沈新

（安徽省滁州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，安徽滁州239000）

葫環(huán)聯(lián)脲（CBn）是一類由多個(gè)甘脲單元構(gòu)成的大環(huán)超分子化合物，它具有兩端開(kāi)口的被羰基環(huán)繞的疏水空腔，兩端口尺寸相同，羰基可形成陽(yáng)離子鍵合位點(diǎn)，故可以通過(guò)離子偶極相互作用和與脲羰基的氫鍵作用來(lái)鍵合金屬離子或有機(jī)分子的帶電部分[1-2]。特別是CB5，它的空腔很小，入口直徑為2.4AO，空腔內(nèi)徑為 4.4AO[3]，在純水中溶解性很小，而農(nóng)藥基本均不溶于水，因此適合用來(lái)包裹農(nóng)藥分子。

喹硫磷（Quinalphos）[O-diethyl-O-quinoxalin-2-ylphosphorothi-oate]（圖1）是一種中等毒性的高效有機(jī)磷農(nóng)藥，適用于水稻、棉花、果樹(shù)、蔬菜上多種害蟲(chóng)的防治，對(duì)害蟲(chóng)具有觸殺和胃毒作用，對(duì)植物組織和動(dòng)物表皮具有很好的滲透性，一般可持續(xù)作用10～15天[4]，因此，檢測(cè)農(nóng)業(yè)廢水中的喹硫磷殘余是環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前對(duì)喹硫磷的檢測(cè)有多種方法，如高效液相色譜法（HPLC）[5]、重量分析法、氣質(zhì)聯(lián)用色譜法（GC-MS）[6]等。由于喹硫磷對(duì)熱非常敏感，受熱易分解，故這些方法不是非常合適，并且有些方法對(duì)儀器維護(hù)要求很高。

本文根據(jù)葫環(huán)聯(lián)脲[5]（CB5）對(duì)喹硫磷的包合作用，在室溫（21.5℃）下用熒光光譜滴定法對(duì)痕量喹硫磷進(jìn)行了分析測(cè)定，具有良好的線性范圍和低檢出限，并對(duì)其相互作用的機(jī)理進(jìn)行了討論。

圖1 喹硫磷和CB5的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

日本Hitachi F-4600型熒光光譜儀（附有恒溫池，1cm×1cm的四通光石英比色皿），激發(fā)和發(fā)射帶寬分別是5nm和10nm；Avance Bruker-300MHz核磁共振儀。實(shí)驗(yàn)溫度為21.5℃。

葫環(huán)聯(lián)脲[5]按照文獻(xiàn)制備[7-9]，經(jīng)1H NMR、IR和元素分析確證；喹硫磷（99%，阿拉丁試劑公司）。葫蘆脲[5]配置成10-3mol·L-1的溶液，喹硫磷與1∶1的乙醇溶液配置成10-4mol·L-1的溶液，低溫貯存?zhèn)溆茫瑑苫衔锏慕Y(jié)構(gòu)式如圖1所示。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程用水為石英亞沸水。

1.2 CB5-quinalphos包合物的熒光性質(zhì)

準(zhǔn)確移取0.2mL的10-4mol·L-1喹硫磷溶液于一系列10mL容量瓶中，以不加CB5的溶液為空白，然后依次準(zhǔn)確加入不同量（0.1～2.2mL）10-3mol·L-1的 CB5溶液，用1∶1的乙醇溶液稀釋至刻度，搖勻。靜置15min后測(cè)定其熒光光譜。儀器參數(shù)為:光柵狹縫寬度5nm/10nm，電壓 700V。

為了檢驗(yàn)該方法測(cè)定喹硫磷具有很好的線性范圍，我們做了另一組實(shí)驗(yàn)：保持 CB5濃度（2.00×10-6mol·L-1）不變，依次準(zhǔn)確加入不同量（0.05×10-5～1.20×10-5mol·L-1）的喹硫磷溶液，用1∶1的乙醇溶液稀釋至刻度，搖勻。靜置15min后測(cè)定其熒光光譜，儀器參數(shù)同上。

2 結(jié)果與討論

2.1 熒光光譜性質(zhì)

固定喹硫磷的濃度為2.00×10-6mol·L-1，當(dāng)CB5溶液不斷加入喹硫磷溶液中時(shí)，喹硫磷的熒光強(qiáng)度隨著CB5濃度的增加而升高（見(jiàn)圖2），同時(shí)可以看到熒光峰位的藍(lán)移（389.2→390.4nm）?？梢?jiàn)，本身無(wú)熒光的CB5的加入，可增強(qiáng)有熒光的喹硫磷的熒光強(qiáng)度，進(jìn)而降低檢測(cè)限。

由圖3可以看出，固定CB5濃度不變，隨著喹硫磷濃度的增加，熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，熒光光譜發(fā)生微弱藍(lán)移（389.4→390.2 nm）。

圖3為喹硫磷濃度為0.15～35.8μg·mL-1時(shí)的熒光增強(qiáng)曲線。喹硫磷的濃度可以從下面公式求得：F=506.9+1.61×10-2C（R=0.9991，SD=26.80，n=12），F(xiàn)是增大的熒光強(qiáng)度，C是喹硫磷的濃度（mol·L-1）。在喹硫磷濃度為1.00μg·mL-1時(shí)進(jìn)行了12組平行試驗(yàn)，求得相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）。當(dāng)儀器信噪比（S/N）為3時(shí)，計(jì)算出最低檢測(cè)限為0.10μg·mL-1。熒光強(qiáng)度和喹硫磷濃度的線性關(guān)系見(jiàn)圖3。

2.2 相互作用機(jī)理的討論

由實(shí)驗(yàn)可以看出，加入CB5后，喹硫磷的熒光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。我們認(rèn)為是喹硫磷分子乙基上的氫原子與CB5的羰基通過(guò)氫鍵在外部包合所致，圖4是利用Gaussian03程序給出的分子模擬。結(jié)合所需的最低能量是-9.31KJ。

2.3 包合穩(wěn)定常數(shù)的計(jì)算

由于主客體分子形成了1∶1的配合物，當(dāng)無(wú)熒光的主體分子（H）不斷加入有熒光的客體分子（G），可檢測(cè)到熒光顯著增強(qiáng)。根據(jù)公式化合物熒光增強(qiáng)主要取決于主體分子加入的多少[8-9]。

圖2 喹硫磷濃度的熒光光譜

圖3 固定CB5濃度2.00×10-6 mol·L-1的熒光光譜

公式中 8F/F0是客體分子被100%包合時(shí)的熒光強(qiáng)度；F0為不加CB5時(shí)喹硫磷空白溶液的熒光強(qiáng)度；而F是主客體包結(jié)后體系的熒光強(qiáng)度；[H]是主體CB5濃度；K是包結(jié)配合物的平衡常數(shù)。

如圖5所示，根據(jù)公式（1）以1/（F/F0-1）對(duì)1/[CB5]作圖得到一條線性關(guān)系良好的直線（R=0.9993），說(shuō)明該化合物是1∶1包合，該直線與等式（1）對(duì)照，得出K=（2.45±0.14）×104L·mol-1。

圖4 CB5-quinalphos化合物的分子模擬（a）為CB5-quinalphos化合物的側(cè)視圖；（b）為CB5-quinalphos化合物的俯視圖

圖5 1/[F/F0-1]對(duì) 1/[CB5]作圖

同時(shí)，通過(guò)用Job's曲線來(lái)計(jì)算金屬配合物的絡(luò)合比，此方法同樣適用于超分子配合物體系[10]。為研究喹硫磷與CB5的包合關(guān)系（如圖6），通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)[o-PDA]/（[CB7]+[o-PDA]）=0.5時(shí)，其相對(duì)熒光強(qiáng)度最大，由此更進(jìn)一步證明喹硫磷與CB5的包結(jié)比為1∶1。

圖6 JOB曲線

2.4 有關(guān)熱力學(xué)參數(shù)的計(jì)算

利用熒光光譜滴定法在不同溫度下向CB5中加入喹硫磷得到包合常數(shù)，如表1所示。隨著溫度的升高，包合穩(wěn)定常數(shù)K逐漸減小。根據(jù)Van'tHoff方程，將lnK對(duì)1/T作圖（T=275K-312.5 K），通過(guò)斜率和截距求得相應(yīng)的焓變 ΔH（-19.40KJ·mol-1） 和熵變 ΔS（18.48 J·mol-1K-1）?？梢?jiàn)，焓變是構(gòu)成CB5-quinalphos化合物的主要因素。反應(yīng)的焓變主要來(lái)自于喹硫磷與CB5羰基間的偶極作用。在298K時(shí)，體系的自由能變化ΔG=-24.91KJ·mol-1，說(shuō)明該溫度下的反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的。當(dāng)然，在1∶1的乙醇溶液中，水分子也進(jìn)入了CB5的空腔，位于配體的羰基。在絡(luò)合物形成過(guò)程中，高能量的水分子從主體空腔的遷移以及陽(yáng)離子的溶劑化作用對(duì)焓變也有一定的貢獻(xiàn)。

表1 不同溫度下的包合常數(shù)

3 結(jié)論

本文探討了一種新的簡(jiǎn)單有效的檢測(cè)喹硫磷的熒光光譜分析法，并且將檢測(cè)限降至微克級(jí)（μgmL-1）。該方法不僅拓寬了CB5在有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)方面的應(yīng)用，也發(fā)展了環(huán)境監(jiān)測(cè)中檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥喹硫磷的新方法，對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)中殘余農(nóng)藥的檢測(cè)具有一定的意義。

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