（环境科学专业论文）共振光散射光谱法在表面活性剂分析中的研究.pdf

测限为0 0 2 p g l ，从而建立了一个灵敏的测定阴离子表面活性剂的共振光散射 光谱新方法。将该方法用于环境水样中s d b s 含量的测定，结果令人满意。 本文还深入研究了在p h = 4 0 的b r 缓冲溶液中，溴化十六烷基三甲基 胺( c t m a b ) 和氯代十六烷基吡啶( c p c ) 两种阳离子表面活性剂( c s ) 与纳氏试 剂反应的共振光敏射光谱，考察了其光谱特征、影响因素、适宜的反应条件和 共存物质的影响。发现该两种c s 与纳氏试剂形成离子缔合物时。均使r l s 强 度显著增强，并具有相似的r l s 光谱特征最大散射波长均位于4 2 2 n m 左右。 在一定范围内，c s 的浓度与散射强度成正比。方法简便，快速，灵敏度高， 并具有较好的选择性，对于不同c s 检出限在1 5 1 7pg l ，用于实际样品分 析，结果令人满意。 本文研究了非离子表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚( 0 p ) ，将o p 加入达 旦黄牛血清蛋白体系中后，体系的共振光散射强度( k ) 有较大的增强，该 现象导致蛋白质分析的灵敏度提高、线性范围增大根据d 面a g u i n 等人提出 的d l 、r o 理论，o p 加入后，其高度水化的聚氧乙烯链伸入水中，形成卷曲结 构而显示出对于质点聚集的优越空间阻碍作用，同时，较厚的水化聚氧乙烯基 团层与水相的性质较为接近，于是有效h a m a k e r 常数值就会减小，从而使质 点间的v a l ld e rw a a l s 引力大为降低，其分散程度和稳定性得到增加，测定的 共振光散射强度值就增大，显示o p 的强烈的增敏效果。该结论为研究表面活 性剂的增敏机理提供了参考。 本文对共振光散射光谱的产生机理和o p 增敏达旦黄牛血清蛋白体系的 机理进行了试验研究和理论探讨工作。建立了碱性品红十二烷基苯磺酸钠和 纳氏试剂阳离子表面活性剂( c s ) 共振光散射光谱法测定表面活性剂的新方 法，并将所研究的方法用于环境水样和其他实际样品分析，本文研究的这些新 方法灵敏度高、操作简便、快速、成本低廉，具有实际应用价值。 由于铬黑t 共振光散射光谱在实际分析中有重要的价值，因此本文研究 了铬黑t 在不同条件下的共振光散射光谱，结果表明，它们的共振光散射强 度受溶液p h 影响较大。在一定的p h 溶液中，体系的共振光散射强度在一定 浓度范围内与铬黑t 的浓度有线性关系。同时运用量子化学计算方法对它们 分子间氢键进行了计算，理论计算表明：体系共振光信号增强的原因是分子通 过分子间氢键聚合形成了超分子聚合体，这一理论计算结果和实验得到的光谱 数据完全吻合，该研究工作对迸一步研究共振光散射光谱法的理论提供了重要 参考数据。 本文通过对阴、阳、非离子三种类型的表面活性剂的研究，应用共振光散 射光谱探讨了在不周体系下的作用机理，建立了新的分析体系，为环境样品表 面活性剂的监测提供了重要的理论依据，并为解决表面活性剂的监测提供了新 的光谱分析方法。 关键词：共振光散射光谱法：表面活性剂；聚乙二醇辛基苯基醚；铬黑t ； 十二烷基苯磺酸钠：溴化十六烷基三甲基铵：氯代十六烷基吡啶 r e s e a r c ho fr e s o n a n c el i g h ts c a t t e r i n gi n a n a l y z i n gs u r f a c t a n t s p o s t g r a d u a t e ：y o n g - h o n g x i e t u t o r ：s h u - w e il i s u r f a c t a n t sh a v et h es t r u c t u r ec h a r a c t e r so fp o l a r - h y d r o p h i l i ng r o u pa n d a p o l a r - l i p o p h i l i cg r o u p ，t h e ya r ep r o n et ob ea b s o r b e da n do r i e n t e do nt h es u r f a c e o fs u b s t a n c e s t h e s p e c i a l t i e so ft h o s ei n c l u d ed e c r e a s i n g s u r f a c et e n s i o n , i n f i l t r a t i o n , w e t t i n g , e m u l s i f i c a t i o n , d e c e n t r a l i z a t i o n , s o l u b i l i z a t i o n f o a m i n g ， w a s h i n g , s t e r i l i z a t i o na n d8 0o n t h e r e f o r et h e yi r eu s e dw i d e l ya n dc a l l e d i n d u s t r i a lm o n o s o d i u mg l u t a m a t e d u et ot h el i t t l ee n v i r o n m e n t a lc o m p a t i b i l i t y o fm a j o r i t yo fs u r f a c t a n t sw h i c hw eu s u a l l yi 啪t h e ya l s oh a v eb r o u g h tf o r t h n e g a t i v ee f f e c to ne n v i r o n m e n t i ti 8n e c e s s a r yt od e v e l o pa na t c c l l r a t e , s p e e d y , s i m p l ea n dh i g hs e n s i t i v ed e t e r m i n a t i o no fs u r f a c t a n t s s u r f a c t a n th a sa l r e a d y c a u s e dp e o p l e se x t e n s i ec o n c e r nt ot h ed a n g e ro f t h ee n v i r o n m e n ti nr e c e n ty e a r s ， s i m i l a r l y , p a y e dg r e a ta t t e n t i o nt ot h em o n i t o r i n go fe n t e r i n gs u f f a c t a n t so ft h e e n v i r o n m e n t , a n dm a n ym o n i t o rm e t h o d sh a db e e nr e s e a r c h e d , w h i c hp l a y i n g i m p o r t a n tp a r ti np r o t e c t i n gt h ee n v i r o n m e n t r l si san 洲t e c h n o l o g yd e v e l o p e di n1 9 9 0 sf o rt r a c ea n a l y s i s 谢t l lh i 曲 s e n s i t i v i t y , s i m p l i c i t ya n ds e l e c l i v i t y , a t 仕a c t i n gm o l ea n dm o r ea t t e n t i o n t h e r ea r e m o r er e s e a r c h e sa n da p p l i c a t i o n so fr l sr e c e n t l y i ti sw i d e l yu s e di nt h er e s e a r c h a n dd e t e r m i n a t i o no fp r o t e i n s , n u c l e i c a c i 如，c a r b o h y d r a t e s , m e d i c a t i o n , n o n - p a r t i c l e , i n o r g a n i cp a , - i i c l e sa n ds u _ r f a c t a m sa n ds h o w sg r e a tf u t u r et ou s e t h ec o m p l e 】【m a d eo f f ba n ds d b sl e a d e dt ot h ei n c r e a s eo f r l si n t e n s i t yi n t h eb u f f e r - s o l u t i o no h - - 4 0 w h o s er i sv e a kw a sa t6 0 0 n m 1 i n e a rr a n g ew a s b e t w e e no 0 3 2 4 m r , 儿a n dd e t e r m i n a t i o nl i m i tw a so 0 2 u g l t h e r e f o r ean e w s e n s i t i v el u sm e t h o do f d e t e r m i n a t i o no fs d b sw a sd e v e l o p e d t h i sm e t h o dw a s u s e dt od e t e r m i n a t et h eq u a n t i t yo fs d b si ne n v i r o n m e n t a lw a t e rs a m p l e ，a n dt h e r e s u l tw a ss a t i s f i e d hb rb u f f e r - s o l u t i o nw h o s ep h = 4 0t h er l ss p e c t r u m sa n di t sc h a r a c t e r i s t i c s a b o u tr e a c t i o nb e t w e e nt w oc sa n dn e a s t e rr e a g e n tw e r es t u d i e d t h ee x p e r i m e n t s w e r oa l s oc o n d u c t e d0 1 1t h ei n f e c t i o nf a c t o r s ，t h eo p t i m u mr e a c t i o nc o n d i t i o n sa n d t h ee f f e c to fc o - e x i s t i n gs u b s t a n c e s i tw a sf o u n dt h a tw h e ni o nc o m p l e xw a s f o r m e db e t w e e nc sa n dn e s s t e rr e a g e n t ，t h e r ew o u l db et h es a m es u d d e ni n c r e a s e o f r l si n t e n s i t ya n dr l ss p e c t r u mc h a r a c t e r s w h i c ht h ep e a kw a sa r o u n d4 2 2 n m i nao e y t a , i nr a n g eo fc 曲n e e n t r a t i o n , r l si n t m s i t yh a dd i r e c tp r o p o r t i o nt ot h ec s c o n c e n t r a t i o n 飘1 em e t h o di ss i m p l e , s p e e d y , h i g hs e n s i t i v ea n db 濑s e l e c t i v e t h ed e t e r m i n a t i o nl i m i ti sb e t w e e n1 5 n g la n d1 7 u g lo nd i f f e r e n tc s 1 1 1 i s m e t h o dc a nb eu s e di nt h ea n a l y s i so f r e a ls a m p l e sa n dt h er e s u l ti ss a t i s f a c t o r y t h e i s i s 1 i n e a r r a n g ea n ds e n s i t i v i t y o f t h e t i t a n y e l l o w - b o v i n es f f i l l l n a l b u m i n s y s t e mi se n h a n c e do na d d i n go p i n t oi t a c c o r d i n gt ot h et h e o r yo f d l ，ob r o u g h t f o r w a r db yd e o a g v i n , w h e no pa r ea d d e di n t ot h a t , i t sh i g h l yh y d r a t e d p o l y e t h y l e n eg l y c o lc h a i ne x t e n d si n t ow a 扫玎a n df o r m sc u r l ys t r u c t u r e s h o w s s u p e r i o rs t a t i c a l l yo b s t r u c t i v ea f f e c t i o nt o w a r dm a t e r i a lp a r t i c l e sa g g r e g a t i o n a t t h em e a n t i m e , t h i c k e rh y d r a t e dp o l y e t h y l e n eg l y c o lg r o u pl a y e rh a v es i m i l a r q u a l i t yo fw a t e r , s oo f f e c t i v eh a m a k e rc o n s t a n td e c r e a s 鼯，t h e r e b yt h ev a nd e r w a a l sg r a v i t a t i o na m o n gm a s sp o i n t sd e c r e a s e ss h a r p l y 强ed e g r e eo fd i s p e r s i o n a n ds t a b i l i t yc a nb ee n h a n c e d t h ei r l si n c r e a s e sa n de m b o d i e st h ee f f e c to f s e m i t i v i t y - e n h a n c e da f t e ra d d i n go p t b i 8c o n c l u s i o no f f e r st h er e f e r e n c ef o r s t u d y i n gt h em e c h a n i s mo f s u r f a c t a n t si nt h ef u t u r e t i i i sp a p e rs t u d i e dt h er l ss p e c t r u mo f e r i o c h r o m eb l a c kt ( e b t ) i nd i f f e r e n t c o n d i t i o n s 硼1 cr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e i ri r i sw e r ei n f l u e n c e dg r e a t l yb y s o l u t i o n s p h i nc e r t a i np ho fs o l u t i o n , t h ei n t e n s i t yo fr l ss y s t e mh a dt h el i n e a r r e l a t i o nw i t ht h ec o n c e n t r a t i o no fe b t m e a n w h i l et h eh y d r o g e nb o n d sa m o n g m o l e c u l e s 、黼c a l c u l a t e db yt h ew a yo fq u a n t u mc h e m i s t r y 啊扯t h e o r e t i c a l c o m p u t a t i o n i n d i c a t e st h a tt h ei n c r e a s eo f r o s o n a n c os i g n a l si nt h es y s t e mc o u l db e a t t r i b u t e dt ot h es u p p 凹- m o l e c u l a ra g g r e g a t e sf o r m e db yh y d r o g e n - b o n db e t w e e n m o l e c u l e s - 1 1 碥r e s u | t sa g r e e a 谢t ht h es p e c t r u md a t ao b t a i n e di ne x p e r i m e n t s 弛e r e s e a r c h w i l l p r o v i d e i m p o r t a n t r e f e r e n c e s f o r f u r t 蛔r e s e a r c h o n r l s r 伍sp a p e rr e s e a r c h e do nt h es u r f a c t a n t so f t h r e et y p e s t h ea v i o n i c s 、c a t i o n i c s a n dt h en o n - i o m c s , d i s c u s s e dt h ea c t i o nm e c h a n i s mo fr l si nd i f f e r e n ts y s t e m s e s t a b l i s h e dn o wa n a l y s i ss y s t e m sw h i c ho f f e r e di m p o r t a n tt h e o r e t i c a lf o u n d a t i o n f o rt h em o n i t o ro fe n v i r o n m e n t a ls a m p l es u r f a c t a n t s ，a n dh a v eo f f e r e dt h en e w s p e c t r u ma n a l y t i c a lm e t h o d sf o rs o l v i n gt h em o n i t o r i n go f s u r f a c t a n t s k e y w o r d s ：础s u r f a c t a n t s o p s o d i u md o d e c y lb e n z e n es u l f o n a t e c e t y lp y r i d i n i u mc h b r i d e e r i o c h r o m eb l a c kt c e t h y lt r i m e t h y la m m o n i u m b r o m i d e 四川师范大学学位论文独创性及 使用授权声明 本人声明：所呈交学位论文，是本人在导师奎控住熬援指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的 个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人承诺：已提交的学位论文电子版与论文纸本的内容一致。如因不符而 引起的学术声誉上的损失由本人自负。 本人同意所撰写学位论文的使用授权遵照学校的管理规定： 学校作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在大学拥 有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生必须按学校规定提交印 刷版和电子版学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索；2 ) 为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位 论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 论文作者签名：自孑币z 7 胡年月夕铂 四川师范大学硕士学位论文 l 前言 表面活性剂具有能显著降低表面( 界面) 张力的作用，还具有渗透、润湿、 乳化、分散、增溶、发泡、洗涤、杀菌等一系列特性，广泛应用于人类生产生 活的各个领域，在某些工业生产领域中享有“工业味精”的美称。近几十年来， 表面活性剂的使用量和使用范围随社会的发展在不断地增长。表面活性荆的使 用可以改进生产工艺、提高产品质量、增加产量、降低能耗、节约能源、提高 生产效率、改善生产环境。人们在使用表面活性剂获得巨大利益的同时，也越 来越清楚地认识到它给环境带来的严重的负面影响。大量的表面活性剂进入环 境带来了严重的危害，特别是表面活性剂通过迁移、蓄积及增毒等作用对水体 生物造成的危害尤为严重。因此。表面活性剂对环境的影响已成为世界范围普 遍关注的问题，美、日等国规定水体中阴离子表面活性剂的含量不得超过 o 5 m g l ，我国也早在1 9 8 7 年就颁布了水体中阴离子表面活性剂的检测标准， 对表面活性剂的监测给予了高度的关注。 鉴于表面活性剂在环境保护尤其是水环境保护方面的重要意义，研究表面 活性剂的检测方法，建立准确、快速简便、灵敏度高的表面活性剂的分析方法， 对我国表面活性剂的检测标准的建立和完善有着非常重要的意义。目前表面活 性剂主要报道的研究方法有滴定法、分光光度法、荧光法、色谱法、质谱法、 化学发光法及毛细管电泳法等。 共振光散射( i 也s ) 光谱法是二十世纪9 0 年代发展起来的一种新兴的痕量 分析测试新技术，该方法灵敏度高、简便、选择性较好，已引起了人们的广泛 兴趣和关注。近十年来对共振光散射光谱法的研究和应用日益增多，目前这一 新技术己广泛应用蛋白质、核酸、糖类、药物、纳米粒子、无机粒子和表面活 性剂等的分析研究中，显示了该方法有极广阔的应用前景。 本课题研究的共振光散射光谱法在表面活性剂分析中的研究正是在这样的 背景下提出的。本文的研究目的是建立灵敏度高、可靠性好的表面活性剂分析 方法，以满足在洗涤剂及环境水样中表面活性剂的分析监测要求；寻找新的共 振光散射探针，不断拓展共振光散射光谱法的应用领域：对表面活性剂增敏某 共振光散射光谱法在表面活性剂分析中的研究 些共振光散射体系的机理进行理论探索，为迸一步研究表面活性剂增敏共振光 散射体系的理论提供一些研究数据；对共振光散射增强的机理进行实验和理论 探索，为进一步研究共振光散射光谱法的理论提供重要参考数据。 本文分别研究了十二烷基苯磺酸钠( s d b s ) 、溴化十六烷基三甲基胺 ( c t m a b ) 以及氯代十六烷基吡啶( c p c ) 的共振光散射光谱。实验发现，由于 s d b s 、c t m a b 、c p c 的加入，三体系的共振光散射强度较空白溶液都大幅增 加，并且增加值与加入的表面活性剂浓度之间在一定范围内有较好的线性关系， 据此建立了s d b s 、c t m a b 、c p c 测定的新的共振光散射光谱法。研究了它们 的砌s 光谱特征、适宜的反应条件、影响因素，共对反应机理、r l s 增强的原 因作了初步的讨论，并成功应用此三种新的共振光散射光谱体系测定了环境水 样和三种洗涤剂中表面活性剂的含量，获得了满意的结果。 首次研究了在达旦黄牛血清蛋白体系中加入聚乙二醇辛基苯基醚( 0 p ) 后， 体系的共振光散射强度( i r a s ) 的增强效应，使用o p 后体系的灵敏度、线性范 围均有较大的提高。根据d 鲥a g u i n 等人提出的d l v o 理论，0 p 加入后，其高 度水化的聚氧乙烯链伸入水中，形成卷曲结构而显示出对于质点聚集的优越空 间阻碍作用；再者，较厚的水化聚氧乙烯基团层与水相的性质较为接近，于是 有效h a m a k e r 常数值就会减小，从而使质点间的v a i l d e r w 瑚s 引力大为降低， 其分散程度和稳定性得到增加，测定的共振光散射强度值就增大，体现为加入 o p 有增敏效果。 研究了铬黑t 在不同条件下的共振光散射光谱，结果表明，它们的共振光 散射强度受溶液p h 影响较大。在一定的p s 溶液中，体系的共振光散射强度在 一定浓度范围内与铬黑t 的浓度有线性关系。同时运用量子化学计算方法对它 们分子问氢键进行了计算，理论计算表明：体系共振光信号增强的原因是分子 通过分子间氢键聚合形成了超分子聚合体，这一理论计算结果和实验得到的光 谱数据完全吻合。 2 四川师范大学硕士学位论文 2 共振光散射光谱法概述 2 1 光散射现象 光的散射是一种常见的自然现象，是指光通过介质时在入射光方向以外的 各个方向上所观察到的现象。它源于光电磁波的电场振动而导致的分子中电子 产生的受追振动所形成的偶极振子【n 。根据电磁理论，振动着的偶极振子是一 个二次波源，它向各个方向发射的电磁波就是散射波。光散射与介质的不均匀 性有关，除了真空之外的其它所有介质都有一定程度的不均匀性，从而产生散 射光，只是由于介质中粒子大小不同，产生不同种类的散射。当介质中粒子直 径远大于入射光波长) 时，产生的散射可看成是反射和折射；如果介质中粒子 直径与入射光波长相近，便产生t t y n d a l l 散射；如果介质中粒子很小，如d 2 0 h 时，便产q ：以r a y l e i g h 散射为主的分子散射【2 1 。分子散射是由于分子热运动 造成的局部密度涨落引起的。分子散射比t y n d a u 散射要弱得多。但是，即便十 分纯净的液体和气体都能产生分子散射。根据入射光和散射光波长的不同，光 散射又可以分为弹性光散射、非弹健光散射和准弹性光散射： ( t ) 弹性光散射( e l a s t i cl i g h ts c a t t e r i n g ) 是指散射光波长与入射光波长相等的 散射，在散射中没有频率位移、无能量损失，又称为经典散射或静态散射。d 2 0 的r a y l c i g h 散射、浑浊介质的t y n d a l l 散射和透明介质的分子散射都是弹性 孙 散射。、 ( 2 ) 非弹性散射( i n e l a s t i cl i g h ts c a t t e r i n g ) 是指散射光波长不等于入射光波长 的散射，在散射中有频率位移、有能量损失。拉曼散射、布里渊散射属于非弹性 散射。发射光波长与入射光波长不同的r a l n a l 散射是光与分子振动交换能量的 非弹性散射，而b r i u o u i n 散射是由于热声波引起的非弹性散射。其中拉曼散射 是现在研究最深入，使用最广泛的光散射。 ( 3 ) 准弹性散射( q u a s i d a s t i cl i g h ts c a t c r i n g ) 是指散射光波长与入射光波长有 微小差别的散射，是由于散射质点不停的作b r o w n 运动所引起的多普勃( d o p p l e r ) 效应使散射光频率以入射光频率为中心而展宽，即动态光散射。 本课题是关于共振光散射，它主要涉及到共振r a y l c i g h 散射，但还有t y n d a l l 共振光散射光谱法在表面活性剂分析中的研究 散射、荧光和动态光散射，其成分的多少这取决于散射粒子的大小、激发与发 射波长和仪器的狭缝宽度。 2 2 共振光散射 2 2 1 共振光散射原理 共振光散射( r e s o n 如c el i g h ts c a t t e r i n g ，简称r l s ) 是指当r a y l e i g h 散射位 于或接近于分子吸收带时，电子吸收电磁波频率与散射频率相同，电子因共振 而强烈吸收光的能量并产生再次散射，此时散射光强度将提高几个数量级，这 种吸收一再散射过程称为共振光散射或共振瑞利o u y l e i g h ) 散射【3 】。 早在二十世纪3 0 年代，p l a z c e k 就在研究共振拉曼散射时预测有共振光散射 现象存在，直到1 9 7 5 年才由b a u e r l 4 1 等人用于研究二苯基多烯。1 9 7 8 年m i l l e r 嘲 利用宏观波动理论研究r l s ；1 9 8 1 年s t a n t o n 等1 6 用半经验计算对r l s 进行了理论 探讨，并得出相似的结果，他们讨论了在一般情况下( 入射光为非偏振光) ，散 射与吸收的关系，指出：吸收越强时，散射越强。a n g i i s t e r 等f 7 sj 对上述理论进 行了修正，讨论了r l s 强度与散射分子浓度的关系，为应用研究创造了更好的 条件。 m i l l c r 在m i e 【9 】的基础上根据宏观波动理论，分子散射源于折光指数( m ) 的涨 落，而折光指数可以分为实部和虚部两部分，即m ：n i l ( ，其中n 是溶液的折光指 数，k 是吸光系数，在分子吸收带附近溶液的折光指数与波长和摩尔吸光系数的 关系与分子在整个波长范围的吸收有关，可用k r o n i g - k r a m e r s 方程表示： 一2 3 0 3 c 2 一：广一丛型d ， n 1 0 十 2 万2 占震一。，女“ 式中n o 为纯溶剂的折光指数，c 是溶液的物质的量浓度，是真空中入射光 和散射光波长，九是整个分子吸收带中的任意研究波长，e 为所研究波长处分 子的摩尔吸光系数。 在与入射光成9 0 0 角处检测可以得到表征体系光散射特征的瑞利比( r a y 4 四川师范大学硕士学位论文 l e i g hr a t i o ) r 【娴： r _ 箐胁埘嗽埘k 。抛， 式中n 。是阿弗加德罗常数，8 n o c 和o k 0 c 分别是i 0 m o f l 的溶液中表示折 光指数实部和虚部的增量，c v 是表示光散射增加的c a b a l l r l e s 因子。 。 因此，如果入射光波长接近于分子吸收带，o k o ，即除折光指数的实 部对光散射有贡献外，虚部也具有很大贡献，特别是吸收带强烈时贡献更大， 将产生共振光散射，共振光散射的增强程度与分子吸收带中电子跃迁有关。由 于r = i p l s 1 0 ，式中i o 表示入射光强度，i r i s 表示共振光散射光强度，则共振光散 射光强度可如下表示： i r t 。= i o 笔降+ bf 别j c v ( 以上定量方程主要是从共振p a y l e i g h 散射增强的角度出发的。实际上，从 目前的研究中，我们还没有确定散射粒子大小是否满足d 2 0 的条件。同时由 于共振光散射光谱的测定通常是在较大的激发和发射单色器通带宽度( 5 珊) 下进行的( 当通带宽度小于5 n m 时，光谱发生很大的畸变，且散射光强度较弱) ， 因而所得到的共振光散射光谱中含有动态光散射成分，从而导致在散射粒子浓 度较大时共振光散射强度出现较大的波动。当狭缝增大时，要获得最大强度的 光散射信号并不是a a , = 0 n m f 】。所以共振光散射光谱即非单纯的共振u q a y l e i g h 散射，它含有其它复杂的光散射成分，例如散射粒子较大时，共振光散射光谱甚 至可能还含有t y n d a l l 散射成分1 2 1 。 2 2 2 共振光散射技术的实验方法及定量分析理论基础 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所得的同步光谱( j 产伽m ) 即为散 共振光散射光谱法在表面活性剂分析中的研究 射粒子的共振光散射光谱1 2 1 。 在定量分析理论方面，刘绍璞等在一定限制条件下用瑞利散射定量方程解 释了r l s 定量分析的原理，其表达式如下【1 3 l ： 警怛1 ? o 耦z ( 兄) d a2 + 等 c 式i - i o 函了矿_ 一i 。；? j 予= 万十；j f r 式佗4 、 假定： ”吼 j 掣传黔r + 铡船习 贝日有 i f f i k c 当测定条件一定，k 为与散射粒子体积o r ) 、均匀介质的平均折光系数( n ) 和入射光波长( 柳) 有关的常数。 黄承志等【1 川则认为共振光散射光谱属于同步光谱，散射光是源于等波长入 射光激发散射粒子时产生的，因此散射粒子实际上是能发射出与激发光波长相 等的新发光体，故而共振光散射信号属同步发光。根据同步发光方程【1 0 l ： = k c 6 阢。- a a ) e e m 伉 ( 式2 6 ) 式中以在给定激发光波长处( a 。捌。，d n 的激发函数，点赢是在对应的发射 光波长处的发射函数，腥与仪器条件参数有关的常数，b 是液池厚度。当z l a = o 时即得共振光散射强度： 1 w s = k c b e 。4 x , e k 以一 ( 式2 7 ) 所以在仪器条件一定时，共振光散射强度瞄散射粒子的浓度c 成正比， 据此可以用于散射粒子的定量测定“”。 2 3 共振光散射光谱法的研究进展 光散射现象早已被人类所认识，科学家通过对r a m a n 散射的深刻理解，已 将其充分应用在胶体化学、高分子化学和物理化学上，而以r a y l c i 曲散射为主 的弹性散射因光谱信息较弱发展较为滞后，但随着共振光散射理论和应用近十 6 四川师范大学硕士学位论文 多年的发展，共振光散射技术已广泛地用于蛋白质、核酸、糖类、药物、纳米 粒子、无机粒子和表面活性剂等的分析研究，为分析科学的发展注入了新的活 力。 。 1 9 9 3 年，p a s t e m a c k 等首次在荧光分光光度计上利用普通光源用共振光散射 研究卟啉类化合物在核酸分子上的j 型堆积，率先将r l s 作为一种分析技术并用于 核酸的研究和检测【l ”，从而开启了共振光散射技术广阔应用前景的大门。 首先，研究者应用共振光散射技术在生物大分子的分析测定中取得了巨大 的成绩。1 9 9 6 年，童沈阳研究小组第一次用共振光散射光谱法定量的测定了核 酸【1 7 j ，同年，该研究小组又首次利用共振光散射光谱法测定了人血清中蛋白质 的含量【1 8 】。1 9 9 9 年，北京大学的张淑珍等人【1 9 】首次利用共振光散射光谱法建立 了糖原的分析方法，该方法直接将糖原溶于水，用普通的荧光分光光度计测量 共振光散射强度即可，因此该方法在糖原的分析测定中具有独特的优势。同时 越来越多的分析工作者在他们的研究基础上进一步优化了分析条件，选则不同 的共振光散射探针，拓展了分析的应用领域。 自1 9 9 8 年刘绍璞等人【2 0 】首次利用共振光散射光谱法测定了合成水样中的 h 9 2 + 含量以来，先后建立了共振光散射测定痕量c r 争啦! 喇l 、c d 2 + 口7 ”3 1 1 、p b 2 h 3 2 - 3 5 1 、 $ e 4 + 3 6 - 3 7 1 、n 0 2 - 3 8 4 0 磷【4 、m o + 4 2 1 、a 圳、时小矾、列蛔、c 1 - 4 7 删、 c l l 【4 恻、钯【5 1 j 等无机离子的新方法，并应用于环境分析。 简且研究者还将共振光散射技术延伸到现今的热门领域钠米材料。1 9 9 9 年，蒋治良研究小组通过对金、银和二氧化锰等纳米微粒 s 2 - s 9 1 i 也s 的研究，初 步揭示了纳米微粒的一些新的光学性质，表明r l s 光谱可作为对纳米材料十分 有用的灵敏、简便、快速的研究手段和检测方法，并将进一步丰富和拓展共振 光散射的研究内容和应用范围。 同时在实验方法和仪器方面也有新的突破。2 0 0 1 年，黄承志实验室通过改 装荧光分光光度计样品室的光路，把r l s 技术与液液界面上的全内反射光相结 合，成功地开发出了全内反射共振光散射技术并把它应用到分析中。研究表明 这一技术具有较好的选择性和灵敏度【鲫。2 0 0 4 年，李树伟、潘建章等【6 l 】研究小 组创新性地研制了在线式非光纤荧光探头和在线式非光纤吸光度探头，申请了 国家专利( z l 2 0 0 4 2 0 1 0 5 5 9 6 3 和z l 2 0 0 4 2 0 1 0 5 5 9 5 9 ) ，并成功制作了适用于野外、 7 共振光散射光谱法在表面活性剂分析中的研究 工业现场等场所的便携式多功能光度计，并将其应用于实际样品的吸光度和荧 光强度的测定，取得了令人满意的结果。对该便携式多功能光度计的进一步开 发研制，可望实现对实际样品进行共振光散射光谱研究。2 0 0 3 年，李树伟研究 小组在共振光散射技术和比浊法的基础上创新地提出了一种将二者相结合的新 的分析方法共振光散射比浊法。在发展共振光散射理论和应用方面作出了创 新，具体进行了共振光散射比浊法在测定铅离子【州、钾离子嗍和磷f 6 2 】等方面的 应用研究。2 0 0 5 年，黄承志等 6 3 增次把流动注射技术与共振光散射技术相结合， 成功地开发了流动注射- 共振光散射联用技术并把它应用到测定痕量肝素的分 析中。 随着共振光散射技术在理论和分析方法上日趋成熟，研究人员逐步深入到 实际应用研究。2 0 0 4 年陈广德等在国家文物局基金项目( 项目编号9 9 0 8 ) 的 资助下，直接运用李树伟研究的共振光散射探针铬黑t 汹1 测定了敦煌壁画含黄 色、红色、黑色、绿色和白色颜料的胶结材料中的蛋白质含量，取得了满意的 结果，对分析壁画褪色与胶结材料老化的关系提供了定量数据。该方法解决了 壁画胶结材料测定中样品量少，测定困难的问题，对敦煌壁画病害机理研究和 最佳洞窟保护条件的研究具有重要意义。2 0 0 6 年，四川出入境检验检疫局谢锂 沙申报了国家质检总局关于解决对日贸易中盐渍茄子中亚铁氰化钾含量测定的 课题，该课题应用共振光散射技术来测定出口盐渍蔬菜中亚铁氰化钾含量，所 建立的方法简便、快速、灵敏度高( 测定浓度达到1 0 p p b ) 。课题组在西南大学、 重庆大学、重庆医科大学、四川大学分析测试中心、四川师范大学等不同分析 机构使用不同仪器对该实验方法的稳定性和重复性进行了检验，从最后鉴定结 果来看，该方法重现性好，灵敏度高，可望成为检测盐渍蔬菜中亚铁氰化钾的 质量标准。我们研究小组也正积极参与“十一五”国家科技支撑计划重点项目 出入境检验检疫安全关键技术研究课题中关于出入境轻纺织品中有害物质 酸性红2 6 、碱性红9 等致癌染料和分散黄1 、分散红l 等过敏染料的检测技术 研究，其中拟采用的方法之一就是共振光散射技术 8 四川师范大学硕士学位论文 2 4 共振光散射技术的应用研究现状 共振光散射光谱法是近年在分子发射光谱领域发展非常迅速的一种痕量样 品定量分析的方法，它与其他的光谱法相比较，具有仪器简单、分析速度快、 灵敏度高、选择性较好、可以为研究分子结构和反应特征提供更丰富的光谱信 息等特点，因此共振光散射技术在生化研究和分析中具有广泛前景，近几年的 研究已证明了这点，其应用研究主要集中在以下几方面： 2 4 1 核酸的测定 目前r l s 法测定核酸主要基于有机染料、金属配合物等在生物大分子上的堆 积，导致共振光散射信号( i r l s ) 增强。在一定范围内，i l 与核酸浓度成线性关 系，可用于核酸的测定悯。根据测定核酸所选定的共振光散射光谱探针的不同， 主要有以下几类： 2 4 1 1 有机染料试剂类探针 ，： 它是基于染料在核酸等生物大分子上进行堆积，即生物大分子对染料起了 富集作用：使其富集染料浓度远大于溶液中游离的染料浓度，相当于聚集体的 生成，使散射球体体积增大，所以尽管吸收谱图无变化，但却观测到强烈增强 的r l s 信号6 7 1 。 ， 表2 - 1 有机染料一d 姒共振光散射光谱法统计表 t a b i e 2 - 1r e s o n a n c eii g h ts c a t t e ri n go fr e a c t i o nb e t w e e n d n aa n do r g a n i cd y e s 墨整蔓型里堕垒2 坚堕塑塞垫丝些垡丝苎璺竖型苎堕 t a p pc t d n a7 4 84 3 2 00 o 岳0 3 66 8 s tc l d n a5 6 - 7 43 2 8 00 - 2 5 s tc t d n a3 25 8 5 00 -