基于鐵(Ⅲ)-硝基-薩洛芬配合物的共振光散射光譜法測(cè)定油茶籽油和自來(lái)水中久效磷的含量

楊 靜,李 倩,任 靜,聶長(zhǎng)明,廖力夫,肖錫林,*

(1.衡陽(yáng)市場(chǎng)監(jiān)督檢驗(yàn)和檢測(cè)中心,衡陽(yáng) 421001;2.南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 湖南省錒系配合物設(shè)計(jì)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,衡陽(yáng) 421001;3.南華大學(xué) 衡陽(yáng)醫(yī)學(xué)院 公共衛(wèi)生與檢驗(yàn)科學(xué)系,衡陽(yáng) 421001)

由于有機(jī)磷農(nóng)藥常用于農(nóng)作物的害蟲防治,易殘留在源自農(nóng)作物的食用油中,或隨著農(nóng)作物的澆灌、雨水的沖刷等過(guò)程遷移至地下水、河流和湖泊中,這嚴(yán)重威脅了人類健康和生態(tài)環(huán)境[1-3]。久效磷是一種比較常見的有機(jī)磷農(nóng)藥,具有很強(qiáng)的毒性,會(huì)使人視力模糊、肌肉無(wú)力、嘔吐甚至因呼吸衰竭而死亡[4]。目前,有機(jī)磷農(nóng)藥的傳統(tǒng)檢測(cè)方法有色譜法和質(zhì)譜法等[5-6],但這些方法大多步驟繁瑣、操作復(fù)雜或者儀器設(shè)備昂貴[7-11]。因此,十分有必要建立一種簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確測(cè)定食用油和水中久效磷含量的方法[12-14]。

共振光散射光譜法由于具有圖譜簡(jiǎn)單、操作方便且儀器便宜等優(yōu)點(diǎn),在有機(jī)磷農(nóng)藥殘留檢測(cè)中應(yīng)用廣泛[15-16]。席夫堿是一類具有亞胺或甲胺特性基團(tuán)的有機(jī)化合物。由于具有獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和易制備等特點(diǎn),席夫堿已被成功用于構(gòu)建金屬離子、苦味酸等物質(zhì)的傳感器[17-20]。薩洛芬(Salophen)是一種常見的四齒席夫堿金屬配合物。因此,本工作通過(guò)合成鐵(Ⅲ)-硝基-Salophen(I-N-Sal)配合物,研究了其與久效磷相互作用產(chǎn)生的共振光散射光譜,提出了一種測(cè)定油茶籽油和自來(lái)水中久效磷含量的方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Hitachi F-7000型熒光光譜儀;Hitachi UV-3900型紫外-可見分光光度計(jì);Erimonta UNICUBE型元素分析儀;Thermo Nicolet iS5型傅里葉變換紅外光譜(FTIR)儀;Bruker 400 MHz型核磁共振波譜儀。

久效磷標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.1 mmol·L-1,取2.2 mg久效磷標(biāo)準(zhǔn)品,用水溶解并定容至100 mL。

三羥甲基氨基甲烷(Tris)-鹽酸緩沖溶液：0.1 mol·L-1,取1.211 4 g Tris于燒杯中,加入80 mL水使其完全溶解后,滴加鹽酸使溶液酸度達(dá)到pH 8.5,并用水定容至100 mL。

久效磷標(biāo)準(zhǔn)品的純度為98.5%;鄰苯二胺、5-硝基水楊醛、九水合硝酸鐵、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、Tris、鹽酸、乙腈、乙酸、無(wú)水硫酸鎂、無(wú)水乙酸鈉、乙酸乙酯均為分析純;試驗(yàn)用水為純水。

油茶籽油樣品購(gòu)買自衡陽(yáng)市當(dāng)?shù)氐某?自來(lái)水樣品取自南華大學(xué)紅湘校區(qū)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 I-N-Sal配合物的制備

將15 mL含0.5 mmol 5-硝基水楊醛的乙醇溶液滴加到10 mL含1 mmol鄰苯二胺的乙醇溶液中,所得混合物在40 ℃水浴下攪拌回流0.5 h;然后在攪拌條件下加入10 mL含0.5 mmol九水合硝酸鐵的乙醇溶液,繼續(xù)攪拌4 h,過(guò)濾,用乙醇重結(jié)晶后干燥,得到深橙紅色固體粉末(產(chǎn)率75.5%),即I-N-Sal配合物[21]。取2.3 mg I-N-Sal配合物,用DMF溶解并定容至50 mL,得到0.1 mmol·L-1I-N-Sal溶液。

1.2.2 久效磷標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)定

將適量的久效磷標(biāo)準(zhǔn)溶液、70 μL 0.1 mmol·L-1I-N-Sal溶液和2 mL Tris-鹽酸緩沖溶液加入到10 mL比色管中,用水定容至10 mL。室溫反應(yīng)20 min后,用熒光光譜儀(設(shè)置光電倍增管電壓為-400 V,激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為5 nm)在激發(fā)波長(zhǎng)與發(fā)射波長(zhǎng)相等的情況下對(duì)上述混合溶液進(jìn)行掃描,記錄體系在300 nm處的共振光散射強(qiáng)度。隨同進(jìn)行空白試驗(yàn)。

1.2.3 樣品測(cè)定

取5 g油茶籽油樣品,緩慢加入到50 mL離心管中,加入10 mL水,渦旋2 min,室溫靜置30 min。依次加入16 mL體積比99…1的乙腈-乙酸的混合溶液、6 g硫酸鎂、1.5 g乙酸鈉和1顆陶瓷均質(zhì)子,渦旋2 min,以轉(zhuǎn)速4 000 r·min-1離心5 min。分取8 mL上清液于15 mL離心管中,依次加入1 200 mg硫酸鎂、400 mgN-丙基乙二胺(PSA)和400 mg C18,渦旋2 min,以轉(zhuǎn)速4 000 r·min-1離心5 min。分取2 mL上清液于10 mL試管中,于40 ℃水浴氮吹至近干。將殘留物用1 mL乙酸乙酯復(fù)溶,過(guò)0.2 μm有機(jī)濾膜,濾液按照1.2.2節(jié)試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定。

對(duì)于自來(lái)水樣品,無(wú)需預(yù)處理,可直接按照1.2.2節(jié)試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 I-N-Sal配合物的表征

2.1.1 紫外-可見吸收光譜圖

I-N-Sal配合物的紫外-可見吸收光譜圖見圖1。

圖1 紫外-可見吸收光譜圖Fig.1 UV-Vis absorption spectrum

結(jié)果表明：I-N-Sal配合物在紫外光區(qū)有3個(gè)吸收峰,339 nm和362 nm處的吸收峰歸因于苯環(huán)和席夫堿上亞胺基的π→π*躍遷[22],429 nm處的吸收峰歸因于席夫堿上甲胺基中氮原子孤對(duì)電子的n→π*躍遷。

2.1.2 FTIR

I-N-Sal配合物的FTIR圖見圖2。

圖2 FTIR圖Fig.2 FTIR spectrum

由圖2可知：I-N-Sal配合物的重要官能團(tuán),如3 087 cm-1(C-H芳香族)、1 619 cm-1(C-N)、1 523 cm-1(C-C芳香族)、1 096 cm-1(C-O芳香族)、542 cm-1(Fe-N)、501 cm-1(Fe-O)等吸收峰均有不同程度的出現(xiàn)。

2.1.3 元素分析

I-N-Sal配合物的元素分析結(jié)果顯示,C、H、N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值分別為52.20%,2.61%,12.20%,與理論值基本一致。

2.1.4 核磁共振氫譜

I-N-Sal配合物的核磁共振氫譜(1H-NMR)數(shù)據(jù)如下。

1H-NMR(DMSO-d6,400 MHz)δ：8.46×10-6(d,2H,Ar-H),7.73×10-6(dd,2H,N=C-H),7.19×10-6(s,2H,Ar-H),7.14×10-6(dd,2H,Ar-H),6.78×10-6(m,4H,Ar-H)。

綜合紫外-可見吸收光譜圖、FTIR、元素分析和1H-NMR表征結(jié)果,可以得出結(jié)論,所制備的物質(zhì)是四齒席夫堿金屬配合物,其化學(xué)式為C20H12N4O6Fe。

2.2 共振光散射光譜圖

久效磷、I-N-Sal配合物、I-N-Sal配合物+久效磷在pH 8.5體系中的共振光散射光譜圖如圖3所示。

圖3 共振光散射光譜圖Fig.3 Resonance light scattering spectra

由圖3可知：當(dāng)I-N-Sal配合物和久效磷分別單獨(dú)存在時(shí),體系的共振光散射強(qiáng)度較弱;當(dāng)I-N-Sal配體物與久效磷混合后,體系的共振光散射強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。這是由于I-N-Sal配合物與久效磷反應(yīng)形成復(fù)合物,并發(fā)生聚集形成聚合體,導(dǎo)致體系的分子質(zhì)量增大,從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振光散射信號(hào)。該聚合體的最大散射峰位于300 nm處,因此試驗(yàn)選擇300 nm作為檢測(cè)波長(zhǎng)。

2.3 反應(yīng)條件的優(yōu)化

2.3.1 酸度

考察了體系酸度為pH 5.5～10.0時(shí)共振光散射強(qiáng)度的變化情況,結(jié)果如圖4所示。

圖4 酸度對(duì)體系共振光散射強(qiáng)度的影響Fig.4 Effect of acidity on resonance light scattering intensity of system

由圖4可知：當(dāng)酸度為pH 8.0～9.0時(shí),體系共振光散射強(qiáng)度增量達(dá)到最大;當(dāng)pH低于8.0或高于9.0時(shí),體系共振光散射強(qiáng)度均下降。這表明久效磷與I-N-Sal配合物的反應(yīng)宜在弱堿性介質(zhì)中進(jìn)行,其可能的原因是：在酸性條件下,I-N-Sal配合物的質(zhì)子化[23]使得其上的硝基與久效磷上的氨基的結(jié)合能力減弱;而在強(qiáng)堿性條件下,久效磷的水解導(dǎo)致二者之間的配位能力減弱。因此,試驗(yàn)選擇采用pH 8.5的Tris-鹽酸緩沖溶液調(diào)節(jié)體系酸度。

2.3.2 I-N-Sal配合物濃度

固定體系中久效磷濃度為1.000 μmol·L-1,考察了I-N-Sal配合物濃度對(duì)體系共振光散射強(qiáng)度的影響,結(jié)果如圖5所示。

圖5 I-N-Sal配合物濃度對(duì)體系共振光散射強(qiáng)度的影響Fig.5 Effect of the concentration of I-N-Sal complex on resonance light scattering intensity of system

由圖5可知：隨著I-N-Sal配合物濃度的增大,體系的共振光散射強(qiáng)度增量顯著增大;當(dāng)I-N-Sal配合物濃度超過(guò)0.700 μmol·L-1時(shí),體系的共振光強(qiáng)度增量基本維持不變,表明久效磷與I-N-Sal配合物已基本完全結(jié)合。因此,試驗(yàn)選擇的I-N-Sal配合物濃度為0.700 μmol·L-1。

2.3.3 反應(yīng)時(shí)間

試驗(yàn)考察了反應(yīng)時(shí)間(0,5,10,20,25,35,45,55 min)對(duì)體系共振光散射強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),體系共振光散射強(qiáng)度逐漸增大,在20 min時(shí)達(dá)到最大并趨于穩(wěn)定,表明此時(shí)I-N-Sal配合物與久效磷已基本反應(yīng)完全。因此,試驗(yàn)選擇靜置反應(yīng)20 min后再進(jìn)行檢測(cè)。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

取適量的久效磷標(biāo)準(zhǔn)溶液,使體系中久效磷濃度為0,0.100,0.300,0.500,0.800,1.100 μmol·L-1,按照1.2.2節(jié)試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定,以久效磷的濃度為橫坐標(biāo),300 nm處對(duì)應(yīng)的共振光散射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果顯示：久效磷標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍為0.100～1.100 μmol·L-1,線性回歸方程為y=1 376x+527.7,相關(guān)系數(shù)為0.995 9。

以3s/k(s為6次空白溶液測(cè)定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差,k為線性回歸方程的斜率)計(jì)算檢出限,結(jié)果為30 nmol·L-1。

2.5 選擇性試驗(yàn)

2.6 樣品分析與回收試驗(yàn)

按照1.2.3節(jié)試驗(yàn)方法對(duì)油茶籽油樣品(為保證陽(yáng)性樣品的存在,部分樣品在預(yù)處理前進(jìn)行了模擬久效磷農(nóng)藥污染處理)和自來(lái)水樣品進(jìn)行分析,并與NY/T 761-2008《蔬菜和水果中有機(jī)磷、有機(jī)氯、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類農(nóng)藥多殘留的測(cè)定》(氣相色譜法)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見表1;同時(shí)對(duì)空白樣品進(jìn)行久效磷的加標(biāo)回收試驗(yàn),計(jì)算回收率和測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見表2。

表1 樣品分析結(jié)果(n=6)

表2 回收試驗(yàn)結(jié)果(n=6)

由表1可知,本方法測(cè)定油茶籽油和自來(lái)水中久效磷的結(jié)果與NY/T 761-2008的基本一致。由表2可知：油茶籽油中久效磷的加標(biāo)回收率為97.0%～103%,測(cè)定值的RSD為1.5%～3.8%;自來(lái)水中久效磷的加標(biāo)回收率為98.0%～103%,測(cè)定值的RSD為2.4%～3.4%,表明本方法可用于油菜籽油和自來(lái)水中痕量久效磷的檢測(cè)。

2.7 方法比對(duì)

將本方法與有機(jī)磷農(nóng)藥的其他檢測(cè)方法進(jìn)行比較,結(jié)果見表3。

表3 方法比對(duì)結(jié)果

結(jié)果表明：與有機(jī)磷農(nóng)藥的其他檢測(cè)方法相比,基于I-N-Sal配合物的共振光散射光譜法具有更低的檢出限和更高的靈敏度;并且I-N-Sal配合物的制備方法簡(jiǎn)單。因此,本方法在有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)方面具有一定的潛力和優(yōu)勢(shì)。

本工作制備了一種四齒席夫堿金屬配合物I-N-Sal,并提出了基于I-N-Sal配合物的共振光散射光譜法測(cè)定油茶籽油和自來(lái)水中久效磷含量的方法。與同類型探針相比,I-N-Sal配合物在實(shí)際樣品測(cè)定中表現(xiàn)出較好的靈敏度和穩(wěn)定性,為其他有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測(cè)提供了新的思路。