5－磺基水杨酸—Fe3+荧光探针测定EDTA

常 琳，吴 婷，陈 芳

(华中科技大学化学与化工学院，湖北武汉 430074)

乙二胺四乙酸(EDTA)是种常用的螯合剂，具有广泛的配位能力，几乎能与所有的过渡重金属离子生成稳定的水溶性络合物，从而造成重金属扩散的环境污染.因此，EDTA的测定对人们日益关注的环境问题有重要意义，同时一些环境研究者们也开始研究EDTA的降解.目前测定微量EDTA的方法主要有:离子色谱法［1］、电化学法［2－3］、火焰原子吸收光谱法［4－5］、紫外可见分光光度法［6］、高效液相色谱法［7－8］和毛细管电泳［9］.有关EDTA测定的荧光分析方法报道较少，Yuan等［10］基于EDTA、水杨酸和Tb3+形成的三元化合物能发出强荧光，建立了一种测定EDTA的荧光分析法，但该方法的荧光背景较强.

5－磺基水杨酸(5－sulfosalicylic acid，简写为SSA)是一种常用的铁指示剂，但关于其荧光性质的研究报道很少，本文在研究5－磺基水杨酸与Fe3+相互作用的荧光光谱时发现，Fe3+可以选择性猝灭5－磺基水杨酸的荧光.而EDTA的加入可以使5－磺基水杨酸－Fe3+配合物离解，荧光恢复.基于此，建立了一种测定EDTA的荧光分析新方法.

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

5－磺基水杨酸(分析纯)，三氯化铁(分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)，乙二胺四乙酸二钠(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，冰乙酸(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，无水乙酸钠(分析纯，国药集团化学试剂有限公司).

荧光分光光度计(RF－5301PC，日本岛津)，紫外可见分光光度计(UV－2550，日本岛津)，电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司).

实际样品分别为自来水(来自实验室)，湖水(来自华中科技大学青年园湖)和隐形眼镜护理液.

1.2 实验步骤

取60μL10－3mol/L SSA 于10mL 比色管中，依次加入100μLFeCl3(10－3mol/L)、1mLpH=3.8的HAc－NaAc缓冲溶液(0.1 mol/L)以及一定量的EDTA，稀释到10 mL，在室温下放置半个小时后，以299 nm为激发波长，测定409 nm处荧光强度.

2 结果与讨论

2.1 光谱性质

图1是体系的激发和发射光谱.从图中可看出，以299 nm激发时，SSA在409 nm处有很强的荧光，当向其内加入1.0×10－5mol/L的Fe3+后，荧光强度大大降低，这是可能由于Fe3+与SSA形成了配合物.当再向溶液中加入一定量EDTA时，由于EDTA与Fe3+之间的强配位作用，Fe3+与SSA配合物离解，荧光恢复.研究同时发现(图2)，只有Fe3+可以选择性猝灭SSA的荧光，其它金属离子如Zn2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Mn2+、Cr3+、Ca2+以及Fe2+均不能猝灭SSA的荧光.由于EDTA与Fe3+之间的配位常数远大于其它常见金属离子，因此，依据体系的荧光恢复与EDTA的浓度呈线性关系，可建立测定EDTA的荧光分析新方法.

图1 体系的荧光激发光谱(A)和发射光谱(B)Fig.1 Excitation spectra(A)and emission spectra(B)

图2 SSA对金属离子的选择性Fig.2 Selectivity of SSA for metal ions

2.2 pH值的优化

考察了pH在2.8～4.4的HAc－NaAc缓冲溶液对SSA－Fe3+－EDTA体系荧光强度的影响.图3表明，当pH=3.8时，ΔF值最大.当pH小于3.8时，由于SSA质子化，荧光强度减弱，致使Fe3+加入后，荧光猝灭程度减小，而当pH大于3.8时，由于Fe3+发生水解，荧光猝灭作用也相对减弱.因此选择pH=3.8作为以下的实验条件.

2.3 SSA浓度的优化

考察了浓度范围为1.0×10－6～8.0×10－6mol/L的SSA对荧光强度的影响.实验发现(图4)，随着SSA浓度的增大，体系ΔF值随之增大，当浓度大于6.0×10－6mol/L时，ΔF值基本保持不变.考虑到探针浓度的增加会降低检测方法的灵敏度，选择6.0×10－6mol/L为最佳SSA浓度.

2.4 Fe3+浓度的优化

从图5可以看出，随着Fe3+浓度的增加，SSA的荧光强度越来越弱.当Fe3+浓度较低时，对EDTA测定的背景荧光值较高，同时线性范围较窄;而当Fe3+浓度太高时，低浓度的EDTA对荧光的恢复能力有限，直接影响到测定的灵敏度.综合考虑灵敏度和线性范围，选择Fe3+浓度为1.0×10－5mol/L进行后续实验.

图3 pH值对荧光强度的影响Fig.3 Effect of pH on the fluorescence intensity

图4 SSA浓度对荧光强度的影响Fig.4 Effect of the concentration of SSA on the fluorescence intensity

2.5 体系的选择性

在最优条件下，加入与EDTA(1.0×10－5mol/L)浓度相同的其它金属离子和化合物，考察了体系对其它离子及小分子的响应情况，结果如图6所示.结果表明，Ni2+、Cu2+、Co2+、Cr3+、Ca2+、Zn2+、苯甲酸钠等均不能使体系的荧光恢复，说明该方法具有对EDTA的特异选择性.

图5 Fe3+浓度对SSA荧光光谱的影响Fig.5 Effect of the concentration of Fe3+on the fluorescence intensity

图6 体系选择性的测定Fig.6 Determination of system selectivity

2.6 共存离子影响

考察了共存物质的干扰情况，从表1看出，在最优条件下，10倍浓度的 Mn2+、Co2+、Cu2+、Cr3+、K+、Fe2+、Ca2+、Zn2+、NO3－、B4O72－、HCOONa、C7H5O2Na和甘氨酸，20 倍浓度的 Na+，30 倍的 Cl－以及50 倍的NO2－、SO42－对6.0×10－6mol/L EDTA体系的测定基本没有干扰.

表1 体系外来物质的影响Tab.1 Interference of foreign ions

2.7 分析应用

在最优条件下，该方法测定EDTA的线性回归方程为 ΔF= －27.0+20.2c(c:10－6mol/L，r=0.995)，线性范围为1.0 ×10－6～1.2 ×10－5mol/L，检出限为 6.0 ×10－7mol/L.对 6.0 ×10－6mol/L 的 EDTA 平行测定11次，相对标准偏差(RSD)为3.1%.

表2 水样中EDTA的检测Tab.2 Determination of EDTA in water samples

2.8 机理探讨

测定了不同组成体系的吸收光谱，结果如图7所示.同时测定了SSA在不同Fe3+浓度条件下以及SSA－Fe3+在不同EDTA浓度条件下的吸收光谱(图8).结果表明，SSA在299 nm处有一个吸收峰，并在240 nm左右出现了一个小尖峰.当加入Fe3+后，299nm处的吸收峰有所增强并发生了蓝移，在500nm处出现了一个明显的吸收峰，且随Fe3+浓度的增大，吸收强度逐渐增大(图8A)，这是由于Fe3+与SSA络合形成了配合物.在此基础上，随着EDTA的加入，可见区的吸收峰强度逐渐减弱至消失，同时240nm处的小尖峰和299nm处的吸收峰又重新出现，并且在380 nm出现一个等吸收点(图8B)，而在260 nm处出现了一个小的吸收峰，经证明是Fe3+和EDTA的络合物产生的(图7曲线d).因此，我们推断SSA和Fe3+络合形成配合物，当EDTA加入后，由于EDTA和Fe3+络合常数比较大，能够形成更稳定的络合物，从而释放出SSA.

图7 体系的吸收光谱Fig.7 The UV－vis absorption spectra of system

图8 SSA－Fe3+(A)和SSA－Fe3+－EDTA(B)的紫外－可见吸收光谱Fig.8 The UV－vis absorption spectra of SSA－Fe3+(A)and SSA－Fe3+ －EDTA(B)

3 结论

本文研究了5－磺基水杨酸与Fe3+相互作用的荧光光谱，发现Fe3+可以选择性猝灭5－磺基水杨酸的荧光，而EDTA的加入可以使5－磺基水杨酸－Fe3+配合物离解，荧光恢复.该体系不仅可以用于Fe3+及EDTA的荧光测定，还可以作为通过配位控制的荧光开关.此外，由于Fe2+不能猝灭5－磺基水杨酸的荧光，该体系还有望作为氧化还原控制的荧光开关.

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