荧光光度法测定长治市公园水中的苯胺含量

2018-08-28申婧翔苏静靳媛媛

长治学院学报 2018年2期

孙龙，申婧翔，苏静，靳媛媛

（长治学院化学系，山西长治 046011）

1 引言

苯胺是一种剧毒且高致癌物，一旦被人体接触，会对身体造成严重伤害，工业中所排污水、废水是水质中苯胺的主要来源，比如染料业、化工厂等。用含该物质的水灌溉作物后，不仅使农作物枯死，还会通过食物链危害人类健康，引起头昏、瘙痒、贫血等症状，更甚者会引发溶血性贫血和肝、肾损害，甚至会发生急性中毒或慢性中毒，且对生态环境的危害非常严重。根据国家水质监测标准对生活饮用水的规定：苯胺含量不得大于0.1 mg/L。目前已报导的测定水中苯胺含量的方法有比色法[1]、电化学测定法[2]、分光光度法[3-6]、可变角荧光法[7]、吸收光度法[8-10]。文章通过研究发现，在同一酸性介质不同酸度条件下，苯胺的荧光强度存在差异且差异较大，苯胺在中性条件下荧光强度最大。因此文章通过控制溶液的酸碱度，实现了直接测定长治市太行公园和滨河公园水中苯胺含量。实验结果表明，该方法简单快捷，灵敏度高，可作为测定水样中苯胺含量的有效方法。

2 实验部分

2.1 实验方法

取50 mL容量瓶，向其中加适量待测样品，用pH=6.86的缓冲溶液定容至50 mL，摇荡至均匀，待用。

取两支比色皿，其中一支只加pH=6.86的缓冲溶液作为空白；另一支加入上述待测液。测定苯胺在特定激发波长和发射波长处的荧光强度，然后根据标准曲线测得其含量。

2.2 苯胺的纯化

由于苯胺易被氧化而变为棕色，在使用苯胺之前要进行纯化，但其沸点较高，因此不可在常温常压下进行蒸馏提纯，可用减压蒸馏，在蒸馏之前加适量锌粉防氧化。在压强为0.085 MPa条件下，得89℃的馏分即为纯苯胺。

2.3 苯胺标准溶液的配置

用蒸馏水配制500 mL 1000 mg/mL的苯胺标准溶液，以备使用。配制方法;用移液枪移取0.4900 mL纯苯胺于250 mL烧杯中，向烧杯中加适量蒸馏水进行稀释，搅拌至均匀，在少量多次原则基础上用蒸馏水清洗烧杯玻璃棒后，置于容量瓶中，最后定容即得1000 mg/mL苯胺溶液。

2.4 激发波长和发射波长的选择

要获得灵敏度高的实验结果，首先要获得苯胺的最佳激发波长和发射波长。用狭缝为2.5 nm条件下用荧光光度计扫描知苯胺发射波长为340 nm，激发波长为279 nm，其发射光谱图如图1。

图1 1 μg/mL苯胺溶液的发射光谱图

2.5 溶液的酸度对荧光强度的影响

2.5.1 pH计标准液的配制

（1）pH=4.00：取邻苯二钾酸氢钾固体置于鼓风干燥箱中干燥2-3 h，温度调至115℃，取干燥后邻苯二钾酸氢钾（KHC8H4O4）10.12 g溶于蒸馏水，在1L容量瓶中定容稀释。

（2）pH=6.86：取磷酸二氢钾和磷酸氢二钠固体置于鼓风干燥箱中干燥，条件同上，之后取干燥后磷酸酸二氢钾（KH2PO4）3.3880 g、磷酸氢二钠（Na2HPO4）3.5330 g溶于蒸馏水，在1 L容量瓶中定容稀释。

2.5.2 配制2 μg/mL的苯胺溶液

在10 mL比色管中盛放用移液枪移取1 mL 1 mg/mL苯胺溶液，标为1号。在新取的10 mL比色管中盛放从1号管中取的1 mL溶液，稀释至10 mL，此管标为2号。再取一10 mL比色管，步骤同上。即得2 μg/mL。

2.5.3 苯胺的酸度曲线

在7支25 mL比色管中加入备用的2 μg/mL苯胺溶液适量，分别用 pH=3.00、4.00、5.00、6.00、6.86、8.00、11.00的缓冲溶液定容至刻度，然后测定波长340 nm处的高度。结果如图2。

由图2知，溶液酸度即pH为3.00与4.00时，在波长340 nm处荧光强度为0，当酸度为pH=5.00到pH=6.86时，荧光强度随pH的增加而逐渐升高，在pH=6.00之后的荧光强度随pH值增加而突增至pH=6.86处对应的荧光强度，之后荧光强度开始下降，pH=11.00时荧光强度降至最低。造成这种结果的原因是苯胺的化学结构、解离作用与荧光有关（酸碱度的改变会影响苯胺的氨基，当溶液显酸性时，氨基会带氢离子而带正电，与苯环共轭从而影响荧光强度）。未解离苯胺不产生荧光，而苯胺的解离又与pH有关。因此，实验时选择pH=6.86作为苯胺测定的最佳酸度。

2.6 温度对荧光强度的影响

取上述pH=6.86缓冲体系的苯胺溶液，将温度分别调至15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃，然后测荧光强度。实验结果如图3所示。

图3 温度对荧光强度的影响

由图3可知，荧光强度随温度增加呈现下降趋势，15℃处强度最强。因为随着温度增加，苯胺溶液粘度减少，导致苯胺分子之间碰撞几率与去活化过程增加，最终表现为荧光强度减少，但下降趋势不明显。因此，在进行实验时选择15℃作为最佳实验条件。

2.7 稳定时间对荧光强度的影响

25 mL比色管中放1 mL 2 μg/mL苯胺溶液，用pH=6.86的缓冲溶液（在本文中此酸度溶液用的是磷酸二氢钠-磷酸氢二钠体系）定容至刻度，将此溶液放置 1 h、2 h、4 h、8 h、10 h、24 h 后在15℃条件下测定荧光强度，其结果如图4所示。

图4 稳定时间对荧光强度的影响

由图4可知，当时间为1-8 h之间时，苯胺的荧光强度几乎没有变化，随着时间的增加，当时间为8 h之后时，荧光强度随苯胺溶液放置时间增加而降低，10 h之后的荧光强度大幅减少。因此，检测的水样要在新配置溶液放置时间不超过8 h之内进行检测。

2.8 标准曲线的绘制、检测下限与精密度的计算

在15℃，pH=6.86，放置时间不超过8小时的条件下配制一系列浓度的苯胺溶液进行测定，可得在浓度为0.1-6.0 μg/mL范围内，浓度与荧光强度有良好的线性范围。取新配置的浓度为0.1、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0 μg/mL，pH 为6.86的苯胺溶液，在15℃下，放置时间不超8 h条件下分别测其荧光强度，每个浓度测三次，然后取平均值。以浓度为横坐标，荧光强度为纵坐标，作曲线。可得线性方程为 F=651.326c+162.8（R2=0.99742），（F为荧光强度，c为苯胺溶液浓度）。其标准曲线如图5所示。

根据上述实验方法测定2 μg/mL的苯胺溶液11次，计算其相对标准偏差（可用来表示精密度），得1.00%，，并计算其检出下限。检出下限计算方法为：在上述实验条件下测定空白溶液9次，计算9组数据的标准偏差，用标准偏差的3倍除以标准曲线的斜率即可。得检出限为5.8 ng/mL。