基于铁(Ⅲ)-硝基-萨洛芬配合物的共振光散射光谱法测定油茶籽油和自来水中久效磷的含量

杨 静,李 倩,任 静,聂长明,廖力夫,肖锡林,*

(1.衡阳市场监督检验和检测中心,衡阳 421001;2.南华大学 化学化工学院 湖南省锕系配合物设计与应用重点实验室,衡阳 421001;3.南华大学 衡阳医学院 公共卫生与检验科学系,衡阳 421001)

由于有机磷农药常用于农作物的害虫防治,易残留在源自农作物的食用油中,或随着农作物的浇灌、雨水的冲刷等过程迁移至地下水、河流和湖泊中,这严重威胁了人类健康和生态环境[1-3]。久效磷是一种比较常见的有机磷农药,具有很强的毒性,会使人视力模糊、肌肉无力、呕吐甚至因呼吸衰竭而死亡[4]。目前,有机磷农药的传统检测方法有色谱法和质谱法等[5-6],但这些方法大多步骤繁琐、操作复杂或者仪器设备昂贵[7-11]。因此,十分有必要建立一种简单、快速、准确测定食用油和水中久效磷含量的方法[12-14]。

共振光散射光谱法由于具有图谱简单、操作方便且仪器便宜等优点,在有机磷农药残留检测中应用广泛[15-16]。席夫碱是一类具有亚胺或甲胺特性基团的有机化合物。由于具有独特的化学结构和易制备等特点,席夫碱已被成功用于构建金属离子、苦味酸等物质的传感器[17-20]。萨洛芬(Salophen)是一种常见的四齿席夫碱金属配合物。因此,本工作通过合成铁(Ⅲ)-硝基-Salophen(I-N-Sal)配合物,研究了其与久效磷相互作用产生的共振光散射光谱,提出了一种测定油茶籽油和自来水中久效磷含量的方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Hitachi F-7000型荧光光谱仪;Hitachi UV-3900型紫外-可见分光光度计;Erimonta UNICUBE型元素分析仪;Thermo Nicolet iS5型傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪;Bruker 400 MHz型核磁共振波谱仪。

久效磷标准溶液：0.1 mmol·L-1,取2.2 mg久效磷标准品,用水溶解并定容至100 mL。

三羟甲基氨基甲烷(Tris)-盐酸缓冲溶液：0.1 mol·L-1,取1.211 4 g Tris于烧杯中,加入80 mL水使其完全溶解后,滴加盐酸使溶液酸度达到pH 8.5,并用水定容至100 mL。

久效磷标准品的纯度为98.5%;邻苯二胺、5-硝基水杨醛、九水合硝酸铁、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、Tris、盐酸、乙腈、乙酸、无水硫酸镁、无水乙酸钠、乙酸乙酯均为分析纯;试验用水为纯水。

油茶籽油样品购买自衡阳市当地的超市;自来水样品取自南华大学红湘校区。

1.2 试验方法

1.2.1 I-N-Sal配合物的制备

将15 mL含0.5 mmol 5-硝基水杨醛的乙醇溶液滴加到10 mL含1 mmol邻苯二胺的乙醇溶液中,所得混合物在40 ℃水浴下搅拌回流0.5 h;然后在搅拌条件下加入10 mL含0.5 mmol九水合硝酸铁的乙醇溶液,继续搅拌4 h,过滤,用乙醇重结晶后干燥,得到深橙红色固体粉末(产率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 久效磷标准溶液的测定

将适量的久效磷标准溶液、70 μL 0.1 mmol·L-1I-N-Sal溶液和2 mL Tris-盐酸缓冲溶液加入到10 mL比色管中,用水定容至10 mL。室温反应20 min后,用荧光光谱仪(设置光电倍增管电压为-400 V,激发和发射狭缝宽度均为5 nm)在激发波长与发射波长相等的情况下对上述混合溶液进行扫描,记录体系在300 nm处的共振光散射强度。随同进行空白试验。

1.2.3 样品测定

取5 g油茶籽油样品,缓慢加入到50 mL离心管中,加入10 mL水,涡旋2 min,室温静置30 min。依次加入16 mL体积比99…1的乙腈-乙酸的混合溶液、6 g硫酸镁、1.5 g乙酸钠和1颗陶瓷均质子,涡旋2 min,以转速4 000 r·min-1离心5 min。分取8 mL上清液于15 mL离心管中,依次加入1 200 mg硫酸镁、400 mgN-丙基乙二胺(PSA)和400 mg C18,涡旋2 min,以转速4 000 r·min-1离心5 min。分取2 mL上清液于10 mL试管中,于40 ℃水浴氮吹至近干。将残留物用1 mL乙酸乙酯复溶,过0.2 μm有机滤膜,滤液按照1.2.2节试验方法进行测定。

对于自来水样品,无需预处理,可直接按照1.2.2节试验方法进行测定。

2 结果与讨论

2.1 I-N-Sal配合物的表征

2.1.1 紫外-可见吸收光谱图

I-N-Sal配合物的紫外-可见吸收光谱图见图1。

图1 紫外-可见吸收光谱图Fig.1 UV-Vis absorption spectrum

结果表明：I-N-Sal配合物在紫外光区有3个吸收峰,339 nm和362 nm处的吸收峰归因于苯环和席夫碱上亚胺基的π→π*跃迁[22],429 nm处的吸收峰归因于席夫碱上甲胺基中氮原子孤对电子的n→π*跃迁。

2.1.2 FTIR

I-N-Sal配合物的FTIR图见图2。

图2 FTIR图Fig.2 FTIR spectrum

由图2可知：I-N-Sal配合物的重要官能团,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现。

2.1.3 元素分析

I-N-Sal配合物的元素分析结果显示,C、H、N的质量分数实测值分别为52.20%,2.61%,12.20%,与理论值基本一致。

2.1.4 核磁共振氢谱

I-N-Sal配合物的核磁共振氢谱(1H-NMR)数据如下。

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)。

综合紫外-可见吸收光谱图、FTIR、元素分析和1H-NMR表征结果,可以得出结论,所制备的物质是四齿席夫碱金属配合物,其化学式为C20H12N4O6Fe。

2.2 共振光散射光谱图

久效磷、I-N-Sal配合物、I-N-Sal配合物+久效磷在pH 8.5体系中的共振光散射光谱图如图3所示。

图3 共振光散射光谱图Fig.3 Resonance light scattering spectra

由图3可知：当I-N-Sal配合物和久效磷分别单独存在时,体系的共振光散射强度较弱;当I-N-Sal配体物与久效磷混合后,体系的共振光散射强度明显增强。这是由于I-N-Sal配合物与久效磷反应形成复合物,并发生聚集形成聚合体,导致体系的分子质量增大,从而产生强烈的共振光散射信号。该聚合体的最大散射峰位于300 nm处,因此试验选择300 nm作为检测波长。

2.3 反应条件的优化

2.3.1 酸度

考察了体系酸度为pH 5.5～10.0时共振光散射强度的变化情况,结果如图4所示。

图4 酸度对体系共振光散射强度的影响Fig.4 Effect of acidity on resonance light scattering intensity of system

由图4可知：当酸度为pH 8.0～9.0时,体系共振光散射强度增量达到最大;当pH低于8.0或高于9.0时,体系共振光散射强度均下降。这表明久效磷与I-N-Sal配合物的反应宜在弱碱性介质中进行,其可能的原因是：在酸性条件下,I-N-Sal配合物的质子化[23]使得其上的硝基与久效磷上的氨基的结合能力减弱;而在强碱性条件下,久效磷的水解导致二者之间的配位能力减弱。因此,试验选择采用pH 8.5的Tris-盐酸缓冲溶液调节体系酸度。

2.3.2 I-N-Sal配合物浓度

固定体系中久效磷浓度为1.000 μmol·L-1,考察了I-N-Sal配合物浓度对体系共振光散射强度的影响,结果如图5所示。

图5 I-N-Sal配合物浓度对体系共振光散射强度的影响Fig.5 Effect of the concentration of I-N-Sal complex on resonance light scattering intensity of system

由图5可知：随着I-N-Sal配合物浓度的增大,体系的共振光散射强度增量显著增大;当I-N-Sal配合物浓度超过0.700 μmol·L-1时,体系的共振光强度增量基本维持不变,表明久效磷与I-N-Sal配合物已基本完全结合。因此,试验选择的I-N-Sal配合物浓度为0.700 μmol·L-1。

2.3.3 反应时间

试验考察了反应时间(0,5,10,20,25,35,45,55 min)对体系共振光散射强度的影响。结果表明：随着反应时间的延长,体系共振光散射强度逐渐增大,在20 min时达到最大并趋于稳定,表明此时I-N-Sal配合物与久效磷已基本反应完全。因此,试验选择静置反应20 min后再进行检测。

2.4 标准曲线和检出限

取适量的久效磷标准溶液,使体系中久效磷浓度为0,0.100,0.300,0.500,0.800,1.100 μmol·L-1,按照1.2.2节试验方法进行测定,以久效磷的浓度为横坐标,300 nm处对应的共振光散射强度为纵坐标绘制标准曲线。结果显示：久效磷标准曲线的线性范围为0.100～1.100 μmol·L-1,线性回归方程为y=1 376x+527.7,相关系数为0.995 9。

以3s/k(s为6次空白溶液测定值的标准偏差,k为线性回归方程的斜率)计算检出限,结果为30 nmol·L-1。

2.5 选择性试验

2.6 样品分析与回收试验

按照1.2.3节试验方法对油茶籽油样品(为保证阳性样品的存在,部分样品在预处理前进行了模拟久效磷农药污染处理)和自来水样品进行分析,并与NY/T 761-2008《蔬菜和水果中有机磷、有机氯、拟除虫菊酯和氨基甲酸酯类农药多残留的测定》(气相色谱法)进行对比,结果见表1;同时对空白样品进行久效磷的加标回收试验,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表2。

表1 样品分析结果(n=6)

表2 回收试验结果(n=6)

由表1可知,本方法测定油茶籽油和自来水中久效磷的结果与NY/T 761-2008的基本一致。由表2可知：油茶籽油中久效磷的加标回收率为97.0%～103%,测定值的RSD为1.5%～3.8%;自来水中久效磷的加标回收率为98.0%～103%,测定值的RSD为2.4%～3.4%,表明本方法可用于油菜籽油和自来水中痕量久效磷的检测。

2.7 方法比对

将本方法与有机磷农药的其他检测方法进行比较,结果见表3。

表3 方法比对结果

结果表明：与有机磷农药的其他检测方法相比,基于I-N-Sal配合物的共振光散射光谱法具有更低的检出限和更高的灵敏度;并且I-N-Sal配合物的制备方法简单。因此,本方法在有机磷农药检测方面具有一定的潜力和优势。

本工作制备了一种四齿席夫碱金属配合物I-N-Sal,并提出了基于I-N-Sal配合物的共振光散射光谱法测定油茶籽油和自来水中久效磷含量的方法。与同类型探针相比,I-N-Sal配合物在实际样品测定中表现出较好的灵敏度和稳定性,为其他有机磷农药的检测提供了新的思路。