CAS-CTMAB-Fe3+體系共振瑞利散射光譜的研究及應(yīng)用

高俊杰，劉婷婷

(沈陽理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧沈陽110159)

鐵(Fe)是地殼含量第二高的金屬元素，同時是人類最長用的金屬，鐵元素是人體所需重要的半微量元素，同時是生物體所需的重要元素，鐵元素的缺乏可對人體造成許多疾病，如貧血、免疫力下降等［1］。水中Fe濃度的測定方法很多，目前常用的方法包括分光光度法［2］、原子吸收法［3］，此外還有化學(xué)發(fā)光法［4］、熒光法［5］、高效液相色譜法等［6］。近年來，共振光散射現(xiàn)象引起了分析化學(xué)家的關(guān)注，利用共振瑞利散射法進行分析測定的研究與日俱增，研究表明共振瑞利散射法測定金屬離子是一種靈敏的散射光譜分析新技術(shù)［7-8］。鉻天青S(CAS)作為一種較好的分析試劑，能與許多金屬離子及非金屬離子形成絡(luò)合物而產(chǎn)生共振散射。本文研究CAS-CTMAB-Fe3+體系的共振散射光譜特征，發(fā)現(xiàn)該體系在339 nm處產(chǎn)生一較強的共振散射峰，據(jù)此，建立一個測定Fe3+的共振散射光譜分析新方法。該法靈敏度高、選擇性好、空白值低，用于水中Fe3+的測定，結(jié)果滿意。

1 實驗部分

1.1 儀器設(shè)備與試劑

F-2500型熒光分光光度儀:日本日立Fe(Ⅲ)儲備溶液［2×10-3mol/L(112μg/mL)］:準確稱取0.9640g(NH4)Fe(SO4)·12H2O晶體于小燒杯中，加入10mL3mol/LH2SO4溶解，于1000mL容量瓶中加水定容。

1μg/mL Fe(Ⅲ)標準溶液;2×10-3mol/L CAS溶液;5×10-3mol/L CTMAB溶液;

pH=4.59的緩沖溶液:0.1mol/L磷酸緩沖溶液，氯化鈉40g，16.15g磷酸氫二鈉和2.25g磷酸二氫鈉加水溶解，再定容至500mL。

實驗所用試劑均為分析純，蒸餾水為一次蒸餾水。

1.2 試驗方法

取10mL比色管，依次加入2mL pH=4.59的緩沖溶液、1.0mL 5×10-3mol/L的 CTMAB、0.08mL 2×10-3mol/L的CAS，然后加入適量的鐵標準溶液，再定容至刻度，振蕩，搖勻，室溫下反應(yīng)20min。用F-2500型熒光分光光度儀，在λex=λem條件下，同步掃描獲得其共振散射光譜(RRS)。測量339nm處的共振散射(RRS)強度IRRS及試劑空白值 I0，ΔI=IRRS-I0。

2 結(jié)果與討論

2.1 體系的RRS光譜

在pH為4.6緩沖溶液中，F(xiàn)e3+與CAS在CTMAB存在的條件下形成三元絡(luò)合物，其共振瑞利散射光譜如圖 1所示。Fe3+-CTMAB-CAS在339nm處的共振峰增強，而 CAS、CTMAB、Fe3+在339nm處的空白值很小。

圖1 Fe3+-CTMAB-鉻天青S體系的共振瑞利散射光譜圖

2.2 反應(yīng)條件的優(yōu)化

2.2.1 緩沖溶液的選擇

按照試驗方法，分別測定檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液、磷酸緩沖溶液、醋酸緩沖溶液介質(zhì)中鐵(1μg/mL)-CTMAB-CAS體系的共振瑞利散射強度IRRS，表明:體系在磷酸緩沖溶液中測定散射峰最強，因此本實驗選用磷酸緩沖溶液。

2.2.2 pH的選擇

當(dāng)磷酸緩沖溶液的pH小于4.50時或大于4.60時，體系的ΔI值較小，這可能是由于在pH值較低時部分CAS發(fā)生質(zhì)子化，不利于CAS、CTMAB、Fe3+三者之間的結(jié)合。如圖2，當(dāng)磷酸緩沖溶液的pH值在4.50～4.60范圍內(nèi)ΔI值較大，當(dāng)其pH值為4.59時達到最大值，所以選用的磷酸緩沖溶液的pH值為4.59。

圖2 不同pH值的RRS強度

2.2.3 磷酸緩沖溶液用量的選擇

溶液酸性太高不利于CAS的離解，酸性太低鐵離子易形成氫氧化物而影響締合反應(yīng)的進行，所以必須對溶液的酸度加以控制。實驗結(jié)果表明加入2mL的磷酸緩沖溶液時體系ΔI達到最大值。

2.2.4 CTMAB用量的選擇

如圖3所示，隨著CTMAB用量的不同其ΔI也不同。當(dāng)CTMAB的濃度沒有達到臨界膠束濃度時，體系中的膠體以非締合分子存在，不能起到增溶效應(yīng);當(dāng)CTMAB的濃度過大時形成膠束 ，使共振瑞利散射的相對強度減少。CTMAB用量在0.5～1.5mL范圍內(nèi)ΔI的值較大，實驗中5×10-3mol/L CTMAB的加入量為1.0mL。

圖3 CTMAB用量

2.2.5 鉻天青S用量的選擇

當(dāng)鉻天青S用量不足或用量過大時都將導(dǎo)致相對共振瑞利散射的強度降低。當(dāng)CAS用量不足時，使反應(yīng)不完全，降低了共振瑞利散射的相對強度。當(dāng)CAS濃度增加時，體系中游離的吸光分子CAS增加，降低了入射光強度，反而造成體系的共振散射強度低。2×10-3mol/L鉻天青S用量在0.06～0.10mL范圍內(nèi)ΔI值較大，當(dāng)其用量為0.08mL時其光強為最大值，所以實驗中CAS的加入量為0.08mL。

2.2.6 Fe3+-CTMAB-CAS體系的穩(wěn)定性

按照試驗方法，實驗時間對體系的穩(wěn)定性影響不大，在反應(yīng)20min時，體系RRS強度達到最大，隨著時間的延長，體系的締合物少量分解，RRS強度小幅降低，因此測定應(yīng)在20min之內(nèi)完成。溫度對Fe3+-CTMAB-CAS三元絡(luò)合物的形成及穩(wěn)定性的影響很大，溫度過高對絡(luò)合體系有所破壞，如圖4所示，水浴溫度在20℃時共振瑞利散射光光強穩(wěn)定且較大，體系選用20℃為最佳反應(yīng)溫度。

圖4 溫度對體系的穩(wěn)定性

2.3 工作曲線

根據(jù)試驗方法，測量不同濃度Fe3+的共振散射光強度。以Fe3+濃度對相對共振散射光強度作圖繪制工作曲線。結(jié)果表明:(Fe3+)在0.035～0.4μg/mL范圍內(nèi)與共振散射光強度值呈良好線性關(guān)系，其回歸方程為:y=2447.1x-51.11，相關(guān)系數(shù)R2=0.9973

圖5 工作曲線

2.4 精密度和檢出限

對(Fe3+)=0.1μg/mL的試樣按實驗方法平行測定10次，求其相對標準偏差(RSD)為2.4%。本法的檢出限為 0.018 μg/mL，是測量水樣中Fe3+較好的方法之一。

2.5 共存物質(zhì)干擾

按實驗方法對(Fe3+)=0.1μg/mL的試樣測定，以相對誤差＜±5%為條件考察共存離子的影響情況。結(jié)果為:K+、Ca2+、Mn2+、Cu2+、Mg2+、Bi3+、Pb2+、Zn2+、、Mo2+、Na+、Ba2+、Ag+、Cd2+、F-、葡萄糖、檸檬酸、酒石酸10倍以下都不干擾。只有Al3+、Cr6+在2倍時干擾。如果測定水中鐵，Al3+、Cr6+不會太大，不需要考慮干擾情況。

3 水樣分析

3.1 水樣預(yù)處理

分別測定渾河水和校園湖水。取50mL水樣置于100mL燒杯中，依次加入硝酸10mL，硫酸1mL，過氧化氫1mL，在電爐上蒸至冒白煙。冷卻后，加入2mL高氮酸，加蓋表面皿，繼續(xù)加熱至冒白煙并蒸至近干，冷卻后，加硝酸2mL溶解殘渣，然后用蒸餾水定容到100mL容量瓶中。

3.2 水樣測定

分別取消解后的水樣1mL放入兩個比色管中，在其中一個比色管中加入2mL1μg/mL鐵標準溶液，以試劑為參比，按實驗方法分別測定其在339nm波長處的散射光強值，做五組平行實驗。

表1 水樣的測定

4 結(jié)束語

本文通過對實驗條件的優(yōu)化，確定了CA3-CTMAB-Fe3+體系共振散射光譜的最佳實驗條件，建立了測定鐵的新方法。通過對實際樣品進行測定，方法表現(xiàn)出有很好的準確度、靈敏度和較好的選擇性，具有很好的應(yīng)用性。

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