四碘荧光素钠-邻啡啰啉荧光光谱法测定水中镉

陈春芳，程健琳，李 程，张 涛，何爱桃(.南华大学教务处，湖南 衡阳 400；.南华大学公共卫生学院，湖南 衡阳 400)

镉(cadmium,Cd)是一种严重的环境污染物，同时具有职业危害性，长期接触可能导致严重的健康问题[1]。大量实验和流行病学研究表明，长期暴露在低浓度的含镉环境中人们罹患癌症的风险增加[2]。在美国，淡水中的溶解镉含量被严格规定为3.7 μg/L(严重情况)以及1.0 μg/L(普通情况)以下[3]。世界卫生组织规定饮用水镉含量警戒值为3.0 μg/L[1]。因此，建立一种快速、准确测定水中镉的新方法非常重要。本实验基于在pH=6.0的HAc-NaAc缓冲溶液中，Cd2+与四碘荧光素钠、邻啡啰啉反应形成络合物，在表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)存在下，该络合物的荧光强度逐渐增强，在一定范围内，其荧光强度值与镉离子浓度具有良好的线性关系。据此，建立了一种检测镉的荧光光谱分析法。

1 材料与方法

1.1 主要仪器与试剂

F4500荧光分光光度计(日本日立公司)；PB-20型pH计(Sartorius Co.Ltd)，WS2-261-79恒温水浴箱(北京市永明医疗仪器厂)等；0.01 mol/L Cd2+标准贮备液，临用时逐级稀释；1.0×10-4mol/L邻啡啰啉溶液(1,10-Phenanthroline hydrate)，1.0×10-4mol/L四碘荧光素钠溶液(Iodoeosin)，pH=6.0 HAc-NaAc缓冲溶液，1.0×10-3mol/L SDS溶液。所用试剂均为分析纯，用水为超纯水。

1.2 实验方法

在10 mL比色管中，依次加入一定量的镉标准液或样品、邻啡啰啉溶液0.60 mL、四碘荧光素钠溶液0.50 mL、SDS溶液1.60 mL和HAc-NaAc缓冲溶液0.60 mL，混匀，用水稀释至5 mL，摇匀，室温下反应20 min后，在荧光光度计上以λex=525 nm，λem=531 nm，在500～600 nm波长范围内扫描，体系的荧光强度值ΔF=F-F0，其中F和F0分别为反应体系的荧光强度值和试剂空白的荧光强度值。

1.3 反应条件的选择

1.3.1 介质酸度及用量确定 考察了HAc-NaAc、磷酸氢二钠-磷酸二氢钠、Tris-HCl等不同缓冲溶液中体系的荧光强度变化情况。实验发现，HAc-NaAc缓冲溶液对体系具有较好的增敏作用。在pH 4～10范围内，考察pH值对体系的影响，当pH=6.0时，体系的相对荧光值达到最大。当HAc-NaAc缓冲溶液用量在0.6 mL时，体系的相对荧光值最大。当1.0×10-4mol/L邻啡啰啉溶液用量在0.40～0.70 mL时，ΔF最大且基本保持不变，选择加入邻啡啰啉溶液0.50 mL。当1.0×10-4mol/L四碘荧光素钠的用量在0.5～0.7 mL时，ΔF趋于最大且稳定不变，选择加入四碘荧光素钠溶液0.60 mL。

1.3.2 表面活性剂及用量确定 考察了十二烷基硫酸钠(SDS)，十二烷基苯磺酸钠，溴化十六烷基三甲烷，氯化十六烷基吡啶，吐温80等不同表面活性剂对体系荧光强度的影响，结果表明，SDS对体系具有较明显的增敏作用，当SDS用量为1.6 mL时，体系的ΔF值达到最大。

1.3.3 反应温度和时间确定 按实验方法分别测定了不同温度条件下体系反应不同时间后，反应产物的荧光强度，发现温度对溶液的荧光强度影响不大，选择在室温下进行。在所确定的温度条件下，再测量不同反应时间反应产物的荧光强度，结果表明反应时间为20 min，ΔF达到最大，故本实验选择在室温下反应20 min为最佳实验条件。

2 结 果

2.1 荧光光谱

在优化的实验条件下，在500～600 nm波长范围内扫描，由图1(A)可见：①四碘荧光素钠的最大发射波长在547 nm处(曲线1)。②在HAc-NaAc缓冲溶液和表面活性剂SDS存在时，加入邻啡啰啉溶液，体系的荧光强度和最大发射波长均没有变化(曲线2)。③当加入1.2×10-5mol/L的Cd2+后，体系的最大发射波长由547 nm蓝移至531 nm(曲线3)。由图1(B)可见，在一定范围内，体系的荧光强度随Cd2+浓度的增大呈线性增强。

图1 荧光光谱图

2.2 线性方程与检出限

在最佳实验条件下，镉离子浓度在3.92×10-6mol/L～2.0×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系，线性方程为ΔF=58.9c(×10-5mol/L)+4.8，r=0.9992，检出限为1.91×10-6mol/L。见图2。

图7 标准曲线

2.3 共存离子的影响

2.4 样品分析及回收率实验

按照实验方法测定不同水样中镉含量，并做加标回收实验，加标回收率为86.6%～101.5%，见表1。

表1 样品测定结果

3 讨 论

科学研究表明，镉是一种十分有毒的重金属元素，即使在很低的浓度水平，对人体的肾和神经系统也有毒害作用[4]，镉是环境监测中常规的重金属污染分析项目之一，研究环境样品中镉的测定新方法具有实际意义。目前，镉的测定方法主要有：光度法[5]、原子吸收法[6]、原子荧光光谱法[7]、电感耦合等离子体质谱法[8-9]、共沉淀法[10]等。其中，光度法应用广泛，但灵敏度不够，相对误差较大。原子吸收法灵敏度较高，但干扰难消除，重现性差等原因，也不十分理想。荧光光谱分析法操作简单，稳定好，灵敏度高，适用于环境样品中镉的测定。

由上述实验发现，在pH=6.0 HAc-NaAc缓冲介质中，四碘荧光素钠与邻啡啰啉体系的荧光强度值与最大发射波长均没有变化，说明二者没有发生反应。但当加入Cd2+后，体系的最大发射波长发生蓝移，这表明四碘荧光素钠、邻啡啰啉与Cd2+三者形成络合物。在一定范围内，体系的荧光强度随镉离子浓度的增大而增强，据此推测可能是由于形成新的络合物，络合物中的π-π共轭平面远大于四碘荧光素钠的共轭平面，使得体系的荧光强度增强。

经考察，实验的最优条件为：在10 mL比色管中加入一定量的Cd2+标准溶液、四碘荧光素钠溶液0.60 mL、邻啡啰啉溶液0.50 mL、SDS溶液1.60 mL和pH=6.0 HAc-NaAc缓冲溶液0.60 mL，定容至5 mL。体系的最大激发波长为525nm，发射波长为531 nm，在500～600 nm波长范围内扫描，Cd2+浓度在3.92×10-6mol/L～2.0×10-5mol/L范围内，ΔF与成良好的线性关系。

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