流动注射化学发光法测定水样中的痕量亚硝酸根.pdf

流动注射化学发光法测定水样中的痕量亚硝酸根王学锋 史 选3 皮运清(河南师范大学化学与环境科学学院,河南省高等学校环境科学与工程重点学科开放实验室,新乡453007)摘 要 亚硝酸根对鲁米诺 2 溴酸钾体系的化学发光具有显著增强作用。据此,结合流动注射技术,建立了一种简单、快速测定NO-2的新方法。方法的线性范围为4.010-124.010-9g/L;检出限为2.010-12g/L(3);分别对1.010-11g/L和4.010-10g/L的NO-2进行了平行测定(n=11),其相对标准偏差分别为113%与1.5%。用于实验室自来水、饮用纯净水以及雨水中的NO-2的测定,回收率为94%105%,取得了满意的结果。关键词 流动注射,化学发光,亚硝酸根,溴酸钾2004206224收稿;2005201210接受1 引 言亚硝酸盐是急性毒性非常强的一种食物添加剂。一方面,亚硝酸盐进入人体后会与血液中的血红蛋白结合,使正常的血红蛋白变性而失去携氧能力,导致人体组织缺氧,还会对血管产生扩张作用;另一方面,亚硝酸盐在一定条件下与仲胺类物质生成N2 亚硝胺化合物而致癌1,2。因此,NO-2含量的测定是环境、食品、卫生等行业中重要的监测项目之一。测定NO-2的常用方法有分光光度法3,4、电化学法5、离子色谱法6和荧光法79等,这些方法普遍存在灵敏度低、干扰多、操作繁琐等缺点。化学发光法测定NO-2的技术也有报道。L 等10利用酸性介质中,NO-2与H2O2反应生成激发态的过氧化亚硝酸,激发碱性介质中的光引发剂EDAB和荧光素产生较强的化学发光的现象,建立了能量转移型化学发光法测定NO-2的方法;杨维平等11基于在碱性介质中,NO-2对鲁米诺 2 铁氰化钾发光体系的抑制作用,建立了信号抑制型的化学发光测定NO-2的方法。溴酸钾是动力学法测定NO-2的一种常用的分析试剂12。实验发现溴酸钾能够直接与鲁米诺反应产生化学发光,NO-2对该体系有较强的增强作用,据此,建立了测定NO-2的流动注射化学发光新方法。该法体系简单、测定快速、灵敏度高、选择性好。用于实验室自来水、饮用纯净水和雨水中痕量NO-2的测定,取得了满意的结果。2 实验部分2.1 试剂和仪器NO-2标准溶液(10.00 g/L):将亚硝酸钠(北京精细化学品有限责任公司)在110 条件下干燥4 h,准确称取1.408 g溶于100 mL水中。加入少量NaOH以防止其分解,加入1.0 mL氯仿以防止细菌繁殖;鲁米诺储备液(1.0010-2mol/L):称取1.772 g鲁米诺(东京化成工业株式会社)及4.000 gNaOH,用水溶解,转入1L的棕色容量瓶中,摇匀,定容,放置于冰箱中4 条件下保存,3 d后启用。溴酸钾储备液为0.30 mol/L;NaOH溶液为2.00 mol/L;H2SO4为2.00 mol/L。使用时逐级稀释。以上所用试剂均为分析纯,所用水为经SG2001超纯水系统(德国SG公司)处理过的二次去离子水。LUM2F流动注射发光测量仪(中科院生态环境研究中心/北京卓立汉光仪器有限公司联合研制)。流动注射化学发光分析装置如图1所示。2.2 实验方法按图1所示装置,试样由六通阀定量注入到载流中,经三通与溴酸钾溶液混合后进入发光测量仪,与鲁米诺在发光测量仪内部的旋盘流通池芯片13 中混合反应产生化学发光,发光测量仪(负高压为第33卷2005年6月分析化学(FENXIHUAXUE)研究简报Chinese Journal ofAnalytical Chemistry第6期865868 图1 流动注射化学发光分析流程图Fig.1Schematic diagram of the flowinjectionchemiluminescnece(FI2CL)manifoldS.待测试液(sample);P1、P2.蠕动泵(peri2staltic pump);F.发光测定仪(luminescencedetector)。750 V,灵敏度调节为1档位)检测发光信号,电脑记录并处理数据。收集废液,经处理后排放。3 结果与讨论3.1 流路设计研究发现,不同的混合方式对发光信号影响很大。使亚硝酸钠溶液与溴酸钾溶液并行进样在混合管中混合,再与鲁米诺溶液反应,发现亚硝酸钠能够明显地增强溴酸钾与鲁米诺的化学发光信号。为得到最大的响应信号,选择图1所示的分析流路。实验表明,当流速为3.6 mL/min,管道内径为0.8 mm,采样环长度为15 cm(采样体积为75L)时,发光强度最大且有最佳的信噪比。3.2 鲁米诺浓度及其介质的选择随着发光试剂鲁米诺浓度的升高,发光强度增大。当其浓度为1.010-6mol/L时,信噪比最大,基线亦趋于稳定,1.010-6mol/L以后,浓度的增高对发光信号的影响不大。综合考虑信噪比与试剂消耗的因素,实验选择鲁米诺浓度为1.010-6mol/L。实验发现,鲁米诺在NaOH溶液的介质条件下可得到较强的发光信号。考察了NaOH浓度的影响(见图2a)。结果表明,选择0.18 mol/L的NaOH溶液作为鲁米诺溶液的介质最佳。3.3 溴酸钾浓度及其介质的选择溴酸钾是该化学发光体系的氧化剂。在一定范围内,其浓度越大发光信号也越强(图2b)。当溴酸钾浓度达到0.03 mol/L时,发光信号最大且趋于稳定;当超过0.10 mol/L时,发光信号又有所下降。而空白值与噪音一直升高。综合考虑发光信号与基线噪音大小等因素,实验选择溴酸钾的浓度为0.03mol/L。溴酸钾在酸性介质中具有较强的氧化性,可得到较强的化学发光信号。故考察了H2SO4、HCl、HNO3、H3PO4、醋酸等不同强度的酸对发光信号的影响(图2c),实验表明,这些酸都能够不同程度地增强化学发光的信号。而在H2SO4介质中,亚硝酸根的响应信号最好且噪音较低,如图2c中所示。在01030.09 mol/L范围内,效果理想,实验选择0.05 mol/L的H2SO4作为溴酸钾工作液的介质。图2 不同条件对化学发光响应值的影响Fig.2Effect of various conditions on the CL intensity1.NO-2响应值(CL intensity ofNO-2);2.噪音信号(noise)。3.4 干扰实验在优化的实验条件下,进行了常见离子对测定干扰的实验。结果表明,当NO-2浓度为1.010-11g/L,相对误差在 5%以内时,5000倍的K+、Na+、Ca2+、Al3+、Zn2+、Cu2+、Cl-、Br-、SO2-3、HCO-3、CO2-3、NO-3,1000倍的Fe3+、Cd2+,100倍的H2O2、Ni2+、Co2+、Cr(),50倍的Cr3+、I-、Fe2+、S2-不影响测定结果。作为动力学分析法测定NO-2的常用试剂,溴酸钾被引入化学发光法测定NO-2时,该体系表现出了较好的选择性。668分 析 化 学第33卷3.5 线性范围、检出限及精密度在上述最佳条件下测定亚硝酸根的含量。实验表明,NO-2的浓度在4.010-124.010-9g/L范围内与化学发光强度有良好的线性关系。在4.010-122.010-10g/L范围内,Y1=0133+4.231010X1,r1=0.995;在2.010-10g/L4.010-9g/L范围内,回归方程:Y2=8.48+1.03109X2,r2=0.998。本法的检出限为2.010-12g/L(3)。分别对1.010-11g/L和4.010-10g/L的NO-2进行了11次平行测定,其相对标准偏差分别为1.3%和1.5%。3.6 样品分析取实验室的自来水和饮用纯净水水样以及当天雨水水样,在冰箱中4 的条件下静置2 h,取上清液,按实验方法测定亚硝酸根含量。结果见表1。表1 水样中亚硝酸根的测定(n=5)Table 1Determination ofNO-2in samples(n=5)样品SampleNO-2浓度NO-2concentration(10-11g/L)加入量Added(10-11g/L)加标回收量Found(10-11g/L)回收率Recovery(%)自来水Tap water3.080.021.02.01.050.021.930.04105.02.096.52.0纯净水Pure water1.930.021.02.00.960.031.960.0596.03.098.02.5雨水Rain water28.50.15.010.04.70.210.10.394.04.01013.04 机理探讨在酸性介质中的溴酸钾与亚硝酸根的混合溶液中加入一定量的CCl4,分层后CCl4层有红棕色;在混合溶液中滴入硝酸银溶液,观察到沉淀。说明亚硝酸根与溴酸钾混合后生成了Br2,并有一定量的Br-。考察化学发光动力学过程(图3)时发现,溴酸钾和溴直接与鲁米诺的反应体系以及鲁米诺 2 溴 2 亚硝酸钠体系的化学发光信号都远远小于鲁米诺 2 溴酸钾 2 亚硝酸钠体系的化学发光信号(见图3)。而把能够与溴酸钾反应生成Br2的I-加入鲁米诺 2 溴酸钾体系中,没有发现明显的化学发光信号增强现象 图3 化学发光动力学曲线Fig.3Kinetic peaks of chemilu2minescencea.Lluminol+KBr O3;b.Luminol+KBrO3+NO-2;c.Luminol+Br2;d.Luminol+Br2+NO-2;e.Luminol+KBrO3+I-。(见图3e)。由此可知:对化学发光信号增强的原因可能是亚硝酸根对溴酸钾氧化鲁米诺反应的催化作用。这一推测与文献12 报道的动力学分析法测定亚硝酸根的反应机理相一致。这也可能是该化学发光体系对测定亚硝酸根有较好选择性的重要原因。分别考察了鲁米诺 2 溴酸钾,鲁米诺 2 溴 2 亚硝酸钠,鲁米诺 2 溴酸钾 2亚硝酸钠等混合体系的化学发光信号。发光的最大发射波长均为425nm,说明混合体系的发光体均为激发态的鲁米诺14。在测定痕量亚硝酸根时,生成的Br2在混合体系中的浓度较低,且Br2对该化学发光反应的增强信号贡献不大。所以可推测该体系反应可能是以亚硝酸根作为催化剂的催化化学发光反应。References1StewartB W.J.B iochi m.B iophys.Acta,1974,366(3):2612632Cox R D,Frank CW.Anal.Chem.,1982,54(3):5575593Nagashima K,MatsumotoM,Suzuki S.Anal.Chem.,1985,57(11):20652067768第6期王学锋等:流动注射化学发光法测定水样中的痕量亚硝酸根4ZhangAimei(张爱梅),Wang Shuhao(王术皓),Cui Hui(崔 慧).Chinese J.Anal.Chem.(分析化学),2001,29(2):2022045Wang Yaoguang(王耀光),Qi Xiuzhen(齐秀贞),Cai Jinlong(蔡金龙),Zeng Ying(曾 瑛).Chinese J.Anal.Chem.(分析化学),1994,22(8):7677706Iskandarani Z,Pietrzyk D J.Anal.Chem.,1982,54(14):260126037Motomizu S,Mikasa H,Toei K.Anal.Chem.Acta,1987,193:3433478Chen Lanhua(陈兰化),Wang Hui(王 慧).Chinese Journal of AnalysisLaboratory(分析试验室),1998,17(3):60629Feng 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alkaline medium,more intensive chemiluminescence was observed.The detectionlimite ofNO-2was 2.010-12g/L(3),the linear range was 4.010-124.010-9g/L.The relativestandard deviations for 1.010-11g/L and 4.010-10g/L NO-2were 113%and 1.5%(n=11),respec2tively.This method has been satisfactorily applied to deter mine NO-2in water samples with recoveries of94%105%.KeywordsChemiluminescence,flow2injection,nitrite,potassium bromate(Received 24 June 2004;accepted 10 January 2005)分析化学 欢迎广大作者网上投稿尊敬的各位读者、作者:首先,由衷地感谢大家对 分析化学 的大力支持。正是由于各位一贯地关注分析化学,我刊才得以多年来长久不衰。为了适应当今科技期刊网络化、数字化的要求,我刊经过1年的筹划,与北京仪信网通公司精心劳作6个月组建了在线投稿、审稿系统。此系统的建立,可以方便作者在线投稿、实时查询稿件审理进度、在线修改稿件;审稿专家可以在线审稿。从而达到满足报道的时效性,缩短稿件处理周期和节约成本的目的。欢迎大家登录分析化学编辑部网站(http:/),查阅该系统使用说明。您在使用的过程中有什么不完善的地方,希望您悉心指教,并告知我们(),分析化学编辑部会按照您的建议进行完善,力图使整个系统帮助您加快稿件的处理周期,以适应当今科技交流日新月异的要求。分析化学 编辑部868分 析 化 学第33卷