二氧化氯2荧光素体系的光谱研究及其分析应用

1　引　　言

二氧化氯作为水处理剂,既不产生三卤甲烷类(THMs) 致癌物,又具有广谱、速效、用量小、药效长、 杀菌能力不受PH值影响等优点,现广泛用于饮用水、工业循环水及污水处理、医疗卫生、食品加工等方面的杀菌、消毒、除臭处理。但水中二氧化氯残留量过多也是有害的,故环保部门规定二氧化氯的残 余量需小于1.0 mg/L。因此,建立灵敏度高、选择性好、简便快速测定二氧化氯的分析方法具有重要意义。目前测定二氧化氯含量的方法有分光光度法 、色谱法、电流滴定法、流动注射法等。荧光 法具有较高的灵敏度和较好的选择性,但鲜见二氧化氯的荧光法报道。荧光素在光度、荧光和极谱分析 中已有应用,亦未见其用于二氧化氯荧光分析。本实验采用荧光法和分光光度法研究了ClO22荧光素体系,建立了一种灵敏、简便、快速测定二氧化氯含量的荧光分析新方法。

2　实验部分

2. 1　仪器与试剂

RF2540型荧光分光光度计; 722S紫外可见分光光度计;756CRT紫外可见分光光度计 。

ClO2 溶液(约500 mg/L ClO2 )。用NaClO2 与H2 SO4 反应生成ClO2 ,经过饱和 NaClO2 溶液处理可除去微量Cl2 ,从而获得纯净ClO2 溶液。ClO2 溶液采用2种方法标定:(1)碘量法　 加入KI和H2 SO4 与ClO2反应释放出碘,以淀粉做指示剂,用硫代硫酸钠标准溶液滴定;(2)分光光度 法,利用ClO2 在360 nm处有一吸收峰,其摩尔吸光系数为1400 L /mol·cm来测定ClO2 含量。ClO2 标准溶液于4oC保存,用前逐级稀释至所需浓度。1.0 ×10-3mol/L 荧光素( FR, C20 H12O5 ,含40%乙 醇) ,用水稀释至1. 0 ×10- 4 mol/L FR; pH 10. 5 NH4Cl2NH3 缓冲溶液。所用水均为二次蒸馏水。

2. 2　实验方法

在10 mL具塞刻度试管中依次加入1.0 mL pH 10.5 NH4Cl2NH3 缓冲溶液和一定量的1.0×10-4 mol/L FR溶液及一定量的ClO2,加蒸馏水至5. 0mL,摇匀。在激发波长λex为490 nm处,测量510nm 处的荧光强度F510nm。不加ClO2 作空白,测得Fb。计算出荧光猝灭强度ΔF = Fb - F510nm。用1cm吸收 池测定其490nm处的吸光度A490nm;不加ClO2 ,测试剂空白的吸光度Ab ,求得△A490nm =Ab - A490nm值。

3　结果与讨论

3. 1　激发光谱和荧光光谱

固定荧光波长λem,扫描激发波长获得激发光谱。当λem=510nm时,体系在490和320nm处产生2个激发峰,其中490nm峰最强,本实验选择λex=90nm。当λex=490nm,体系在510nm产生 一个荧光峰。它的荧光强度随着ClO2 浓度的增大而线性减弱,据此可测定ClO2含量。由于荧光法较光度法灵敏,故选择荧光法。

3. 2　pH和FR浓度的影响

分别研究了在NH4Cl2NH3 缓冲溶液、盐酸介质中ClO2氧化FR这一荧光猝灭反应。结果表明,在 盐酸介质中,体系不稳定,在30min内,随ClO2浓度的增大,体系的荧光值更不稳定,而选择NH4Cl2 NH3缓冲溶液作介质的选择性和灵敏度较好,且体系很稳定。pH值对ΔF的影响不大(Fig.3)。这是由于在碱性介质中ClO2 的氧化还原电位随pH变化不大,为 有较高的灵敏度,本实验选择pH 10.5。实验结果表明,缓冲溶液用量以1.0mL为宜。

图4给出了FR浓度与ΔF的关系。随着FR浓度(0～12. 0 ×10- 6 mol/L)增大, ClO2 氧化的FR越 多,ΔF值增大。当进一步增大FR浓度时, ΔF开始逐渐减小(图4) 。为有较高的灵敏度,本实验选择 FR浓度为4. 0 ×10- 6 mol/L。

3. 3　工作曲线

在优化的实验条件下,测定不同浓度ClO2的荧光强度和吸光度, 求得ΔF和ΔA490nm。以ClO2 浓度Ccl对ΔF和ΔA490 nm 分别作图,得出方法的回归方程。其中在pH10.5条件下的荧光法的灵敏度高、选择性好,本实验选择该法测定ClO2;对0.68 mg/LClO2测定5次时,求得 其RSD为1.1%。从方法的灵敏度、选择性、精密度等方面与已报道的分析方法比较,本法是测定ClO2较好的方法之一。

3. 5　样品分析

取一定量水样于刻度试管,按实验方法测定水中ClO2含量。同时用罗丹明B光度法进行测定。两法测定结果基本一致。

3. 6　荧光猝灭原因初探

由实验结果可知,随着ClO2浓度的增大,FR出现褪色和荧光猝灭现象。这是由于在碱性条件下,荧光素中的共轭平面结构被ClO2氧化破坏,故使得荧光素的荧光强 度降低和褪色。ClO2的浓度越大,氧化能力越强,荧光素被氧化的越多,荧光强度就减小。这与极谱实验结果一致。