纳米银催化化学发光法测定环境水中痕量PCMX*

王奕璇，王诗言，陈佳伟，韩 莹，马红燕，田 锐

（延安大学 化学与化工学院，延安市分析技术与检测重点实验室，陕西 延安 716000）

PCMX（Parachlormetaxylenol）化学名为对氯间二甲基苯酚，即3，5-二甲基-4-氯-苯酚，是一种广谱防霉抗菌剂。现被广泛应用于消毒或个人护理用品（肥皂、洗发乳、洗手液、化妆品等）[1]。若饮用水中PCMX 含量超标，易对皮肤及呼吸道造成刺激及感染，严重者会导致眩晕窒息，危害生命健康，因此，其在环境水中的痕量检测对于水质分析、环境监测和生态平衡都有着及其重要的意义。流动注射化学发光分析法因其具有可灵敏快速测定样品且运行费用低廉等优点，在环境监测方面应用日益广泛[2-4]。目前，针对PCMX 含量的测定方法主要有高效液相色谱法（HPLC）[5-7]、胶束电动毛细管色谱法（MEKC)[8]、气相色谱串联质谱法（GC-MS）[9]，还尚未见流动注射化学发光法测其含量的相关报道。

银纳米粒子作为一种微尺度的物质构成单元，具有优异的光性能、电性能及催化活性等，从而广泛应用于环境、医药以及催化等领域[10-12]。实验发现，在NaOH 弱碱性介质中，NCS 可氧化鲁米诺产生发光信号，纳米银的加入可进一步放大luminol-NCS的发光信号值，而PCMX 的注入则可强烈抑制AgNPs-luminol-NCS 新体系的发光强度，据此结合流动注射技术，建立了流动注射-化学发光测定PCMX 含量的新方法，实验结果令人满意。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

MPI-B 型多参数化学发光分析测试系统（西安瑞迈分析仪器有限公司）；Agilent-8453 型紫外可见分光光度计（美国安捷伦）；F-4500 荧光分光光度计（日本日立）；AUY220 电子天平；磁力搅拌器。

PCMX 标准溶液配制（纯度99% 百灵威公司提供）：1.00mg·mL-1，称取 0.2500g PCMX，用少量甲醇溶解后用水定容至250mL 棕色容量瓶中，4℃避光保存，稀释到所需浓度后使用。

1.0×10-2mol·L-1luminol 储备液；1.0×10-3mol·L-1NCS 储备液；1mol·L-1NaOH 储备液;

AgNO3；NaBH4；柠檬酸钠（Na3C6H5O7），实验过程中所用水均为UP 超纯水，试剂均为分析纯。

1.2 实验方法

反应装置见图1。

图1 流动注射化学发光分析法测定PCMX 装置路图Fig.1 Schematic diagram of the flow injection chemiluminescence determination of PCMX

启动蠕动泵，首先依次用稀HNO3、超纯水清洗管路。待仪器运行稳定后，通过自动进样阀向A 管中输入luminol（NaOH）溶液，B 管中输入AgNPs，C管中输入水，D 管为NCS 溶液，进入检测池中，通过光电倍增管将产生的化学发光信号传至PC 端，记录基体的化学发光信号值为I0。待基体信号大致保持不变后，以PCMX 样品溶液代替水输入C 管，记录抑制发光信号为I。将I0与I 的比值I0/I 作为分析信号，对PCMX 进行定量分析。

1.3 纳米银的制备和表征

采用柠檬酸钠法合成了尺寸均匀、化学性质稳定的纳米银溶液。首先，用移液管准确移取25.00mL 的1.0×10-3mol·L-1AgNO3溶液，将其逐滴加入到 75mL高速搅拌的NaBH4（2.0×10-3mol·L-1）溶液中。搅拌10min 待二者充分混合均匀后，再加入5mL 1%的柠檬酸钠溶液作为稳定试剂，继续高速搅拌20min 后就完成了纳米银溶液的制备，将其避光密封保存置4℃冰箱中，熟化2 日后方可使用。

利用紫外-可见吸收光谱和透射电镜对纳米银进行了表征结果见图2。

图2 纳米银的紫外吸收光谱和透射电镜图Fig.2 UV-Vis absorption spectra and TEM image of the AgNPs

由图2 可见，可以清晰地看到其在398nm 处出现特征吸收峰。通过扫描透射电镜图，可以观察到该方法制备的纳米银粒子平均粒径在20nm 左右，呈现圆球状并且分布均匀。

2 结果与讨论

2.1 仪器参数

通过对仪器各参数的优化，最终设定结果见表1。

表1 仪器参数表Tab.1 Instrument parameter table

2.2 化学发光信号分析

体系的化学发光信号见图3。

图3 流动注射化学发光信号图Fig.3 Flow injection signals of the chemiluminescence system luminol, 1.0×10-5mol·L-1; NCS, 5.0×10-6mol·L-1; NaOH,0.1mol·L-1; PCMX, 1.0×10-7mol·L-1；AgNPs:1.0×10-5mol·L-1

由图3 可见，对比第一组和第二组峰值，可以明显看到AgNPs 对luminol- NCS 体系有很强的催化作用，第三组信号值为luminol-NCS-AgNPs 对1.0×10-7mol·L-1的PCMX 的测定信号，可以看到PCMX可强烈抑制新体系的发光信号。

2.3 流速及负高压的选择

实验表明，体系的化学发光信号随流速的增加，I0/I 先呈现不断增强的趋势，但当流速大于2.8mL·min-1时随之呈下降趋势。故确定各管路流速均为2.8mL·min-1。对500～750V 范围内的光电倍增管负高压进行优化，发现体系的相对发光信号在600V 处最高，故选用600V 作为实验所用负高压。

2.4 鲁米诺溶液碱度的影响

本实验所用体系为弱碱性，通过调节luminol 溶液中NaOH 的浓度来改变体系的碱性，当NaOH 的浓度为 0.2mol·L-1时，I0/I 值最大，故选择 0.2mol·L-1NaOH 溶液。

2.5 NCS 浓度的选择

此化学发光体系中的氧化剂为NCS，化学发光强度随着NCS 溶液的浓度不同而变化。实验中配制了一系列不同浓度的NCS 溶液，结果表明，在5.0×10-5mol·L-1时，I0/I 达到最大。故实验选择 5.0×10-5mol·L-1的 NCS 溶液用于后续试验。

2.6 luminol 浓度的选择

鲁米诺作为发光体，其浓度的不同会大大影响发光强度，试验了 2.0×10-5～5.0×10-4mol·L-1范围内不同luminol 浓度时对体系化学发光强度的影响。当其浓度为 1.0×10-4mol·L-1时，I0/I 达到最大。故实验选择鲁米诺浓度为 1.0×10-4mol·L-1。

2.7 AgNPs 浓度的选择

纳米银溶液作为催化剂在整个体系中起到至关重要的作用，在 2.0×10-6～3.0×10-5mol·L-1范围内配制了不同浓度的AgNPs 溶液。实验结果表明，浓度低于1.0×10-5mol·L-1时，体系的化学发光强度可达到最大值，但其浓度超过 1.0×10-5mol·L-1后，I0/I 逐渐降低，因此实验选择 AgNPs 浓度为 1.0×10-5mol·L-1。

2.8 共存物质对实验的影响

由于环境水中含有多种共存离子可能会对测定结果造成干扰，故在优化好的实验条件下，对1.0×10-7mol·L-1的PCMX 溶液进行了干扰性测定，结果表明：1000 倍的 Al3+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、F-、Br-，500 倍的 Zn2+、Cl-、K+，10 倍的 Fe3+、Cu2+、Pb2+均无干扰，所测的所有干扰离子的相对误差均在±5%以内（其中Cu2+在测定前需要加入掩蔽剂EDTA，Al3+在测定前加三乙醇胺溶液进行掩蔽）。

2.9 线性范围、精密度、检出限及样品测定

以 PCMX 浓度（8.0×10-9～2.0×10-7mol·L-1）为横坐标，以PCMX 的抑制化学发光强度信号值ΔI（ΔI=I-I0）为纵坐标，绘制线性曲线后得到其线性回归方程为 I0-I=1.8×109c+0.3690，相关系数 r 为 0.9982。通过线性方程计算所得方法检出限为3.73×10-9mol·L-1。取线性范围内 1.0×10-7mol·L-1的 PCMX 标准溶液，平行测其化学发光信号值11 次。计算得到相对标准偏差（RSD）为1.12%。取3 份环境水样（延河水）静置过滤后，取上清液进行加标回收实验，并通过紫外-可见分光光度法进行比较，测定结果见表2。

表2 环境水样中PCMX 含量的测定结果（n=5）Tab.2 Determination results of PCMX in river water（n=5）

2.10 化学发光机理初探

实验利用化学发光光谱探究luminol-NCS-Ag-NPs-PCMX 的反应机理。关闭氙灯，用F-4500 荧光分光光度计在化学发光模式下测得了3 种不同反应的化学发光光谱，见图4。

图4 化学发光体系的发光光谱Fig.4 Chemiluminescence spectra of the systems

由图4 对比谱线2 和谱线3 可以看出，加入AgNPs 可大大催化luminol-NCS 体系的发光强度；对比谱线1 和谱线3 可以看到，PCMX 的加入对纳米银催化的luminol-NCS 增敏体系具有强烈的抑制效果，这也与实验结果相吻合。这3 条谱线最大发射波长均在425nm 处附近，与luminol 的最大发射波长一致，其发光体均为luminol 的发光体即三氨基邻苯二甲酸氢根阴离子（3-AP），AgNPs 在整个反应过程中充当催化剂，仅起到了催化作用。

进一步推测PCMX 的抑制机理，PCMX 学名为对氯间二甲苯酚，因其化学结构式中含有酚羟基，可与NCS 发生氧化还原反应，酚羟基易被氧化为羰基，故推测新的氧化产物消耗了一定的NCS，使体系中NCS 溶液的浓度降低，从而抑制了发光强度，使得原化学发光信号降低。

3 结论

基于PCMX 可强烈抑制luminol-NCS-AgNPs化学发光体系的信号值，首次建立了快速检测PCMX 含量的流动注射-化学发光分析新方法，该研究拓展了纳米银粒子在分析化学领域的应用范围，为环境化学发光分析检测提供了新的思路。