王奕璇，王詩(shī)言，陳佳偉，韓 瑩，馬紅燕，田 銳

（延安大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，延安市分析技術(shù)與檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 延安 716000）

PCMX（Parachlormetaxylenol）化學(xué)名為對(duì)氯間二甲基苯酚，即3，5-二甲基-4-氯-苯酚，是一種廣譜防霉抗菌劑?，F(xiàn)被廣泛應(yīng)用于消毒或個(gè)人護(hù)理用品（肥皂、洗發(fā)乳、洗手液、化妝品等）[1]。若飲用水中PCMX 含量超標(biāo)，易對(duì)皮膚及呼吸道造成刺激及感染，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致眩暈窒息，危害生命健康，因此，其在環(huán)境水中的痕量檢測(cè)對(duì)于水質(zhì)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)和生態(tài)平衡都有著及其重要的意義。流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光分析法因其具有可靈敏快速測(cè)定樣品且運(yùn)行費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面應(yīng)用日益廣泛[2-4]。目前，針對(duì)PCMX 含量的測(cè)定方法主要有高效液相色譜法（HPLC）[5-7]、膠束電動(dòng)毛細(xì)管色譜法（MEKC)[8]、氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法（GC-MS）[9]，還尚未見(jiàn)流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光法測(cè)其含量的相關(guān)報(bào)道。

銀納米粒子作為一種微尺度的物質(zhì)構(gòu)成單元，具有優(yōu)異的光性能、電性能及催化活性等，從而廣泛應(yīng)用于環(huán)境、醫(yī)藥以及催化等領(lǐng)域[10-12]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在NaOH 弱堿性介質(zhì)中，NCS 可氧化魯米諾產(chǎn)生發(fā)光信號(hào)，納米銀的加入可進(jìn)一步放大luminol-NCS的發(fā)光信號(hào)值，而PCMX 的注入則可強(qiáng)烈抑制AgNPs-luminol-NCS 新體系的發(fā)光強(qiáng)度，據(jù)此結(jié)合流動(dòng)注射技術(shù)，建立了流動(dòng)注射-化學(xué)發(fā)光測(cè)定PCMX 含量的新方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿(mǎn)意。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

MPI-B 型多參數(shù)化學(xué)發(fā)光分析測(cè)試系統(tǒng)（西安瑞邁分析儀器有限公司）；Agilent-8453 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（美國(guó)安捷倫）；F-4500 熒光分光光度計(jì)（日本日立）；AUY220 電子天平；磁力攪拌器。

PCMX 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制（純度99% 百靈威公司提供）：1.00mg·mL-1，稱(chēng)取 0.2500g PCMX，用少量甲醇溶解后用水定容至250mL 棕色容量瓶中，4℃避光保存，稀釋到所需濃度后使用。

1.0×10-2mol·L-1luminol 儲(chǔ)備液；1.0×10-3mol·L-1NCS 儲(chǔ)備液；1mol·L-1NaOH 儲(chǔ)備液;

AgNO3；NaBH4；檸檬酸鈉（Na3C6H5O7），實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用水均為UP 超純水，試劑均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

反應(yīng)裝置見(jiàn)圖1。

圖1 流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光分析法測(cè)定PCMX 裝置路圖Fig.1 Schematic diagram of the flow injection chemiluminescence determination of PCMX

啟動(dòng)蠕動(dòng)泵，首先依次用稀HNO3、超純水清洗管路。待儀器運(yùn)行穩(wěn)定后，通過(guò)自動(dòng)進(jìn)樣閥向A 管中輸入luminol（NaOH）溶液，B 管中輸入AgNPs，C管中輸入水，D 管為NCS 溶液，進(jìn)入檢測(cè)池中，通過(guò)光電倍增管將產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光信號(hào)傳至PC 端，記錄基體的化學(xué)發(fā)光信號(hào)值為I0。待基體信號(hào)大致保持不變后，以PCMX 樣品溶液代替水輸入C 管，記錄抑制發(fā)光信號(hào)為I。將I0與I 的比值I0/I 作為分析信號(hào)，對(duì)PCMX 進(jìn)行定量分析。

1.3 納米銀的制備和表征

采用檸檬酸鈉法合成了尺寸均勻、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的納米銀溶液。首先，用移液管準(zhǔn)確移取25.00mL 的1.0×10-3mol·L-1AgNO3溶液，將其逐滴加入到 75mL高速攪拌的NaBH4（2.0×10-3mol·L-1）溶液中。攪拌10min 待二者充分混合均勻后，再加入5mL 1%的檸檬酸鈉溶液作為穩(wěn)定試劑，繼續(xù)高速攪拌20min 后就完成了納米銀溶液的制備，將其避光密封保存置4℃冰箱中，熟化2 日后方可使用。

利用紫外-可見(jiàn)吸收光譜和透射電鏡對(duì)納米銀進(jìn)行了表征結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 納米銀的紫外吸收光譜和透射電鏡圖Fig.2 UV-Vis absorption spectra and TEM image of the AgNPs

由圖2 可見(jiàn)，可以清晰地看到其在398nm 處出現(xiàn)特征吸收峰。通過(guò)掃描透射電鏡圖，可以觀察到該方法制備的納米銀粒子平均粒徑在20nm 左右，呈現(xiàn)圓球狀并且分布均勻。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器參數(shù)

通過(guò)對(duì)儀器各參數(shù)的優(yōu)化，最終設(shè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 儀器參數(shù)表Tab.1 Instrument parameter table

2.2 化學(xué)發(fā)光信號(hào)分析

體系的化學(xué)發(fā)光信號(hào)見(jiàn)圖3。

圖3 流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光信號(hào)圖Fig.3 Flow injection signals of the chemiluminescence system luminol, 1.0×10-5mol·L-1; NCS, 5.0×10-6mol·L-1; NaOH,0.1mol·L-1; PCMX, 1.0×10-7mol·L-1；AgNPs:1.0×10-5mol·L-1

由圖3 可見(jiàn)，對(duì)比第一組和第二組峰值，可以明顯看到AgNPs 對(duì)luminol- NCS 體系有很強(qiáng)的催化作用，第三組信號(hào)值為luminol-NCS-AgNPs 對(duì)1.0×10-7mol·L-1的PCMX 的測(cè)定信號(hào)，可以看到PCMX可強(qiáng)烈抑制新體系的發(fā)光信號(hào)。

2.3 流速及負(fù)高壓的選擇

實(shí)驗(yàn)表明，體系的化學(xué)發(fā)光信號(hào)隨流速的增加，I0/I 先呈現(xiàn)不斷增強(qiáng)的趨勢(shì)，但當(dāng)流速大于2.8mL·min-1時(shí)隨之呈下降趨勢(shì)。故確定各管路流速均為2.8mL·min-1。對(duì)500～750V 范圍內(nèi)的光電倍增管負(fù)高壓進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)體系的相對(duì)發(fā)光信號(hào)在600V 處最高，故選用600V 作為實(shí)驗(yàn)所用負(fù)高壓。

2.4 魯米諾溶液堿度的影響

本實(shí)驗(yàn)所用體系為弱堿性，通過(guò)調(diào)節(jié)luminol 溶液中NaOH 的濃度來(lái)改變體系的堿性，當(dāng)NaOH 的濃度為 0.2mol·L-1時(shí)，I0/I 值最大，故選擇 0.2mol·L-1NaOH 溶液。

2.5 NCS 濃度的選擇

此化學(xué)發(fā)光體系中的氧化劑為NCS，化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度隨著NCS 溶液的濃度不同而變化。實(shí)驗(yàn)中配制了一系列不同濃度的NCS 溶液，結(jié)果表明，在5.0×10-5mol·L-1時(shí)，I0/I 達(dá)到最大。故實(shí)驗(yàn)選擇 5.0×10-5mol·L-1的 NCS 溶液用于后續(xù)試驗(yàn)。

2.6 luminol 濃度的選擇

魯米諾作為發(fā)光體，其濃度的不同會(huì)大大影響發(fā)光強(qiáng)度，試驗(yàn)了 2.0×10-5～5.0×10-4mol·L-1范圍內(nèi)不同luminol 濃度時(shí)對(duì)體系化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響。當(dāng)其濃度為 1.0×10-4mol·L-1時(shí)，I0/I 達(dá)到最大。故實(shí)驗(yàn)選擇魯米諾濃度為 1.0×10-4mol·L-1。

2.7 AgNPs 濃度的選擇

納米銀溶液作為催化劑在整個(gè)體系中起到至關(guān)重要的作用，在 2.0×10-6～3.0×10-5mol·L-1范圍內(nèi)配制了不同濃度的AgNPs 溶液。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，濃度低于1.0×10-5mol·L-1時(shí)，體系的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度可達(dá)到最大值，但其濃度超過(guò) 1.0×10-5mol·L-1后，I0/I 逐漸降低，因此實(shí)驗(yàn)選擇 AgNPs 濃度為 1.0×10-5mol·L-1。

2.8 共存物質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

由于環(huán)境水中含有多種共存離子可能會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果造成干擾，故在優(yōu)化好的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)1.0×10-7mol·L-1的PCMX 溶液進(jìn)行了干擾性測(cè)定，結(jié)果表明：1000 倍的 Al3+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、F-、Br-，500 倍的 Zn2+、Cl-、K+，10 倍的 Fe3+、Cu2+、Pb2+均無(wú)干擾，所測(cè)的所有干擾離子的相對(duì)誤差均在±5%以?xún)?nèi)（其中Cu2+在測(cè)定前需要加入掩蔽劑EDTA，Al3+在測(cè)定前加三乙醇胺溶液進(jìn)行掩蔽）。

2.9 線性范圍、精密度、檢出限及樣品測(cè)定

以 PCMX 濃度（8.0×10-9～2.0×10-7mol·L-1）為橫坐標(biāo)，以PCMX 的抑制化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度信號(hào)值ΔI（ΔI=I-I0）為縱坐標(biāo)，繪制線性曲線后得到其線性回歸方程為 I0-I=1.8×109c+0.3690，相關(guān)系數(shù) r 為 0.9982。通過(guò)線性方程計(jì)算所得方法檢出限為3.73×10-9mol·L-1。取線性范圍內(nèi) 1.0×10-7mol·L-1的 PCMX 標(biāo)準(zhǔn)溶液，平行測(cè)其化學(xué)發(fā)光信號(hào)值11 次。計(jì)算得到相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為1.12%。取3 份環(huán)境水樣（延河水）靜置過(guò)濾后，取上清液進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)紫外-可見(jiàn)分光光度法進(jìn)行比較，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 環(huán)境水樣中PCMX 含量的測(cè)定結(jié)果（n=5）Tab.2 Determination results of PCMX in river water（n=5）

2.10 化學(xué)發(fā)光機(jī)理初探

實(shí)驗(yàn)利用化學(xué)發(fā)光光譜探究luminol-NCS-Ag-NPs-PCMX 的反應(yīng)機(jī)理。關(guān)閉氙燈，用F-4500 熒光分光光度計(jì)在化學(xué)發(fā)光模式下測(cè)得了3 種不同反應(yīng)的化學(xué)發(fā)光光譜，見(jiàn)圖4。

圖4 化學(xué)發(fā)光體系的發(fā)光光譜Fig.4 Chemiluminescence spectra of the systems

由圖4 對(duì)比譜線2 和譜線3 可以看出，加入AgNPs 可大大催化luminol-NCS 體系的發(fā)光強(qiáng)度；對(duì)比譜線1 和譜線3 可以看到，PCMX 的加入對(duì)納米銀催化的luminol-NCS 增敏體系具有強(qiáng)烈的抑制效果，這也與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。這3 條譜線最大發(fā)射波長(zhǎng)均在425nm 處附近，與luminol 的最大發(fā)射波長(zhǎng)一致，其發(fā)光體均為luminol 的發(fā)光體即三氨基鄰苯二甲酸氫根陰離子（3-AP），AgNPs 在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中充當(dāng)催化劑，僅起到了催化作用。

進(jìn)一步推測(cè)PCMX 的抑制機(jī)理，PCMX 學(xué)名為對(duì)氯間二甲苯酚，因其化學(xué)結(jié)構(gòu)式中含有酚羥基，可與NCS 發(fā)生氧化還原反應(yīng)，酚羥基易被氧化為羰基，故推測(cè)新的氧化產(chǎn)物消耗了一定的NCS，使體系中NCS 溶液的濃度降低，從而抑制了發(fā)光強(qiáng)度，使得原化學(xué)發(fā)光信號(hào)降低。

3 結(jié)論

基于PCMX 可強(qiáng)烈抑制luminol-NCS-AgNPs化學(xué)發(fā)光體系的信號(hào)值，首次建立了快速檢測(cè)PCMX 含量的流動(dòng)注射-化學(xué)發(fā)光分析新方法，該研究拓展了納米銀粒子在分析化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，為環(huán)境化學(xué)發(fā)光分析檢測(cè)提供了新的思路。