荧光光谱滴定法对痕量喹硫磷的测定

沈新

（安徽省滁州市环境监测站，安徽滁州239000）

葫环联脲（CBn）是一类由多个甘脲单元构成的大环超分子化合物，它具有两端开口的被羰基环绕的疏水空腔，两端口尺寸相同，羰基可形成阳离子键合位点，故可以通过离子偶极相互作用和与脲羰基的氢键作用来键合金属离子或有机分子的带电部分[1-2]。特别是CB5，它的空腔很小，入口直径为2.4AO，空腔内径为 4.4AO[3]，在纯水中溶解性很小，而农药基本均不溶于水，因此适合用来包裹农药分子。

喹硫磷（Quinalphos）[O-diethyl-O-quinoxalin-2-ylphosphorothi-oate]（图1）是一种中等毒性的高效有机磷农药，适用于水稻、棉花、果树、蔬菜上多种害虫的防治，对害虫具有触杀和胃毒作用，对植物组织和动物表皮具有很好的渗透性，一般可持续作用10～15天[4]，因此，检测农业废水中的喹硫磷残余是环境监测工作的一项重要内容。目前对喹硫磷的检测有多种方法，如高效液相色谱法（HPLC）[5]、重量分析法、气质联用色谱法（GC-MS）[6]等。由于喹硫磷对热非常敏感，受热易分解，故这些方法不是非常合适，并且有些方法对仪器维护要求很高。

本文根据葫环联脲[5]（CB5）对喹硫磷的包合作用，在室温（21.5℃）下用荧光光谱滴定法对痕量喹硫磷进行了分析测定，具有良好的线性范围和低检出限，并对其相互作用的机理进行了讨论。

图1 喹硫磷和CB5的化学结构

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

日本Hitachi F-4600型荧光光谱仪（附有恒温池，1cm×1cm的四通光石英比色皿），激发和发射带宽分别是5nm和10nm；Avance Bruker-300MHz核磁共振仪。实验温度为21.5℃。

葫环联脲[5]按照文献制备[7-9]，经1H NMR、IR和元素分析确证；喹硫磷（99%，阿拉丁试剂公司）。葫芦脲[5]配置成10-3mol·L-1的溶液，喹硫磷与1∶1的乙醇溶液配置成10-4mol·L-1的溶液，低温贮存备用，两化合物的结构式如图1所示。整个实验过程用水为石英亚沸水。

1.2 CB5-quinalphos包合物的荧光性质

准确移取0.2mL的10-4mol·L-1喹硫磷溶液于一系列10mL容量瓶中，以不加CB5的溶液为空白，然后依次准确加入不同量（0.1～2.2mL）10-3mol·L-1的 CB5溶液，用1∶1的乙醇溶液稀释至刻度，摇匀。静置15min后测定其荧光光谱。仪器参数为:光栅狭缝宽度5nm/10nm，电压 700V。

为了检验该方法测定喹硫磷具有很好的线性范围，我们做了另一组实验：保持 CB5浓度（2.00×10-6mol·L-1）不变，依次准确加入不同量（0.05×10-5～1.20×10-5mol·L-1）的喹硫磷溶液，用1∶1的乙醇溶液稀释至刻度，摇匀。静置15min后测定其荧光光谱，仪器参数同上。

2 结果与讨论

2.1 荧光光谱性质

固定喹硫磷的浓度为2.00×10-6mol·L-1，当CB5溶液不断加入喹硫磷溶液中时，喹硫磷的荧光强度随着CB5浓度的增加而升高（见图2），同时可以看到荧光峰位的蓝移（389.2→390.4nm）。可见，本身无荧光的CB5的加入，可增强有荧光的喹硫磷的荧光强度，进而降低检测限。

由图3可以看出，固定CB5浓度不变，随着喹硫磷浓度的增加，荧光强度逐渐增强，荧光光谱发生微弱蓝移（389.4→390.2 nm）。

图3为喹硫磷浓度为0.15～35.8μg·mL-1时的荧光增强曲线。喹硫磷的浓度可以从下面公式求得：F=506.9+1.61×10-2C（R=0.9991，SD=26.80，n=12），F是增大的荧光强度，C是喹硫磷的浓度（mol·L-1）。在喹硫磷浓度为1.00μg·mL-1时进行了12组平行试验，求得相对标准偏差（SD）。当仪器信噪比（S/N）为3时，计算出最低检测限为0.10μg·mL-1。荧光强度和喹硫磷浓度的线性关系见图3。

2.2 相互作用机理的讨论

由实验可以看出，加入CB5后，喹硫磷的荧光强度显著增强。我们认为是喹硫磷分子乙基上的氢原子与CB5的羰基通过氢键在外部包合所致，图4是利用Gaussian03程序给出的分子模拟。结合所需的最低能量是-9.31KJ。

2.3 包合稳定常数的计算

由于主客体分子形成了1∶1的配合物，当无荧光的主体分子（H）不断加入有荧光的客体分子（G），可检测到荧光显著增强。根据公式化合物荧光增强主要取决于主体分子加入的多少[8-9]。

图2 喹硫磷浓度的荧光光谱

图3 固定CB5浓度2.00×10-6 mol·L-1的荧光光谱

公式中 8F/F0是客体分子被100%包合时的荧光强度；F0为不加CB5时喹硫磷空白溶液的荧光强度；而F是主客体包结后体系的荧光强度；[H]是主体CB5浓度；K是包结配合物的平衡常数。

如图5所示，根据公式（1）以1/（F/F0-1）对1/[CB5]作图得到一条线性关系良好的直线（R=0.9993），说明该化合物是1∶1包合，该直线与等式（1）对照，得出K=（2.45±0.14）×104L·mol-1。

图4 CB5-quinalphos化合物的分子模拟（a）为CB5-quinalphos化合物的侧视图；（b）为CB5-quinalphos化合物的俯视图

图5 1/[F/F0-1]对 1/[CB5]作图

同时，通过用Job's曲线来计算金属配合物的络合比，此方法同样适用于超分子配合物体系[10]。为研究喹硫磷与CB5的包合关系（如图6），通过实验我们发现，当[o-PDA]/（[CB7]+[o-PDA]）=0.5时，其相对荧光强度最大，由此更进一步证明喹硫磷与CB5的包结比为1∶1。

图6 JOB曲线

2.4 有关热力学参数的计算

利用荧光光谱滴定法在不同温度下向CB5中加入喹硫磷得到包合常数，如表1所示。随着温度的升高，包合稳定常数K逐渐减小。根据Van'tHoff方程，将lnK对1/T作图（T=275K-312.5 K），通过斜率和截距求得相应的焓变 ΔH（-19.40KJ·mol-1） 和熵变 ΔS（18.48 J·mol-1K-1）。可见，焓变是构成CB5-quinalphos化合物的主要因素。反应的焓变主要来自于喹硫磷与CB5羰基间的偶极作用。在298K时，体系的自由能变化ΔG=-24.91KJ·mol-1，说明该温度下的反应是自发进行的。当然，在1∶1的乙醇溶液中，水分子也进入了CB5的空腔，位于配体的羰基。在络合物形成过程中，高能量的水分子从主体空腔的迁移以及阳离子的溶剂化作用对焓变也有一定的贡献。

表1 不同温度下的包合常数

3 结论

本文探讨了一种新的简单有效的检测喹硫磷的荧光光谱分析法，并且将检测限降至微克级（μgmL-1）。该方法不仅拓宽了CB5在有机磷农药检测方面的应用，也发展了环境监测中检测有机磷农药喹硫磷的新方法，对于环境监测中残余农药的检测具有一定的意义。

[1]Freeman WA，Mock WL，Shih NY，J.Am.Chem.Soc.1981，103：7367.

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[3]Kimoon K.，N.Selvapalam，Dong H-O.Cucurbiturils-a New Family ofHostMolecules[J].J.Incl.Phenom，2004，50：32.

[4]Duran M.，A.Muńozde la Peńa，M.I.Acedo-Valenzuela，GirónA.J Stopped-flow and Kinetic-fluorimetric determination of quinalphos inwater samples[J].Talanta，2005，69：398.

[5]王彦阳，高燕.高效液相色谱法测定喹硫磷·丁硫克百威乳油[J].农药，2007，46（6），393-394.

[6]汪丽，蔡依军，户献雷，等.固相微萃取／气相色谱-质谱检测纺织品中有机磷农药残留[J].分析测试学报，2007（3）：413-416.

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[8]Muńoz de la Pena A，Salinas F，Gomez MJ，et al.Inclusion Phenom.Mol.Recognit[J].Chem，1993，15：131.

[9]Nigam S，DurocherG，J.Phys.Chem，1996，100：7135.

[10]Liu Y，Han BH，Chen YT，J.Org.Chem，2000，65：6227.□