陽離子表面活性劑締合微粒熒光光譜法測定水中溶解氧

張馳，馬嬋，盧奕彤

(1.長安大學 水利與環(huán)境學院，陜西 西安 710064；2.西安科技大學 測繪學院，陜西 西安 710054)

測定水中DO的常用方法有碘量滴定法(Winkler法)、電化學法和光學法等[1-3]。碘量法耗時長且繁瑣，滴定過程中可能造成讀數(shù)或終點判斷的誤差[4]；電化學方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)測量，但維護費用昂貴、精確度低、不穩(wěn)定和易受干擾等問題[5]，光學法不消耗氧氣，且抗干擾能力較強[6-7]。

熒光光譜技術由于其操作便捷，被廣泛應用于水質(zhì)檢測中，尤其是在無機物、有機物分析中有著非常廣泛的應用[8]。熒光分光光度法測定水體中DO雖已有文獻報道，但多數(shù)是建立在直接測定Winkler法中所產(chǎn)生的單質(zhì)碘的基礎上，很少有報道用I3-和Rh6G締合來測定DO。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

碘化鉀、硫酸錳、碘酸鉀、硫酸、羅丹明6G、羅丹明B、羅丹明S均為分析純。

Cary Eclipse型熒光分光光度計(附1 cm適應比色皿)；TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計；SK2200HP超聲波反應器。

1.2 實驗方法

將一定量的93.5 μmol/L KIO3溶液加入5 mL帶塞刻度試管中,依次加入150 μL 5.0 mmol/L KI溶液，150 μL 0.1 mol/L的硫酸錳溶液，20 μL 0.47 mol/L硫酸溶液，200 μL 0.5 mmol/L羅丹明6G,混合均勻，暗處放置30 min，使其充分反應，用水定容至2.0 mL，取反應液于石英皿中，測定560 nm處熒光光譜的強度，不加碘化鉀作為空白I0，計算ΔI=I0-I。

2 結(jié)果與討論

2.1 熒光光譜

熒光光譜見圖1。

圖1 (a)KI-KIO3-MnSO4-H2SO-Rh6G熒光光譜，(b) KI-KIO3-MnSO4-H2SO-RhB熒光光譜Fig.1 (a) Fluorescence spectra of KI-KIO3-MnSO4-H2SO-Rh6G，(b) Fluorescence spectra of KI-KIO3-MnSO4-H2SO-RhB

Rh6G++I3-= Rh6G-I3

n(Rh6G-I3)=(Rh6G-I3)nparticle

在選定條件下，Rh6G-I3締合微粒的濃度與熒光分光光譜的強度呈良好的線性關系，據(jù)此可建立測定水中溶解氧的分析方法。

2.2 紫外吸收光譜

吸收光譜是驗證體系表面等離子體吸收是否存在的簡便技術，體系的吸收光譜見圖2。

圖2 (a)KI-KIO3-MnSO4-H2SO-Rh6G 體系的紫外吸收光譜，(b)KI-KIO3-MnSO4-H2SO-RhB體系的紫外吸收光譜Fig.2 (a) UV absorption spectrum of KI-KIO3-MnSO4-H2SO-Rh6G system，(b) UV absorption spectrum of KI-KIO3-MnSO4-H2SO-RhB system

2.3 分析條件的優(yōu)化

2.3.1 KI濃度的影響 KI濃度對ΔI的影響見圖3。

圖3 KI濃度對ΔI的影響Fig.3 Effect of KI concentration on ΔI

由圖3可知，如果系統(tǒng)中沒有KI，則發(fā)光強度最高。當KI、KIO3和MnSO4作用形成I3-，在H2SO4介質(zhì)條件下與Rh6G形成Rh6G-I3締合微粒，熒光光譜的強度顯著增強。系統(tǒng)中KI濃度越高，Rh6G-I3締合粒子越多，熒光強度越強，ΔI值越高。當KI濃度超過0.375 mmol/L時，隨著熒光光譜強度減弱，ΔI也隨之降低。故采用KI的濃度為0.375 mmol/L 。

2.3.2 反應時間的影響 反應時間對ΔI的影響見圖4。

圖4 反應時間對ΔI的影響Fig.4 Effect of reaction time on ΔI

由圖4可知，隨著反應時間的延長，I3-和Rh6G的結(jié)合度增加，熒光強度增大，ΔI增大,當反應時間達到30 min時，I3-和Rh6G的結(jié)合基本完成，熒光強度不再發(fā)生變化，ΔI值開始穩(wěn)定。故采用反應時間為30 min。

2.3.3 MnSO4濃度的影響 MnSO4的濃度對ΔI的影響見圖5。

圖5 MnSO4濃度對ΔI的影響Fig.5 Effect of MnSO4 concentration on ΔI

2.3.4 H2SO4濃度的影響 H2SO4的濃度對ΔI的影響見圖6。

圖6 H2SO4濃度對ΔI的影響Fig.6 Effect of H2SO4concentration on ΔI

由圖6可知，體系中不存在H2SO4時，Rh6G-I3締合粒子的光譜強度較小，ΔI值較小。加入H2SO4時，發(fā)光強度顯著增加，ΔI值顯著增加,H2SO4濃度達到5 mmol/L時，發(fā)光強度最強且ΔI達到最大值，發(fā)光強度值繼續(xù)上升，ΔI值逐漸下降。故采用濃度為5 mmol/L的H2SO4。

2.3.5 Rh6G濃度的影響 Rh6G的濃度對體系ΔI的影響見圖7。

圖7 Rh6G濃度對ΔI的影響Fig.7 Effect of Rh6G concentration on ΔI

由圖7可知，體系中不存在Rh6G時，熒光光譜的強度基本為0，ΔI的值較小，當加入Rh6G時， 熒光強度增加，ΔI值增大，當加入的 Rh6G為10 μmol/L 時，熒光光譜達到最大值，ΔI達到最大值，隨著Rh6G濃度繼續(xù)增加，熒光的強度逐漸減小，ΔI的值也隨之減小。故采用Rh6G濃度為 10 μmol/L。

2.4 共存物的影響

共存離子對系統(tǒng)的干擾見圖8。

圖8 共存物對體系的干擾Fig.8 Interference of coexisting substances on the system

由圖8可知，當KI濃度為23.4 mmol/L時，相對誤差在±5%內(nèi)，10 mmol/L 的Ca2+、Al3+、Fe3+、Cd2+、50 μmol/L的Ba2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+，100 μmol/L 的Co2+，11.7 mmol/L 的L-天冬氨酸、L-纈氨酸24.1 mmol/L 的L-苯硫氨酸、23.4 mmol/L 的L-苯丙氨酸，對KIO3的測定無干擾，25 μmol/L的Hg+，23.4 μmol/L的L-賴氨酸、DL-甲硫氨酸，對KIO3的測定仍有干擾?？偟膩碚f，有很多離子不干擾實驗，對實驗結(jié)果的準確性影響不大，說明該方法具有良好的選擇性。

2.5 線性關系

在最佳實驗條件下，分別取不同濃度的KIO3進行測試，并以熒光光譜光強度ΔI對其濃度C進行分析，結(jié)果見表1。

表1 陽離子熒光染料體系熒光光譜分析特性的比較Table 1 Comparison of fluorescence spectrum analysis characteristics of cationic fluorescent dye system

由表1可知，KIO3的濃度在(0.116 9～3.51) μmol/L范圍內(nèi)ΔI呈現(xiàn)良好的線性關系，回歸方程為ΔI= 12.699C-4.786 9，相關系數(shù)為R2=0.994 5。

2.6 分析應用

從桂林兩江四湖水系分區(qū)采取10個樣品(采集地點見表2),按照實驗方法測定樣品中DO的含量，每種樣品平行測定4次,取平均值，結(jié)果見表3，相對標準偏差(RSD)在1.42%～2.93%。

表2 樣品采集分布點Table 2 Sample collection and distribution points

表3 樣品中DO測定結(jié)果Table 3 DO determination results in samples

3 結(jié)束語