三维荧光光谱法测定水中氯苯的研究

1、第31卷,第7期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁光谱学与光谱分析2011年7月󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁SpectroscopyandSpectralAnalysisVol󰀁31,No󰀁7,pp

2、1823󰀁1827July,2011󰀁三维荧光光谱法测定水中氯苯的研究于海斌1,王业耀2*,宋存义11󰀁北京科技大学土木与环境工程学院,北京󰀁1000832󰀁中国环境监测总站,北京󰀁100012摘󰀁要󰀁对三维荧光光谱法测定水中氯苯(简称CB)进行了研究。研究表明,CB的三维荧光谱图只有一个荧光峰,该峰位于激发波长(󰀁发射波长(󰀁󰀁002ex)210240nm、em)330370nm范围内󰀁当CB溶液浓度为

3、00󰀁05mg󰀁L-1时,󰀁在此波长处,荧光强度与浓度呈很好的线性相ex/󰀁em为225/340nm处荧光强度最大。关,相关系数为0󰀁99967,表明三维荧光光谱法可用于定量分析水中的CB。该方法在置信水平为90%时的检出限为3󰀁68󰀁10-6mg󰀁L-1,标准偏差为0󰀁04%。关键词󰀁三维荧光光谱;氯苯;荧光强度;定量分析中图分类号:X830󰀁2󰀁󰀁文献标识码:A󰀁

4、83041;DOI:10󰀁3964/j󰀁issn󰀁1000󰀁0593(2011)07󰀁1823󰀁05信息,同时三维荧光光谱具有指纹性,可完成多组分的混合引󰀁言󰀁󰀁氯苯作为农药和化工生产中的中间体,广泛应用于化工、制药、农药、塑料、军工、有机合成等行业1。由于其在环境中不易降解,易被生物富集,是一种重要的环境污染物质。氯苯对中枢神经系统具有抑制和麻醉作用,大剂量长时间接触时可造成肝、肾病变或损害2,我国生活饮用水卫生标准中规定氯苯的最高允许含量为0

5、83041;3mg󰀁L-13。由于氯苯在水体中的含量较低,因此能够快速、准确的对环境中氯苯进行检测是十分必要的󰀁目前美国EPA4和中华人民共和国环境保护行业标准5中对氯苯的检测方法均是气相色谱󰀁质谱法,该方法需要对样品进行较为繁杂的预处理,虽然预处理的方法有很多,但是在预处理过程中都会需要多种有机溶剂和药品,不但检测时间长而且容易造成二次污染。氯苯的化学结构中具有单、双键交替的共轭结构,其中的󰀁电子能够吸收光子产生荧光效应,因此可选择荧光法对氯苯进行检测6󰀁9。荧光光谱技术具有灵敏度高、选择性好、且不破坏样品的优点

6、10。传统的荧光光谱只是在一定激发或发射波长下进行扫描,得到激发或发射波长与荧光强度的二维谱图,但是实际上荧光是激发光和发射光共同作用的结果,因此传统的荧光光谱并不能完整的描述物质的荧光特性11。三维荧光光谱能够获得在激发波长和发射波长同时改变的情况下的荧光强度,较完整的表达研究物质的光谱󰀁收稿日期:2010󰀁09󰀁16,修订日期:2010󰀁12󰀁15󰀁基金项目:国家科技重大专项项目(2009ZX07207󰀁001)资助体系中对特定物质的定性、定量分析12,13。本文对氯苯的三维荧光

7、光谱进行了分析,确定了特征荧光峰的位置,并对氯苯浓度和荧光强度的线性关系进行了研究,为三维荧光光谱法定量检测氯苯的研究提供了理论依据。1󰀁实验部分1󰀁1󰀁仪器与药品实验中使用的仪器为日立F󰀁7000型荧光分光光度计,配有1cm石英比色皿。瑞胜RS󰀁2500B大型超声波仪。色谱纯氯苯(天津市津科精细化工研究所),色谱纯甲醇、丙酮(美国Mallinckrodtbaker公司);实验用水为Millipore纯水机自制的超纯水。1󰀁2󰀁溶液的配置准确吸取一定体积的氯苯加入到100mL棕色容量

8、瓶中,用甲醇定容至刻度,配成100mg󰀁L-1氯苯的甲醇储备液;吸取一定体积的储备液配置10mg󰀁L-1氯苯的甲醇标准溶液100mL。将配好的储备液和标准溶液放在冰箱中储藏备用。吸取20,50,100,200,300,500󰀁L的氯苯标准溶液,分别加入到6个100mL容量瓶中,用超纯水定容至刻度。反复摇动约10min后将容量瓶置于超声波仪内,超声震荡1h后再摇动10min,使氯苯完全溶解在水中,配成浓度为󰀁作者简介:于海斌,1980年生,北京科技大学土木与环境工程学院博士研究生󰀁󰀁e󰀁

9、;mail:bolan12tom󰀁com,bolan255sina󰀁com*󰀁󰀁e󰀁yeyaow󰀁com;an󰀁org󰀁cn1824光谱学与光谱分析󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

10、󰀁第31卷Fig󰀁1󰀁Three󰀁dimensionalfluorescencespectraofchlorobenzenesolutionFig󰀁2󰀁Emissionspectraofchlorobenzenesolutionwithdifferentconcentration第7期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁&

11、#983041;󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁光谱学与光谱分析0󰀁002,0󰀁005,0󰀁01,0󰀁02,0󰀁03,0󰀁05mg󰀁L-1的氯苯水溶液。1825结果见图3。由图3可见,随着氯苯浓度的增加,󰀁em为340nm处的荧光强度逐渐升高。󰀁󰀁分别测定浓度为0󰀁002,0󰀁005,0󰀁01,0

12、󰀁02,0󰀁03,0󰀁05mg󰀁L-1氯苯溶液的三维荧光光谱,提取激发波长为225nm、发射波长为340nm的荧光强度值进行定量分析,图4为氯苯浓度与荧光强度的关系的线性拟合曲线。2󰀁结果与讨论2󰀁1󰀁氯苯溶液的三维荧光光谱取1cm石英比色皿,用丙酮仔细清洗内、外壁。测量前先用待测的氯苯溶液润洗两次,然后再加入溶液(水样浑浊的要用0󰀁45󰀁m滤膜进行过滤后再测定),用擦镜纸轻轻擦干外壁的溶液后将比色皿放置在荧光分光光度计中。仪器参数设置如下:激发波长(

13、󰀁ex)为200320nm,间隔5nm读取一个数据;发射波长(󰀁em)为200430nm,间隔5nm读取一个数据;狭缝宽度均为5nm;扫描速度为1200nm󰀁min-1;PMT电压为700V;响应时间为自动;扫描光谱进行仪器自动校正。对不同浓度的氯苯溶液进行测定,可得三维荧光等高线图,见图1。󰀁󰀁由图1可见,不同浓度氯苯的三维荧光光谱中,氯苯只有一个吸收峰,荧光峰值均位于激发波长(󰀁ex)210240nm、发射波长(󰀁em)330370nm的区域内。这是因为,氯苯产生荧光光谱主要是由

14、于氯苯分子中的CCC共轭结构上的󰀁电子吸收了光子,产生󰀁󰀁󰀁*跃迁形成的。2󰀁2󰀁氯苯溶液的二维荧光光谱在发射波长300400nm范围内,分别选择不同的激发波长(210,220,225,230,235,240nm),分别对不同浓度氯苯溶液(0󰀁002,0󰀁005,0󰀁01,0󰀁02,0󰀁03,0󰀁05mg󰀁L-1)进行二维扫描,可得氯苯的二维发射荧光谱图,结果见图2。󰀁&#

15、983041;由图2可知,对于不同浓度的氯苯溶液,在激发波长为225nm时,荧光峰峰值最大,峰型最为完整。同时,当激发波长为225nm时,不同浓度的氯苯溶液均在发射波长为340nm处出现荧光强度的最大值,因此,选择󰀁ex/󰀁em=225/340nm处的荧光强度作为定量分析的依据。2󰀁3󰀁氯苯浓度与荧光强度的线性关系对于浓度较低的氯苯稀溶液,根据朗伯󰀁比尔(Lambert󰀁Beer)定律:当一束平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质时,溶液的浓度越大光被吸收得越多14󰀁16。对于荧

16、光类物质,吸收的光越多产生的荧光强度则越大。因此,在浓度较低时,溶液的浓度与荧光强度成正比。根据图2中的数据,将激发波长为225nm处的二维发射荧光光谱进行整合,Fig󰀁4󰀁Fittinglineofchlorobenzeneconcentrationandfluorescenceintensity󰀁󰀁应用Origin软件对图4中的数据进行线性回归,得到的回归方程为:y=113820󰀁1214x-201󰀁20903,线性相关系数R2为0󰀁99967。结果表明,氯苯浓度在0♦

17、41;0020󰀁05mg-1󰀁L时,氯苯浓度与荧光强度呈现很好的线性相关性,三维荧光光谱法可用于定量分析水中的氯苯。2󰀁4󰀁精密度和检出限国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)对检出限D󰀁L的定义为17D󰀁L=K󰀁Sb/k式中:D󰀁L为检出限;K󰀁为根据一定置信水平确定的系数,K󰀁取3时相应的置信水平大约为90%;k为方法的灵敏度(即标准曲线的斜率);Sb为空白多次测得结果的标准偏差,实验次数必须至少20次得到的值。平行测定20份实验所

18、用超纯水的三维荧光光谱,取󰀁ex/󰀁em为225/340nm处的荧光强度,根据检出限的定义式,三维荧光法测定氯苯的检出限为3󰀁68󰀁10-6mg󰀁L-1。Table1󰀁Resultofdetectionanderroranalysisofchlorobenzene实验号123456789检测值/(mg󰀁L-1)0󰀁0064860󰀁0058320󰀁0055150󰀁0062170󰀁0062670𘀀

19、1;0060690󰀁0063040󰀁0060820󰀁0068490󰀁00611相对误差/%8󰀁10-2󰀁80-8󰀁093󰀁624󰀁451󰀁165󰀁061󰀁361󰀁411󰀁830󰀁04标准偏差/%Fig󰀁3󰀁Emissionspectraat󰀁ex225nmofchlorobenzene101826光谱学与光谱分

20、析󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第31卷󰀁󰀁吸取一定体积的标准溶液配置浓度为0󰀁006mg󰀁L-1的氯苯溶液󰀁采用三维荧光光谱法对溶液进行测定,测定次数为10次,取󰀁ex/󰀁e

21、m为225/340nm处的荧光强度,对氯苯溶液的误差和精密度进行分析,结果见表1。由表1可见,对同一样品10次检测结果的相对误差在-8󰀁09%8󰀁10%范围内,标准偏差为0󰀁04%。应用三维荧光光谱法对氯苯溶液进行检测,检测结果具有良好的重现性和稳定性。液的荧光光谱中只有一个荧光峰。荧光峰在激发波长(󰀁ex)210240nm、发射波长(󰀁em)330370nm的区域内。(2)通过分析不同浓度氯苯溶液的二维发射光谱,当激发波长为225nm、发射波长为340nm时,荧光强度最高。在此波长条件下,荧光强度与氯苯浓度有良好

22、的线性关系,相关系数达到了0󰀁99967,表明三维荧光光谱法可用于定量分析水中的氯苯。(3)根据IUPAC检出限定义式,三维荧光光谱法对氯苯的检出限为3󰀁68󰀁10-6mg󰀁L-1。通过对0󰀁006mg󰀁L-1氯苯溶液的测定,10次测量结果的标准偏差为0󰀁04%,表明该方法具有良好的稳定性。3󰀁结󰀁论󰀁󰀁(1)通过研究氯苯水溶液的三维荧光光谱,发现氯苯溶References1󰀁FetznerS.ApplM

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29、logyBeijing,Beijing󰀁100083,China2.ChinaNationalEnvironmentalMonitoringCenter,Beijing󰀁100012,ChinaAbstract󰀁Quantitativeanalysisofchlorobenzene(CB)inwaterbythree󰀁dimensionalfluorescencespectrometrywasdiscussedinthepresentpaper.Thestudyshowedthatthereisonlyonefluorescenc

30、epeakforCBwhichliesintherangeofexcitationwave󰀁length(󰀁󰀁002ex)210240nmandemissionwavelength(󰀁em)330370nm.WhenmeasuringCBsolutionofconcentration00󰀁05mg󰀁L-1,thefluorescenceintensitywasthestrongestas󰀁ex/󰀁emwas225/340nm,whichpresentedlinearc

31、orrelationwithcoandrT第7期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁光谱学与光谱分析1827beadoptedforquantitativeanalysisofCBinwater.Withthismethod,thedetectionlimitwas3b

32、3041;68󰀁10-6mg󰀁L-1andthestandarddeviationwas0󰀁04%at90%confidencelevel.Keywords󰀁Three󰀁dimensionalfluorescencespectra;Chlorobenzene;Fluorescenceintensity;Quantitativeanalysis(ReceivedSep.16,2010;acceptedDec.15,2010)󰀁󰀁*Correspondingauthor󰀁光谱学与光谱分析󰀁2011年征订启事欢迎投稿󰀁󰀁欢迎订阅󰀁光谱学与光谱分析󰀁1981年创刊,国内统一刊号:CN11󰀁2200/