的影響Tab.1 Interference of foreign ions

2.7 分析應(yīng)用

在最優(yōu)條件下，該方法測定EDTA的線性回歸方程為 ΔF= －27.0+20.2c(c:10－6mol/L，r=0.995)，線性范圍為1.0 ×10－6～1.2 ×10－5mol/L，檢出限為 6.0 ×10－7mol/L.對 6.0 ×10－6mol/L 的 EDTA 平行測定11次，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為3.1%.

表2 水樣中EDTA的檢測Tab.2 Determination of EDTA in water samples

2.8 機(jī)理探討

測定了不同組成體系的吸收光譜，結(jié)果如圖7所示.同時(shí)測定了SSA在不同F(xiàn)e3+濃度條件下以及SSA－Fe3+在不同EDTA濃度條件下的吸收光譜(圖8).結(jié)果表明，SSA在299 nm處有一個(gè)吸收峰，并在240 nm左右出現(xiàn)了一個(gè)小尖峰.當(dāng)加入Fe3+后，299nm處的吸收峰有所增強(qiáng)并發(fā)生了藍(lán)移，在500nm處出現(xiàn)了一個(gè)明顯的吸收峰，且隨Fe3+濃度的增大，吸收強(qiáng)度逐漸增大(圖8A)，這是由于Fe3+與SSA絡(luò)合形成了配合物.在此基礎(chǔ)上，隨著EDTA的加入，可見區(qū)的吸收峰強(qiáng)度逐漸減弱至消失，同時(shí)240nm處的小尖峰和299nm處的吸收峰又重新出現(xiàn)，并且在380 nm出現(xiàn)一個(gè)等吸收點(diǎn)(圖8B)，而在260 nm處出現(xiàn)了一個(gè)小的吸收峰，經(jīng)證明是Fe3+和EDTA的絡(luò)合物產(chǎn)生的(圖7曲線d).因此，我們推斷SSA和Fe3+絡(luò)合形成配合物，當(dāng)EDTA加入后，由于EDTA和Fe3+絡(luò)合常數(shù)比較大，能夠形成更穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而釋放出SSA.

圖7 體系的吸收光譜Fig.7 The UV－vis absorption spectra of system

圖8 SSA－Fe3+(A)和SSA－Fe3+－EDTA(B)的紫外－可見吸收光譜Fig.8 The UV－vis absorption spectra of SSA－Fe3+(A)and SSA－Fe3+ －EDTA(B)

3 結(jié)論

本文研究了5－磺基水楊酸與Fe3+相互作用的熒光光譜，發(fā)現(xiàn)Fe3+可以選擇性猝滅5－磺基水楊酸的熒光，而EDTA的加入可以使5－磺基水楊酸－Fe3+配合物離解，熒光恢復(fù).該體系不僅可以用于Fe3+及EDTA的熒光測定，還可以作為通過配位控制的熒光開關(guān).此外，由于Fe2+不能猝滅5－磺基水楊酸的熒光，該體系還有望作為氧化還原控制的熒光開關(guān).

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