熒光光度法測定長治市公園水中的苯胺含量

孫 龍，申婧翔，蘇靜，靳媛媛

（長治學(xué)院 化學(xué)系，山西 長治 046011）

1 引言

苯胺是一種劇毒且高致癌物，一旦被人體接觸，會對身體造成嚴(yán)重傷害，工業(yè)中所排污水、廢水是水質(zhì)中苯胺的主要來源，比如染料業(yè)、化工廠等。用含該物質(zhì)的水灌溉作物后，不僅使農(nóng)作物枯死，還會通過食物鏈危害人類健康，引起頭昏、瘙癢、貧血等癥狀，更甚者會引發(fā)溶血性貧血和肝、腎損害，甚至?xí)l(fā)生急性中毒或慢性中毒，且對生態(tài)環(huán)境的危害非常嚴(yán)重。根據(jù)國家水質(zhì)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)對生活飲用水的規(guī)定：苯胺含量不得大于0.1 mg/L。目前已報導(dǎo)的測定水中苯胺含量的方法有比色法[1]、電化學(xué)測定法[2]、分光光度法[3-6]、可變角熒光法[7]、吸收光度法[8-10]。文章通過研究發(fā)現(xiàn)，在同一酸性介質(zhì)不同酸度條件下，苯胺的熒光強(qiáng)度存在差異且差異較大，苯胺在中性條件下熒光強(qiáng)度最大。因此文章通過控制溶液的酸堿度，實現(xiàn)了直接測定長治市太行公園和濱河公園水中苯胺含量。實驗結(jié)果表明，該方法簡單快捷，靈敏度高，可作為測定水樣中苯胺含量的有效方法。

2 實驗部分

2.1 實驗方法

取50 mL容量瓶，向其中加適量待測樣品，用pH=6.86的緩沖溶液定容至50 mL，搖蕩至均勻，待用。

取兩支比色皿，其中一支只加pH=6.86的緩沖溶液作為空白；另一支加入上述待測液。測定苯胺在特定激發(fā)波長和發(fā)射波長處的熒光強(qiáng)度，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線測得其含量。

2.2 苯胺的純化

由于苯胺易被氧化而變?yōu)樽厣谑褂帽桨分耙M(jìn)行純化，但其沸點較高，因此不可在常溫常壓下進(jìn)行蒸餾提純，可用減壓蒸餾，在蒸餾之前加適量鋅粉防氧化。在壓強(qiáng)為0.085 MPa條件下，得89℃的餾分即為純苯胺。

2.3 苯胺標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置

用蒸餾水配制500 mL 1000 mg/mL的苯胺標(biāo)準(zhǔn)溶液，以備使用。配制方法;用移液槍移取0.4900 mL純苯胺于250 mL燒杯中，向燒杯中加適量蒸餾水進(jìn)行稀釋，攪拌至均勻，在少量多次原則基礎(chǔ)上用蒸餾水清洗燒杯玻璃棒后，置于容量瓶中，最后定容即得1000 mg/mL苯胺溶液。

2.4 激發(fā)波長和發(fā)射波長的選擇

要獲得靈敏度高的實驗結(jié)果，首先要獲得苯胺的最佳激發(fā)波長和發(fā)射波長。用狹縫為2.5 nm條件下用熒光光度計掃描知苯胺發(fā)射波長為340 nm，激發(fā)波長為279 nm，其發(fā)射光譜圖如圖1。

圖1 1 μg/mL苯胺溶液的發(fā)射光譜圖

2.5 溶液的酸度對熒光強(qiáng)度的影響

2.5.1 pH計標(biāo)準(zhǔn)液的配制

（1）pH=4.00：取鄰苯二鉀酸氫鉀固體置于鼓風(fēng)干燥箱中干燥2-3 h，溫度調(diào)至115℃，取干燥后鄰苯二鉀酸氫鉀（KHC8H4O4）10.12 g溶于蒸餾水，在1L容量瓶中定容稀釋。

（2）pH=6.86：取磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉固體置于鼓風(fēng)干燥箱中干燥，條件同上，之后取干燥后磷酸酸二氫鉀（KH2PO4）3.3880 g、磷酸氫二鈉（Na2HPO4）3.5330 g溶于蒸餾水，在1 L容量瓶中定容稀釋。

2.5.2 配制2 μg/mL的苯胺溶液

在10 mL比色管中盛放用移液槍移取1 mL 1 mg/mL苯胺溶液，標(biāo)為1號。在新取的10 mL比色管中盛放從1號管中取的1 mL溶液，稀釋至10 mL，此管標(biāo)為2號。再取一10 mL比色管，步驟同上。即得2 μg/mL。

2.5.3 苯胺的酸度曲線

在7支25 mL比色管中加入備用的2 μg/mL苯胺溶液適量，分別用 pH=3.00、4.00、5.00、6.00、6.86、8.00、11.00的緩沖溶液定容至刻度，然后測定波長340 nm處的高度。結(jié)果如圖2。

由圖2知，溶液酸度即pH為3.00與4.00時，在波長340 nm處熒光強(qiáng)度為0，當(dāng)酸度為pH=5.00到pH=6.86時，熒光強(qiáng)度隨pH的增加而逐漸升高，在pH=6.00之后的熒光強(qiáng)度隨pH值增加而突增至pH=6.86處對應(yīng)的熒光強(qiáng)度，之后熒光強(qiáng)度開始下降，pH=11.00時熒光強(qiáng)度降至最低。造成這種結(jié)果的原因是苯胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)、解離作用與熒光有關(guān)（酸堿度的改變會影響苯胺的氨基，當(dāng)溶液顯酸性時，氨基會帶氫離子而帶正電，與苯環(huán)共軛從而影響熒光強(qiáng)度）。未解離苯胺不產(chǎn)生熒光，而苯胺的解離又與pH有關(guān)。因此，實驗時選擇pH=6.86作為苯胺測定的最佳酸度。

2.6 溫度對熒光強(qiáng)度的影響

取上述pH=6.86緩沖體系的苯胺溶液，將溫度分別調(diào)至15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃，然后測熒光強(qiáng)度。實驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 溫度對熒光強(qiáng)度的影響

由圖3可知，熒光強(qiáng)度隨溫度增加呈現(xiàn)下降趨勢，15℃處強(qiáng)度最強(qiáng)。因為隨著溫度增加，苯胺溶液粘度減少，導(dǎo)致苯胺分子之間碰撞幾率與去活化過程增加，最終表現(xiàn)為熒光強(qiáng)度減少，但下降趨勢不明顯。因此，在進(jìn)行實驗時選擇15℃作為最佳實驗條件。

2.7 穩(wěn)定時間對熒光強(qiáng)度的影響

25 mL比色管中放1 mL 2 μg/mL苯胺溶液，用pH=6.86的緩沖溶液（在本文中此酸度溶液用的是磷酸二氫鈉-磷酸氫二鈉體系）定容至刻度，將此溶液放置 1 h、2 h、4 h、8 h、10 h、24 h 后在15℃條件下測定熒光強(qiáng)度，其結(jié)果如圖4所示。

圖4 穩(wěn)定時間對熒光強(qiáng)度的影響

由圖4可知，當(dāng)時間為1-8 h之間時，苯胺的熒光強(qiáng)度幾乎沒有變化，隨著時間的增加，當(dāng)時間為8 h之后時，熒光強(qiáng)度隨苯胺溶液放置時間增加而降低，10 h之后的熒光強(qiáng)度大幅減少。因此，檢測的水樣要在新配置溶液放置時間不超過8 h之內(nèi)進(jìn)行檢測。

2.8 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制、檢測下限與精密度的計算

在15℃，pH=6.86，放置時間不超過8小時的條件下配制一系列濃度的苯胺溶液進(jìn)行測定，可得在濃度為0.1-6.0 μg/mL范圍內(nèi)，濃度與熒光強(qiáng)度有良好的線性范圍。取新配置的濃度為0.1、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0 μg/mL，pH 為6.86的苯胺溶液，在15℃下，放置時間不超8 h條件下分別測其熒光強(qiáng)度，每個濃度測三次，然后取平均值。以濃度為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，作曲線?？傻镁€性方程為 F=651.326c+162.8（R2=0.99742），（F為熒光強(qiáng)度，c為苯胺溶液濃度）。其標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖5所示。

根據(jù)上述實驗方法測定2 μg/mL的苯胺溶液11次，計算其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（可用來表示精密度），得1.00%，，并計算其檢出下限。檢出下限計算方法為：在上述實驗條件下測定空白溶液9次，計算9組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，用標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍除以標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率即可。得檢出限為5.8 ng/mL。

圖5 苯胺溶液濃度與熒光強(qiáng)度關(guān)系圖

2.8.1 水樣的預(yù)處理

用聚乙烯塑料瓶取樣。取樣之前瓶子要用硝酸（1:1）浸泡24 h，實驗中所需儀器都用硝酸進(jìn)行浸泡并用蒸餾水沖洗。取回的水樣先用活性炭吸附雜質(zhì)，然后進(jìn)行過濾。濾液加熱至沸，濃縮。取水樣于燒杯中，用pH=6.86的緩沖溶液調(diào)配溶液pH到6.86，即可在15℃，8 h內(nèi)對水樣進(jìn)行熒光測定。

2.8.2 水樣的測定

用此法對濱河公園和太行公園的水樣進(jìn)行測定，其結(jié)果如下。

表1 水樣測定結(jié)果

根據(jù)表1可知太行和濱河水的苯胺含量分別為0.671 mg/L和0.072 mg/L，相對國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)濃度偏高，因此不可飲用。雖不是飲用水，但結(jié)果顯示其水體已遭到一定程度的破壞，我們應(yīng)積極采取行動保護(hù)環(huán)境，避免進(jìn)一步污染破壞，這一切需要全民的努力。

3 結(jié)論

文章用熒光光度法測定水樣中苯胺含量，并通過條件實驗測定影響苯胺熒光強(qiáng)度的溶液酸度、溫度、放置時間，在此基礎(chǔ)上選擇了最佳實驗條件，從而保證實驗靈敏度，提高精確度。本方法不僅操作快速簡單，而且回收率較高。因此，該方法可作為一種較好的測定水樣中苯胺含量的方法。