催化荧光法测定环境水样中痕量对苯二酚

刘　萍　任有良　樊雪梅　刘丹丽　常亮亮

(1. 商洛学院化学工程与现代材料学院，商洛 726000；2. 陕西省尾矿资源综合利用重点实验室，商洛 726000)



催化荧光法测定环境水样中痕量对苯二酚

刘萍1,2*任有良1,2樊雪梅1,2刘丹丽1,2常亮亮1,2

(1. 商洛学院化学工程与现代材料学院，商洛 726000；2. 陕西省尾矿资源综合利用重点实验室，商洛 726000)

在H2SO4介质中，痕量对苯二酚对溴酸钾氧化二氯荧光素(DCF)的反应具有显著的催化作用，据此建立了催化荧光法测定水样中痕量对苯二酚的新方法。在最佳测试条件下，荧光强度降低值(△F)与对苯二酚浓度在0～1.0μg/mL范围内呈良好的线性关系，方法的检出限为0.037 μg/mL。该方法可用于环境水样中痕量对苯二酚的测定，结果满意。

催化荧光法二氯荧光素对苯二酚

1　引言

对苯二酚又名氢醌，是一种重要的酚类化合物和化工原料，广泛应用于显影剂、合成染料、抑制剂、合成氨助溶剂和抗氧化剂等。但对苯二酚具有一定的毒性，一旦进入环境就会造成环境污染，对人体产生危害，如对人体有致敏、致癌作用。因此，建立灵敏准确、快捷方便的检测环境样品中微量对苯二酚的方法，对于监测和控制环境污染、生命科学和环境科学的发展具有重要意义。目前用来测定对苯二酚的方法有色谱法[1-3]、电化学法[4-7]、化学发光法[8,9]、紫外-可见光度法[10-12]、动力学光度法[13]等。但很多方法操作烦琐、费时，灵敏度不高，溶液稳定性不好，所用试剂有毒等缺点，不易推广使用。催化荧光法因具有灵敏度高、检出限低、选择性好、受散射光和背景荧光的干扰小等优点[14-16]，越来越引起研究者的关注。

本研究发现，在H2SO4介质中，对苯二酚对溴酸钾氧化二氯荧光素的反应具有显著的催化作用，使其荧光强度降低。基于荧光强度的变化与对苯二酚的浓度呈良好线性关系，建立了催化荧光法测定环境水样中痕量对苯二酚的新方法。

2　 实验部分

2.1实验仪器和试剂

F-4600型荧光分光光度计(日本日立公司)；电热恒温水浴锅(上海跃进医疗器械有限公司))； pHS-3B精密pH计(上海雷磁仪器厂)。

1.0000 g/L对苯二酚储备液(上海棋成实业有限公司)：现配现用，称取0.1000 g对苯二酚用超纯水定容至100mL，放入棕色试剂瓶中，用时再逐级稀释。0.1 mol/L二氯荧光素(上海紫铭试剂厂)：称取4.0100 g二氯荧光素，加入5 mL 1 mol/L NaOH，再加1.5 mL 1 mol/L H2SO4酸化后转移至定容至100 mL，得到浓度为0.1 mol/L二氯荧光素溶液，使用时再逐级稀释至1×10-4mol/L。0.01mol/L KBrO3：称取0.167g溴酸钾加水定容至100mL；0.05mol/L H2SO4；其他试剂均为分析纯，实验用水为超纯水。

2.2实验方法

取两支25 mL(具有10 mL刻度)比色管，依次分别加入1×10-4mol/L二氯荧光素溶液0.8 mL，0.05mol/L硫酸溶液1.2 mL，0.01 mol/L KBrO32.0 mL，其中一支加入一定量的对苯二酚溶液，另一支为空白，用水稀释至10mL刻度，摇匀。同时置于70 ℃恒温水浴中加热12 min，取出流水冷却5 min终止反应。以440 nm为激发波长，520 nm为发射波长，测定非催化与催化体系的荧光强度F0及F，并计算△F(F0-F)值。

3　结果与讨论

3.1荧光光谱

二氯荧光素是一种酸性染料，它的水溶液可显示淡绿色荧光。在酸性介质中，用F-4600荧光分光光度计记录了不同体系二氯荧光素溶液的激发光谱和发射光谱(图1)。从图1可看出，不同体系溶液的最大激发波长和最大发射波长均为440 nm和520 nm，体系较稳定没有新物质生成。在没有对苯二酚存在的情况下，溴酸钾氧化二氯荧光素的反应进行缓慢(曲线2,2′)，当有痕量对苯二酚存在时，反应速率明显加快(曲线3，3′)，说明对苯二酚对此反应具有很强的催化作用。

3.2试验条件的选择

3.2.1反应介质及用量的选择

该催化反应须在酸性介质中进行，分别试验了H2SO4、H3PO4和HCl介质对反应体系的影响。结果表明：在H2SO4介质中，对苯二酚对溴酸钾氧化二氯荧光素的催化作用最为显著，荧光强度变化值△F最大，故选用H2SO4介质。随着硫酸用量的增大，体系的△F值逐渐增大。当硫酸的用量大于1.20mL时，体系的△F值减少。故选择硫酸的用量为1.20mL。

3.2.2溴酸钾用量的选择

依照实验方法，对溴酸钾的用量进行选择。结果显示，溴酸钾的用量过少时，溴酸钾氧化二氯荧光素变化不明显，增加溴酸钾的用量，△F值随之增大, 但用量太大，非催化反应速率增大，空白溶液褪色严重，△F反而减小。故选择加入2.5 mL 0.01 mol/L的溴酸钾效果较好。

3.2.3二氯荧光素用量选择

试验了二氯荧光素用量对反应体系荧光差值△F的影响。在保持其他实验条件和试剂用量不变的条件下，体系的△F值随荧光试剂二氯荧光素加入量的增加而增大，而用量超过0.8mL 时△F值开始降p低，故实验选择加入0.8 mL 1.0×10-4mol/L的二氯荧光素溶液。

3.2.4反应温度的影响

在催化动力学荧光法中，反应温度是关键因素。实验了反应温度在40～90 ℃之间对反应速度的影响。在低温下两种反应速度很慢，50℃后随着温度的上升，反应速率加快，荧光强度稳定且△F值增大。当温度高于70℃时，催化反应体系溶液的荧光强度F值不稳定，会影响测定的灵敏度。因此实验选用70 ℃作为反应温度。反应在50 ～ 70℃之间-ln△F与1 / T呈线性关系，其线性回归方程为：-ln△F=2980/T-11.443，相关系数r=0.9971。本催化反应的表观活化能Ea=57.06 KJ/mol。

3.2.5反应时间的影响及反应级数、表观速率常数的测定

在70℃水浴中，试验了反应时间对催化反应体系的影响。结果表明，反应时间在8～12 min之间，△F值随反应时间的增加而增大，12min 之后可能由于非催化作用的程度加大，△F值反而减小。以不同加热时间下测得的空白与样品溶液荧光强度的改变量△F值对加热时间作图(图2)。由图2可见，在8～12 min之间，△F与反应时间t呈良好的线性，在该时间范围内反应可视为假零级反应。其线性回归方程为△F=70.9t-373.2，相关系数r=0.9984，由此求得本催化反应的表观速率常数为K=1.18 s-1。故选用反应时间为12 min。

3.3工作曲线及检出限

在最佳试验条件下，加入不同浓度的对苯二酚标准溶液进行实验，测定其荧光强度并绘制工作曲线。结果表明，对苯二酚质量浓度在0～1.0 μg/mL范围内与荧光强度变化值(△F)呈良好线性关系。线性回归方程为△F=930.1ρ(μg/mL) +6.664，相关系数r=0.9968。以11次空白测定值标准偏差的3倍除以斜率(3Sb/K)计算方法检出限为0.037 μg/mL。

3.4共存离子的影响

以0.20 μg/mL的对苯二酚标准溶液进行干扰实验，考察了常见离子及有机物对测定对苯二酚的影响。当相对误差小于±5%时，2000倍的K+、Na+，1000倍的Ca2+、Mg2+、EDTA，500倍的Zn2+、Cd2+、Pb2+，200倍的Ni2+、Al3+、对硝基苯酚，100倍的PO43-、Co2+、柠檬酸、苯甲酸，50倍的Ba2+、Cl-、苯酚，10倍的邻苯二酚、间苯二酚，5倍的Fe3+不干扰测定，等倍的Cu2+、Br-、I-、抗坏血酸干扰测定。在实际样品测定过程中，微量的Br-、I-可用银盐沉淀分离法除去，无机离子的干扰通过加EDTA除去，对干扰严重酚类化合物可预蒸馏除去。

3.5样品分析

取莲湖公园池塘水样，过滤后，取适量样液按文献[17]处理，按实验方法对所分析水样进行标准加入回收试验。结果见表2。

表2　样品中对苯二酚的测定结果(n=5)

4　结　论

研究了在硫酸介质中，对苯二酚对溴酸钾氧化二氯荧光素的反应具有显著的催化作用，建立了测定环境水样中对苯二酚的新方法。结果表明，对苯二酚浓度与荧光强度的变化值(△F)呈良好线性关系，方法线性范围0～1.0 μg/mL，相关系数r=0.9968，检出限为0.037μg/mL。该方法灵敏度高、选择性好、操作简单，应用于检测水样中痕量对苯二酚，结果令人满意。

[1]杨佰娟, 张魁英, 郑立，等. 超声辅助萃取/气相色谱-质谱测定沉积物中的对苯二酚[J]. 分析测试学报, 2011, 42(7): 305-307.

[2]赵起越, 岳志孝. 气相色谱法分析固体废弃物中苯酚类物质[J]. 岩矿测试,2001, 20(4): 279-283.

[3]鲁萍, 孔黎明, 吴俊. 高效液相色谱法同时分析水中酚类混合物[J]. 扬州大学学报(自然科学版)，2004, 7(4): 24-26.

[4]刘雪, 骆定法, 王兰，等. 对苯二酚在氧化石墨烯修饰玻碳电极上的电化学行为及测定[J]. 信阳师范学院学报(自然科学版), 2012, 67(2): 321-322.

[5] 杨绍明，魏志鹏，胡光辉，等．碳纳米管修饰电极同时测定邻苯二酚和对苯二酚[J]. 高等学校化学学报, 2010,31(2):264-268．

[6] 钱功明，杨昌柱，张敬东. 纳米铂修饰玻碳电极对邻苯二酚的电化学氧化及测定[J]. 分析科学学报, 2010,26(1):83-86．

[7]孟昭仁, 刘欣茹. 示波极谱滴定法测定显影液中米吐尔和对苯二酚含量[J]. 分析科学学报, 2000 , 16(4):314-316.

[8] 徐温, 兰宇卫, 张晓凤. 微分析系统对苯二酚抑制化学发光的研究[J].分析试验室, 2005, 60(04): 13-15.

[9] 王书民, 樊雪梅, 苏智魁, 陈凤英, 刘萍, 王宪生.铬(VI)-鲁米诺-过氧化氢流动注射化学发光法测定对苯二酚[J].分析仪器, 2011,(3)：33-35.

[10]李立芳. 萃取-紫外分光光度法测定显影废液中的米吐尔和对苯二酚[J].化学工程师,2005, 113(2): 18-22.

[11] 李山, 潘海卫. 间接光度法测定对苯二酚[J].理化检验(化学分册), 2008, 44(2): 185-186.

[12] 王园朝, 项青雅. 碘酸钾-5-溴-(2-吡啶偶氮)-二乙氨基酚体系催化动力学光度法测定痕量对苯二酚[J]. 冶金分析, 2008, 28(6):51-68．

[13] 吴春来, 张秋芬, 陈华军. 溴酸钾-罗丹明B体系阻抑动力学光度法测定痕量对苯二酚[J]. 2009, 12(2): 106-107.

[14] 吴 宏, 王镇浦, 高秀平，等. 水中痕量挥发性酚类的流动注射-分光光度测定[J]. 南京化工大学学报, 1999, 21(6): 60-62.

[15] 薛金凤, 马彦涛. 流动注射在线富集分离荧光分光光度计测定垃圾渗出液中的苯酚[J].中国环境监测, 2002, 18(3): 9-11.

[16] 龚正君, 黄玉明, 章竹君. 流动注射化学发光法测定水中的苯酚[J].分析化学, 2002, 30(9): 1123-1125.

[17] 鲍所言, 成永强, 石生勋. 动力学荧光法测定痕量对苯二酚[J].分析化学,2003, 31(3): 357-359.

Determination of trace hydroquinone in water samples by catalytic fluorescence.

Liu Ping1,2*, Ren Youliang1,2, Fan Xuemei1,2, Liu Danli1,2，Chang Liangliang1,2

(SchoolofChemicalEngineeringandModernMaterial,ShangluoUniversity; 2.ShaanxiKeyLaboratoryofComprehensiveUtilizationofTailingsResources,ShangluoUniversity,Shangluo72600,China)

The method is based on the catalytic effect of hydroquinone on oxidation of dichlorofluorescein by potassium bromate in sulfuric acid medium. Under the optimum testing conditions, the hydroquinone concentration with the decrease of fluorescence intensity values (△F) demonstrate a good linear relationship in the range of 0-1.0 μg/mL. The detection limit is 0.037μg/mL. It can be used for the determination of hydroquinone in water samples with satisfactory results.

catalytic fluorescence; dichlorofluorescein; hydroquinone

商洛学院自然科学基金项目(13SKY006)资助

刘萍，女，硕士学位，高级实验师，主要研究方向：荧光分析，E-mail: 804535480@qq.com。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.02.008

2015-11-16