共振光散射比浊法测定水样中硫酸根的方法探讨

[摘要]硫酸根是水样中主要离子之一。过去测定水和废水中的硫酸根,一直沿用重量法、比浊法、容量法、滴定法、间接原子吸收分光光度法(AAS法)、间接紫外分光光度法等。该文研究了共振光散射比浊法在硫酸根测定中的应用,加入硫酸根后体系的共振光散射强度显著增加,且在较大浓度范围内呈线性关系,检出限低10-6g/mL。该方法用于测定水样中的硫酸根,能满足实际生产的要求。

[关键词]共振光散射比浊法硫酸根环境监测

1引言

在普通的荧光分光光度计上选择合适的激发和发射通带宽度,采用相等的激发和发射波长同时扫描激发和发射单色器后所得的同步光谱(即∆λ=0nm)即为散射粒子的共振光散射光谱(RLS),它是一种新型的分子光谱。共振光散射光谱法只需要普通荧光分光光度计,调节激发光波长和发射光波长相等,即可获得待测组分所引起的共振光散射强度。大量数据实验表明,共振光散射强度与共振光散射粒子的浓度在一定范围内有线性关系,据此可直接进行定量分析。共振光散射光谱法是一种十分简便的、用于痕量样品定量分析的高灵敏度方法,是分子发射光谱领域近年发展起来的一个非常重要的领域。共振光散射光谱法之所以越来越受到人们的广泛关注,就是因为共振光散射光谱法与其它的光谱法相比,具有仪器简单、分析速度快、灵敏度高、有较好的选择性、可以为研究分子结构和反应特征提供更丰富的光谱信息的特点。

共振光散射技术具有灵敏度高、选择性好的特点,但是其应用范围较窄,而比浊法应用范围非常广泛,却又存在灵敏度低、选择性差的缺陷。如果我们能把这两者有机结合起来,充分体现各自的优点而克服缺点,我们就能够得到一种灵敏度高、选择性好而又应用广泛的分析方法。共振光散射比浊法正是这两者结合后的产物,环境监测、工业分析、临床分析等许多分析领域都有应用,成为一种重要的分析方法之一。

2实验部分

2.1 主要仪器和试剂

RF-540型荧光分光光度计、分析天平。盐酸溶液:盐酸和水1:1(体积比)混合。氯化钡溶液:氯化钡吐温溶液,80mL氯化钡(12%)溶液加20mL吐温80,加热溶解。硫酸钠溶液:准确称取无水硫酸钠0.1480g,加入到蒸馏水中,配成溶液并定容为100mL,得硫酸根离子的浓度为1.0mg/mL。所用试剂均为分析纯,用水为蒸馏水。

2.2 实验方法

准确加入一定量的硫酸钠分别于10mL和50mL的比色管中,依次加入1:1的盐酸溶液、氯化钡-吐温(12%)溶液,定容,在λex=λem=515nm处测定体系的共振光散射强度IRLS。

3结果与讨论

3.1 标准样品的共振光散射光谱

使用RF-540型荧光分光光度计,在200～700nm范围内同步扫描(∆λ=0nm)体系的共振光散射光谱,如图1所示。

图1表明,氯化钡-吐温80体系的共振光散射强度(IRLS)较低,但当它与硫酸根离子形成BaSO4沉淀体系时,则能产生较高的共振光散射强度。从图1还可以看出体系在375nm、515nm、575nm处有明显的共振光散射峰,其中散射波长为515nm时强度较高且稳定,考虑到IR场的稳定性,本文选择515nm作为定量测定的波长。

注:从上到下硫酸根离子浓度依次为0μg/mL、4.0μg/mL、8.0μg/mL、12.0μg/mL、16.0μg/mL、20.0μg/mL。

图1不同浓度的体系共振光散射光谱

3.2 检测条件的优化

使用50mL的比色管,分别研究反应时间、反应酸度、氯化钡-吐温用量以及试剂加入顺序对体系的共振光散射强度( IRLS )的影响,并绘制出标准曲线。

3.2.1反应时间的影响

研究表明,0～30分钟内本实验体系的共振光散射强度基本不变,但生成的硫酸钡在体系中不能长时间均匀分散在吐温80中,随着时间的进一步延长,硫酸钡逐渐沉降,体系的共振光散射强度会逐渐变小,因此时间对实验体系的影响比较大,测定最好在20分钟内完成。

3.2.2反应酸度的影响

在λ= 515nm的条件下,测定了不同盐酸加入量对缓冲液对共振光散射强度( IRLS )的变化如图2所示。

图2不同酸度时体系的共振光散射光谱

由图2可知,盐酸作为酸度调节剂,加入量在1.5～3.0mL之间基本恒定,用量大于3.0mL共振光散射强度逐渐减弱。故本文选用盐酸的量为2.0mL。

3.2.3氯化钡-吐温用量的影响

在λ= 515nm、盐酸的量为2.0mL的条件下,对不同氯化钡-吐温混合液用量时体系的共振光散射强度。氯化钡作为反应试剂,必须适当过量;吐温80作为稳定剂和分散剂,用量的多少也影响体系的稳定性。由于氯化钡-吐温体系本身也有较弱的共振光散射现象,加入量在1.5～3.0mL之间变化较少,结果如图3所示。故本文选用2.5mL的氯化钡-吐温混合液。

图3不同氯化钡-吐温用量时体系的共振光散射光谱

3.2.4试剂加入顺序的影响

通过实验发现,只要在钡离子与硫酸根离子结合之前加入缓冲液,其余试剂的加入顺序改变时对实验几乎没有影响。

3.2.5标准曲线的绘制、线性范围与检出限

在5个10mL的比色管中,分别加入硫酸根离子标准溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL,再依次加入0.4mL盐酸溶液、2.5mL的氯化钡-吐温混合液、定容,摇匀,放置5分钟后,于λex=λem=515nm处测定共振光散射强度IRLS。作C-I图,得标准曲线。在最佳条件下绘制工作曲线,氯离子的浓度在2～25µg/mL范围内与共振光散射强度有良好的线性关系,其线性回归方程为IRLS=1.875C(µg/mL)+7.76,R=0.99985;检出限按3σ/K计算(σ为空白标准偏差,K为回归方程的斜率)为0.23µg/mL。

3.3 实验样品的分析

吸取10mL样品溶液按实验方法进行测定(平行4份),并对所分析的样品用标准加入法进行回收实验,结果见表1。

表1样品的分析结果(单位:µg/mL)

样品 样品浓度平均值 加入标准液质量 测得总质量平均值 回收率(%) 相对平均偏差(%)

水样1 73.9 50 124.0 101.0 0.3

水样2 73.1 123.0 99.8

水样3 73.5 123.3 99.6

水样4 73.4 123.1 99.4

由表1可以看出,本实验所建立的方法回收率高,其回收率在99.4%～101.0%,相对平均偏差仅为0.3%。该方法灵敏度较高、简便、快捷的优点,可用于水样中硫酸根离子的测定。

4结论与展望

共振光散射比浊法利用共振光散射强度随着硫酸根浓度的增大而增强的原理,可用于实际环境样品中硫酸根的测定。实验表明该法测定硫酸根时线性范围较宽且方法灵敏度高,该方法对于水环境中硫酸根的监测具有重要意义。

现代科学对分析测试提出了越来越高的要求,面对分析对象的复杂性,分析手段的多样性和现代分析化学日新月异的迅速发展,要求有更新更先进的方法来促进分析化学的发展。共振光散射光谱法是近几年发展十分迅速的痕量分析方法,在大分子分析、元素分析中具有灵敏度高、选择性好的优点,已广泛地应用在化学、环境科学、生命科学、材料学等领域,有着广阔的发展前景。

参考文献:

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