（应用化学专业论文）微胶囊荧光猝灭Hg（Ⅱ）的分析及金属纳米颗粒荧光猝灭的研究.pdf

四川大学硕：l 学位论文 微胶囊荧光猝灭h g ( i i ) 的分析及金属纳米颗 粒荧光猝灭的研究 应用化学专业 研究生：谢顺萍指导教师：肖丹 荧光分析法由于有着灵敏度高，选择性好，而且方法简捷，重现性好，取 样量少，仪器设备不太复杂等优点，使其越来越受分析化学工作者的膏睐。本 文主要利用微胶囊荧光猝灭分析h g ( i i ) 以及对金属纳米颗粒荧光猝灭的研究。 众所周知，汞及其化合物属于剧毒物质，可在体内蓄积。它的毒性主要在 于它能影响中枢神经系统，并扰乱血晶素的合成以及引起神经精神的紊乱。因 此对痕量汞的检测越来越引起人们的重视。传统检测h 9 2 + 的方法主要是萃取光 度法，对于萃取光度法来说，它是利用水相中的汞被萃取到有机相中，从而引 起有机相的某种性质发生改变，如其吸光度、荧光强度等发生了变化。尽管这 种方法有一定的灵敏度和选择性，但在萃取过程中会使用大量的有机溶剂进行 萃取，这很容易给环境造成污染，再则萃取过程中两相达到平衡的时间比较长。 因此，建立一种快速、而又避免使用过多有机溶剂对检测水溶液中的汞( i i ) 的方法是很有前景的。微胶囊技术的优势就是在于形成微胶囊时，囊心被包覆 而与外界环境隔离，它的性质能毫无影响地被保留下来。因此，本文合成了酯 溶性的卟啉作为微胶囊的囊心材料来对汞进行定性及定量的检测。这种方法是 把有机溶剂包裹在微胶囊中，避免了对环境造成污染，而且还提高了分析时间。 采用微胶囊法实现了对汞( i i ) 的荧光传感，这种方法是基于不同浓度的汞( i i ) 可以使微胶囊中卟啉的荧光强度发生不同程度的猝灭。此外，微胶囊中卟啉的 荧光被汞( i i ) 猝灭的程度受p h 值影晌，这是由于由明胶制备的微胶囊的等 电点p i = 5 的缘故。当p h 值低于等电点时，整个微胶囊带正电，对汞离子有 塑! ! ! 查兰堡主兰堡垒苎 排斥作用，致使大部分汞不能进入微胶囊中引起微胶囊中卟啉的荧光猝灭；当 p h 值等于或高于等电点，整个微胶囊呈电中性或负电性，汞离子就易进入微胶 囊中猝灭卟啉的荧光。此外还考察了共存离子的影响、稳定性、重现性以及可 逆性。结果表明，该法对h 矿+ 具有很高的灵敏度和选择性，微胶囊只需储备在 干燥器中就能继续使用。目前，尚未见微胶囊法来分析无机金属离子。用同样 的主旨，可选取其他敏感材料作为囊心来分析其他的分析物。我们期望这种微 胶囊方法能在分析领域中成为有用的传感器 另外，本文还研究了基于【r u ( b p y ) 3 1 2 + 荧光猝灭对胶体金、银以及金标抗体 的定量关系。之所以选择【r u ( b p y ) 3 】“作为荧光试剂，这主要得益于【r u ( b p y ) 3 】2 + 有着它一些独特的性质，如：这种物质具有较好的光化学稳定性，消光系数大， 荧光寿命长，s t o k e s 位移大，吸收光谱位于可见光区等。 r u c o p y ) 3 1 2 + 的荧光强 度强烈地被纳米金和银颗粒所猝灭，f o f 会随着纳米颗粒的浓度单调递增。然 而，令人感兴趣的是，f o f 分别与低浓度、中浓度和高浓度的胶体金、银纳米 颗粒的浓度遵循s t e m v o l m e r 方程式这种奇特现象的产生可能是由于不同浓 度的胶体金、银纳米颗粒产生不同的吸收导致f 0 f 与胶体金，银纳米颗粒的浓 度偏离了s t e m v o l m e r 方程。当高浓度的纳米金、银颗粒加入一定浓度的 【r u b y , 2 溶液中，溶液的颜色会发生改变，这会影响到荧光强度的测量但 是在一定时间内，对低浓度的荧光测量是不会产生影响的。同时，采用 【r u ( b p y ) 3 】2 4 - 的荧光被胶体金猝灭来对用纳米金( 1 5 n m ) 标记的抗体进行定量分 析。即使是在抗体浓度很高的情况下。溶液的颜色依然不会发生改变，不会影 响荧光强度的测量。同样，f o f 分别与低浓度( 相对应的浓度范围在0 - 1 1 6 7 m g m l ) ，中浓度( 1 1 6 7 - 2 3 。3 3 m g m l ) 和高浓度( 2 3 3 3 - 4 0 o o l , g m l ) 的金标抗体有 着良好的线性关系线性的标准偏差均到达了0 9 9 ，检测限为0 6 z g m l 。由此 可见，采用 r u c o p y ) 3 1 2 + 的荧光被胶体金猝灭来对用金标抗体进行定量分析是可 行的。同时，这种方法为分析其他金标生物体( 蛋白质、细胞等) 提供一种新 的途径。 关键词：荧光猝灭，微胶囊，h 矿+ ，卟啉，纳米颗粒，免疫分析 四j i i 大学硕士学位论文 a n a l y s i s o fh g ( i i ) b yf l u o r e s c e n c eq u e n c h i n go fm i c r - o c a p s u l e s a n dr e s e a r c ho f m e t a ln a n o p a r t i c l e sb y f l u o r e s c e n c eq u e n c h i n g m a j o r i na p p l i e dc h e m i s t r y g r a d u a t e ：s h u n - p i n g x i e s u p e r v i s o r ：d a nx i a o f l u o r e s c e n c ea n a l y s i sm e t h o dh a sg a i n e dm o l ea n dm o l ei n t e r e s to fa n a l y s t s ， b e c a u s ei th a st h ea d v a n t a g eo fi t sh i g hs e n s i t i v i t y , s e l e c t i v i t y , s i m p l em e t h o d ，g o o d r e p r o d u c i b i l i t y , f e w e ra m o u n t so fs a m p l e ，s i m p l ee q u i p m e n t , e ta 1 t h i sp a p e ri s a n a l y s i so fh g ( ) b yf l u o r e s c e n c eq u e n c h i n go fm i c r o c a p s u l e sa n dr e s e a r c ho f m e t a ln a n o p a r t i e l e sb yf l u o r e s c e n c eq u e n c h i n g i ti sw e l lk n o w nt h a th g “a n di t sc o m p o u n d sa r ec o n s i d e r e dt ob eh i g ht o x i c i t y , w h i c h na c c u m u l a t ei nt h eb o d y i t sh i g ht o x i c i t yi sa t t r i b u t e dt oi t sh a r m f u le f f e c t s o nt h ec e n t r a ln e r v o u ss y s t e m d i s t u r b i n gh a e m i ns y n t h e s i s a sw e l la sc a u s i n g n e u r o p s y c h i a t r i cd i s o r d e r s 1 1 l u s t h e r ei sag r o w i n ga t t e n t i o nb yp e o p l et od e t e r m i n e h g “a tt r a c el e v e l n ec o n v e n t i o n a lm e t h o df o rd e t e r m i n a t i o no fh 9 2 i se x t r a c t i o n s p e c t r o p h o t o m e t r i cm e t h o d ，w h i c hi sb a s e do ne x t r a c t i o no fas p e c i f i ca n a l y t ef r o m w a t e rp h a s ei n t oo r g a n i cp h a s ec a u s i n gac h a n g ei ns o m ep r o p e r t i e s , s u c ha s , a b s o r b a n c e ，f l u o r e s c e n c ei n t e n s i t ye t c a l t h o u g ht h e s em e t h o d sa r eg e n e r a l l y s e n s i t i v e , t h e yn e e dam a s so fo r g a n i cs o l v e n ta se x t r a c t i o np h a s e ，w h i c hc a nc a u s e e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ne a s i l y , a n di tt a k e sl o n gt i m ef o re q u i l i b r i u mo ft w op h a s e s d u r i n ge x t r a c t i o np r o c e s s t h u s , i ti so fi n t e r e s tt od e v e l o pan o v e lm e t h o df o r d e t e c t i n gh g “i na q u e o u sp h a s ew i t hl e s su s eo fo r g a n i cs o l v e n t n ea d v a n t a g eo f m i c r o e a p s u l et e c h n o l o g yi st h ep r o p e r t i e so fc o r eo fe n c a p s u l a t e da n ds e p a r a t i o no f e n v i r o n m e n tc a np r e s e r v ew i t h o u te f f e c tw h e ni tb e c o m e sm i c r o c a p s u l e s ow e m 四川大学硕士学位论文 s y n t h e s i z et h el i p o p h i l i cp o r p y r i na ss e n s i t i v ec o r em a t e r i a l so fm i c r o c a p s u l et o q u a l i t a t i v e l y a n dq u a n t i t a t i v e l yd e t e r m i n em e r c u r y ( i i ) t h em e t h o dc a l la v o i d c a u s i n gp o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n td u et oe n m i c r o c a p s u l a t e do r g a n i cs o l v e n t , a n d i m p r o v e t h ea n a l y t i c a lt i m e w ea d o p t m i c r o c a p s u l em e t h o dc a r r y i n g o u t f l u o r e s c e n c es e n s o rf o rh 孑+ t h em e t h o di sb a s e df i l l h 矿c 趾q u e n c ht h e f l u o r e s c e n c eo fm i e r o c a p s u l ec o n t a i n i n gp o r p h y r i n i na d d i t i o n , t h e d e g r e eo f f l u o r e s c e n c eq u e n c h i n go fm i e r o e a p s u l ec o n t a i n i n gp o r p h y r i ni sa f f c c t e db yp h v a l u e b e c a u s ei s o e l e c t r i ep o i n to fm i c r o e a p s u l ep r e p a r e db yg e l a t i ni s p i = 5 m i e r o c a p s u l e sa r ep o s i t i v e , w h e nt h es o l u t i o ni sa tt h ep hb e l o wi t si s o e l e e t r i ep o i n t m i e r o c a p s u l e sc a nr e p e lt h eh 矿s oh 9 2 + 锄te n t e ri n t om i e r o e a p s u l et oc a u s et h e f l u o r e s c e n c eq u e n c h i n go fp o r p h y r hm i e r o c a p s u l e sa r en e u t r a lo rn e g a t i v e , w h e n t h es o l u t i o ni sa tt h ep h = p i , h 矿c a ne n t e rm i c r o c a p s u l ee a s i l yt oq u e n c ht h e f l u o r e s c e n c eo fp o r p h y r i n f u r t h e r m o r e ，t h ee f f e c to fi n f e r e n c ei o n s ，s t a b i l i t y , r e p r o d u c i b i l i t y , a n dr e v e r s i b i l i t yw a ss t u d i e d t h er e s u l t si n d i c a t em i c r o c a p s u l e m e t h o di sh i g hs e n s i t i v i t ya n ds e l e c t i v i t yf o rh 矿+ m i e r o c a p s u l e s ，w h i c ha r es t o r e d i nad e s i c c a t o r , 啪c o n t i n u et ou s e u pt on o w , t h e r eh a v e b e e nn o r e p o r t so nu s i n g m i c r o c a p s u l e sf o ra s s a y i n gi n o r g a n i ci o n s u s i n gt h es a m eg e n e r a lm o t i ff o rc r e a t i n g m i c r o c a p s u l es e n s o rm a t e r i a l sb u tm i e r o e n c a p s u l a t i n go t h e rs e n s i t i v em a t e r i a l s c o u l dp r o d u c em i c r o c a p s u l e ss e n s o rs e n s i t i v et oo t h e ri n o r g a n i ci o n sa n da n a l y t e s o t h e rt h a nh g w e e x p e c tt h i ss c h e m et ob eau s e f u lm i c r o c a p s u l es e n s o rk i tf o r a n a l y t i c a lf i e l d i na d d i t i o n , w eh a v er e s e a r c h e dt h eq u a n t i t a t i v er e l a t i o n s h i po fc o l l o i d a lg o l da n d s i l v e rn a n o p a r t i c l e sa n da n t i b o d yl a b e l e dw i t hg o l dn a n o p a r t i c l e sb a s e do nt h e 【r u ( b p y ) 3 2 + o ff l u o r e s c e n c eq u e n c h i n g t h ec h o i c eo f r u ( b p y ) 3 “鹞t h ep r o b ei s m a i n l yd u et oi t su n i q u ep r o p e r t i e s ，s u c h 弱，e f f i c i e n tl u m i n e s c e n c e ，r e l a t i v e l y l o n g - l i f em e t a l t o - l i g a n dc h a r g e t r a n s f e re x c i t e ds t a t e ，f a s tr e s p o n s et i m e ，s t r o n g v i s i b l ea b s o r p t i o n , l a r g es t o k e ss h i f ta n d h i g hp h o t o c h e m i c a ls t a b i l i t y t h e f l u o r e s c e n c eo f 【r u ( b p y ) a “i ss t r o n g l yq u e n c h e db yc o l l o i d a lm e t a ln a n o p a r t i c l e s t h ef o fi n c r e a s e sm o n o t o n i c a l l yw i t ht h ec o n c e n t r a t i o no fn a n o p a r t i c l e s h o w e v e r ， a ni n t e r e s t i n gp h e n o m e n o ni sf o u n dt h a tt h ef o rv s c o n c e n t r a t i o no fc o l l o i dg o l d a n ds i l v e rn a n o p a r t i c l e sf o l l o wt h es t e m v o l m e re q u a t i o na tt h el o w , m e d i u m ，a n d 四川大学硕士学位论文 h i 9 4 lc o n c e n t r a t i o n ，r e s p e c t i v e l y t h eq u e e rp h e n o m e n o ni s a t t r i b u t e dt od i f f e r e n t d e g r e ea b s o r p t i o na td i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fc o l l o i dg o l da n ds i l v e rn a n o p a r t i c l e s ， w h i c hm a yr e s u l ti nd e v i a t i n gf r o mt h es t e m v o l m e re q u a f i o mt h ea d d i t i o no f s i l v e ro rg o l dn a n o p a f l i c l e sa th i g h e rc o n c e n t r a t i o ni n t o 【r u ( b p y ) 3 rc a nr e s u l ti n t h ec o l o rc h a n g eo fs o l u t i o n , w h i c hc a ni n f l u e n c et h ef l u o r e s c e n tm e a s u r e m e n ta t h i g h e rc o n c e n t r a t i o no fn a n o p a r t i c l e s b u t i th a sl i t t l ee f f e c to nt h ef l u o r e s c e n t m e a s u r e m e n ta tl o wc o n c e n t r a t i o no fn a n o p a r t i c l e s o nt h ec o n t r a r y ，a n t i b o d y l a b e l e dw i t h g o l dn a n o p a r t i c l e s ( 1 5 a m ) w a s d e t e r m i n e d q u a n t i t a t i v e l yb y 【r u ( b p y ) 3 】n + ，a n dt h ec o l o ro fs o l u t i o ni ss t i l lu n c h a n g e d ，w h i c h 啪ti n f l u e n c e f l u o r e s c e n tm e a s u r e m e n te v e na th i g h e rc o n c e n t r a t i o n a l s o t h ep l o ti sl i n e a ra tt h e l o w ( c o r r e s p o n d i n g t oac o n c e n t r a t i o n r a n g e o fo - 1 1 ，6 7 m m l ) , m e d i u m ( 1 1 6 7 - 2 3 3 3p g m l ) , a n dh i g h ( 2 3 3 3 4 0 0 0p g m l ) c o n c e n t r a t i o no fq u e n c h e r , r e s p e c t i v e l y t h es t a n d a r dd e v i a t i o n so fr e g r e s s i o nl i n e sa r eu pt o0 9 9 t h e d e t e c t i o nl i m i ti sc a l c u l a t e da s0 6 a g m lo nt h eb a s i so ft h e s er e s u l t s ，i ti sf e a s i b l e t oa d o p tf l u o r e s c e n c eq u e n c h i n go f 【r u ( b p y ) 3 rt oq u a n t i t a t i v e l ya n a l y z ea n t i b o d y l a b e l e dw i t hg o l dn a n o p a r t i c l e s a l s o ，t h em e t h o dc a np r o v i d eah c wa p p r o a c ht o a n a l y z eo t h e ro r g a n i s ml a b e l e dw i t hg o l dn a n o p a r t i c l e s ，s u c ha s ，p r o t e i n , c e l l ，e ta 1 k e y w o r d s ：f l u o r e s c e n tq u e n c h i n g , m i c r o c a p s u l e ，h 矿，p o r p h y r i n , n a n o p a r t i c l e s ， i m m u n o a s s a y v 四川i 大学硕士学位论文 1 综述 1 1 徽胶囊在分析化学中的应用 微胶囊技术是当今世界上一种发展迅速、用途广泛而且比较成熟的高新技 术它的优势在于形成微胶囊时，囊心被包覆而与外界环境隔离，它的性质能 毫无影响地被保留下来，而在适当条件下，壁材被破坏时又能将囊心释放出来， 这给使用带来许多便利。如果选用的壁材具有半透性，则液体囊心或水溶性囊 心可以通过溶解、渗透、扩散的过程，透过膜壁而释放出来，而释放速度又可 通过改变壁材的化学组成、厚度，硬度、孔径大小等加以控制。这种具有控制 释放速率功能的微胶囊在化妆品、医药、农药的应用方而特别有用【卅。近年 来，人们利用微胶囊膜对囊心的包覆特性，将油相萃取剂微胶囊化，对一些金 属离子进行富集、分离和回收。传统的液液萃取不仅需要大量的有机溶剂作为 萃取相，这很容易给环境造成污染，而且达到平衡的时间也相对较长，有时可 能会发生乳化现象，产生第三相。这将使分离效率有所降低。为了克服这些缺 点，可将萃取相进行微胶囊化，然后用于萃取微胶囊包覆了萃取剂后，使所 含萃取剂的有机相与被萃取的水相隔开，可避免发生乳化，也不会产生第三相， 另外微胶囊由于颗粒比较小，总的比表面积大，这也使微胶囊具有较高的萃取 效率此外，萃取剂由流动相转化成固体相，使得这种固体化的萃取剂在萃取 操作中可以在填充柱中连续地进行，通过一次操作可以起到多极萃取的作用 如果将微胶囊进行洗脱，就可重复使用。 微胶囊在分析研究中一般都用于萃取分离，并且大多都是分离水相中的金 属离子。微胶囊用于分离过程的优点在于它是球形的半渗透膜，具有较小的分 散体积和较大的表面积，使微小粒子易于穿过薄膜。它能将萃取剂与含待萃取 离子的水溶液隔离开来。其萃取过程如下所示： ( 1 ) 被分析离子从外水相扩散到微胶囊的外表面上： ( 2 ) 被分析离子穿过微胶囊的空隙进入到微胶囊的内表面： ( 3 ) 被分析离子与扩散到微胶囊内表面上的萃取剂分子发生作用，形成 萃合物： 四川大学颈士学位论文 ( 4 ) 由于浓度差的作用，萃合物向内部扩散，而萃取剂分子向微胶囊的 内表面上扩散，最终达到动态平衡。 采用微胶囊萃取后容易实现相分离和物质的回收。近些年来国内外一些学 者研究了用微胶囊分离萃取金属离子。张明祖等人【5 】制备了包覆酰胺类萃取剂 的微胶囊，并用于萃取tt o 2 + 的研究。结果发现所制备的微胶囊经3 次萃取和反 萃取后，微胶囊仍然较稳定。但由于萃取剂与u 0 2 “的络合能力较强，尽管经过 反萃，囊内仍残留有被萃物，降低了囊内外被萃取物的浓度剃度，致使萃取率 逐渐降低。王玉洁等嘲用水相干燥法制备含三正辛胺( t o a ) 的乙基纤维素微 胶囊，制成填充柱型的酸性体系对六价铬的富集进行了研究，并将溶剂液液萃 取法与微胶囊萃取法进行了比较，结果表明：微胶囊填充柱中每毫升的三正辛 胺对六价铬的最大萃取容量为1 5 8 眙几，并且为纯的三正辛胺液相萃取的4 9 倍， 微胶囊经n a 0 h 溶液洗涤后，可再生使用。n i s h i h a m a 等人r 7 j 采用界面聚合的方 法制备了聚苯乙烯一二乙烯基苯共聚成膜包覆的二- - 2 - - 乙基己基磷酸( p i a 一 2 6 g ) 的微胶囊，在用于萃取分离稀土离子时，萃取率可达8 0 ，而传统的液液 萃取p r ，s m ，e r ，n d ，y ，萃取率只有4 0 他们还用微胶囊填充柱分离溶液中 的p r s m ，结果表明从柱子流出的溶液中得到很纯的p r ，而在微胶囊中得到纯度 很高的s m 。y a n g 等珥埔0 备了含二一2 一乙基己基磷酸( p i a - - 2 6 g ) 的微胶囊， 用于c u ( i t ) 的萃取。在同等实验条件下，尽管萃取的c u ( i i ) 的含量与传统 的液液萃取相当，但微胶囊化萃取的时间却不到l o 分钟就可达到平衡。如果微 胶囊经j , 由n a o h 处理，就不会受酸度的影响这可用于在强酸性溶液中的萃取。 由此可见，萃取剂微胶囊化后不仅萃取效率大大提高，萃取时间也相应提高， 而且可以再生使用。 然而，到目前为止，国内外众多学者只注重用微胶囊分离萃取金属离子，而 对于定性或者定量分析金属离子至今仍被忽略。众所周知，传统的萃取光度法， 不管是分光光度法还是荧光光度法，它都是利用一相中( 一般是水相) 的分析 物能被萃取到另一相中( 一般是有机相) ，从而引起另一相某种性质发生改变， 如其吸光度、荧光强度等发生了变化。刘奎敏等人【9 】以氯化三锌基甲基胺的二 甲苯溶液作为萃取剂，在h c i 介质中痕量汞的萃取和用分光光度法对汞进行检 测。汞量在o o 舡g 范围内遵守朗伯一比尔定律张桂香1 1 0 】报道了8 羟基喹啉 与舢“所形成的络合物被氯仿萃取后，在激发光为3 6 5 n m ，发射光峰值波长在 5 0 7 r i m 对海水中的铝进行荧光检测。其荧光强度与该物质的浓度成正比关系。 2 璺型盔竺堡主兰垡堕苎 尽管这种传统的萃取光度法有一定的灵敏度，但在萃取过程中会使用大量的有 机溶剂进行萃取，这很容易给环境造成污染，再则萃取过程中两相达到平衡的 时间也相对较长，就造成整个分析的时间变长因此，可利用微胶囊在萃取分 离中有着与传统液液萃取无法比拟的优点，对采用萃取光度法分析中含有敏感 试剂的萃取剂进行包覆，实现微胶囊对被分析物的传感。另外，微胶囊由于自 身颗粒比较小，总的比表面积大，使得它具有较高的萃取效率，如果用于定量 检测分析物，其灵敏度会大大得到提高所包覆的敏感试剂，可以是水溶性的， 也可以是油性的，这与微胶囊的制备方法不同有关。如果选用水溶性的敏感试 剂作为囊心，则采用油性的高分子聚合物作为壁材，反之亦然囊心与壁材的 溶解性必须是不同的。对于被分析物质不仅仅局限于金属离子，可以扩展到非 金属离子，有机分子，甚至生物体 1 2 汞测定的意义 由于汞化合物的化学特性，可作为制各有机化合物的催化剂、杀菌剂、杀 虫剂、炸药、防腐剂和消毒剂、颜料、防腐料、尸体防腐剂、抗生素、利尿剂、 礼花以及许多其他的用途【1 1 】。可见汞化合物同我们日常生活关系十分密切。但 要知道，其中有很多对人体有害的东西，若使用不当或管理不慎就会造成可怕 的中毒和公害。早在1 5 3 3 年就发生过水银矿山的职业性汞中毒，此后随着汞的 化合物利用范围的扩大，汞中毒事件不断增加，震惊世界的日本“水俣病”就 是由于汞污染水体所引起的。 汞资源的消费量很大，全世界每年大约开采1 万吨汞，约有5 千吨汞流失 掉。由于它的危险性，世界汞消耗量正在下降。许多使用或制造汞及其化合物 的工厂排出肥料或废水中含有大量的无机或有机汞，是造成汞污染的原因成 为有害物质的汞化合物虽然种类繁多，但通常可分为无机汞及其化合物( 含金 属汞和汞离子化合物) 和有机汞化合物( 含芳基汞化合物和烷基汞化合物) 汞 的危害不仅来自含汞的消费品，如牙医用汞制成汞齐补牙，还来自被汞污染的 大气和水体水质受污染后，水中浮游生物不断摄入进入水体的无机汞离子， 在厌氧微生物作用下，可转变成毒性更剧烈的有机汞，并经过水生物食物链累 积作用而浓缩。一般汞进入人体可通过皮肤黏膜、表皮的吸收，呼吸道吸入以 3 璺型查兰堡主兰堡丝苎 及消化道摄入如果人们食用了含汞的鱼类和贝类，汞就转入人体内。就会引 起汞中毒。无机汞以损伤肝脏、肾脏为主，而甲基汞则主要损害神经系统，破 坏蛋白质和核酸，造成不可逆的损伤有机汞的毒性比无机汞大得多，因为有 机汞在脂肪中的溶解度比在水中的溶解度要大，当摄入到人体后几乎全部被吸 收，又不容易较快排出体外，而在体内积累，中毒后基本上是不可逆的。 如上所述，汞化合物所引起的危害是多种多样的，而作为祸根的汞化合物 种类繁多有时汞本身或它的特定化合物会给某个人带来危害，有时则可危害 集体。而且这种危害有的是突然出现的，有的则以持续持染的形式长期存在， 后者为造成慢性中衰的根源。因此，对痕量汞的检测在生物、医学、工业、环 保等1 1 2 1 方面都有着极为重要的意义 1 3 汞的检测方法 1 3 1 分光光度法 分光光度法测定汞，在国外早期的标准方法和我国水质分析标准方法中均 采用双硫腙作显色荆，普遍采用0 0 0 5 o 0 1 的双硫腙四氯化碳或苯等有机溶 剂萃取的分光光度法 t 3 1 。萃取的条件大致相同例如p h 值一般为4 5 ，应用 的掩蔽剂不外乎是e d t a ，硫氰酸铵和醋酸等等。双硫腙与金属离子的水溶液 混合后，形成螯合物，后者溶解在有机溶剂中呈一定颜色。一价汞与双硫腙的 螯合物在弱酸性( 0 1 0 5 n ) 条件下，溶解了四氯化碳或氯仿中，呈橙色( 酮 式络合物) ；在碱性条件下则呈紫红色( 烯醇式络合物) 。另外，二价汞在弱酸性 条件下，溶于四氯化碳或氯仿中，呈黄橙色( 酮式络合物) 。双硫腙也可与其它 重金属离子形成螯合物，它在0 1 - - 0 5 n 的稀酸溶液中，可与银、铜、钒等反 应，故当样品中同时存在着上述金属时，需设法阻止双硫腙与汞以外的干扰金 属形成螯合物。具有这种阻止作用的物质叫做隐蔽剂。在含有s c n 一、c n - 的 弱酸性溶液中，只有汞和铜能与双硫腙发生反应，其余金属均被上述隐蔽剂所 隐蔽；而在含有e d t a 的弱酸性溶液中，铜也被隐蔽。该法灵敏度高，但选择 性差，而且操作繁琐。为了提高双硫腙的反应选择性，合成了一些具有双硫腙 类似结构的偶氮类染料和非偶氮试剂，如三氮烯显示洲1 4 】、三苯甲烷类碱性染 料【堋、醌亚胺类染州1 6 1 、含硫显色剂l r 丌、偶氮显色剂1 1 川及其它类显色剂【1 9 l 与 4 堕型查兰堡圭兰竺堡奎 汞形成离子缔合物的显色反应来直接测定微量的汞。为了提高显色反应的灵敏 度，可使用表面活性剂，这可使一般显色法的灵敏度提高一个数量级利用催 化动力学法还可以测定亚p p m 级的汞 2 0 i ，结合流动注射技术【2 q ，可提高分光光 度法的测定速度现有的分光光度法，摩尔吸光系数一般已达到i 0 4 1 0 s ，但 相对于其它的汞分析法，仍存在灵敏度低、抗干扰能力差、速度慢等缺点 1 3 2 原子荧光法 原子荧光光谱法( a f s ) 作为灵敏度高、操作简单、仪器成本低的监测手段已 经在汞的测定中发挥了很大作用。由于目前a f s 所能测定的大多数元素是易挥发 性的，在样品处理中如何避免这些元素的损失、提高分解效率是a f s 所要解决的 一个问题如何消除a f s 分析中共存元素的干扰，亦是一个关键问题。氢化物发 生中共存元素的干扰机理有三种：干扰离子被还原成金属吸附氢化物使其分解； 分析元素与干扰元素之间的形成化合物；形成金属硼化物等。人们针对不同的 样品采用了不同的干扰消除方法，包括加入络合荆使干扰元素形成稳定的络合 物；分离干扰元素；选择适当反应酸度和还原剂量；加入金属离子作减缓剂； 基体匹配等。 目前，采用原子荧光测定汞普遍都是先消解样品中的汞，使所含汞全部转 化为二价汞，用盐酸羟胺还原过剩的氧化剂二价汞与硼氢化钾反应被还原成 单质汞，由载气( 氩气) 载入石英原子化器，汞原子外层的电子在特种汞空心阴极 灯发出的特定光线照射下被激发跃迁到较高的能级上，并在回到较低的能级时 辐射出荧光，其荧光强度与汞原子的浓度在一定范围成正比。梁立娜等僻1 人采用 此法测定了化工废水中的无机汞和总有机汞无机汞可以直接测定；用过硫酸 钾在沸水浴中加热2 0 m i n 把有机汞转化为无机汞，实现总汞的测定，二者之差 为总有机汞汞的检测限为8 2 n g l 。韦利杭【2 3 j 采用k s r 0 3 k b r h c i 对水样进行 消解处理，冷原子荧光测定了海水中超痕量的汞，检测限可达2 n g l 。郭玉华例 等人首次研究出用粉状巯基棉富集水体中痕量无机汞离子和甲基汞，然后用冷 原子荧光分别测定的方法。该法具有快速富集，快速测定，操作简单等优点， 对测定水背景值或轻污染水体中痕量汞，具有良好的应用前景。检出限甲基汞 为4 2 t 0 , g l ，h 9 2 + 为6 6 x 1 0 5 z g l 。邱海鸥瞵l 等人提出了一种流动注射在线 5 堡型查竺璺主竺些堡奎 离子交换富集一氢化物发生原子荧光光谱法测定水样中总汞的分析方法。该法 操作简便快速，富集倍数达2 5 倍以上，检出限为0 0 0 5 n g m l ，应用于环境中超 痕量汞的测定，获得了满意的结果。r e i s 2 6 1 等人提出了一种基于多变换在线直 接采用原子荧光测定水样中的汞，检测限为1 3n g l v l = 经典连续模式( o 3r i g l ) 要差一点。该法不需要作任何的样品前处理，减少了样品以及试剂的消耗量。 是一种很经济实用的分析方法。 1 3 3 原子吸收法 原子吸收法能定量测定许多金属元素和某些非金属元素，其检测限可达 1 0 * g m l 。由于各种元素的原子结构和外层电子排布不同，不同的原子从基态 激发至第一激发态( 或由第一激发态跃回基态) ，吸收( 或发射) 的能量不同， 因此各种元素的共振线不同，各有其特征性，这种共振线称为元素的特征谱线， 从基态到第一激发态的跃迁最容易发生，因此对大多数元素来说，共振线是元 素所有谱线中最灵敏的谱线。当试样在原子化器中获得能量后，变成原子蒸气； 不同元素从基态到激发态的能量差是不同的，一定元素的共振发射线通常只能 被该元素的基态原子所吸收；共振线被吸收的程度与该元素的含量成正比。原 子蒸气中待测元素的基态原子吸收从光源发出的该元素的共振线使得共振线 变弱，产生吸光度。根据共振线是否被吸收、对待测元素进行定性分析；根据 共振线被吸收产生的吸光度，对待测元素进行定量分析 汞的特点是容易变成蒸气，汞原子蒸汽对波长为2 5 3 ? n m 的紫外光有选择 性吸收，在一定浓度范围内，吸光度与汞浓度成正比样品经过消解后，将各 种形态的汞转变成二价汞，再用氯化亚锡将二价汞还原为元素汞，用载气( n 2 或干燥清洁的空气) 将产生的汞蒸汽带入测汞仪的吸收池测定吸光度，与汞标 准溶液吸光度进行比较定量。由于汞易变成蒸气，因此即使在其它物质存在时， 测定的选择性也比较好。但是，由于汞容易蒸发，所以在试样处理道程中和标 准物质的保存中容易跑掉。按照试样的状态，要采用适当的产生原子蒸气的方 法，并且测定中的物理条件必须充分地调整，特别是蒸气的温度，试样量和与 共有关的必要热量以及与此有密切关系的加热装置，试样送入装置等。 应用冷原子吸收法测定汞的报道较多。冷原子吸收法为非火焰原子吸收两 6 婴型盔兰堡主兰些丝苎 种方法之一，它是将样品中的各种形态汞转化成离子态汞饵套，通过加入还 原剂还原为单质态汞原子，再用载气带入原子吸收池测定的方法；另一种非火 焰法则为无焰原子吸收法，它是直接将样品中的各种形态汞转化成单质态汞， 通过贵金属形成汞齐或冷阱收集，然后加热挥发，用载气带入吸收池测定对 于无焰原子吸收法，现已采用金属铜、镀有金膜的碳棒和活性炭等收集样品在 高温挥发出的单质汞。 在冷原子吸收法中，常用的还原剂为s n a 2 鲫，但也可以用n a b i - 1 4 2 8 1 作还原 剂。使用n a b i - h 具有快速、简便、灵敏、抗干扰强等特点，甚至可直接还原有 机汞。臧平安【四】报道了在较强的盐酸介质中，用硼氢化钠直接还原水样中总汞 进行冷原子吸收的测定，检测下限达到0 0 1 3 p p b 为了提高冷原子吸收法的灵敏度，可以通过减少吸收池的体积，增加吸收池 的长度及将空心阴极灯换成笔灯来实现。另外，通过改变吸收池的形状，采用旋 转混合器、优化载气流速和还原器内气、液两相的体积比也可达到提高灵敏度 的目的。石玮玮p 0 1 等人通过对原子吸收雾化器进行简单改造，使样品和还原剂 以雾化态在雾化器喷口处反应生成原子蒸气，在雾化室中实现气液分离后进入t 形石英管中用原子吸收法测定该法无需添加气液分粒器，原子蒸气生成后直 接进入t 形管中，减少了样品蒸气在水溶液和传输过程中的损失，提高了测定灵 敏度和重现性。对汞的检出限达至t j 8 n g l 。该法操作简单、快速、灵敏度好结 合汞齐技术或是流动注射技术1 3 1 1 ，可使该法灵敏度进一步提高冯新斌【捌等人 采用两次金汞齐一冷原子吸收测定了雨水样品中总汞含量，而且还可以准确测 定雨水中各种形态汞( 活性汞、次活性汞和惰性汞) 的含量。方法的最低检出 限为0 5 n g l ，同时该法为其它天然水体中汞的形态测定提供一种新的手段。 在冷原予吸收光谱测定微量汞时，水蒸气和汞蒸汽同样对2 5 3 7m n 的紫外 光有较强的选择性吸收作用，因