共振光散射光譜法測(cè)定稀土元素鐿(Ⅲ)

何光寶，楊紅露

(1.重慶市主要污染物排放權(quán)交易管理中心，重慶 401147; 2.重慶市渝中區(qū)發(fā)展和改革委員會(huì)，重慶 400010)

· 試驗(yàn)研究 ·

共振光散射光譜法測(cè)定稀土元素鐿(Ⅲ)

何光寶1，楊紅露2

(1.重慶市主要污染物排放權(quán)交易管理中心，重慶 401147; 2.重慶市渝中區(qū)發(fā)展和改革委員會(huì)，重慶 400010)

基于Yb3+對(duì)富勒醇C60(OH)n和Tris-HCl混合溶液體系共振光散射強(qiáng)度的增強(qiáng)作用，建立了一種測(cè)定Yb3+的新方法。研究了反應(yīng)時(shí)間、緩沖液、試劑加入順序等因素對(duì)體系的影響，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，體系在波長(zhǎng)470 nm處的共振光散射強(qiáng)度△IRLS與Yb3+濃度在0.0～2.0×10-5mol/L范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線(xiàn)性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r為0.999 7，檢出限為5.0×10-8mol/L。該法靈敏度高、簡(jiǎn)便、快速，用于合成樣品中Yb3+的測(cè)定，結(jié)果滿(mǎn)意。

共振光散射；稀土元素；鐿(Ⅲ)；富勒醇

稀土元素鐿最早由瑞士化學(xué)家Jean Charles和G.de Marignac于1878年在鉺中發(fā)現(xiàn)。作為稀土元素中的貴重元素，鐿在現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中有著廣泛應(yīng)用，其優(yōu)異的光譜特性已被成功用于激光晶體、激光玻璃和光纖激光器等多種優(yōu)質(zhì)激光材料的研制[1～3]。隨著鐿的大量開(kāi)發(fā)和利用，其不可避免地通過(guò)各種途徑進(jìn)入環(huán)境，進(jìn)而對(duì)人體健康和環(huán)境安全造成影響。因此，準(zhǔn)確測(cè)定環(huán)境中鐿的含量顯得尤為重要。

目前，測(cè)定鐿的方法主要有原子發(fā)射/吸收光譜法[4-5]、流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光法[6]、X射線(xiàn)熒光光譜法[7]、催化動(dòng)力學(xué)光度法[8]等。共振光散射光譜法(Resonance Light Scattering，RLS)作為一種新的分析方法，具有靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)快速的特點(diǎn)，近年來(lái)開(kāi)始廣泛用于材料分析、食品藥品檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域且已實(shí)現(xiàn)對(duì)Pb2+、Cr6+、Hg2+、Cd2+等金屬離子的靈敏測(cè)定[9～11]，但目前尚未見(jiàn)到用于測(cè)定稀土元素鐿的文獻(xiàn)報(bào)道。

本文研究了共振光散射光譜法在鐿的測(cè)定中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，1.0mL 0.2mg/mL富勒醇C60(OH)n與1.5mL 0.05mol/L pH=7.0 Tris-HCl的混合溶液體系的共振光散射強(qiáng)度較弱，當(dāng)加入Yb3+后，該體系的共振光散射強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。在選定的實(shí)驗(yàn)條件下，Yb3+濃度在0.0～2.0×10-5mol/L的范圍內(nèi)與共振光散射強(qiáng)度存在良好線(xiàn)性關(guān)系。據(jù)此，建立了測(cè)定Yb3+的新方法，以期為今后開(kāi)展環(huán)境中Yb3+監(jiān)測(cè)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

儀器：RF-540型熒光分光光度計(jì)(日本島津公司)；電子天平(日本島津公司)；pHS-3C酸度計(jì)(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)。

試劑：Tris-HCl緩沖液(pH=7.0，0.05 mol/L)：準(zhǔn)確稱(chēng)取一定量的三羥甲基氨基甲烷(Tris)，加水充分?jǐn)嚢枞芙?，用濃HCl調(diào)節(jié)pH值至7.0，定容至1L；Yb3+標(biāo)準(zhǔn)液(1.0×10-3mol/L)：準(zhǔn)確稱(chēng)取一定量的純度為99.99%的Yb2O3，溶于10mL 2mol/L HCl中，在80℃～95℃條件下加熱溶解，加水定容至1 L，用時(shí)逐級(jí)稀釋?zhuān)桓焕沾糃60(OH)n(0.2 mg/mL)：根據(jù)先前研究[12]，使用純度為99.9%的C60合成富勒醇；其他試劑為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

2 結(jié)果與討論

2.1 共振光散射光譜

體系的共振光散射光譜如圖1所示。由圖1可見(jiàn)，C60(OH)n和Tris-HCl混合溶液體系的共振光散射強(qiáng)度較弱，光譜呈山丘狀，IRLS增長(zhǎng)不明顯；當(dāng)有Yb3+存在時(shí)，體系的IRLS顯著增大，并在波長(zhǎng)360 nm和470 nm處存在共振光散射峰，其中470 nm處的散射峰更強(qiáng)。故選擇波長(zhǎng)470 nm作為測(cè)定波長(zhǎng)。

圖1 體系的共振光散射光譜圖Fig.1 RLS spectra of the system in the different concentration of Yb3+

2.2 實(shí)驗(yàn)條件選擇

2.2.1 反應(yīng)時(shí)間的影響

在室溫(約25℃)條件下，按照實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行時(shí)間掃描，采取每20 min測(cè)一次，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，剛配制好的體系的△IRLS最大，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，△IRLS呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)并在2 h后趨于穩(wěn)定。

圖2 共振光散射強(qiáng)度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)Fig.2 Variation curve of time versus RLS intensity of the system

2.2.2 緩沖液的選擇

按照實(shí)驗(yàn)方法考察了PBS、Tris-HCl和HAC-NaCl三種不同緩沖液對(duì)體系的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用PBS作緩沖液時(shí)，體系的△IRLS最小，而使用Tris-HCl作緩沖液時(shí)，體系的△IRLS最大。故選擇Tris-HCl作為實(shí)驗(yàn)的緩沖液。

2.2.3 試劑加入順序的影響

試驗(yàn)了Tris-HCl、C60(OH)n和Yb3+標(biāo)準(zhǔn)液三種主要試劑不同加入順序?qū)w系的影響。結(jié)果表明，采用Yb3++C60(OH)n+ Tris-HCl加入順序時(shí)，體系的△IRLS最大；采用Tris-HCl+ Yb3++C60(OH)n加入順序時(shí)，體系的△IRLS最??；而采用其他4種加入順序時(shí)，體系的△IRLS相當(dāng)。故實(shí)驗(yàn)選擇Yb3++C60(OH)n+ Tris-HCl的加入順序。

2.2.4 緩沖液pH的影響

2.2.5 緩沖液用量的確定

在0.1～2.0 mL范圍內(nèi)考察了Tris-HCl緩沖液的用量選擇。結(jié)果表明，當(dāng)Tris-HCl緩沖液的用量在0.1～1.5 mL范圍內(nèi)時(shí)，△IRLS隨其用量的增加而增大，并在1.5 mL處達(dá)到最大值，當(dāng)用量大于1.5 mL時(shí)，△IRLS開(kāi)始下降。故實(shí)驗(yàn)選用Tris-HCl緩沖液用量為1.5 mL。

2.2.6 富勒醇用量的確定

在0.5～3.0 mL范圍內(nèi)進(jìn)行0.2 mg/mL富勒醇C60(OH)n的用量選擇。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著C60(OH)n濃度的增加，△IRLS呈現(xiàn)區(qū)間震蕩變化特征，在1.0 mL處出現(xiàn)最大值。故C60(OH)n的最佳用量為1.0 mL。

2.3 共存物質(zhì)的影響

按照實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)1.0×10-5mol/L Yb3+進(jìn)行測(cè)定，用下列離子和物質(zhì)進(jìn)行干擾實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在相對(duì)誤差不大于±5%范圍內(nèi)，20倍Na+、5倍Ba2+、50倍D-葡萄糖、5倍L-半胱氨酸不干擾測(cè)定，20倍的Mg2+、Fe2+、Ag+和L-頡氨酸干擾測(cè)定。

2.4 工作曲線(xiàn)

2.5 合成樣品的測(cè)定

在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，在合成水樣中加入不同的干擾物質(zhì)，測(cè)定其中Yb3+的含量，并進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)下表。由下表可見(jiàn)，合成水樣Yb3+測(cè)定的RSD和回收率分別為1.96%～2.83%與95.4%～102.1%。

表 合成水樣中Yb3+含量的測(cè)定結(jié)果Tab. The results of determination of Yb3+ in synthetic samples

3 結(jié) 論

(1)稀土元素Yb3+的存在對(duì)富勒醇C60(OH)n與Tris-HCl混合溶液體系的共振光散射強(qiáng)度具有明顯增強(qiáng)效應(yīng)，基于此建立了測(cè)定鐿的共振光散射新方法，對(duì)Yb3+進(jìn)行測(cè)定。

(2)考察了緩沖液、緩沖液pH、試劑加入順序及用量等因素對(duì)體系的影響，并對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化。最佳實(shí)驗(yàn)條件為：0.2 mg/mL C60(OH)n加入量1.0 mL，0.05 mol/L pH=7.0 Tris-HCl緩沖液加入量1.5 mL，加入順序?yàn)閅b3++C60(OH)n+ Tris-HCl，測(cè)定波長(zhǎng)為470 nm。

(3)Yb3+測(cè)定范圍為0.0～2.0×10-5mol/L，線(xiàn)性回歸方程為△IRLS= 2.124 0+15.706 8C(C的單位：10-5mol/L)，相關(guān)系數(shù)r為0.999 7，檢出限(3δ)為5×10-8mol/L。合成水樣測(cè)定加標(biāo)回收率為95.4%～102.1%，RSD為1.96%～2.83%。

(4)該法操作簡(jiǎn)便、靈敏度高，適用于含Yb3+廢水的監(jiān)測(cè)分析，具有良好應(yīng)用前景。

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Determination of Ytterbium(Ⅲ) by Resonance Light-Scattering Spectrum

HE Guang-bao1,YANG Hong-lu2

(ChongqingMainPollutantsEmissionTradingExchange&ManagementCenter,Chongqing401147,China;2.YuzhongDistrictDevelopment&ReformCommission,Chongqing400010,China)

A new analytical method for the determination of ytterbium(Ⅲ) based on the enhancement of resonance light scattering(RLS)of the mixture of C60(OH)nand Tris-HCl was established. The influences of the factors, such as time, selection of buffer solution, order of adding reagents, etc. on the system were studied. Under the optimized experimental conditions, there was a good linear relationship between the △IRLS and the concentration of ytterbium(Ⅲ) in the range of 0.0～2.0×10-5mol/L at the wavelength of 470nm, the related coefficient was 0.9997 and the detection limit was 5.0×10-8mol/L. This method was sensitive, simple, rapid, and it had been used to determine ytterbium(Ⅲ) in the synthetic samples with satisfactory results.

Resonance light scattering(RLS)；rare earth elements(REE)；ytterbium(Ⅲ)；fullerol

2016-12-06

何光寶(1985-)，男，安徽金寨人，2011年畢業(yè)于四川大學(xué)環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè)，碩士，工程師，從事環(huán)境管理和環(huán)境政策研究工作。

X132; X830.2

A

1001-3644(2017)02-0026-04