孔雀石綠-碘化鉀體系共振光散射法測定水中痕量汞

楊勝園，徐小娜，于軍暉，楊慧仙，唐璐

(南華大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院，湖南 衡陽 421001)

汞及其化合物屬于劇毒物質(zhì)，進(jìn)入體內(nèi)的汞可以在體內(nèi)蓄積，進(jìn)而危害身體健康［1］，因此汞是環(huán)境監(jiān)測中的一項(xiàng)重要污染指標(biāo)。汞的傳統(tǒng)測定方法通常有分光光度法［2］、冷原子吸收光譜法［3］和冷原子熒光法［4］等，近年來也有不少文獻(xiàn)報(bào)道基于有機(jī)生色團(tuán)、納米材料、功能核酸檢測汞的新方法［5］。共振光散射法是近年來發(fā)展的一種新技術(shù)，由于具有靈敏度高、簡便、快速等特點(diǎn)，已在藥物［6］、核酸［7］、蛋白質(zhì)［8］以及其他環(huán)境污染物檢測中得到了廣泛應(yīng)用。

本 文 發(fā) 現(xiàn)，I－能 與 Hg2+形 成 配 陰 離 子［HgI4］2－，與堿性陽離子染料孔雀石綠(MG)結(jié)合形成的離子締合物能使反應(yīng)體系共振光散射(RLS)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，且在一定濃度范圍內(nèi)散射強(qiáng)度與Hg2+濃度呈線性關(guān)系，據(jù)此建立共振光散射法測定水中痕量汞的新方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

HgCl2、碘化鉀、二烷基硫酸鈉(SDS)、孔雀石綠(MG)、硫酸等均為分析純;實(shí)驗(yàn)用水為超純水。Hitachi F-4500 熒光分光光度計(jì);UV-2550 紫外/可見分光光度計(jì);AB204-S 型電子分析天平。

1.2 HgCl2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

準(zhǔn)確稱取0.271 6 g HgCl2于小燒杯中，加水溶解后，轉(zhuǎn)移至100 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，溶液濃度為1.00 ×10－2mol/L。標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液由標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液逐級稀釋至1.00 ×10－6mol/L。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在10 mL 比色管中，加入一定量的1. 00 ×10－6mol/L HgCl2標(biāo)準(zhǔn)應(yīng) 用液，2. 0 × 10－3mol/L H2SO41.2 mL，加水至5 mL 左右，加入1.00 mol/L KI 標(biāo)準(zhǔn)溶液1.5 mL，搖勻，置暗處放置5 min。依次加入1. 00 × 10－3mol/L SDS 0. 8 mL，1. 00 ×10－3mol/L MG 1.0 mL，定容，搖勻，10 min 后將溶液置于熒光分光光度計(jì)上以λex= λem進(jìn)行同步掃描，得到RLS 光譜。在最大RLS 峰344 nm 處，測定溶液的RLS 強(qiáng)度I 和試劑空白的RLS 強(qiáng)度I0，ΔIRLS= I－I0。激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為10 nm，光電倍增管負(fù)電壓400 V。

2 結(jié)果與討論

2.1 光譜特征

在實(shí)驗(yàn)條件下，分別測定體系的紫外/可見吸收光譜和RLS 光譜，結(jié)果見圖1。

圖1 吸收光譜與散射光譜Fig.1 Absorption and resonance light scattering spectra of the systerm

由圖1A 可知，吸收峰分別位于426，618 nm 處，在344，468 nm 處吸收最弱。由圖1B 可知，其散射峰分別位于344，468 nm 處，而在426，618 nm 處散射強(qiáng)度較弱?？芍?50 ～600 nm 波長范圍內(nèi)，體系散射光譜均位于其分子吸收帶中。體系吸收強(qiáng)時(shí)，散射光弱;體系吸收弱時(shí)，散射光強(qiáng)。這是瑞利散射位于其分子吸收帶中產(chǎn)生的共振瑞利散射［9］。

Hg2+-KI-MG 體系的RLS 光譜見圖2。

圖2 Hg(Ⅱ)-KI-MG 體系的共振散射光譜Fig.2 RLS spectra of Hg(Ⅱ)-KI-MG system

由圖2 可知，在本實(shí)驗(yàn)條件下，MG 自身的散射光很弱，其最大散射峰位于468 nm 波長處。隨著Hg2+的加入，［HgI4］2－與MG 形成離子締合物，在284，344 nm 處產(chǎn)生新的強(qiáng)RLS 峰。原因可能是:隨著MG 溶液的加入，在弱酸性條件下，MG 分子形成陽離子MG+，與［HgI4］2－反應(yīng)，形成離子締合物，大大增加了分子的體積。而共振光散射的強(qiáng)度與所形成的顆粒的大小有關(guān)，且正比于分子體積的平方。因此，體系中有新的分子體積比較大的離子締合物的形成，導(dǎo)致體系的IRLS明顯增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，體系在波長344 nm 處產(chǎn)生的共振散射強(qiáng)度更大，靈敏度更高，故實(shí)驗(yàn)選擇344 nm 作為檢測波長。加入不同濃度的Hg2+后，體系的RLS 強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，且在一定濃度范圍內(nèi)，RLS 強(qiáng)度增加值ΔI(λmax=344)與Hg2+濃度呈良好的線性關(guān)系。

2.2 酸度的影響

實(shí)驗(yàn)研究了H3PO4、H2SO4和HCl 對體系共振光散射強(qiáng)度的影響。發(fā)現(xiàn)在H2SO4介質(zhì)中，ΔIRLS強(qiáng)度最大，并且隨著Hg2+濃度的變化產(chǎn)生的光強(qiáng)度的變化最穩(wěn)定。因此，采用加入1. 2 mL 2. 0 ×10－3mol/L的硫酸調(diào)節(jié)體系酸度。

2.3 KI 用量的影響

實(shí)驗(yàn)表明，體系ΔIRLS值隨KI 用量增加而逐漸增大，當(dāng)1.00 mol/L KI 用量在1.5 mL 時(shí)，ΔIRLS達(dá)到最大，且基本恒定。KI 量繼續(xù)增加，ΔIRLS值有所下降，但基本保持恒定，表明該離子締合物已完全形成。所以，選擇1. 00 mol/L KI 溶液加入量為1.5 mL。

2.4 孔雀石綠用量的影響

實(shí)驗(yàn)表明，MG 用量少時(shí)，［HgI4］2－與MG 反應(yīng)不完全，體系ΔIRLS偏低;MG 用量1.0 mL 時(shí)，反應(yīng)完全，ΔIRLS達(dá)到最大值;繼續(xù)增加MG 濃度，不再有利于增大ΔIRLS值。因此，選用1.00 ×10－3mol/L MG 1.0 mL。

2.5 表面活性劑的選擇及用量的影響

表面活性劑對體系有增敏和增穩(wěn)作用，研究了SDS、SDBS、SLS、CTMAB 對體系的影響。發(fā)現(xiàn)加入以上4 種表面活性劑，均可使體系RLS 強(qiáng)度增強(qiáng)，但空白值也均隨之增加，對ΔIRLS值影響不大。但考慮到表面活性劑對本體系的增穩(wěn)作用，選擇加入1.0×10－3mol/L 的SDS 0.8 mL 增強(qiáng)體系穩(wěn)定性。

2.6 反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)溫度的影響

多次實(shí)驗(yàn)表明，試劑完全混合均勻后，體系迅速發(fā)生反應(yīng)。室溫下放置10 min，體系的△IRLS已基本上達(dá)到最大值，且1 h 內(nèi)體系共振光散射強(qiáng)度基本保持不變。所以，選擇試劑混合后10 min 開始測定。

在10 ～45 ℃的溫度范圍，考察反應(yīng)溫度對△IRLS的影響。結(jié)果表明，適宜的反應(yīng)溫度在20 ～25 ℃，體系相對穩(wěn)定且△IRLS較大。溫度高于30 ℃，隨著溫度的升高，△IRLS值逐漸減小，可能是升溫導(dǎo)致分子熱運(yùn)動(dòng)增加，分子間作用力和疏水作用力減弱，使得離子締合物離解，穩(wěn)定性降低;當(dāng)溫度低于15 ℃時(shí)，△IRLS值較小，有可能是因?yàn)榈蜏貤l件下，反應(yīng)進(jìn)行比較緩慢。故選擇室溫(約20 ℃)下進(jìn)行，試劑混合10 min 后開始測定。

2.7 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，按照實(shí)驗(yàn)法分別加入不同濃度的Hg2+標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別測定空白和體系RLS 強(qiáng)度。結(jié) 果 表 明，汞 濃 度 在4. 2 × 10－8～8. 0 ×10－7mol/L 范圍內(nèi)與△I 呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性回歸方程△I =70.82C(×10－7mol/L)+11.87，相關(guān)系數(shù)r=0.999 1。按實(shí)驗(yàn)方法測定11 次空白值，依據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)偏差的3 倍除以斜率(3Sd/K)計(jì)算出檢出限為1.26 ×10－8mol/L。分別對Hg2+含量為0.75 ×10－7mol/L(低濃度)、1.5 ×10－7mol/L(中濃度)和4.5 ×10－7mol/L(高濃度)的溶液進(jìn)行7 次平行測定，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.47%，1.08% 和2.49%。

2.8 共存離子的影響

在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，以2. 0 × 10－7mol/L 的Hg2+標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行干擾實(shí)驗(yàn)，研究水中常見離子對Hg2+測定的影響，控制相對誤差在±5%以內(nèi)，共存離子最大允許倍數(shù)為:500 倍量的F－、K+、Cl－、Na+、NH4+、Al3+、Fe2+、NO3－，100 倍量的Ca2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Cr3+，50 倍量的Mg2+，5 倍量的Fe3+、Pb2+?？梢姡谐Ｒ奒+、Na+、Cl－、NO3－對測定結(jié)果干擾非常小，但Fe3+、Pb2+具有一定程度的干擾。在測定前可對水樣進(jìn)行簡單預(yù)處理，選用掩蔽劑進(jìn)行掩蔽，加入2%抗壞血酸和2%檸檬酸三銨各1.0 mL，可消除干擾。

2.9 樣品分析及回收率測定

分別取湘江水樣、池塘水樣各50 mL 于100 mL燒杯中，加入H2SO4、KMnO4各1.0 mL，緩慢加熱，并不斷均勻攪拌至約20 mL。冷卻后移入50 mL 容量瓶，加入2% 抗壞血酸和2% 檸檬酸三銨各1.0 mL，超純水定容至刻度。取5.0 mL 預(yù)處理的水樣進(jìn)行測定，每份樣品做3 次平行測定，并進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 樣品測定結(jié)果及回收率Table 1 Determination results of the samples

3 結(jié)論

對Hg2+-KI-MG 體系的RLS 光譜特征、反應(yīng)條件、影響因素以及一些共存物質(zhì)的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在該體系中，共振光的強(qiáng)度變化與Hg2+的濃度變化有良好的線性關(guān)系，該方法可用于環(huán)境水樣中Hg2+的測定，方法簡便、快速、結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

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