（环境工程专业论文）新荧光试剂的合成及其测定环境中有害重金属的应用研究.pdf

西安建筑科技大学硕士毕业论文 新荧光试剂的合成及其测定环境中有害重金属的应用研究 专业：环境工程 作者；吴俊森 指导教师：聂麦茜教授 兼职导师：张克峰教授 摘要 随着世界工业化进程的发展，环境污染问题日趋严重。大多数环境污染物质同时也是环境毒 物，它们进入生物机体后能使体液和组织发生生物化学的变化，干扰或破坏机体的j f 常生理功能， 弗引起暂时或持久性的病理损害。其中重金属是一类具有潜在威胁的物质，它不能被微生物分解。 相反，生物体可以富集重金属并能将重金属转化为毒性更强的金属有机化合物，严重威胁着人类 和其他生物。所以，研制检测重金属离子的特效荧光试剂，建立各种重金属离子的简捷快速，高 灵敏度，高选择性的检测方法，并实现检测的实时( r e a l t i m e ) 化、在线( o n 1 i n e ) 化和自动化无 疑具有十分重要的科学意义和应用价值； 本文在特效荧光试剂的研制，环境中重金属离子的荧光检测及流动注射在线荧光分析三个方 面进行了系列研究，共分为三部分：第一部分：荧光试剂的合成与表征；第二部分：研究了c ，、 p b ”对试剂邻香草醛缩8 氨基喹啉的荧光猝灭效应，并建立了测定污水和污泥中c r 、p b 的高灵 敏度荧光分析方法：第三部分；将流动注射( f i ) 技术与荧光分析联用，发展高灵敏度、高选择 性的重金属离子的荧光检测方法，并实现分析检测的在线化和自动化。基于c d ”在p h = 1 00 0 的 介质中与邻香草醛呋哺甲酰腙生成强荧光的配合物，建立了快速、灵敏、简便的流动注射荧光分 析法测定c d ”的新方法；基于c r ( v 1 ) 能氧化；荧光的2 毗啶甲醛缩邻氨基苯硫酚，使发出强荧光， 在线检测了污水和污泥中的痕量c r 。 特效荧光试剂的合成及各种重金属离子的简单快速、高灵敏度、高选择性的检测方法的研究， 在主客体分子识别、模拟酶催化动力学机理研究以及各类污染物质的监测等方面具有广阔的前景。 关键词：荧光试剂、重金属、荧光分析、流动注射 国家自然科学基金资助项目批准号：2 9 9 7 5 0 1 6 堕窒堡篓型垫查堂塑主望些丝苎 a b s t a c t ： w i t h1 h ed e v e l o p m e n to fw o r l dj n d u s t r y ，t h ep r o b l e mo fp o l l o r i o ni sg e t t i n gt o o lea n d m o r es e r i o u s m t ) s tp u l l u t a n t sa r c , a l s ot o x ic a n t s f h e yc a nc a u s eb i o e h e m i c a lc h a n g e sj n h u m a nb e i n g s t js s u ea n df l u jd ，d e s t r o yn o r m a l f u n c t i o n so fo ig a n s mw h e nt h e ya r e a b s o r b e d 1 l e a v y m e t a lsa r eo fg r e a tl a t e n th a r m f u lt oh u m a nb e i n g s t h e yc a r tb e d e c o m p o s e db ym ic r o o r g a n i s m ，b u tt h e y a e c u m u a t ei no r g a n i s i na n da r et r a n s f o r m e di n t o m e t a l 一o r g a n jc c o m p o u n d s w h c h a r em o r eh a r m f u l h e a v ym e t a sa r e h r e a t e n j n gh u m a n b e i r i g s 1i y e s s ot h es y n t h e s i so i e s p e c i a le f f e c t i v ef l u o r e s c e n tr e a g e n t s ，m s t a b l js h l n g r a p i d ，s i m p l e ，h i g hs e n s i t i v ea n ds e l e c t i v em e t h o d sf o rt h ed e t e r m i n a t j o no fh e a v ym e t a l s a n da c c o m p l i s h i n g1 h er e a l t i m e ，o n 一1 i n ea n da u t o m a t icd e t e r m i n a t i o na r eo fg r e a tv a l u e w ed e v e o p e das e r i e so fr e s e a r c h e sjnt h es y n t h e s i so fe s p e c i a le f f o c t iv ef l u o r e s c e n t r e a g e n t s ，f u o r e s c e n td e t e r m i n a t i o no fh e a v ym e t a si ne n v i r o n m e n ta n di t sf lo wi n j e c t j o n a n a y s i s t h ep a p e rw a sd iv i d e di n t ot h r e ep a r t s ： p a r ti ：f l u o r e s c e n tr e a g e n t sw e r e s y n t h e s i z e d p a r ti i ：t h ef l u o r e s c e n c eq u e n c h i n ge f f e c to fc r ”p b ? + o nt h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t i m s o f o - v a n i l l i n - 8 一a m i n o q u i n o l i r l ew a ss t u d i e d a n dt h e i r c o r r e s p o n d i n g s e n s j t i v e s p e c t r o f l u o r i m e t r ym e t h o d sw e r ep r o p o s e d p a r ti i i ：c o m b i n e dw i t hf l o wi n j e c t i o nt e c h n i q u e ，h i g h l ys e a s i t i v e ，o n 一1 i n ea n da u t o m a t i c s p e c t r o f l u o r i m e 乞r ym e t h o d sf o rt h ed e t e r m i n a t i o no fh e a v ym e t a lsw e r ed e v e l o p e d as i m p l e r a p i d a n ds e n s i t i v es p e c t r 。f l u o r i m e t r ym e t h o df o r t h ed e t e r m i n a t i o no fc d 2 b y f l o w i n j e c t i o na n a l y s i sw a sd e v e l o p e db a s e do nt h ec o o r d i n a t i o nr e a c t i o no fc d 2 + a n do v a n i l l i n f u r f u r a l h y d r a z o n ei nt h em e d i u mo fp h l o ，0 0t og i v ea ni n t e n s e l yf l u o r e s c e n tp r o d u c tb a s e d o nt h eo x i d a t i o no ft h ew e a k f l u o r e s c e n tr e a g e n tp y r i d if i e 2 a l d e h y d eb e n z o t h i a z o li n ei n a c i d i cs o l u t i o nb yc r ( v i ) t og i v ea ni n t e n s e ) , f l u o r e s c e n to x i d a t i o np r o d u c t ，c r ( v i ) s o l u t jo n su s e da sc a r n e r ，t h er e a g e n tw a si n j e c t e d ，as e n s i t i v e ，s e l e c t i r em e t h o df o r t h eo n 一1 i n ed e t e r m i n a t i o no fc r ( v i ) i ns l u d g ew a sp r o p o s e d k e y w o r d s ： f l u o r e s e e n tr e a g e n t s ，h e a v ym e t a l s ，s p e c t r o f l u o r i m e t r y ，f l o wi n j e c t i o n a n a l y s i s t h i sr e s e a r c hi sg r a n t e db yn s f n u d e r 2 9 9 7 5 0 1 6 2 声明 y 6 1 6 i 7 17 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作一：关谩蒜 嗍2 帅牛厂 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使n - 位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名关茂蒜导师签名：曩曩滔日期：2 叩弘 注：请将此页附在论文首页。 西安建筑科技大学硕士论文 1 综述 1 1 引言 随着世界工业化进程的发展，环境污染问题同趋严重。己造成了全球性的环境污染和生态 破坏。大多数环境污染物质进入生物机体后能使体液和组织发生生物化学变化，干扰或破坏机 体的正常生理功能，并引起暂时或持久性的病理损害，严重威胁着人类和其他生物。 环境毒物分为无机毒物和有机毒物两大类。有机毒物的范围很广，多数的烷烃、芳烃，含 氧有机化合物如醇、酚、醚、醛、酮等，有机氮化合物如胺、腈、硝基甲烷、硝基苯、亚硝胺 等，有机卤化物，有机硫化合物和有机磷化合物都是环境毒物。如多环芳烃( p a h ) 具有强烈的 致癌作用；多氯联苯( p c b s ) 由于其化学惰性而成为环境中的持久性污染物，进入人体后可引 起皮肤溃疡、痤疮、囊肿及肝损伤、白细胞增加等症。无机毒物主要有铅、铬、镉、汞、砷等 重金属和准金属，卤素及其氢化物，臭氧，黄磷及无机磷化合物，氰化物，一氧化碳，氮氧化 物，无机硫化合物等。 其中，重金属是一类具有潜在危害的重要污染物，如h g 、p b 、c d 、c r 、z n 、c u 、c o 、n i 、 s n 、b a 等，从毒性这一角度，通常把a s 、b e 、l i 、a l 也包括在内，目前，最引人注意的是、 c r 、c d 、p b 。重金属污染的特点是：( 1 ) 含量很低时就能引起环境污染，( 2 ) 重金属不能被微 生物分解，相反有些重金属有可能在微生物作用下转化为毒性更强的金属一有机化合物。( 3 ) 地表水的重金属可以通过生物的食物链富集，而达到相当高的浓度。( 4 ) 重金属进入人体后能 够和生理高分子物质( 如蛋白质、酶等) 发生强烈的相互作用使它们失去活性，也可能累积在 人体的某些器官中，造成慢性累积性中毒。自从2 0 世纪5 0 年代在目本出现水俣病和骨痛病m ， 并且查明是由于汞污染和镉污染引起的死亡公害病以后，重金属的环境污染问题受到人们极大 的关注。从而，痕量、超痕量水平重金属离子的分析测定技术越来越受到科研工作者的关注。 所以，建立这些重金属的痕量、超痕量分析检测技术具有十分重大的意义。 分子荧光分析具有灵敏度高，选择性好，取样量少，方法简捷快速等特点，是一种重要的 光谱化学分析手段。因此，在重金属元素的分析中，应用非常广泛，从天然水、饮用水到废水、 污水；从土壤、大气到动植物；从人的头发、骨骼、血液到内脏等各个器官，涉及到的样品和 应用范围几乎无所不有。 荧光检测的方法主要有荧光生成、荧光猝灭、催化荧光。随着微机、激光及电子学等一些 新科学技术的引入，还产生了诸如同步荧光、导数荧光、时间分辨荧光、相分辨荧光、荧光偏 振、荧光免疫、固体表面荧光测定、三维荧光等的新技术，使荧光分析法不断朝着高效、痕量、 两安建筑科技入学硕士论文 微观和自动化的方向发展，荧光分析的灵敏度、准确度和选择性不断提高”。 本文研究了c r 、p b 、c d 等最引人注目的有毒元素的荧光分析检测方法。 1 2 新型荧光试剂 由于大多数无机金属离子与溶剂之间的相互作用很强烈，使得激发态的分子或离子因分 子碰撞去活化作用，以非辐射的形式返回基态或发生光化学作用，因而在紫外或可见光激发下 会发荧光者甚少。一般是根据不发荧光的无机金属离子与有吸光结构的有机荧光试剂发生配合 生成会发荧光的配合物或使原荧光试剂的荧光猝灭进行荧光检测，因此有机荧光试剂的研究决 定了无机荧光分析的发展。目前应用的有机荧光试剂主要有席夫碱、腙类、蒽醌类、羟基喹啉 类、偶氮类、苯并吡喃酮类、0 一二酮类和冠醚类等”1 。其中，席夫碱、腙类试剂含有易与金 属离子成键的n 、0 、s 原子，与金属离子配合易生成具有“刚性、平面、大n 键共轭”荧光特 征结构的产物，是一类理想的分析试剂“。 荧光光度分析有自己的特点，近年来发展十分迅速。但荧光试剂的研制却十分缓慢，当 然这与荧光分析的荧光条件要求严格有关，荧光试剂除受本身结构和性质的影响外，还受外界 条件的严重影响，所以荧光试剂的合成比光度试剂的合成还要困难。因而发展新型荧光试剂仍 然是发展荧光分析的重要途径。 1 。3 流动注射荧光分析技术 荧光分析是一种高灵敏度、高选择性的化学分析手段。然而，在大多数分析实验室中， 加液、稀释、过滤、搅拌、吸样、定容等最基础的化学分析手工操作依然存在，这些操作由于 人本身的局限会造成较大的偏差，严重阻碍了高灵敏度、高准确度的荧光分析法的发展。由月 麦学者r u z i c k a 与h a n s e n19 7 5 年首次命名的流动注射分析( f i a ) 则从根本上( 实验室操作 中的最基础部分) 解决了这一问题。传统的分析检测都是在物理与化学平衡条件下进行的，而 快速、重复良好的流动注射分析既不需完全的混合，也不需要达到平衡。对一固定的实验装置， 只要流速不变，在一定留存时间的分散状态都是高度重现的。流动注射分析具有广泛的适应性， 可与多种检测手段连用，国外r u z i c k s 和h a n s e n 、国内方肇伦先生都对其进行了系统的论述 ”。目前，f i 应用于光分析主要是与分光光度法联用“，但分光光度法的灵敏度和选择性 均有限，一般只适用于微量组分的检测。与分光光度法相比，荧光分析方法尤其是荧光动力学 2 耍窒垄望型垫查堂堕主丝茎 分析法具有更好的选择性和更高的灵敏度。3 ，可用于痕量甚至超痕量组分的测定。f i a 系统本 身的密闭性可防止氧的荧光猝灭，显著改善荧光分析的条件，而f a 良好的重现性可以克服荧 光动力学分析因难以严格控制条件而导致重现性著的缺陷“，二者的结合可以大大提高荧光分 析的灵敏度和准确度，是对荧光分析法极：阿益的发展。 1 4 本课题的主要研究内容及研究方案 1 4 1 合成新荧光试剂： 合成邻香草醛缩8 一氨基喹啉、邻香草醛呋哺甲酰腙、2 一吡啶甲醛缩邻氨基苯硫酚、2 吡 啶甲醛呋喃甲酰腙、2 一吡啶甲醛缩8 氨基喹啉、2 一羟基一卜萘醛呋哺甲酰腙、乙二醛缩双邻 氨基苯硫酚、2 一羟基一卜萘醛缩邻氨基苯硫酚等新型荧光试剂。 1 4 2 新荧光试剂的应用研究： 研究利用新合成的荧光试剂测定环境中有害重金属离子的高灵敏度、高选择性、快速简便 的检测方法。 1 、分析试剂的结构、性质，根据试剂的结构特点和重金属离子的性质，研究试剂可能与那些 离子反应会引起荧光的较明显变化( 荧光增强或猝灭) 。 2 、研究利用毅荧光试剂邻香草醛缩8 一氨基喹琳检测c r ”、p b ”的最佳条件( p h 值及缓冲溶液 用量、试剂用量、乙醇用量、反应温度、反应b t f m 、共存离子的影响) ；猝灭常数与配合物组 成比的测定；工作曲线及检出限；样品分析。 3 、利用流动注射荧光分析法研究邻香草醛呋喃甲酰腙检测c d ”的最佳条件( 酸度的影响、邻 香草醛呋哺甲酰腙浓度的影响，采样体积的影响，流速的影响，采样、注样和停留时间的影响， 共存离子的影响) ；工作曲线；样品分析。 4 、利用流动注射荧光分析法研究2 一吡啶甲醛缩邻氨基苯硫酚检测c r ( v i ) 的最佳条件( 酸度的 影响，2 一吡啶甲醛缩邻氨基苯硫酚浓度的影响，采样体积的影响，流速的影响，共存离子的影 响) ：工作曲 线；样品分析。 1 5 本研究课题应用前景展望 堕塞壅塑型垫奎兰堡主笙奎 一一 一一 在特效荧光试剂的合成和应用方面，近年来的研究主要是围绕着提高试剂和分析方法的灵 敏度、选择性展开的。提高试剂灵敏度是解决高纯物质中杂质分析和低含量组分定量测定的基 本途径。今后，应着手于研究各类荧光试剂及其金属络合物的结构与分析性能之间的关系，这 项基础研究工作意义重大，如果做得好，将有助于引导人们设计合成更多的新试剂，进一步提 高分析测试的灵敏度和选择性，从而推动环境中重金属元素监测工作的进展。 西安建筑科技大学硕士论文 新型荧光试剂的合成研究 由于绝大多数无机金属离子本身小能发荧光，利用有机荧光试剂与待测金属离子生成荧光 物质是无机荧光分析的主要手段，因此有机荧光试剂的研究决定了无机荧光分析的发展。目前， 新型荧光试剂的合成比较活跃，但具有特异选择性以及用于特定目的的新荧光试剂仍不多见。 本论文的研究对象是环境毒物中的有害重金属离子，鉴于它们所具有的特殊危害性，寻找针对 它们的高灵敏度、高选择性的荧光试剂和检测方法具有十分重要的意义。席夫碱、腙类试剂含 有易与金属离子成键的n 、0 、s 原子，与金属离子配合易生成具有“刚性、平面、大n 键共轭” 荧光特征结构的产物使荧光强度增强，是类理想的荧光分析试剂。本义根据重金属离子的成 键特征，引入易与重金属离子成键的n 、0 、s 原子，合成了一系列带有吡啶环、喹啉环、呋哺 环、噻唑环，以席夫碱、腙类试剂为主的荧光试剂，研究其与有毒元素c r ( i h ) 、e r ( v i ) 、p b ( i i ) 、 c d ( i i ) 相互作用的情况。 2 1 邻香草醛缩8 一氨基喹啉的合成及性质 2 2 1 邻香草醛缩8 一氨基喹啉的制各“” 将0 7 2 0 9 ( 0 0 0 5 0 m 0 1 ) 8 氨基喹啉加热溶于1 0 m l 无水乙醇中。称取0 7 6 0 9 ( o 0 0 5 0 m 0 1 ) 邻香草醛加入1 0 m l 无水乙醇，加热溶解后，滴加到8 - 氨基喹啉的无水乙醇溶液中，加热回流 3 h ，冷却抽滤，用无水乙醇重结晶，真空干燥得0 ，8 9 0 9 红色晶体，产率6 0 ，i i l p 为1 0 3 。c 1 0 4 按下述方程式合成： p c l i o 一g 孑n 6 m e n h 3 o tm e 2 2 2 邻香草醛缩8 一氨基喹啉的性质 该试剂的熔点mp 为1 0 3 。c 1 0 4 。元素分析实测值( 计算值 + h 2 0 西安建筑科技大学硕士论文 14 9 4 ( 5 0 4 ) ，n1 0 4 6 ( 1 0 0 7 ) 。红外光谱数掘( k b r 压片，c m “) ：u 。_ l ，( 3 4 0 0 ) ：u ( 1 6 1 0 ) ； u 。( 1 2 5 ( ) ) 。、，。( 1 6 1 0c m 。) 特征红外吸收峰的出现说明了邻香草醛缩8 一氨基喹啉结构的 生成。 邻否草醛缩8 一氨基喹啉p k a 的测定：有机配体的离解常数是一个重要的性质，利用它可 以预测其可能的存在型体以及金属离子配位的某些特性，如荧光试剂的p h 范围、配位比等。 利用分光光度法可以精确地测定酸、碱的解离平衡常数。 测定方法：于l o m l 比色管中依次加入1 o m l ( 4 0 1 0 1 m o l l ) 邻香草醛缩8 一氢基喹啉 的乙醇溶液、3 o m l 不同p h 的缓冲溶液、1 o m l ( 1 m o l h ) 的k c l 溶液，用二次蒸馏水稀释至刻 度，放置5 m i n ，以试剂空白做参比。记录不同酸度条件下的紫外可见吸收光谱。见图2 1 。 图2 1 不同p h 下试剂的吸收光谱( 40 1 0 4 m o l h ) 1 p h 2 5 0 ：2p h 43 0 ：3p h 5 5 0 ：4 p h 67 0 ：5p h 89 0 。 选定 = 3 4 0 o h m ，在该波长下测定试剂在不同p h 值的吸光度，见图2 4 。 图22 试剂的吸光度( a ) 随p h 值的变化圈 a 、 一 ， 一 呱 姐 嘲 锄 a 耍室堡塾型垫叁堂婴主堡三一一 一一一 邻香草醛缩8 - 氮基喹啉：40 如i m o l l ；x = 3 4 0 r i m 从图21 和斟2 2 中可以看出，试剂呈现二元酸的性质，根掘p k a 的求算方法测得邻香 草醛缩8 - 氮基喹啉的离解常数分别为p k a = 3 6 9 和p k a ：2 5 5 i ( 温度：2 0 1 。c ) 。 2 2 邻香草醛呋哺甲酰腙的合成与性质 2 2 1 邻香草醛呋喃甲酰腙的制备 按下述方程式合成 蹲l 一一。心一l 一。 ( 】) 呋喃甲酰肼的制备 量取2 7 n l ( 约0 0 2 5 m o i ) 呋喃甲酰甲酯和3 m 8 j 的水合肼( 约0 0 2 5 m o ) ，置于一5 0 m l 的圆底烧瓶中，加入2 5 m 19 5 的乙醇，电磁搅拌并在8 0 9 0 。c 的水治中回流5 h 。反应结束后， 将回流装置改为减压蒸馏装置，蒸出其中的乙醇和水合肼，得到红棕色粘稠状液体，放入冰水 中冷却，析出白色蜡状固体( 呋哺甲酰胼) 。真空干燥后称重2 2 9 ( 产率7 5 ) ，熔点：7 5 7 7 。c 。 ( 2 ) 邻香草醛呋喃甲酰腙的制备 称取呋喃甲酰肼1 2 6 l z ( 0 o l m 0 1 ) 加热溶于2 0 m 19 5 的乙醇中，另称取1 ，5 2 9 ( o o l m 0 1 ) 邻香草醛溶于2 0 m l9 5 的乙醇中，在搅拌情况下逐滴加到呋喃甲酰肼的乙醇溶液中，在水浴 ( 9 0 1 0 0 。c ) 中回流2 小时，改为旋转蒸馏装置，蒸出乙醇溶剂，冷却抽滤，用9 j 的乙醇 洗涤两次，得浅黄色固体。真空干燥后称重2 i g ( 产率8 1 ) ，熔点：1 4 7 1 4 9 。c ，重结晶备 用。 2 2 2 邻香草醛呋喃甲酰腙的性质 7 c i i 0 一 m 一 一 州 呼l | 一 刚 譬l | 毗一 呲 融 西安建筑科技大学硕士论文 该化合物元素分析的结果( ，理论值) ：c5 9 9 2 ( 5 9 9 7 ) ，h4 6 l ( 4 6 5 ) ，n1 0 8 l ( 1 0 7 7 ) 。其红外光谱分析结果( k b r 压片法c l l l “) 为：v ，。( 3 3 0 0 ) ，1 3 。( 1 6 6 0 ) ，u 。与u 。 耀合振动( 1 5 5 5 ) ，uc ：。( 1 6 0 8 ) ，uc 、( 1 2 5 0 ) ，u 。，( 1 2 3 8 ) 。u 。( 1 6 0 8 ) 的出现说明合成反应中 目标化合物的生成。 试剂离解常数的测定：于l o m l 比色管中依次加入1 o m l ( 4 0 i 0 4 m o l l ) 邻香草醛呋 喃甲酰腙的乙醇溶液、3 o m l 不同p h 的缓冲溶液、1 o m l ( 1 m o l l ) 的k c i 溶液，用二次蒸馏水 稀释至刻度，放置5 m i n ，以试剂空白做参比。记录不同酸度条件下的紫外可见吸收光谱。见 图2 3 。 w a v e l e n g t 缸口m 图2 3 不同p h 值下试剂( c = 2 0 l o m o l l “) 的吸收光谱 1 p h2 8 0 ；gp h61 0 ；3p h93 0 ；4 p h1 2 0 0 选定波长 = 3 0 5 6l l m ，测定试剂在不同p h 值的吸光度( 见图2 4 ) 。 “f- _ t “- 。 o l j j l 。7 。s - 西安建筑科技大学硕士论文 图24 试剂的吸光度随p h 值的变化( c ：2 0 1 0m o l l 1 ) 从图2 3 和图2 4 可以看出，试剂呈现二元酸的性质，按p k a 的求算方法，测得其相应的 p k a = 3 8 2 ；p k a 2 = 8 1 0 ( 温度：2 2 1 。c ) 。 2 3 2 一吡啶甲醛缩邻氨基苯硫酚的合成及性质 按下述方程式合成 q + 2 一q 2 3 1 2 一毗啶甲醛缩邻氨基苯硫酚的制各 在搅拌情况下将3 2 1 9 ( 0 0 3 m 0 1 ) 2 - 吡啶甲醛逐滴滴加到含有3 7 5 9 ( 0 0 3 m 0 1 ) 邻氨基苯 硫酚的苯( 2 0 m 1 ) 溶液中，在油浴中加热回流3 小时，旋转蒸馏蒸出其中的苯溶剂，得到黄色 固体粗产品，用苯重结晶并真空干燥得浅黄色固体5 1 9 ，产率7 3 ，熔点：8 1 。 2 3 2 2 一吡啶甲醛缩邻氨基苯硫酚的结构分析 该化合物元素分析的结果( ，理论值) ：c6 7 3 1 ( 6 7 2 4 ) ，h4 8 1 ( 4 7 0 ) ，n1 3 6 0 ( 1 3 7 0 ) ，s1 4 7 8 ( 1 4 9 6 ) 。其红外光谱分析结果( k b r 压片法c m “) 为：u 。( 3 2 5 0 ) ， u 。( 3 1 0 5 ) ，u 。( 1 5 9 5 ) ，与文献值16 ”1 相同，浣明合成反应目标化合物的生成。 2 4 2 一羟基一卜萘醛呋喃甲酰腙的制备 称取1 7 2 9 ( o 0 1 m o l ) 2 - 羟基一卜萘醛溶于2 0 m l9 5 的乙醇中，在搅拌情况下逐滴加到含 有1 2 6 9 ( 0 0 1 m 0 1 ) 呋哺甲酰肼的2 0 m l 乙醇溶液中，在水浴( 9 0 1 0 0 。c ) 中回流2 小时，改 为旋转蒸馏装置，蒸出乙醇溶剂，冷却抽滤，用9 5 的乙醇洗涤两次，得到2 一羟基一卜萘醛呋 喃甲酰腙，黄色固体，熔点：2 5 6 2 5 8 。c ，用无水乙醇重结晶。 9 西安建筑科技大学硕士论文 2 52 - 口 t 啶甲醛呋喃甲酰腙的制备 称取1 0 7 9 ( o 0 1 m o ) 2 吡啶甲醛溶于2 0 m l9 5 的乙醇中，在搅拌情况下逐滴加到含有 1 2 6 9 ( 0 0 1 m 0 1 ) 呋喃甲酰肼的2 0 m l 乙醇溶液中，在水浴( 9 0 1 0 0 。c ) 中回流2 小时，改为 旋转蒸馏装置，蒸出乙醇溶剂，冷却抽滤，用9 5 的乙醇洗涤两次，得到浅黄色固体2 一吡啶甲 醛呋喃甲酰腙，熔点：15 8 1 6 0 ，用无水乙醇重结晶。 2 6 2 - 吡啶甲醛缩8 一氨基喹啉的制备 将3 ，2 1 9 ( o 0 3 m 0 1 ) 2 - 吡啶甲醛加到含有3 7 5 9 ( 0 0 3 m 0 1 ) 8 - 氨基喹啉的5 m l 无水乙醇 溶液中，在沸水浴中加热几分钟。减压蒸馏出其中的乙醇，冷却后加入1 0 m t 无水乙醚，静置 析出4 3 9 黄色固体( 产率6 7 ) ，熔点：1 2 3 1 2 5 c 。 2 7 乙二醛缩双邻氨基苯硫酚的制备 将1 4 5 9 ( 0 0 1 m 0 1 ) 4 0 的乙二醛溶液逐滴加到含有3 7 6 9 ( 0 0 3 m o ) 邻氨基苯硫酚的2 0 m l 乙腈溶液中，加热回流1 5 m i n ，室温下静置过夜，抽滤得无色固体，用甲醇洗涤，真空中干燥。 将粗产品加热溶于二囔烷，滴加入甲醇，得到无色片状晶体1 4 0 9 ( 1 6 0 。c 以上分解) ，产率5 1 。 2 8 2 一羟基一1 一萘醛缩邻氨基苯硫酚的制备“2 称取l7 2 9 ( 0 0 1 m o l ) 2 一羟基一卜萘醛溶于1 5 m l 无水乙醇中，逐滴加到溶有1 ，2 5 9 ( 0 0 1 m o l ) 邻氨基苯硫酚的无水乙醇( 1 5 m l ) 中，加热回流3 小时，放置冷却后抽滤得深黄色针状晶体 2 ，1 0 9 ，产率7 1 ，m p ：2 1 0 2 1 2 。c ，将产品重结晶备用。 西安建筑科技大学硕士论文 新型荧光试剂的应用研究 3 1 邻香草醛缩8 一氨基喹啉荧光猝灭法测定p b ( i i ) 的研究 现代工业和生活的发展产生了大量的环境污染物，其中重金属是一类对人体健康有重大 危害的物质。铝是种有毒的重金属，它对人类尤其是儿童具有极大的危害作用。因此，环境 中痕量铅的检测是极为必要的。目前测定铅的方法主要有原子吸收法“3 。( g b7 4 8 5 8 7 ) 和分光 光度法m 1 8 ( o b7 4 7 08 7 ) ，铅的荧光检测主要有桑色素法”“2 “，c r y p t a n de t h e r s2 “和邻羟基 萘醛缩8 一氨基喹啉荧光分析法”“。本文合成了邻香草醛缩8 氨基喹啉对其进行了i r 、元素分 析和酸碱离解常数的测定。研究了试剂与p b ”的配合反应，发现邻香草醛缩8 一氨基喹啉在 九e x e m = 2 7 8 3 1 8 n m ( e x 为激发波长， e m 为发射波长) 有很强的荧光，在p h = 8 o o 9 5 0 范围内p b ”与试剂生成配合物可使其荧光定量猝灭，线性范围5 3 1 8 0 ug a ，检出限为 1 6ug l ，分析方法具有良好的灵敏度和选择性，可成功用于环境样品中铅的测定。 3 1 1 实验部分 a 主要仪器及试剂 l s 一5 型荧光光度计( p e r k i n e l m e r ) ；岛律u v 一2 6 5 型分光光度计；p e 9 8 3 型红外光谱仪( k b r 压片，美国p e r k i n e l m e r ) ：2 4 0 0 型元素分析仪( 美国p e r k i n e l m e r ) ；p h s 一3 c 型酸度计( 上 海雷磁仪器厂) 。1 0 0 m g l 的p b ”标准溶液，逐级稀释成1 o oug m l 的工作溶液；5 0 1 0 “m o l l 邻香草醛缩8 一氨基喹啉的乙醇溶液；无水乙醇；p h = 9 o o 的n 乩a c n a o h 缓冲溶液( 04 0 m o l l ) 。 实验所用其它试剂皆为分析纯试剂，水为二次蒸馏水。 b 实验方法 于l o m l 比色管中依次加入0 8 0 m l 5 o x1 0 。m o l l 邻香草醛缩8 一氨基喹啉，一定量的p b ”， 1 5 0 m l 乙醇和1 0 0 m lp h = 9 0 0 的n h l a c n a o h ( 0 4 0m 0 1 ) 缓冲溶液，用二次蒸馏水稀释至刻度， 摇匀。室温下放置l o m n ，使用l e m 荧光池在 e x e m = 2 7 8 3 】8 n m 测荧光强度，同时作对应试剂 空白。 1 1 曲安建筑科技人学硕士论文 3 1 2 结果与讨论 a 荧光激发与发射光谱 按实验方法分别绘制试剂及其与p b ”配台物的荧光激发与发射光谱，如图3 1 所示。形成 配合物后，使试剂的荧光熄灭，确定测定波长为 e x e m - 2 7 8 3 1 8 n m ( 激发波长 e x = 2 7 8 n m ， 发射波长 e m3 1 8 n m ) 。 图3 1 激发光谱( 1 、2 ) 和发射光谱( 1 、2 ) 1 、l ：邻香草醛缩8 一氨基喹啉溶液；2 、2 ：邻香草醛缩8 一氨基喹啉+ p b 2 溶液 邻香草醛缩8 一氨基喹啉：4 0 1 0 。o l k ：p b ”：10 0 “g o m l ：p h = 90 0 b p 1 值及缓冲溶液用量的影响 p h 值的大小决定了试剂的存在形态、试剂与p b 2 + 所形成配合物的组成以及配合物的稳定性， 它对荧光强度的影响很大，是决定分析方法灵敏度的一个重要因素。试验了d h3 o o 0 0 0 范围内反应体系荧光强度的变化，结果在p h8 0 0 9 5 0 有最大f ，且稳定( 图3 ，2 a ) ，因 此实验选用p h = 9 0 0 的缓冲溶液。缓冲溶液的用量影响溶液的离子强度，本实验试验了不同用 量的p h = 9 0 0 的n h a c n a o h ( 0 4 0m o l l ) 缓冲溶液，发现用量为0 5 0 1 5 0 m l 时f 最大且 恒定( 图3 2 b ) ，因此选用1 ，o o m l p h = 9 0 0 的n h a c n a o h ( 0 4 0m o l l ) 缓冲溶液控制反应体 系的p h 值。 西安建筑科技大学硕士论文 ap hb m n 图3 2p h 值( a ) 与缓冲溶液用量( b ) 对溶液荧光强度的影响 邻香草醛缩8 一氨基喹啉：4 0 1 0 一m o i l ：p b 2 ：1 0 0ug 1 0 m l c 试剂用量的影响 反应试剂的浓度影响配合物的生成，对f 值有较大影响，实验表明试剂用量在0 5 0 1 0 0 m l 时，f 值最大且恒定( 图3 3 ) 。本实验确定加入0 8 0 m l5 0 1 0 1 m o l l 邻香草醛缩 8 一氨基喹啉。 f v ( m | 】 图33 试剂用量的影响 邻香草醛缩8 一氨基喹啉：4 0 1 0 i m o l l ：p b 9 ：1 0 0 ug 1 0 m l ；p h = 9 0 0 d 乙醇用量的影响 加入有机溶剂可以增大试剂的溶解度，有利于配合反应的进行。实验表明乙醇用量在 1 0 0 2 0 0 m l 时，f 值最大且恒定( 图3 4 ) 。本实验确定加入1 5 0 m l 的无水乙醇。 西安建筑科技大学硕士论文 f v f m 图3 4 乙醇用量的影响 邻香草醛缩8 一氨基喹啉：40 1 0j m o l l ；p b 。：1 0 0hg l o m l ：p h - 90 0 e 反应温度的影响 升高温度有利于配合反应的进行，但使荧光猝灭程度降低。本文试验了温度对反应体系f 值的影响。结果表明在2 0 3 0 。c 内f 值基本保持恒定( 图35 ) 。本实验选择反应与测定 温度为室温条件； f 图35 反应温度的影响 邻香草醛缩8 - 氨基喹啉：40 j o = m o l l ；p b ”：l0 0ug l o m l ：p h = 9 0 0 f 时间的影响 按实验方法，试验了不同反应时间f 值的变化，发现在5 3 0 m i n 内f 基本保持恒定 ( 图3 6 ) 。本实验选择室温下反应1 0 m i n 后测定，3 0 m i n 内完成。 西安建筑科技大学硕士论文 a f 图36 时间的影响 邻香草醛缩8 一氨基喹啉：4 o 1 0m o l l ：p b2 。：1 0 0ug 1 0 m l ：p h = 90 0 g 配合物组成比的测定 配制5 1 0 “m o l l 的p b “和邻香草醛缩8 - 氨基喹啉溶液，在上述实验条件下用摩尔比法 和连续变化法测得所生成配合物中p b ”和邻香草醛缩8 一氨基喹啉的组成比为1 ：l ，推测配合物 的结构为： o m e h 共存离子的影响 按上述实验方法，在1 0 0ug l o m lp b 2 + 存在下，允许误差范围不超过5 ，下列物质允许 存在的最大倍数为：n a + ，k 。，n 也+ ，s o t ，c h 。c o o ，n o 。一( i o o o ) ：b a 2 ，c l ( 5 0 0 ) ：a g ，c a ( 1 0 0 ) ： c d 2 _ n i ”( 5 0 ) ：c o “，c r ”( 4 0 ) ：m n ”，m g ”，5 r 2 4 ( 2 0 ) ：p o 3 。( 1 0 ) ：c u 2 + ( 5 ) ：z n ”，a 1 ”( 1 ) ；c r ” b e ”( 0 5 ) 。 i 工作曲线及检出限 按实验方法，p b 2 + 在5 3 1 8 0 ug l 范围内与af 呈线性关系，线性回归方程f - o 4 8 4 5 c ( ug l ) + o 1 7 3 3 ，相关系数r = o 9 9 8 9 。1 0 次平行空白溶液测得值的标准偏差为0 2 5 。根据 c - k s 。s ”，k 取3 ，s 。为空白溶液测得值( n = l o ) 的标准偏差，s 为工作曲线的斜率，求得检 出限为1 6ug 几。1 1 次含1 0 0ug l o m t p b 2 + 标准溶液平行测得值的相对标准偏差( r s d ) 为 两安建筑科技大学硕士论文 1 1 ，与其它已发表的荧光检测铅的方法( 表3 1 ) 相比较，本方法具有较好的灵敏度与选择 性以及线性范围宽的优点。 表3 1 其它己发表的铅的荧光分析方法 反应体系线性范围 ( ug l ) 检出限主要干扰离子参考文献 ( pg l ) p b ( i i ) 一m o r i n 一0 1 0 0 0 6 0 a 1 。，b e ”，z n 。，s n ” 1 9 g e n a p o l p f 一2 0 p bf i i ) - m o t n p v p o 2 日o p h ( i i ) c r y p v a n de t h e r s 9 2 5 0 p b ( ) h n a a q 0 1 0 0 9 12 0 9s 产c a ”，c d ”，a g + ，f e ” 2 1 0 2 8m o ( v i ) ，n i ，c r ”，g a ” 2 2 s e “，b e ”，s r ”，a s ( i i t ) ，i n ” 一一 j 样品分析 准确称取3 0 0 0 9 污泥( 取自济南市污水处理厂，于2 0 0 。c 下烘干) ，加入2 5 m l i ：2 的盐 酸，加热蒸至近干，加水连带固体颗粒一起转移到5 0 m l 容量瓶中定容，干过滤，取滤液1 0 o o m l ， 加入1 5 m l l ：1 硝酸，加热至溶液清澈透明，蒸至近干，转移到5 0 m l 容量瓶，定容至刻度，干 过滤，取滤液i 0 o o m l ，调节p h = 8 0 转移到1 0 0 m l 容量瓶中并定容到刻度。取1 o o m l 。溶液按 3 1 1 b 实验方法进行测定，结果见表3 2 。 表3 2 污泥中铅的测定结果( p = 9 5 ，n = 5 ) 3 1 3 结论 西安建筑科技大学硕士论文 研究结果表明，利用新荧光试剂邻香草醛缩8 一氨基喹啉与p b ”生成配合物，荧光猝灭测定 轴”，有灵敏度高选择性好与快速简便的优点，可方便准确的测定污泥中的p b ”。 西安建筑科技大学硕士论文 3 2 邻香草醛缩8 一氨基喹啉荧光猝灭法检测c r ( ii i ) 的研究 环境中无机铬有两种常见的形态c r ( i i i ) 和e r ( v i ) ，其生物化学性质和毒性随价态不 同有显著差异：c r ( i i i ) 是人体必需微量元素，而c r ( v i ) 对人体具有包括致癌作用在内