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《武汉工程大学学报》 2016年05期 431-436 出版日期：2016-11-02 ISSN:1674-2869 CN:42-1779/TQ

亚硝酸根的2，3-二氨基吩嗪荧光猝灭法测定

1　引　言亚硝酸盐广泛存在于土壤、水以及食品等物质中［1］，应用于工、农业以及食品添加剂等方面. 其大量应用导致环境污染如水体富营养化、地下水污染等，而摄入过量的亚硝酸盐更是能使人体中毒，严重者甚至会导致死亡［2］. 因此，亚硝酸根离子的检测具有十分重要的意义. 荧光分析法操作方便、灵敏度高、反应速度快、对环境污染小［3］，是测量亚硝酸根离子的重要分析方法. 荧光法测定亚硝酸盐大多是基于探针上的胺基与亚硝酸根离子在酸性条件下的重氮化或者亚硝化反应从而使得探针的荧光增强或猝灭. 如紫脲酸铵［4］、吲哚［5］、中性红［6-7］、藏红T［8］、品红［9］、荧光素［10-11］、酪氨酸［12］、叶酸［13］等荧光探针都是基于此机理来测定亚硝酸盐的. 含邻二胺基团的荧光探针可与亚硝酸盐反应生成三氮唑化合物，如乙二胺［14］、2，3-二氨基萘［15］等，这类荧光探针一般具有更低的检测限与更宽的线性范围. 此外有些物质如十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠等的加入，可使体系荧光大大增强，从而降低了体系的检测限，起到胶束增敏的作用. 本文采用含邻二胺基团的2，3-二氨基吩嗪（DAP）作为荧光探针（其结构如图1所示），以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为增敏剂，建立了胶束增敏荧光猝灭测定亚硝酸盐的新方法，并将其用于湖水、雨水和自来水的实际检测. 2　实验部分2.1　试剂及仪器AR1104电子分析天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）；F-4600 荧光分光光度仪（日立高新技术公司）. DAP根据文献［16］合成. DAP溶液：用DMSO溶解配制成浓度为1.0×10-2 mol/L的储备液，置于冰箱保存，临用时用水稀释；亚硝酸钠溶液：用水溶解配置成 0.1 mol/L的储备液，冰箱保存，需每天新配；硫酸、盐酸、磷酸、氢氧化钠均配成 1.0 mol/L 溶液. 所有试剂均为分析纯，东湖水等实际样品需过滤使用，实验用水为超纯水. 2.2　方法2.2.1　DAP与亚硝酸根离子反应荧光变化　在 10 mL比色管中依次加0.3 mL硫酸溶液，0.2 mL CTAB 溶液，0.2 mL DAP（储备液稀释后成 1.0×10-4 mol/L），适量亚硝酸根溶液，加水定容至 5 mL，50 ℃下反应 50 min，加入 0.6 mL氢氧化钠，再次定容至10 mL，同时作空白试验. 选择狭缝宽度为 10 nm×20 nm，激发波长为435 nm，发射波长为 557 nm，测定溶液荧光强度. 2.2.2　硫酸浓度影响　比色管中分别加不同量的硫酸溶液，0.2 mL CTAB溶液，0.2 mL DAP，1.5 mL 亚硝酸根溶液（1.0×10-5 mol/L），定容至 5 mL，50 ℃下反应 50 min，加氢氧化钠至 pH 为中性，定容至 10 mL，同时作空白试验. 在狭缝宽度为10 nm ×15 nm（后面实验均在此狭缝下测定），激发波长 λex=435 nm、发射波长 λem = 557 nm的条件下测定其荧光强度变化△F （△F = F空白 - F）. 2.2.3　CTAB浓度影响　比色管中分别加 0.3 mL 硫酸溶液，不同量CTAB溶液，0.2 mL DAP，1.5 mL 亚硝酸根溶液，定容至 5 mL，50 ℃下反应 50 min，加入 0.6 mL 氢氧化钠，定容至 10 mL，同时作空白试验. 测定加入不同量 CTAB 的荧光强度变化△F. 2.2.4　时间依赖性及温度影响　比色管中分别加入 0.3 mL 硫酸溶液，0.2 mL CTAB 溶液，0.2 mL DAP，1.5 mL 亚硝酸根溶液，定容至 5 mL，不同温度下反应，加入 0.6 mL 氢氧化钠，定容至 10 mL，同时作空白试验. 测定不同温度（25 ℃、37 ℃、50 ℃）反应不同时间的△F. 2.2.5　工作曲线、检测限与精密度　在所选择的最佳条件下（DAP 浓度为 2×10-6 mol/L、硫酸浓度为 0.03 mol/L、CTAB浓度为 2.0×10-3 mol/L、温度为 50 ℃，反应时间 50 min），配置一系列不同浓度的亚硝酸根溶液，测定线性范围，并根据公式 LOD = kS0 / S（S0 为空白标准偏差，S 是工作曲线斜率，k = 3）计算检测限. 在最佳条件下加入 1.0 mL 亚硝酸根溶液，重复 6 次，计算相对标准偏差. 2.2.6　离子干扰　在最佳实验条件下（CDAP=2×10-6 mol/L，CH2SO4= 0.03 mol/L，CCTAB= 2.0×10-3 mol/L），亚硝酸根离子浓度为 1.5×10-6 mol/L 时，考察其它离子（Cu+、Pb2+、Ni2+、Li+、Al3+、Mn2+、Cd2+、Hg2+、Ag+、Ba2+、Mg2+、Co2+、Zn2+、Cl-、I-、NO3-、Ac-）能够共存的最大浓度. 2.2.7　实际样品测试　在最佳实验条件下加入实际样品（自来水加入量为 3 mL，雨水 2 mL，东湖水为 1 mL），加标组再加入 8.0×10-7 mol/L的亚硝酸根溶液，测定各组荧光强度变化，平均测定 3 次，并计算样品中亚硝酸根离子含量和加标回收率. 3　结果与讨论3.1　荧光光谱DAP 在溶液 pH 小于6 时基本无荧光，此后随着pH增加，荧光逐渐增强，最大激发波长为 435 nm，发射波长为 557 nm. 在 pH 为7~8时荧光强度基本稳定；在pH大于8时荧光强度随 pH 值增大而减小. 在酸性条件下，DAP能与亚硝酸根离子反应，产物在酸性条件下荧光较弱，加碱中和后荧光强度也无明显增强. 因此，可以在酸性条件下使亚硝酸根离子和DAP反应，在中性条件下进行亚硝酸根离子测定. 加入 CTAB 后体系荧光强度变化增强了十几倍，表明CTAB 对测定有增敏作用. 另外，加入 CTAB 后激发波长会小幅度发生红移，波长由 425 nm 移至 435 nm 处，发射波长基本不变. 图2是CTAB存在下 DAP 与亚硝酸根离子反应前后荧光光谱图，其中 1 和 1’ 是DAP 的激发和发射波长，2 和 2’ 是与亚硝酸根离子反应后的激发与发射波长. 由图2可知，在激发波长为 435 nm，发射波长为 557 nm 时，DAP 荧光强度很大，加入亚硝酸根离子后荧光明显发生猝灭. 说明 DAP 能对亚硝酸根离子做出响应. 3.2　酸性介质及其浓度影响在相同实验条件下分别考察盐酸、硫酸、磷酸3种介质对体系荧光强度的影响. 实验结果发现在硫酸介质中体系荧光强度变化 △F最大，故选用硫酸作为酸性介质. 不同浓度硫酸溶液对 △F 影响结果如图3所示，当硫酸浓度较小时，△F 随酸度增大快速而增强，当硫酸浓度为 0.03 mol/L 时△F 达到最大，之后 △F 基本不变，所以最终选择硫酸的最佳浓度0.03 mol/L. 3.3　CTAB浓度影响不同浓度 CTAB 溶液对△F影响如图4所示. CTAB 浓度较小时，△F 随其增大而快速增强，当 CTAB 浓度为2.0 mmol/L 时达到最大，之后△F 基本不变，所以最终选择2.0×10-3 mol/L作为CTAB 的最佳浓度. 3.4　时间依赖性及温度影响如图5所示，DAP与亚硝酸根离子在25 ℃下反应较慢，120 min后反应仍不完全，而在37 ℃和 50 ℃ 下，在反应时间小于15 min 时△F 迅速增大，在15 min至 50 min 时△F 增加趋势变缓，在 50 min 时反应基本完全，且在 50 ℃下的△F比在 37 ℃下的△F稍高，故选择最佳反应温度为 50 ℃，反应时间为 50 min. 3.5　工作曲线、检测限与精密度如图6所示，亚硝酸根浓度在 0.1 mol/L ~ 2.1×10-6 mol/L 范围内与 △F 呈良好的线性关系. 其线性回归方程为：△F=249.2C+26.07（R2=0.999），其中 C 为亚硝酸根浓度，并根据公式 LOD= kS0 / S（空白标准偏差 S0 = 8.2，工作曲线斜率S =249.2，k = 3）计算出检测限为9.8×10-8 mol/L. 加入亚硝酸根离子的浓度为 1.0 μmol/L时，按实验方法测定 6 次，相对标准偏差为 1.5%. 3.6　其它离子干扰在亚硝酸根浓度为 1.5×10-6 mol/L 时，相对误差在 ±5% 以内，允许 1 000倍的 Cu2+、Pb2+、Al3+、Mn2+、Cl-、NO3-、Ac-，500 倍浓度的 Ni2+、Li+、Cd2+、Hg2+，100 倍的 Co2+，50倍的 Mg2+、Zn2+，5 倍的 I-，2 倍浓度的 Ag+，1 倍浓度的 Ba2+ 与亚硝酸根离子共存. 3.7　实际样品测定表1是实际样品的亚硝酸根离子含量测定值与加标回收率（三种试样的加入量分别为 3 mL、1 mL 和 2 mL）. 经计算可得，自来水、东湖水、雨水中亚硝酸根离子含量分别为 1.10×10-6 mol/L、3.43×10-6 mol/L、2.14×10-6 mol/L. 4　结　语本文建立了基于2，3-二氨基吩嗪的荧光分析测定亚硝酸根离子的方法. 在最佳实验条件下的线性范围为 0.1 mol/L~2.1×10-6 mol/L，检测限为9.8×10-8 mol/L. 该方法测定灵敏度高、斯托克位移大，有望用于实际样品中亚硝酸根离子的测定. ：