孔雀石绿-碘化钾体系共振光散射法测定水中痕量汞

杨胜园，徐小娜，于军晖，杨慧仙，唐璐

(南华大学 公共卫生学院，湖南 衡阳 421001)

汞及其化合物属于剧毒物质，进入体内的汞可以在体内蓄积，进而危害身体健康［1］，因此汞是环境监测中的一项重要污染指标。汞的传统测定方法通常有分光光度法［2］、冷原子吸收光谱法［3］和冷原子荧光法［4］等，近年来也有不少文献报道基于有机生色团、纳米材料、功能核酸检测汞的新方法［5］。共振光散射法是近年来发展的一种新技术，由于具有灵敏度高、简便、快速等特点，已在药物［6］、核酸［7］、蛋白质［8］以及其他环境污染物检测中得到了广泛应用。

本 文 发 现，I－能 与 Hg2+形 成 配 阴 离 子［HgI4］2－，与碱性阳离子染料孔雀石绿(MG)结合形成的离子缔合物能使反应体系共振光散射(RLS)强度明显增强，且在一定浓度范围内散射强度与Hg2+浓度呈线性关系，据此建立共振光散射法测定水中痕量汞的新方法。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

HgCl2、碘化钾、二烷基硫酸钠(SDS)、孔雀石绿(MG)、硫酸等均为分析纯;实验用水为超纯水。Hitachi F-4500 荧光分光光度计;UV-2550 紫外/可见分光光度计;AB204-S 型电子分析天平。

1.2 HgCl2 标准溶液的配制

准确称取0.271 6 g HgCl2于小烧杯中，加水溶解后，转移至100 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，溶液浓度为1.00 ×10－2mol/L。标准应用液由标准储备液逐级稀释至1.00 ×10－6mol/L。

1.3 实验方法

在10 mL 比色管中，加入一定量的1. 00 ×10－6mol/L HgCl2标准应 用液，2. 0 × 10－3mol/L H2SO41.2 mL，加水至5 mL 左右，加入1.00 mol/L KI 标准溶液1.5 mL，摇匀，置暗处放置5 min。依次加入1. 00 × 10－3mol/L SDS 0. 8 mL，1. 00 ×10－3mol/L MG 1.0 mL，定容，摇匀，10 min 后将溶液置于荧光分光光度计上以λex= λem进行同步扫描，得到RLS 光谱。在最大RLS 峰344 nm 处，测定溶液的RLS 强度I 和试剂空白的RLS 强度I0，ΔIRLS= I－I0。激发和发射狭缝宽度均为10 nm，光电倍增管负电压400 V。

2 结果与讨论

2.1 光谱特征

在实验条件下，分别测定体系的紫外/可见吸收光谱和RLS 光谱，结果见图1。

图1 吸收光谱与散射光谱Fig.1 Absorption and resonance light scattering spectra of the systerm

由图1A 可知，吸收峰分别位于426，618 nm 处，在344，468 nm 处吸收最弱。由图1B 可知，其散射峰分别位于344，468 nm 处，而在426，618 nm 处散射强度较弱。可知在250 ～600 nm 波长范围内，体系散射光谱均位于其分子吸收带中。体系吸收强时，散射光弱;体系吸收弱时，散射光强。这是瑞利散射位于其分子吸收带中产生的共振瑞利散射［9］。

Hg2+-KI-MG 体系的RLS 光谱见图2。

图2 Hg(Ⅱ)-KI-MG 体系的共振散射光谱Fig.2 RLS spectra of Hg(Ⅱ)-KI-MG system

由图2 可知，在本实验条件下，MG 自身的散射光很弱，其最大散射峰位于468 nm 波长处。随着Hg2+的加入，［HgI4］2－与MG 形成离子缔合物，在284，344 nm 处产生新的强RLS 峰。原因可能是:随着MG 溶液的加入，在弱酸性条件下，MG 分子形成阳离子MG+，与［HgI4］2－反应，形成离子缔合物，大大增加了分子的体积。而共振光散射的强度与所形成的颗粒的大小有关，且正比于分子体积的平方。因此，体系中有新的分子体积比较大的离子缔合物的形成，导致体系的IRLS明显增强。实验发现，体系在波长344 nm 处产生的共振散射强度更大，灵敏度更高，故实验选择344 nm 作为检测波长。加入不同浓度的Hg2+后，体系的RLS 强度逐渐增强，且在一定浓度范围内，RLS 强度增加值ΔI(λmax=344)与Hg2+浓度呈良好的线性关系。

2.2 酸度的影响

实验研究了H3PO4、H2SO4和HCl 对体系共振光散射强度的影响。发现在H2SO4介质中，ΔIRLS强度最大，并且随着Hg2+浓度的变化产生的光强度的变化最稳定。因此，采用加入1. 2 mL 2. 0 ×10－3mol/L的硫酸调节体系酸度。

2.3 KI 用量的影响

实验表明，体系ΔIRLS值随KI 用量增加而逐渐增大，当1.00 mol/L KI 用量在1.5 mL 时，ΔIRLS达到最大，且基本恒定。KI 量继续增加，ΔIRLS值有所下降，但基本保持恒定，表明该离子缔合物已完全形成。所以，选择1. 00 mol/L KI 溶液加入量为1.5 mL。

2.4 孔雀石绿用量的影响

实验表明，MG 用量少时，［HgI4］2－与MG 反应不完全，体系ΔIRLS偏低;MG 用量1.0 mL 时，反应完全，ΔIRLS达到最大值;继续增加MG 浓度，不再有利于增大ΔIRLS值。因此，选用1.00 ×10－3mol/L MG 1.0 mL。

2.5 表面活性剂的选择及用量的影响

表面活性剂对体系有增敏和增稳作用，研究了SDS、SDBS、SLS、CTMAB 对体系的影响。发现加入以上4 种表面活性剂，均可使体系RLS 强度增强，但空白值也均随之增加，对ΔIRLS值影响不大。但考虑到表面活性剂对本体系的增稳作用，选择加入1.0×10－3mol/L 的SDS 0.8 mL 增强体系稳定性。

2.6 反应时间与反应温度的影响

多次实验表明，试剂完全混合均匀后，体系迅速发生反应。室温下放置10 min，体系的△IRLS已基本上达到最大值，且1 h 内体系共振光散射强度基本保持不变。所以，选择试剂混合后10 min 开始测定。

在10 ～45 ℃的温度范围，考察反应温度对△IRLS的影响。结果表明，适宜的反应温度在20 ～25 ℃，体系相对稳定且△IRLS较大。温度高于30 ℃，随着温度的升高，△IRLS值逐渐减小，可能是升温导致分子热运动增加，分子间作用力和疏水作用力减弱，使得离子缔合物离解，稳定性降低;当温度低于15 ℃时，△IRLS值较小，有可能是因为低温条件下，反应进行比较缓慢。故选择室温(约20 ℃)下进行，试剂混合10 min 后开始测定。

2.7 标准曲线的建立

在最佳实验条件下，按照实验法分别加入不同浓度的Hg2+标准溶液，分别测定空白和体系RLS 强度。结 果 表 明，汞 浓 度 在4. 2 × 10－8～8. 0 ×10－7mol/L 范围内与△I 呈现良好的线性关系，线性回归方程△I =70.82C(×10－7mol/L)+11.87，相关系数r=0.999 1。按实验方法测定11 次空白值，依据其标准偏差的3 倍除以斜率(3Sd/K)计算出检出限为1.26 ×10－8mol/L。分别对Hg2+含量为0.75 ×10－7mol/L(低浓度)、1.5 ×10－7mol/L(中浓度)和4.5 ×10－7mol/L(高浓度)的溶液进行7 次平行测定，相对标准偏差分别为2.47%，1.08% 和2.49%。

2.8 共存离子的影响

在最优实验条件下，以2. 0 × 10－7mol/L 的Hg2+标准溶液进行干扰实验，研究水中常见离子对Hg2+测定的影响，控制相对误差在±5%以内，共存离子最大允许倍数为:500 倍量的F－、K+、Cl－、Na+、NH4+、Al3+、Fe2+、NO3－，100 倍量的Ca2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Cr3+，50 倍量的Mg2+，5 倍量的Fe3+、Pb2+。可见，水中常见K+、Na+、Cl－、NO3－对测定结果干扰非常小，但Fe3+、Pb2+具有一定程度的干扰。在测定前可对水样进行简单预处理，选用掩蔽剂进行掩蔽，加入2%抗坏血酸和2%柠檬酸三铵各1.0 mL，可消除干扰。

2.9 样品分析及回收率测定

分别取湘江水样、池塘水样各50 mL 于100 mL烧杯中，加入H2SO4、KMnO4各1.0 mL，缓慢加热，并不断均匀搅拌至约20 mL。冷却后移入50 mL 容量瓶，加入2% 抗坏血酸和2% 柠檬酸三铵各1.0 mL，超纯水定容至刻度。取5.0 mL 预处理的水样进行测定，每份样品做3 次平行测定，并进行加标回收实验，结果见表1。

表1 样品测定结果及回收率Table 1 Determination results of the samples

3 结论

对Hg2+-KI-MG 体系的RLS 光谱特征、反应条件、影响因素以及一些共存物质的影响进行了研究。结果表明，在该体系中，共振光的强度变化与Hg2+的浓度变化有良好的线性关系，该方法可用于环境水样中Hg2+的测定，方法简便、快速、结果准确可靠。

［1］ 周斌，史林飞，刘璐，等. 非标记金纳米粒子共振光散射法检测汞离子［J］.应用化工，2012，41(2):344-346.

［2］ 王文忠.分光光度法测定水中微量汞［J］.化学分析计量，2002，11(5):24-25.

［3］ 赵延庆.微型氢化物发生装置在冷原子吸收分光光度法测汞中的应用［J］.岩矿测试，2008，27(1):69-70.

［4］ 孙引，郑建明.原子荧光法检测鸡肉中铅、砷、汞［J］.广州化工，2011，39(6):117-119.

［5］ Wu D H，Zhang Q，Chu X，et al. Ultrasensitive electrochemical sensor for mercury (Ⅱ)based on target-induced structure-switching DNA［J］. Biosens Bioelectron，2010，25(5):1025-1031.

［6］ 江虹，舒亚林，张秀菊.亚甲基蓝共振瑞利散射法测定阿莫西林的含量［J］. 理化检验:化学分册，2011，47(9):1063-1065.

［7］ Qi H，Bi N，Chen Y H，et al.Determination of DNA based on localized surface plasmon resonance light scattering using unmodified gold bipyramids［J］. Spectrochim Acta，2011，81(1):769-773.

［8］ 张亚南，冯素玲.表面活性剂和染料探针共振光散射法测定蛋白质［J］.化学研究与应用，2012，24(11):1624-1628.

［9］ Cui F L，Yun Y R，Hui G Q，et al.Determination of lead at nanogram level in water samples by resonance light scattering technique using tetrabutyl ammonium bromide as a molecular probe［J］. Chemical Society of Ethiopia，2012，26(1):1-8.