荧光淬灭法测定模拟废水与芹菜中的微量镍

熊海涛

(陕西理工学院化学学院，陕西 汉中 723001)

摘 要：在HAc-NaAc缓冲溶液中，镍(Ⅱ)对诺氟沙星的荧光强度有明显的淬灭作用，据此建立了一种测定镍(Ⅱ)含量的荧光光谱法。在优化实验条件下，其荧光淬灭强度与镍(Ⅱ)的浓度在5.00×10-7～1.00×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系，检出限为2.1×10-7mol/L，相对标准偏差为1.5%(c=4.00×10-6mol/L，n=11)。该方法已成功应用于模拟废水与芹菜样中镍(Ⅱ)含量测定，回收率在99.60%～108.8%之间。

关键词：镍(Ⅱ)；诺氟沙星；荧光淬灭；模拟废水样；芹菜

Fluorescence Quenching Method for Determination of Trace Nickelin in Simulated Waste Water and Celery Samples

Xiong Hai-tao

(College of Chemistry, Shaanxi University of Techonology, Hanzhong 723001, China)

Abstract：In acetic acid/sodium acetate buffer solution, based on the obvious quenching effect of nickel (Ⅱ) on the fluorescent intensity of norfloxacin, a fluorescent spectroscopic method for the determination of trace nickel was developed. Under the optimal experimental conditions, the fluorescent quenching strength responded linearly with nickel (Ⅱ) concentration in 5.00 × 10-7 to 1.00 × 10-5 mol/L with a detection limit of 2.1 × 10-7 mol/L. The relative standard deviation was 1.5% (c = 4. 00 × 10-6 mol/L，n = 11). This method has been successfully applied to the determination of nickel (Ⅱ) in simulated waste water and celery samples, with recovery between 99.60% and 108.8%.

Key words：nickel (Ⅱ)；norfloxacin；fluorescence quenching；simulated wastewater；celery

中图分类号：TS211.7；O657.39 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)20-0217-04

doi:10.7506/spkx1002-6630-201320046

镍在自然界分布很广，是人体必需的生命元素，但过量的镍会对人体造成危害，如大量口服时会出现呕吐、腹泻、急性胃肠炎和齿龈炎，长期接触能使头发变白，全身中毒，导致肺、肝、脑等损害，甚至致癌。因此，对于镍的测定与控制非常有必要。目前，测定镍(Ⅱ)的主要方法有滴定法[1]、光度法[2-5]、原子吸收光谱法[6-8]、电感耦合等离子体原子发射光谱法[9-11]、电化学分析法等[12-15]。但是上述各方法中，前两者的分析灵敏度较低，而后几种则是操作较繁琐且费时，因此限制了其进一步应用。而荧光光谱分析法具有较高的灵敏度，己成为一种重要且有效的光谱化学分析手段，且已应用于药物分析、免疫分析、矿物分析、环境监测、临床医药、生命科学等方面，利用该法对于镍的测定也有报道[16-19]。

本实验研究了在酸性条件下，镍与诺氟沙星(NF)进行反应可以使诺氟沙星的荧光强度淬灭，且荧光淬灭程度与镍(Ⅱ)的浓度在一定范围内呈现良好的线性关系，建立了一种简单、快速测定模拟废水与芹菜样品中镍(Ⅱ)含量的荧光光谱分析方法。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

菠菜样品购自当地批发市场。

诺氟沙星储备液(1.40×10-3mol/L)：准确称取0.4523g诺氟沙星于50mL烧杯中，用水充分溶解后过滤，倾去前10mL溶液，取后续液10mL于100mL容量瓶中定容，用时稀释至所需浓度；镍(Ⅱ)标准储备液(0.0010mol/L)：准确称取NiSO4固体0.0266g于烧杯中，用少量水溶解，然后移入100mL容量瓶中稀释至刻度后摇匀，用时逐级稀释至所需浓度；HAc-NaAc缓冲溶液：按比例配成pH6的缓冲溶液；所用水均为去离子水。

雷磁PHS-3C精密pH计 上海精密科学仪器有限公司；F-4600荧光光度计 日本日立公司。

1.2 方法

1.2.1 镍离子的测定方法

分别在两个100mL容量瓶中加入相同量的诺氟沙星与盐酸，然后在一个容量瓶中加入一定量的镍(Ⅱ)溶液，另一个不加入，用缓冲溶液稀释至刻度线，摇匀，在室温条件下静置20min后，以298nm为激发波长，448nm为发射波长，测定未加镍溶液的荧光值(F0)和试样的荧光值(F)，计算其荧光淬灭强度?F=(F0－F)，以荧光淬灭强度对镍(Ⅱ)离子浓度作图，以此对镍离子定量。

1.2.2 模拟废水的配制及加标回收实验

根据干扰实验，将一定量1.00×10-3mol/L NiSO4溶液加入到含有一定浓度的Ca2+、Cu2+、Ba2+、Cd2+、Al3+及Zn2+的混合溶液中，用去离子水稀释至250.00mL，此时各种共存组分的浓度均为最大允许量。按1.2.1节实验方法对模拟废水中镍(Ⅱ)进行测定，并与电感耦合等离子体原子发射法做对比，同时做加标回收实验。

1.2.3 芹菜样品的加标回收实验

取新鲜芹菜洗净后切碎，烘干，用粉碎机将其粉碎，过80目筛，接着分别称取芹菜0.2489g(1#)、0.5008g(2#)于两个小烧杯中，并各加入体积比为5:1的硝酸-高氯酸的混合酸25.00mL，静置24h后将其加热，待沉淀完全溶解，至此消解完全(若有絮状沉淀，可滴加几滴30%的H2O2)，将此溶液转移至25mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，然后进行测定。

2 结果与分析

2.1 诺氟沙星的荧光光谱图

a.诺氟沙星；b.诺氟沙星＋镍＋酸；c.诺氟沙星＋
镍。下脚标1、2分别为激发光谱和发射光谱。

图 1 荧光激发和发射光谱图

Fig.1 Fluorescence excitation and emission spectra

选用不同的体系在15℃条件下对诺氟沙星的荧光光谱性质进行考察，分别对加入镍(1.00×10-6mol/L)、酸(1.00×10-5mol/L HCl溶液)前后诺氟沙星(1.00×10-5mol/L)的荧光强度进行测定(图1)。可以看出：在酸性介质中，当加入一定量的镍(Ⅱ)后，诺氟沙星的荧光强度会出现明显的淬灭，且激发和发射波长基本不变(诺氟沙星的最大激发波长/最大发射波长=298nm/448nm)，这与文献[20]报道基本一致。

2.2 pH值与缓冲溶液的选择

cNF=1.00×10-5mol/L；cNi2+=1.00×10-6mol/L；T=15℃；t=20min。

图 2 pH值对荧光淬灭强度的影响

Fig.2 Effect of pH value on fluorescence quenching intensity

用硫酸与氢氧化钠配制不同pH值的溶液对诺氟沙星-镍(Ⅱ)反应体系进行荧光强度测定，图2表明：在pH6时体系的?F(荧光淬灭强度)达到最大。接着，进一步考察HAc-NaAc、混合磷酸盐、六亚基次四胺、HAc-KCl缓冲溶液对?F的影响，发现在HAc-NaAc的缓冲溶液中?F最大且比较稳定，故在下述的反应体系中均选取pH6.0的HAc-NaAc缓冲溶液。

2.3 诺氟沙星最佳浓度的选择

为了考察诺氟沙星浓度对选定体系?F的影响，分别在100mL容量瓶中加入诺氟沙星标准液0、2.00、5.00、10.00、15.00、20.00、25.00、30.00mL，同时各加入1.00mL的镍标准溶液(0.0010mol/L)，定容后测定其荧光强度。发现诺氟沙星用量较少时，产生的荧光淬灭比较低，当诺氟沙星浓度增加到一定浓度时，荧光淬灭强度增大至最大值后，继续增大其浓度荧光淬灭会略有减小(图3)，故选择诺氟沙星的最佳浓度为2.83×10-4mol/L。

HAc-NaAc溶液：pH6.0；cNi2+=1.00×10-6mol/L；T=15℃；t=20min。

图 3 诺氟沙星浓度对荧光淬灭强度的影响

Fig.3 Effect of norfloxacin concentration on fluorescence

quenching intensity

2.4 最佳反应温度的选择

HAc-NaAc溶液：pH6.0；cNF=1.00×10-5mol/L；cNi2+=1.00×10-6mol/L；t=20min。

图 4 温度对荧光淬灭强度的影响

Fig.4 Effect of temperature on fluorescence quenching intensity

由图4可以看出，本实验选定的反应体系的荧光淬灭强度随着反应温度的升高而显著下降，而在15℃条件下诺氟沙星的荧光淬灭程度比较强且比较稳定。所以，本实验选择室温(15℃)条件下进行测定。

2.5 时间的选择

为了考察反应时间对荧光淬灭强度的影响，在5～35min之间每隔5min测定诺氟沙星与镍(Ⅱ)反应后的荧光淬灭强度。图5表明：当反应25min后荧光淬灭强度达到最大，且基本保持不变，所以选择最佳反应时间为25min。

HAc-NaAc溶液：pH6.0；cNF=1.00×10-5mol/L；
cNi2+=1.00×10-6mol/L；T=15℃。

图 5 时间对荧光淬灭强度的影响

Fig.5 Effect of reaction time on fluorescence quenching intensity

2.6 工作曲线、相关系数与检出限

在选定的最佳实验条件下，镍的浓度在5.00×10-7～
1.00×10-5mol/L(即0.1330～2.660μg/mL)范围内与诺氟沙星的荧光淬灭强度(?F)呈良好的线性关系，线性回归方程为?F=26.482c(×106)＋69.512，相关系数r为0.9963，同时对4.00×10-6mol/L的镍溶液进行11次平行测定，其相对标准偏差为1.5%。根据IUPAC建议，计算得方法的检出限为2.1×10-7mol/L。

2.7 干扰实验

在优化的实验条件下，选定镍的浓度为1.00×10-6
mol/L进行干扰实验的测定，当相对误差小于±5%时，研究一些常见的金属离子对荧光强度测定的影响。结果发现：加入1000倍的K+、Na+、Mg2+；100倍的Ca2+、Cu2+、Ba2+和10倍的Cd2+、Al3+、Zn2+时，几乎不干扰测定结果。

2.8 样品测定与回收率实验

表 1 模拟废水样品中镍含量测定与回收率实验

Table 1 Content and spike recovery of nickel in simulated waste water samples

表 2 芹菜样品中镍含量测定与回收率实验

Table 2 Content and spike recovery of nickel in celery samples

从表1、2可以看出：各模拟水样与芹菜样品测定的平均回收率在99.60%～108.8%之间，而相对标准偏差(RSD)均小于5%，与电感耦合等离子体原子发射法测定相比，结果基本一致，这说明本实验建立的方法具有较好的准确度和精密度。

3 结 论

本实验在pH6.0的HAc-NaAc缓冲溶液中，研究了镍(Ⅱ)对诺氟沙星荧光强度的影响，建立起了荧光淬灭法测定镍(II)的新方法，其线性范围为5.00×10-7～1.00×10-5mol/L，线性相关系数为0.9963。应用于模拟废水与芹菜样中镍(Ⅱ)含量测定，回收率在99.60%～108.8%，效果较好。本方法分析速度快，准确度较高，适用于对微量镍测定。

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