曹海燕 石文兵

摘要：本文通過綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃寣W(xué)生全面掌握納米材料的表征手段，更好地掌握共振光散射法和紫外分光光度法的操作和用途，形成材料性質(zhì)決定檢測手段的概念，了解如何將比較法應(yīng)用于儀器分析實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，并且有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，將為社會輸送更多的復(fù)合型人才。

關(guān)鍵詞：儀器分析實(shí)驗(yàn)；鉛離子；紫外可見分光光度法；共振光散射；比較學(xué)習(xí)法

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）16-0277-02

紫外可見分光光度法和共振光散射法（RLS）同屬于分子光譜技術(shù)，是儀器分析中重要的兩種分析方法，被廣泛應(yīng)用于生物傳感、納米醫(yī)學(xué)和環(huán)境污染物檢測。在儀器分析實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)中要求學(xué)生必須學(xué)習(xí)和掌握紫外吸收和共振光散射分析方法的基本原理，熟悉有關(guān)分析儀器的結(jié)構(gòu)（如儀器組成、重要部件）及簡單工作過程，掌握典型樣品測試的分析條件，了解儀器分析方法的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍和局限性。并且要了解儀器分析方法的最新研究成果和分析前沿領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢?；诖?，我們設(shè)計(jì)基于鉛離子對銀納米尺寸的影響，通過紫外吸收光譜和共振光散射光譜檢測鉛離子濃度作為學(xué)生的綜合性實(shí)驗(yàn)，利用比較法學(xué)習(xí)讓學(xué)生掌握這兩種分析方法的各自優(yōu)缺點(diǎn)，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中學(xué)會科學(xué)探究的思維方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

一、試劑與儀器

1.試劑。所用的化學(xué)品和試劑除做特別的說明外均為分析純。硝酸鉛、硼氫化鈉、二硫化碳（CS2）、二乙醇胺（DEA）、硝酸銀、檸檬酸鈉。①10mM鉛離子標(biāo)準(zhǔn)儲備液：準(zhǔn)確稱取0.3312g硝酸鉛置于100ml燒杯中，用超純水溶解后，轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶中，以超純水稀釋至刻度，搖勻。②10μM鉛離子標(biāo)準(zhǔn)儲備液：吸取0.1ml上述硝酸鉛儲備液于100ml容量瓶中，以超純水釋至刻度，搖勻。

2.儀器。日立F-4500熒光儀、PHS-3D精密度pH計(jì)、U-4100光度計(jì)、馬爾文粒度儀（馬爾文，英國）、ZEISS LIBRA 200電子顯微鏡、日立S-4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡、超聲波清洗機(jī)。

二、實(shí)驗(yàn)部分

1.銀納米顆粒的合成：①1mM DEA和1mM CS2混合溶液超聲20min，獲得二硫代氨基甲酸鹽（DTC）溶液；②將1ml 0.02 M AgNO3、0.2ml 1mM 檸檬酸鈉及1.5ml DTC充分混合后，用超純水稀釋到50ml，攪拌5min；③將10mg NaBH4快速加入到上述溶液中，在室溫下攪拌30min；④將所得反應(yīng)溶液用水稀釋至250ml，獲得8.64mg L-1（以Ag計(jì)量）的Ag NPs在4℃下保存。

2.納米材料的表征。通過馬爾文粒度儀測定銀納米顆粒在加入鉛離子前后的動態(tài)光散射（DLS）說明銀納米在加入鉛離子前后其表面的zeta電勢和粒徑分布的變化情況，為實(shí)驗(yàn)測定機(jī)理的研究提供了證據(jù)。利用ZEISS LIBRA 200電子顯微鏡和S-4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡分別在200 KV和20 KV下捕獲投射電子顯微鏡對加入鉛離子前后銀納米顆粒成像。

3.實(shí)驗(yàn)條件的選擇。①儀器測定設(shè)置條件：RLS的光譜在燈電壓700 V的F-4500光譜儀上測定。對于所有的同步掃描，設(shè)定激發(fā)和發(fā)射單色器的掃描范圍都為300-750nm，Δλ=0 nm，掃描速度為1200nm min-1，以及激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度都為2.5nm。所用的空白溶液不含Pb2+。在375nm下絕對RLS強(qiáng)度ΔIRLS（ΔIRLS = I0-I1，I0為空白溶液的RLS的強(qiáng)度，I1為Pb2+樣品溶液的RLS的強(qiáng)度）為縱坐標(biāo)，Pb2+濃度為橫縱坐標(biāo)繪制校準(zhǔn)曲線。②pH的選擇：于一組10ml比色管中分別加入10μM鉛離子標(biāo)準(zhǔn)儲備液1.0ml和0.75ml DTC-Ag NPs（8.64 mg L-1 Ag）溶液，加入超純水至刻度，然后分別用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH為3，4，5，6，7，8，9和10后搖勻，并于熒光分光光度計(jì)和紫外可見分光光度計(jì)上測出相應(yīng)的共振光散射的強(qiáng)度和紫外吸收強(qiáng)度，考察pH對銀納米顆粒測定鉛離子靈敏度的影響，從而根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定最佳實(shí)驗(yàn)pH。

4.共振光散射法測定Pb2+的步驟。①分別加入0.1，0.3，0.5，0.7，1.0ml 10μM鉛離子標(biāo)準(zhǔn)儲備液于10ml比色管中，用超純水定容制成一系列不同濃度的工作標(biāo)準(zhǔn)溶液。②將0.75ml DTC-Ag NPs（8.64mg L-1 Ag）溶液分別加入到上訴各濃度的鉛離子標(biāo)準(zhǔn)溶液中，充分混合后測定RLS光譜。

5.紫外-分光光度法測定Pb2+的步驟。①分別加入0.1，0.3，0.5，0.7，1.0ml 10 μM鉛離子標(biāo)準(zhǔn)儲備液于10ml比色管中，用超純水定容制成一系列不同濃度的工作標(biāo)準(zhǔn)溶液。②將2ml DTC-Ag NPs（8.64mg L-1 Ag）溶液分別加入到上訴各濃度的鉛離子標(biāo)準(zhǔn)溶液中，充分混合后測定紫外吸收光譜。

6.樣品測定。將自來水和河水作為檢測樣品。自來水和河水分別來自實(shí)驗(yàn)室的自來水管和三峽庫區(qū)長江段河水。所有的環(huán)境水樣取來后經(jīng)過孔徑為0.45μm濾膜過濾后，用于鉛離子的分析。先將0.75ml DTC-Ag NPs（8.64mg L-1 Ag）溶液轉(zhuǎn)移到10ml的比色管中，再加入一定體積的過濾后的環(huán)境樣品溶液，最后稀釋到10ml充分混合后測定RLS光譜。超純水替代水樣作為空白實(shí)驗(yàn)。根據(jù)共振光散射的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出水環(huán)境中鉛離子的濃度。對于回收實(shí)驗(yàn)，將一定濃度的Pb2+加入到環(huán)境水樣中。通過計(jì)算測定回收的Pb2+濃度與加入濃度的Pb2+的比值作為回收率。每個(gè)水樣平行測定三次。

7.比較兩種不同方法的測定結(jié)果。通過這個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以學(xué)會納米材料的合成，并了解其表征手段（動態(tài)光散射、掃描電鏡和透射電鏡），并且通過比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們會發(fā)現(xiàn)共振光散射相比于紫外可見吸收更為靈敏。但是紫外吸收光譜相比于共振光散射有一個(gè)優(yōu)勢就是可以通過肉眼根據(jù)溶液顏色的變化情況直接估測待測物的濃度，更為簡單和經(jīng)濟(jì)。但是對于環(huán)境水樣中Pb2+濃度的檢測都適用。并且能夠通過調(diào)控納米材料表面的修飾官能團(tuán)提高待測物的選擇性。

三、小結(jié)

在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們通過設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)，利用比較法進(jìn)行水環(huán)境樣品中鉛離子的測定。學(xué)生可以通過對比實(shí)驗(yàn)中涉及到的兩種不同的檢測方法，認(rèn)識并掌握紫外分光光度法和共振光散射法各種的優(yōu)缺點(diǎn)，通過不同的表征手段對實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行探究可以加深學(xué)生對其理解的程度。紫外可見吸收光譜法對于測定待測物更為簡單和經(jīng)濟(jì)，但是靈敏度不夠。共振光散射則大大提高了測定目標(biāo)物的靈敏度，實(shí)驗(yàn)效果較為理想。這樣的綜合性實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生發(fā)散思維的開拓，培養(yǎng)了更好的創(chuàng)造力和實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚大志，張玲玉，吳紹維，張浩，范文杰.比較學(xué)習(xí)法在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2017，（2）：17-19.

[2]楊士春.儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式開發(fā)——以傅里葉紅外光譜儀教學(xué)為例[J].寧夏農(nóng)林科技，2012，53（08），113-114.

[3]石文兵，秦弘瓊.儀器分析課程教學(xué)改革的思考[J].才智，2013，（18），12-13.