分散液液微萃取-数码扫描光度法快速测定水中铜离子

袁 英，周兴旺，吕鉴泉

(湖北师范学院 化学与环境程学院，湖北 黄石 435002)

在痕量分析中，对目标物的分离富集是分析工作的重要环节，寻找简便快速、环境友好、回收率和重现性佳的分离富集方法是近年来的研究热点[1]。对于某些环境样品分析的特殊要求， 还应选择便携、准确的检测方法，以期达到现场快速检测的目标。分散液液微萃取(Dispersive liquid-liquid microextraction， DLLME)是2006年由Assadi等[2]提出的一种新型少溶剂的分离富集技术。该技术具有操作简单快速、试样消耗低、回收率和富集倍数高等诸多优点，国外有不少研究小组采取先对铜离子进行萃取富集再与其他方法联用来检测铜离子[3-4]。这些方法仪器不便携带，不利于进行现场检测。数码比色检测法在2007年由杨传孝[5-6]等提出。丁宗庆等[7]研究了分散液液微萃取-数码比色法测定水样中痕量钒的新方法。该方法使用普通家用数码相机拍摄待测显色试液，由软件读出试液数码照片的灰度积分值并计算试液浓度。在国外有文献报道了基于数码扫描仪的数码扫描光度法[8]。结合以上文献，我们提出了分散液液微萃取-数码扫描光度法快速测定环境水样中的铜离子，克服了文献方法存在的数码相机拍照受光照影响较大且样品斑点体积大小不一的不足。该分离检测系统便携、价廉，适合现场快速分析。

1 实验部分

1.1 仪器和软件

BS 224S电子天平 (Sartorius)， AS3120A超声清洗仪(Auto Science)， 802 型离心机(江苏国华电器有限公司，中国)，10cm×10cm硅胶G薄层板(青岛海洋化工厂)，Eppendorf AG微量移液器 (Hamberg， Germany)，点样毛细管，10μL微量进样器，扫描仪，其他玻璃仪器。

Scion image软件(Scion Corporation，版本号4.0.3.2)；Acdsee软件(ACD Systems， 版本号10.0)；Originlab软件(Origin 8.1)。

1.2 试剂

铜(Ⅱ)标准溶液:1.0 mg/mL，用时稀释成10.0μg/mL标准工作液；铜试剂DDTC(1.66×10-2mol/L，用时稀释成1.66×10-4mol/L)；乙醇、丙酮、乙腈、甲醇、三氯甲烷、二氯甲烷、正己烷、环己烷(天津科密欧分析纯试剂)。实验用水为二次蒸馏水。所有储备液均冷藏保存，所有工作溶液均于使用前稀释至所需浓度。稀释后的溶液均超声2～3min.

1.3 实验方法

在10mL具塞玻璃离心管中依次加入1.0mLCu2+标准溶液或样品(条件实验中Cu2+浓度为10μg moL-1)，2.0mL铜试剂(DDTC)，1.0mL乙醇，用蒸馏水定容至6mL，摇匀。加入100 μL 三氯甲烷，超声振荡5 min，使管内形成均匀的乳浊液体系，以3000r/min转速离心3min，有机富集相沉积在管底。用微量进样器吸取5.0μL有机相点样在硅胶薄层板上，挥干溶剂后用扫描仪对样点进行扫描成像。用Acdsee7.0软件将数码照片转化为灰度格式，用Scion image软件读数，得到样点灰度峰面积数据，作峰面积-浓度工作曲线。分散液液微萃取-数码扫描光度法实验过程示意图如图1所示。

2 结果与讨论

2.1 条件优化

2.1.1 萃取剂的选择 萃取剂的种类对萃取效率有重要影响。考察了三氯甲烷、二氯甲烷、正己烷、环己烷等萃取剂。萃取效果如表1所示，只有三氯甲烷能够形成均匀分散乳浊液体系，对铜络合物能够基本萃取完全，萃取率达到98.25%.而其他萃取剂在超声振荡后未形成乳浊液体系，离心分离后也未分层，这是因为这三种液体密度比水小，有挥发性，在振荡过程中浮于上层挥发掉。故萃取剂应难溶于水、密度比水大、对分析物有良好的亲和性等特点。考虑到后续数码扫描比色，萃取剂还应有良好的挥发性。三氯甲烷具有较低的介电常数和极性，更易与疏水性的螯合物结合，因此选择三氯甲烷作为萃取剂效果最优。

表1 不同萃取剂种类的萃取过程

2.1.2 萃取剂的用量 考察了萃取剂三氯甲烷的不同体积对萃取效率的影响，结果如图2所示，灰度值随萃取剂用量增加而降低；所用体积50μL时，萃取后有机相体积过少，难以取样。考虑到萃取后取样的方便，实验选用萃取剂体积为100μL.

2.1.3 分散剂的选择 分散剂应能和水及萃取剂互溶。考察了甲醇、乙醇、乙腈、丙酮四种萃取剂。结果表明，超声振荡后，这些溶剂对三氯甲烷在水中均有良好的分散效果，均可形成良好的乳浊液。结果表明使用乙醇的灰度值最大。考虑到溶剂的毒性和价格，乙醇最适宜选择作为分散剂。

2.1.4 分散剂的用量 考察了分散剂乙醇的体积用量对萃取效率的影响。如图3所示，乙醇体积在1.0～1.4mL之间有最大灰度值。分散剂乙醇用量太少，难以形成分散均匀的乳浊液，用量太多，则使水相体积增加，络合物溶解度变大，较难富集完全。考虑节约试剂，实验选用乙醇的体积为1.0mL.

2.1.5 离心时间的影响 超声振荡后，离心时间影响萃取后沉积相的体积。考察了不同离心时间对萃取效果的影响。结果表明灰度值随离心时间的增加而变化不大，在5min的离心时间下灰度值稍大一些。离心时间越短，分层越不明显，沉积相的量越少，难以取样，影响后续操作。离心时间超过3min后，可以几乎完全分层。故选择离心时间为3min即可。

2.1.6 截取样点的选择 在处理扫描图像时，用截取一定尺寸样点的方法进行灰度值计算，为了说明这种方法的可行性，考察了在扫描像图的不同位置进行随机取10个点。结果表明，灰度值和积分面积在不同位置并无显著差异，表明可以在样点的不同位置截取一定尺寸的点进行灰度值计算分析。

图1 分散液液微萃取-数码扫描光度法示意图 图2 不同体积萃取剂灰度曲线图

2.1.7 不同面积的截取 分别从两种浓度10μg/mL，50μg/mL的三份平行点样图中各取一个点样图，分别取不同的面积块，考察同一个样品点中选取不同面积块时对像素的影响，结果表明灰度值随不同面积块的增加而增加，可以证明采用选取面积块的方式比直接选择整个样品点面积来求像素更加合理，此种方法不受点样量影响。

2.1.8 点样体积的影响 考察了不同点样体积对灰度值的影响。结果如图4，表明斑点的灰度值与点样体积无关。这是由于在处理扫描图像时都是按同一尺寸截取计算的。

图3 不同体积分散剂灰度曲线图(c(Cu2+)=10μg/mL: 1mL; DDTC: 2mL; 萃取剂：100μL CHCl3;离心时间：5min; 分散剂：乙醇A: 0.2mL， B: 0.6mL， C: 1.0mL， D: 1.4mL， E: 1.8mL， F: 2.2mL)

3.1.9 共存物质的影响 在优化实验条件下，对溶液的多种共存成分进行考察(相对误差在±5%之内)，实验结果表明:250倍的Mg2+、Ca2+不影响配合物的形成，对测定无干扰。20倍的Ni2+，20倍的Fe2+，10倍的Fe3+，20倍的Cd2+对测定有影响。

3.2 应用

3.2.1 标准曲线的绘制 配制铜离子标准溶液浓度0～100mg/L，在优化条件下进行分散液液萃取富集，点样，扫描成像比色，结果表明灰度值随铜离子浓度增加而增加，而且在浓度为0～100mg/L范围内呈线性关系。线性方程为y=23.40682+3.17388x，相关性系数r=0.9953.

3.2.2 实际样品分析与回收率实验 按样品处理方法对实验室的自来水和农夫山泉进行了检测，没有检测出铜离子。在样品中加入标准溶液，回收率在95.40%～102.27%和94.29%～102.87%之间(表2)。

铜离子在水中与铜试剂形成稳定螯合物，分散液液微萃取有很大的液-液表面积，可迅速地将有色螯合物萃取至有机相。 数码扫描光度法只需微量试液点样，可避免数码相机拍照受光线的影响，可与微萃取方法有效联用。与常用的分析方法如原子吸收、紫外光谱分析等相比，分散液液微萃取-数码扫描光度法不需要昂贵的仪器，操作简便快速，环境友好，可实现铜离子的现场快速定量检测。

表2 样品中Cu2+含量的测定和方法的回收率

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