極譜法檢測水體中的孔雀石綠

王 鉺， 陳 文， 吉 喆， 周 源

(成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610059)

孔雀石綠(MG)是一種三苯甲烷類殺菌劑，它具有高效且價(jià)格低廉的優(yōu)勢,故曾在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。近年研究發(fā)現(xiàn)，孔雀石綠類化合物及其代謝產(chǎn)物均具有高殘留及高毒性,可產(chǎn)生致癌、致畸、致突變等副作用[1]。但由于孔雀石綠抗菌效果好、價(jià)格低廉、在水產(chǎn)養(yǎng)殖中仍有違規(guī)使用的情況，嚴(yán)重影響了我國在國際水產(chǎn)品市場上的競爭力和聲譽(yù)。因此，出于對(duì)人們健康的考慮，以及對(duì)水產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督，建立一個(gè)快速測定水體中孔雀石綠的分析方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

國內(nèi)目前較常見的孔雀石綠檢測方法有高效液相色譜法[2 - 3]、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[4]、拉曼光譜法[5]、光譜法[6 - 8]等。這些方法均有較好靈敏度和較低的檢出限，但所需儀器設(shè)備較昂貴，檢測時(shí)間較長，對(duì)檢測人員的綜合水平要求較高。而電化學(xué)分析方法以其儀器簡單、靈敏度高、操作便捷等優(yōu)勢得到了廣泛的應(yīng)用。目前文獻(xiàn)報(bào)道的孔雀石綠的電化學(xué)檢測方法不多[9 - 10]，且大多采用修飾電極法進(jìn)行檢測，而極譜方法檢測未見報(bào)道。

鑒于極譜法有著固體電極所不能比擬的較寬的電勢窗口，優(yōu)良的穩(wěn)定性和靈敏度，而其它固體電極不經(jīng)修飾較難準(zhǔn)確檢測孔雀石綠，本研究建立了檢測孔雀石綠的極譜分析新方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

JP-303極譜儀(成都儀器廠)，三電極體系：滴汞電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑微電極為輔助電極；恒溫水浴鍋(金壇市金城國際實(shí)驗(yàn)儀器廠)；電子分析天平(賽多利斯科學(xué)儀器有限公司)。

熒光素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1.0×10-3mol/L)：準(zhǔn)確稱取0.0332 g熒光素于燒杯中，加入0.1 mol/L NaOH溶液1.0 mL，加入少量蒸餾水，攪拌使其完全溶解后，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中用蒸餾水定容?？兹甘G標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(0.1 g/L)：準(zhǔn)確稱取孔雀石綠0.0100 g，加0.5 mL乙腈溶解，用蒸餾水定容于100 mL容量瓶中?？兹甘G標(biāo)準(zhǔn)溶液(1.0 mg/L)：準(zhǔn)確移取1.0 mL孔雀石綠標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于100 mL容量瓶中，用蒸餾水定容。B-R緩沖溶液[11](取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的正磷酸2.71 mL、冰乙酸2.36 mL，加硼酸2.47 g，用蒸餾水稀釋至1 L，三者濃度均為0.04 mol/L ，用0.1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)酸度)、乙酸-乙酸鈉緩沖溶液、檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液、磷酸緩沖溶液，pH均為7.0。實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在25 mL的比色管中，準(zhǔn)確加入0.3 mL 1.0×10-3mol/L熒光素溶液，再依次準(zhǔn)確加入一系列孔雀石綠標(biāo)準(zhǔn)溶液，或適量的樣品溶液和9.0 mL B-R緩沖溶液(pH=7.0)，用蒸餾水稀釋至25 mL，搖勻，靜止反應(yīng)15 min后，取適量倒入10 mL小燒杯中，在起始電位為-0.40 V(vs.SCE)，靜止時(shí)間10 s，掃描速率600 mV/s，掃描次數(shù)4次，量程0～6.0×103nA的儀器條件下，于室溫下進(jìn)行測定，記錄其二階導(dǎo)數(shù)波峰的峰電流值。

2 結(jié)果與討論

2.1 底液的選擇

2.1.1緩沖溶液的種類本實(shí)驗(yàn)分別考察了pH=7.0的磷酸緩沖溶液、HAc-NaAc緩沖溶液、B-R緩沖溶液和檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液四種緩沖溶液對(duì)體系的影響，緩沖溶液用量均為2.0 mL，結(jié)果表明在檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液中，峰電流值最大，且隨著孔雀石綠的加入，峰電流有穩(wěn)定的下降趨勢，但在該緩沖溶液中，體系極譜峰不穩(wěn)定。在磷酸緩沖溶液中，峰電流值也較大，但是峰電流的變化無規(guī)律。而在B-R緩沖體系中，峰電流值較大，峰形穩(wěn)定，而在高、低濃度的孔雀石綠中，峰電流下降穩(wěn)定。最終選取的緩沖溶液為B-R緩沖溶液。

圖1 緩沖溶液pH對(duì)峰電流的影響Fig.1 Effect of buffer acidity on the peak current cSF:1.2×10-5 mol/L;v:600 mV/s.

2.1.2緩沖溶液的pH按照實(shí)驗(yàn)方法，分別配制0 μg/L、20 μg/L(低)和60 μg/L(高)三個(gè)濃度的孔雀石綠標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別加入不同pH的B-R緩沖溶液，考察該緩沖溶液pH對(duì)峰電流的影響。由圖1可知，緩沖溶液的pH對(duì)高、低濃度及不加孔雀石綠的溶液的影響趨勢大致相同，均在pH=4.5～6.0時(shí)體系峰電流較高且較平穩(wěn)。在pH=6.0～7.0時(shí)體系峰電流迅速下降，而在pH=8.0～10.0時(shí)，還原峰消失。故只有在中性的條件下，熒光素與B-R發(fā)生絡(luò)合，且隨著孔雀石綠的加入，對(duì)其絡(luò)合還原性產(chǎn)物的生成有抑制作用。從圖中可看出，在pH=7.0時(shí)候，隨著孔雀石綠濃度的增加，峰電流穩(wěn)定下降，且在極譜測定中，體系的還原峰最穩(wěn)定平滑。濃度越高，峰電流越低，抑制作用越強(qiáng)。因而最終選擇B-R緩沖溶液的pH為7.0。

2.1.3緩沖溶液的用量按照實(shí)驗(yàn)方法，分別配制20 μg/L(低)、60 μg/L(高)兩個(gè)濃度的孔雀石綠標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別加入不同體積的B-R緩沖溶液(pH=7.0)，考察該緩沖溶液用量對(duì)峰電流的影響。結(jié)果表明，緩沖溶液的用量對(duì)高、低濃度孔雀石綠溶液影響趨勢相同，緩沖溶液加入量在2.0～4.0 mL時(shí)，峰電流均穩(wěn)定上升；緩沖溶液用量在6.0～11.0 mL時(shí)，峰電流均穩(wěn)定。在緩沖溶液用量為9.0 mL時(shí)，高、低濃度的孔雀石綠溶液峰電流達(dá)到最大值，且與空白值之間差值最大。故選擇緩沖溶液最佳用量為9.0 mL。

2.2 熒光素濃度的影響

按照實(shí)驗(yàn)方法，配制20 μg/L(低)、60 μg/L(高)兩個(gè)濃度的孔雀石綠標(biāo)準(zhǔn)溶液，再分別加入濃度為0.6×10-3、0.8×10-3、1.0×10-3、1.2×10-3、1.4×10-3、1.6×10-3mol/L的熒光素溶液，考察熒光素濃度對(duì)峰電流的影響。從0.6×10-3mol/L到1.0×10-3mol/L峰電流一直增大，而1.0×10-3mol/L之后隨濃度的增大峰電流反而減小，且高、低濃度的孔雀石綠標(biāo)準(zhǔn)溶液峰電流差值最大。因此實(shí)驗(yàn)中選擇1.0×10-3mol/L熒光素溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.3 儀器條件的優(yōu)化

按照實(shí)驗(yàn)方法，在相同的底液條件下，分別配制20 μg/L(低)、60 μg/L(高)兩個(gè)濃度的孔雀石綠標(biāo)準(zhǔn)溶液，利用單因素變量法研究得到最佳儀器條件為：掃描速率為600 mV/s，靜置時(shí)間為10 s，起始電位為-0.40 V，汞柱高度為40 cm。

2.4 溫度及穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

考察了溫度從0～45 ℃條件下對(duì)峰電流影響，得出溫度在25～30 ℃的范圍內(nèi)，有穩(wěn)定且較大的峰電流，故在此溫度范圍進(jìn)行測定最佳。在敞開和密閉條件下進(jìn)行穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，得到在敞開體系中低濃度較穩(wěn)定，但高濃度在100 min之后峰電流值不穩(wěn)定。所以測試樣敞開時(shí)在1 h之內(nèi)測定最好；在密閉環(huán)境中對(duì)其48 h的變化，從數(shù)據(jù)可以看出在5～14 h內(nèi)由于晝夜溫差的影響造成電流的變化較大。所以控制在室溫條件下24 h內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線和精密度

2.6 共存離子的影響

按照實(shí)驗(yàn)方法配制濃度為40 μg/L的孔雀石綠溶液，考察水體中常見的陰、陽離子對(duì)測定的干擾情況，在允許誤差為±5%和±10%的范圍內(nèi)，確定共存離子的干擾倍數(shù)[12]。從表2可以看出，常見的K+、Na+、Cu2+及陰離子對(duì)測定的干擾較小，而Fe3+、Mg2+、Ca2+、Ni2+等的干擾較大。在自來水中以上干擾較大離子的濃度達(dá)不到產(chǎn)生干擾的量。但在魚塘中，F(xiàn)e3+、Mg2+、Ca2+等的濃度則較大，因此在測定前需進(jìn)行樣品前處理。本實(shí)驗(yàn)采用沉淀掩蔽和絡(luò)合掩蔽的方法對(duì)樣品進(jìn)行前處理。

表1 共存物質(zhì)的干擾Table 1 The interference of coexistent ions

2.7 極譜機(jī)理分析

2.7.1極譜機(jī)理按照實(shí)驗(yàn)方法，分別配制熒光素溶液、B-R緩沖溶液、B-R緩沖溶液+熒光素和B-R緩沖溶液+熒光素+孔雀石綠4組溶液，在-400～-1 200 mV范圍內(nèi)掃描各溶液的極譜波，結(jié)果見圖2。由圖可知：B-R緩沖溶液和熒光素在掃描范圍內(nèi)均沒有還原峰出現(xiàn)，而當(dāng)熒光素和B-R溶液混合時(shí)，在-870 mV(vs.SCE)左右產(chǎn)生一個(gè)靈敏的還原峰，因此可以推測熒光素在B-R緩沖溶液中，因酸度適宜而在滴汞電極上產(chǎn)生了還原反應(yīng)。當(dāng)其中加入孔雀石綠時(shí)，熒光素的峰電流下降，推斷是由于孔雀石綠對(duì)熒光素的還原峰有抑制作用，推斷該抑制作用是它們結(jié)合生成了非電化學(xué)活性的絡(luò)合物，從而降低了溶液中熒光素的濃度所致。下降的程度和孔雀石綠的濃度具有顯著的相關(guān)性，以此作為間接測定孔雀石綠含量的依據(jù)。在已確定的最佳底液條件，配制濃度為40 μg/L孔雀石綠溶液，得到循環(huán)伏安圖只有還原峰而沒有氧化峰出現(xiàn)，說明該還原過程不可逆。

2.7.2紫外-可見光譜分析對(duì)不同溶液體系進(jìn)行紫外-可見光譜掃描，由圖3可知B-R緩沖溶液(曲線b)在360～550 nm范圍內(nèi)沒有特征吸收峰(吸收值為0與X軸重合)，熒光素溶液(曲線a)在490 nm處有一個(gè)特征吸收峰，曲線c在490 nm處的吸收值較曲線a的吸收值低，說明熒光素在B-R緩沖溶液中因酸效應(yīng)的緣故，其溶液中的形態(tài)有所改變。而加入孔雀石綠后(曲線d)，原孔雀石綠(曲線g)在619 nm的特征峰消失，同時(shí)使490 nm處的熒光素的吸光度值大幅下降。推斷孔雀石綠與熒光素形成了新的絡(luò)合物從而使熒光素吸收值大幅的減小。曲線e(虛線)是在SF和B-R緩沖溶液中加入掩蔽劑后在490 nm處的吸收值?？梢钥闯雠c不加掩蔽劑的溶液的吸光度值差異不大，而曲線f和曲線d幾乎重合，因此可知掩蔽劑對(duì)體系幾乎沒影響。

2.7.3電化學(xué)行為研究按照實(shí)驗(yàn)方法，分別配制A溶液(不含MG)和B溶液(含40.0 μg/L MG)，在掃描速率為300～800 mV/s，其他條件不變的情況下，分別測定并記錄兩溶液的峰電流和峰電位。在此掃

圖2 不同體系的極譜曲線Fig.2 Polarographic curves of different systems a:SF(1.2×10-5 mol/L)；b:B-R buffer solution；c:SF(1.2×10-5 mol/L)+B-R buffer solution;d:SF(1.2×10-5 mol/L)+B-R buffer solution+MG(40.0 μg/L).

圖3 不同體系的紫外-可見吸收光譜圖Fig.3 UV-Vis absorption spectra of different systems a：SF(1.2×10-5 mol/L)；b：B-R buffer solution；c：SF(1.2×10-5 mol/L)+B-R buffer solution；d：c+MG(40 μg/L)；e：c+EDTA(2.5 g/L)；f：d+EDTA(2.5g/L)；g：MG(40 μg/L)+B-R buffer solution.

速范圍內(nèi)，峰電流與掃描速率呈正比，其線性回歸方程分別為：Ip″(×103nA)=0.0011v(mV/s)+0.7355(R2=0.9952)；Ip″(×103nA)=0.0012v(mV/s)+0.5901(R2=0.9872)。峰電流和峰電位均與掃描速率呈線性關(guān)系，且Ip″隨著掃速v的增加而增加?？疾炝藪呙杷俾逝c峰電位的關(guān)系，表明掃速在300～800 mV/s 的范圍內(nèi)，Ep隨v的增大而負(fù)移，且Ep與lnv呈線性關(guān)系，其線性回歸方程分別為：Ep(V)=-30.316lnv-0.66(R2=0.9764);Ep(V)=-28.732lnv-0.67，(R2=0.9901)。

當(dāng)電化學(xué)過程為受吸附控制的完全不可逆過程時(shí)，根據(jù)公式[13]：

(1)

式中，E0′(V)為標(biāo)準(zhǔn)電極電位，ks為表面反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)速率常數(shù)，α是電子轉(zhuǎn)移系數(shù)，n是電子轉(zhuǎn)移數(shù)。

2.8 環(huán)境水樣分析

取三個(gè)用蒸餾水洗凈的塑料瓶，在兩處魚塘及成都理工大學(xué)硯湖中心處，將瓶子深入水下50 cm左右[14]，打開瓶蓋，裝滿水后在水下蓋上瓶蓋后取出，分別標(biāo)注為魚塘P1、魚塘P2和硯湖水樣。過濾，靜置。常溫密閉條件下20 h后測定。將3個(gè)水樣均用0.45 μm濾膜過濾于燒杯中，各取20 mL，均加入2.0 mL 1.2 mol/L的NaOH溶液和EDTA溶液，搖勻后靜置5 min，再分別用濾膜進(jìn)行過濾，將溶液用HCl調(diào)節(jié)至中性。

分別取0.3 mL熒光素標(biāo)準(zhǔn)溶液和9.0 mL B-R緩沖溶液于25 mL比色光管中，再分別加入1.0 mL經(jīng)過處理的魚塘P1、魚塘P2和硯湖水樣，用蒸餾水稀釋至25 mL，靜置15 min，在最佳儀器條件下測定，結(jié)果見表2?？兹甘G回收率在90.45%～105.60%之間，方法可用于測定水樣中孔雀石的含量。

表2 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)(n=3)Table 2 The recovery experiment(n=3)

ND:not detecteld.

3 結(jié)論

本文建立了一種簡單的、間接檢測環(huán)境水樣中孔雀石綠的極譜方法，方法線性范圍20.0～100.0 μg/L，相關(guān)系數(shù)r=0.9962。電化學(xué)行為研究表明：孔雀石綠與熒光素結(jié)合生成了非電化學(xué)活性的絡(luò)合物，降低了溶液中熒光素的濃度，該電極反應(yīng)物是熒光素，其極譜波為不可逆還原吸附波。該方法的加標(biāo)回收率在90.5%～105.6%之間，表明方法滿足分析要求，可用于環(huán)境水樣中孔雀石綠的檢測。