酚類物質(zhì)在魯米諾-硝酸銀-納米金體系中化學(xué)發(fā)光行為研究

毛麗惠， 李曉嚴(yán)， 李保新

(1. 河南省信陽學(xué)院 理工學(xué)院， 河南 信陽 464000； 2. 陜西師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院， 陜西 西安 710062)

酚類物質(zhì)在魯米諾-硝酸銀-納米金體系中化學(xué)發(fā)光行為研究

毛麗惠1， 李曉嚴(yán)1， 李保新2

(1. 河南省信陽學(xué)院 理工學(xué)院， 河南 信陽 464000； 2. 陜西師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院， 陜西 西安 710062)

魯米諾-硝酸銀-納米金體系有很強(qiáng)的化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象。當(dāng)向該體系中加入酚類物質(zhì)，化學(xué)發(fā)光信號(hào)有不同程度的變化。研究發(fā)現(xiàn)，酚類物質(zhì)的—OH可以與納米金產(chǎn)生相互作用，相互作用的大小與酚類物質(zhì)所含的—OH數(shù)目、位置有關(guān)。結(jié)合流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光法對(duì)對(duì)苯二酚、鄰苯二酚、鄰苯三酚進(jìn)行了測(cè)定，檢出限分別為4.0×10-11，8.0×10-10，2.6×10-9g/mL。用加標(biāo)回收法測(cè)定了自來水中的鄰苯二酚，回收率在97.5%～105%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.4%～2.5%，結(jié)果滿意。初步討論了酚類物質(zhì)對(duì)此體系化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度影響的機(jī)理，建立了測(cè)定多酚類物質(zhì)的化學(xué)發(fā)光分析新方法。

酚類物質(zhì)； 化學(xué)發(fā)光； 納米金

1 引 言

近年來，納米材料因特殊的性質(zhì)以及在微電子、光學(xué)、磁性催化材料、催化劑等方面的應(yīng)用潛力而受到廣泛關(guān)注。化學(xué)發(fā)光作為一種化學(xué)反應(yīng)誘導(dǎo)的光發(fā)射現(xiàn)象，具有靈敏度高、檢出限低、儀器簡單等特點(diǎn)，在生物工程、食品分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物分析等多領(lǐng)域有重要應(yīng)用。隨著納米技術(shù)的迅猛發(fā)展，化學(xué)發(fā)光分析方法與納米材料的結(jié)合優(yōu)化了化學(xué)發(fā)光的分析特性并大大拓寬了其應(yīng)用范圍。納米金具有制備簡單、催化活性高、生物兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，成為催化化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的常用納米材料[1-3]。

酚類物質(zhì)是廣泛應(yīng)用的化工原料，也是高毒有機(jī)物，可與細(xì)胞原漿中的蛋白質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，低濃度時(shí)使細(xì)胞變性，高濃度時(shí)使蛋白質(zhì)凝固。酚類化合物可經(jīng)皮膚黏膜、呼吸道及消化道進(jìn)入體內(nèi)，對(duì)人體造成很大危害[4-5]。酚類化合物對(duì)環(huán)境危害嚴(yán)重并影響人類健康，對(duì)酚類物質(zhì)的檢測(cè)有很重要的實(shí)際意義。目前，測(cè)定酚類物質(zhì)的方法電化學(xué)分析法[6-9]、熒光分析法[10]、分光光度法[11-12]等。魯米諾-硝酸銀是常見的化學(xué)發(fā)光體系之一。在通常情況下，硝酸銀和魯米諾之間觀察不到化學(xué)發(fā)光。崔華等[13]發(fā)現(xiàn)，納米金能夠作為晶種誘導(dǎo)魯米諾還原硝酸銀形成金銀核殼的復(fù)合納米粒子，并且伴隨著強(qiáng)的化學(xué)發(fā)光。當(dāng)向該體系中加入酚類物質(zhì)時(shí)，化學(xué)發(fā)光信號(hào)會(huì)發(fā)生不同程度的變化。據(jù)此，我們建立了一種魯米諾-硝酸銀-納米金體系檢測(cè)酚類物質(zhì)的新方法。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 儀器與試劑

IFFM-D型流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光儀(西安瑞邁電子科技有限公司)。TU-1901雙光束紫外-可見分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限公司)。PHS-3D型酸度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)。F-4600熒光分光光度計(jì)(日本Hitach公司)。

魯米諾(1.0×10-2mol/L)：稱取魯米諾0. 442 5 g，用0.10 mol/L氫氧化鈉溶液溶解并定容于250 mL容量瓶中，避光放置一周后使用，使用時(shí)逐級(jí)稀釋。硝酸銀(1.0×10-2mol/L)：稱取0.169 9 g硝酸銀，溶解后，定容于100 mL棕色容量瓶中。酚類物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液(1.00×10-3g/mL)：分別稱取0.050 0 g苯酚、鄰苯二酚、對(duì)苯二酚、間苯二酚、間苯三酚、鄰苯三酚，用水溶解后，定容于50 mL容量瓶。其他試劑還有氯金酸(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、檸檬酸三鈉(天津市化學(xué)試劑三廠)和硼氫化鈉(上海瑞郎精細(xì)化學(xué)品有限公司)。所用試劑均為分析純，水為二次水。

2.2 納米金的制備

玻璃器皿用新配制的王水浸泡24 h，用二次水洗凈干燥。16，25，38，68 nm的金溶膠根據(jù)文獻(xiàn)[14]用檸檬酸鈉還原法制備。2.6，6.0 nm的金溶膠用硼氫化鈉還原法制備。2.6 nm金的制備：在室溫下，取100 mL 0.01%的HAuCl4溶液，在快速攪拌下加入1.0 mL 1%的檸檬酸鈉，然后再加入1.0 mL 0.075% NaBH4-1%Na3C6O7。繼續(xù)攪拌30 min，然后在4 ℃冰箱中保存。6.0 nm金溶膠的制備方法法與2.6 nm金溶膠的制備方法相似。

流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光流程如圖1所示。用蠕動(dòng)泵將魯米諾溶液、硝酸銀溶液、納米金溶液、載流和酚類物質(zhì)溶液通過管路輸入分析系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)過程中，記錄空白信號(hào)I0，樣品信號(hào)Is。

圖1 化學(xué)發(fā)光流程圖

3 結(jié)果與討論

3.1 化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)研究

用IFFS-D型多功能化學(xué)發(fā)光檢測(cè)器的靜態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，研究魯米諾-硝酸銀-納米金-酚類物質(zhì)的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度-時(shí)間曲線，如圖2所示。由圖可知，在納米金誘導(dǎo)下，魯米諾和硝酸銀之間是一個(gè)快速的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)。

圖2 化學(xué)發(fā)光動(dòng)力學(xué)曲線

3.2 實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化

在載流水?dāng)y帶下，將納米金和待測(cè)物質(zhì)的混合溶液經(jīng)由進(jìn)樣閥注入魯米諾和硝酸銀的混合溶液中，可以獲得很強(qiáng)的發(fā)光信號(hào)。我們考察了1.3，1.6，1.9，2.2，2.5 mL/min 5種流速對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響，綜合考慮信噪比、試劑的消耗以及精密度等因素，最終選用流速為2.0 mL/min。

我們考察了魯米諾濃度在1.0×10-6～1.0×10-4mol/L范圍內(nèi)對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，當(dāng)魯米諾濃度為5.0×10-5mol/L時(shí)，體系的信噪比最大(圖3)。所以在本實(shí)驗(yàn)中，魯米諾的濃度定為5.0×10-5mol/L。

圖3 魯米諾濃度對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響

溶液的pH值對(duì)該體系化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度有很大的影響。我們比較了NaH2PO4-NaOH、NaHCO3-NaOH、NaOH緩沖體系pH在9.5～13.3范圍內(nèi)對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，pH=13.0時(shí)，信噪比最大(圖4)。所以，實(shí)驗(yàn)中選用0.10 mol/L NaOH作為反應(yīng)介質(zhì)。我們考察了硝酸銀的濃度在1.0×10-6～4.0×10-5mol/L范圍內(nèi)對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響。根據(jù)圖5所示結(jié)果，本實(shí)驗(yàn)中硝酸銀的濃度為2.0×10-5mol/L。當(dāng)用流動(dòng)注射系統(tǒng)把不同粒徑的納米金注入到魯米諾和硝酸銀的混合溶液中時(shí)，能夠觀察到明顯的發(fā)光現(xiàn)象；而沒有納米金時(shí)，魯米諾和硝酸銀之間沒有明顯的發(fā)光現(xiàn)象，如圖6所示。2.6，6.0，16，25，38，68 nm的納米金都能夠誘導(dǎo)魯米諾和硝酸銀產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，并且發(fā)光強(qiáng)度隨粒徑的減小而增大。實(shí)驗(yàn)中，我們選用2.6 nm的納米金。實(shí)驗(yàn)中制備的納米金溶液的濃度為3.0×10-4mol/L。使用時(shí)將此溶液逐級(jí)稀釋。納米金的濃度越大，體系的發(fā)光越強(qiáng)?？紤]到試劑的消耗，實(shí)驗(yàn)中選用納米金的濃度為6.0×10-7mol/L。

圖4 pH值對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響

圖5 硝酸銀濃度對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響

圖6 納米金的粒徑對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響

Fig.6 Effect of gold nanoparticle size on CL intensity on CL intensity

3.3 化學(xué)發(fā)光反應(yīng)機(jī)理

用F-4600熒光光度計(jì)繪制魯米諾-硝酸銀-納米金和魯米諾-硝酸銀-納米金-鄰苯二酚的化學(xué)發(fā)光譜，見圖7?；瘜W(xué)發(fā)光光譜最大波長為425 nm，與魯米諾最大熒光波長相符，該反應(yīng)的發(fā)光體是激發(fā)態(tài)的氨基鄰苯二甲酸鹽離子。

圖7 化學(xué)發(fā)光譜圖

Ghosh和Sarathy[16-17]已經(jīng)報(bào)道了一些含羥基的化合物能夠與納米金產(chǎn)生微弱的反應(yīng)。用TU-1901紫外分光光度計(jì)分別繪制了1.0×10-7g/mL的苯酚、鄰苯二酚、對(duì)苯二酚、間苯二酚、間苯三酚、鄰苯三酚與納米金混合后的紫外光譜圖。結(jié)果如圖8所示。從上到下，依次為納米金、納米金-苯酚、納米金-間苯二酚、納米金-間苯三酚、納米金-對(duì)苯二酚、納米金-鄰苯三酚、納米金-鄰苯二酚。2.6 nm的金溶膠在520 nm處有一紫外吸收峰。當(dāng)上述幾種物質(zhì)的溶液加到納米金溶液中時(shí)，納米金在520 nm處的吸收峰發(fā)生了變化。

根據(jù)圖8分析得知，酚類物質(zhì)的—OH可以與納米金產(chǎn)生相互作用，相互作用的大小與酚類物質(zhì)所含的—OH數(shù)目、位置有關(guān)。當(dāng)苯環(huán)只有一個(gè)—OH時(shí)，與納米金結(jié)合能力不強(qiáng)；當(dāng)對(duì)位和鄰位有—OH時(shí)，—OH較易與納米金產(chǎn)生相互作用；而當(dāng)—OH在間位時(shí)，由于空間位阻的因素，間位羥基與納米金的作用沒有鄰位—OH的作用大。在選定的實(shí)驗(yàn)條件下，我們考察了1.0×10-7g/mL酚類物質(zhì)對(duì)魯米諾-硝酸銀-納米金系化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響。苯酚對(duì)該體系的化學(xué)發(fā)光無明顯影響，鄰苯二酚、對(duì)苯二酚能夠強(qiáng)烈抑制該體系的化學(xué)發(fā)光，間苯二酚、間苯三酚對(duì)該體系的化學(xué)發(fā)光無明顯影響，而鄰苯三酚對(duì)該體系有顯著增敏的作用。

圖8 紫外-可見吸收光譜圖

鄰苯二酚中兩個(gè)鄰位—OH由于協(xié)同效應(yīng)，可以與納米金發(fā)生強(qiáng)的互相作用結(jié)合到顆粒表面，影響魯米諾與納米金的相互作用，從而降低該體系的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度。間苯二酚中的2個(gè)羥基不具備這種機(jī)制，與納米金發(fā)生的相互作用很弱，因而間苯二酚、間苯三酚對(duì)此體系幾乎不產(chǎn)生影響。而鄰苯三酚對(duì)該體系有顯著增敏的作用，可能是因?yàn)猷彵饺涌砂l(fā)生自氧化，產(chǎn)生超氧陰離子自由基[18]，超氧陰離子自由基與魯米諾陰離子反應(yīng)產(chǎn)生過氧化物中間體，過氧化物中間體分解產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光。

3.4 分析參數(shù)

在選定的實(shí)驗(yàn)條件下，我們分別測(cè)定了鄰苯二酚、對(duì)苯二酚、鄰苯三酚的校準(zhǔn)曲線并測(cè)定了檢出限，相應(yīng)的參數(shù)列于表1。

3.5 干擾實(shí)驗(yàn)

在選定的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)2.0×10-9g/mL的鄰苯二酚進(jìn)行了干擾實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在保持相對(duì)誤差在±5%范圍內(nèi)時(shí)，100倍的Ca2+、Mg2+不干擾測(cè)定。其他常見金屬離子如Fe3+、Ni2+、Cu2+、Al3+等會(huì)對(duì)測(cè)定產(chǎn)生影響，但是加入EDTA之后可以掩蔽。

3.6 樣品分析

用本實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定自來水中的鄰苯二酚。

表1 分析特性

表2 樣品分析結(jié)果

我們用自來水做空白，進(jìn)行了回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果列于表2。t檢驗(yàn)結(jié)果表明，在95%的置信水平上，回收率與100%無顯著性差異。

4 結(jié) 論

酚類物質(zhì)會(huì)對(duì)魯米諾-硝酸銀-納米金化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象造成不同程度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)酚類物質(zhì)中所含—OH的數(shù)目、位置不同時(shí)，對(duì)此體系化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響不同：苯酚對(duì)該體系的化學(xué)發(fā)光無明顯影響，鄰苯二酚、對(duì)苯二酚能夠強(qiáng)烈抑制該體系的化學(xué)發(fā)光，間苯二酚、間苯三酚對(duì)該體系的化學(xué)發(fā)光無明顯影響，而鄰苯三酚對(duì)該體系有顯著增敏的作用。根據(jù)此現(xiàn)象，建立了測(cè)定酚類物質(zhì)的化學(xué)發(fā)光分析新方法。

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毛麗惠(1983-)，女，河南濮陽人, 碩士，講師，2009年于陜西師范大學(xué)獲得碩士學(xué)位，主要從事貴金屬納米材料參與的化學(xué)發(fā)光方面的研究。

E-mail: cmm2009@126.com

Effect of Polyphenol Compounds on Luminol-AgNO3-gold Nanoparticles Chemical Luminescence System

MAO Li-hui1*, LI Xiao-yan1, LI Bao-xin2

(1.InstituteofTechnology,HenanXinyangUniversity,Xinyang464000,China; 2.ShaanxiNormalUniversity,Xi’an710062,China)

Luminol-AgNO3-gold nanoparticles system has a strong chemical luminescence(CL) phenomena. When polyphenol compounds are added in the system, the cheminescence signals have different degrees of change. —OH in the phenolics can interact with the nanometer gold, and the interaction is related to the number and location of —OH in the phenolic compounds. Combined with the flow injection chemiluminescence method, hydeoquinone, catechol and phthalate were determined. The detection limits are 4.0×10-11, 8.0×10-10, 2.6×10-9g/mL, respectively. The method was successfully used to determine catechol in water. The recovery is 97.5%-105%, and the relative standard derivations (RSD) is 1.4%-2.5%. The possible mechanism of the CL reaction was discussed, and the CL method for determination of the polyphenol compounds was proposed.

polyphenol compounds; chemiluminescence; gold nanoparticls

1000-7032(2017)06-0814-06

2016-11-24；

2017-03-15

河南省教育廳高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目(17B150010,15B150015)資助 Supported by Key Scientific Research Projects for High Educational Institutions of Henan Department of Education(17B150010, 15B150015)

O657.3

A

10.3788/fgxb20173806.0814

*CorrespondingAuthor,E-mail:cmm2009@126.com