分散液液微萃取-數(shù)碼掃描光度法快速測定水中銅離子

袁 英，周興旺，呂鑒泉

(湖北師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境程學(xué)院，湖北 黃石 435002)

在痕量分析中，對目標(biāo)物的分離富集是分析工作的重要環(huán)節(jié)，尋找簡便快速、環(huán)境友好、回收率和重現(xiàn)性佳的分離富集方法是近年來的研究熱點(diǎn)[1]。對于某些環(huán)境樣品分析的特殊要求， 還應(yīng)選擇便攜、準(zhǔn)確的檢測方法，以期達(dá)到現(xiàn)場快速檢測的目標(biāo)。分散液液微萃取(Dispersive liquid-liquid microextraction， DLLME)是2006年由Assadi等[2]提出的一種新型少溶劑的分離富集技術(shù)。該技術(shù)具有操作簡單快速、試樣消耗低、回收率和富集倍數(shù)高等諸多優(yōu)點(diǎn)，國外有不少研究小組采取先對銅離子進(jìn)行萃取富集再與其他方法聯(lián)用來檢測銅離子[3-4]。這些方法儀器不便攜帶，不利于進(jìn)行現(xiàn)場檢測。數(shù)碼比色檢測法在2007年由楊傳孝[5-6]等提出。丁宗慶等[7]研究了分散液液微萃取-數(shù)碼比色法測定水樣中痕量釩的新方法。該方法使用普通家用數(shù)碼相機(jī)拍攝待測顯色試液，由軟件讀出試液數(shù)碼照片的灰度積分值并計(jì)算試液濃度。在國外有文獻(xiàn)報(bào)道了基于數(shù)碼掃描儀的數(shù)碼掃描光度法[8]。結(jié)合以上文獻(xiàn)，我們提出了分散液液微萃取-數(shù)碼掃描光度法快速測定環(huán)境水樣中的銅離子，克服了文獻(xiàn)方法存在的數(shù)碼相機(jī)拍照受光照影響較大且樣品斑點(diǎn)體積大小不一的不足。該分離檢測系統(tǒng)便攜、價(jià)廉，適合現(xiàn)場快速分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和軟件

BS 224S電子天平 (Sartorius)， AS3120A超聲清洗儀(Auto Science)， 802 型離心機(jī)(江蘇國華電器有限公司，中國)，10cm×10cm硅膠G薄層板(青島海洋化工廠)，Eppendorf AG微量移液器 (Hamberg， Germany)，點(diǎn)樣毛細(xì)管，10μL微量進(jìn)樣器，掃描儀，其他玻璃儀器。

Scion image軟件(Scion Corporation，版本號4.0.3.2)；Acdsee軟件(ACD Systems， 版本號10.0)；Originlab軟件(Origin 8.1)。

1.2 試劑

銅(Ⅱ)標(biāo)準(zhǔn)溶液:1.0 mg/mL，用時(shí)稀釋成10.0μg/mL標(biāo)準(zhǔn)工作液；銅試劑DDTC(1.66×10-2mol/L，用時(shí)稀釋成1.66×10-4mol/L)；乙醇、丙酮、乙腈、甲醇、三氯甲烷、二氯甲烷、正己烷、環(huán)己烷(天津科密歐分析純試劑)。實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。所有儲備液均冷藏保存，所有工作溶液均于使用前稀釋至所需濃度。稀釋后的溶液均超聲2～3min.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在10mL具塞玻璃離心管中依次加入1.0mLCu2+標(biāo)準(zhǔn)溶液或樣品(條件實(shí)驗(yàn)中Cu2+濃度為10μg moL-1)，2.0mL銅試劑(DDTC)，1.0mL乙醇，用蒸餾水定容至6mL，搖勻。加入100 μL 三氯甲烷，超聲振蕩5 min，使管內(nèi)形成均勻的乳濁液體系，以3000r/min轉(zhuǎn)速離心3min，有機(jī)富集相沉積在管底。用微量進(jìn)樣器吸取5.0μL有機(jī)相點(diǎn)樣在硅膠薄層板上，揮干溶劑后用掃描儀對樣點(diǎn)進(jìn)行掃描成像。用Acdsee7.0軟件將數(shù)碼照片轉(zhuǎn)化為灰度格式，用Scion image軟件讀數(shù)，得到樣點(diǎn)灰度峰面積數(shù)據(jù)，作峰面積-濃度工作曲線。分散液液微萃取-數(shù)碼掃描光度法實(shí)驗(yàn)過程示意圖如圖1所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 條件優(yōu)化

2.1.1 萃取劑的選擇 萃取劑的種類對萃取效率有重要影響?？疾炝巳燃淄?、二氯甲烷、正己烷、環(huán)己烷等萃取劑。萃取效果如表1所示，只有三氯甲烷能夠形成均勻分散乳濁液體系，對銅絡(luò)合物能夠基本萃取完全，萃取率達(dá)到98.25%.而其他萃取劑在超聲振蕩后未形成乳濁液體系，離心分離后也未分層，這是因?yàn)檫@三種液體密度比水小，有揮發(fā)性，在振蕩過程中浮于上層揮發(fā)掉。故萃取劑應(yīng)難溶于水、密度比水大、對分析物有良好的親和性等特點(diǎn)?？紤]到后續(xù)數(shù)碼掃描比色，萃取劑還應(yīng)有良好的揮發(fā)性。三氯甲烷具有較低的介電常數(shù)和極性，更易與疏水性的螯合物結(jié)合，因此選擇三氯甲烷作為萃取劑效果最優(yōu)。

表1 不同萃取劑種類的萃取過程

2.1.2 萃取劑的用量 考察了萃取劑三氯甲烷的不同體積對萃取效率的影響，結(jié)果如圖2所示，灰度值隨萃取劑用量增加而降低；所用體積50μL時(shí)，萃取后有機(jī)相體積過少，難以取樣?？紤]到萃取后取樣的方便，實(shí)驗(yàn)選用萃取劑體積為100μL.

2.1.3 分散劑的選擇 分散劑應(yīng)能和水及萃取劑互溶。考察了甲醇、乙醇、乙腈、丙酮四種萃取劑。結(jié)果表明，超聲振蕩后，這些溶劑對三氯甲烷在水中均有良好的分散效果，均可形成良好的乳濁液。結(jié)果表明使用乙醇的灰度值最大?？紤]到溶劑的毒性和價(jià)格，乙醇最適宜選擇作為分散劑。

2.1.4 分散劑的用量 考察了分散劑乙醇的體積用量對萃取效率的影響。如圖3所示，乙醇體積在1.0～1.4mL之間有最大灰度值。分散劑乙醇用量太少，難以形成分散均勻的乳濁液，用量太多，則使水相體積增加，絡(luò)合物溶解度變大，較難富集完全?？紤]節(jié)約試劑，實(shí)驗(yàn)選用乙醇的體積為1.0mL.

2.1.5 離心時(shí)間的影響 超聲振蕩后，離心時(shí)間影響萃取后沉積相的體積?？疾炝瞬煌x心時(shí)間對萃取效果的影響。結(jié)果表明灰度值隨離心時(shí)間的增加而變化不大，在5min的離心時(shí)間下灰度值稍大一些。離心時(shí)間越短，分層越不明顯，沉積相的量越少，難以取樣，影響后續(xù)操作。離心時(shí)間超過3min后，可以幾乎完全分層。故選擇離心時(shí)間為3min即可。

2.1.6 截取樣點(diǎn)的選擇 在處理掃描圖像時(shí)，用截取一定尺寸樣點(diǎn)的方法進(jìn)行灰度值計(jì)算，為了說明這種方法的可行性，考察了在掃描像圖的不同位置進(jìn)行隨機(jī)取10個(gè)點(diǎn)。結(jié)果表明，灰度值和積分面積在不同位置并無顯著差異，表明可以在樣點(diǎn)的不同位置截取一定尺寸的點(diǎn)進(jìn)行灰度值計(jì)算分析。

圖1 分散液液微萃取-數(shù)碼掃描光度法示意圖 圖2 不同體積萃取劑灰度曲線圖

2.1.7 不同面積的截取 分別從兩種濃度10μg/mL，50μg/mL的三份平行點(diǎn)樣圖中各取一個(gè)點(diǎn)樣圖，分別取不同的面積塊，考察同一個(gè)樣品點(diǎn)中選取不同面積塊時(shí)對像素的影響，結(jié)果表明灰度值隨不同面積塊的增加而增加，可以證明采用選取面積塊的方式比直接選擇整個(gè)樣品點(diǎn)面積來求像素更加合理，此種方法不受點(diǎn)樣量影響。

2.1.8 點(diǎn)樣體積的影響 考察了不同點(diǎn)樣體積對灰度值的影響。結(jié)果如圖4，表明斑點(diǎn)的灰度值與點(diǎn)樣體積無關(guān)。這是由于在處理掃描圖像時(shí)都是按同一尺寸截取計(jì)算的。

圖3 不同體積分散劑灰度曲線圖(c(Cu2+)=10μg/mL: 1mL; DDTC: 2mL; 萃取劑：100μL CHCl3;離心時(shí)間：5min; 分散劑：乙醇A: 0.2mL， B: 0.6mL， C: 1.0mL， D: 1.4mL， E: 1.8mL， F: 2.2mL)

3.1.9 共存物質(zhì)的影響 在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，對溶液的多種共存成分進(jìn)行考察(相對誤差在±5%之內(nèi))，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:250倍的Mg2+、Ca2+不影響配合物的形成，對測定無干擾。20倍的Ni2+，20倍的Fe2+，10倍的Fe3+，20倍的Cd2+對測定有影響。

3.2 應(yīng)用

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 配制銅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度0～100mg/L，在優(yōu)化條件下進(jìn)行分散液液萃取富集，點(diǎn)樣，掃描成像比色，結(jié)果表明灰度值隨銅離子濃度增加而增加，而且在濃度為0～100mg/L范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。線性方程為y=23.40682+3.17388x，相關(guān)性系數(shù)r=0.9953.

3.2.2 實(shí)際樣品分析與回收率實(shí)驗(yàn) 按樣品處理方法對實(shí)驗(yàn)室的自來水和農(nóng)夫山泉進(jìn)行了檢測，沒有檢測出銅離子。在樣品中加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，回收率在95.40%～102.27%和94.29%～102.87%之間(表2)。

銅離子在水中與銅試劑形成穩(wěn)定螯合物，分散液液微萃取有很大的液-液表面積，可迅速地將有色螯合物萃取至有機(jī)相。 數(shù)碼掃描光度法只需微量試液點(diǎn)樣，可避免數(shù)碼相機(jī)拍照受光線的影響，可與微萃取方法有效聯(lián)用。與常用的分析方法如原子吸收、紫外光譜分析等相比，分散液液微萃取-數(shù)碼掃描光度法不需要昂貴的儀器，操作簡便快速，環(huán)境友好，可實(shí)現(xiàn)銅離子的現(xiàn)場快速定量檢測。

表2 樣品中Cu2+含量的測定和方法的回收率

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