（环境科学专业论文）罗丹明b共振光散射法测定阴离子表面活性剂.pdf

四川大学硕士学位论文 t h ed e t e r m i n a t i no fa n i o n i cs u r f a c t a n t s ( a s f ) w i t hr h o d a m i n e b - a s f s y s t e m b yr e s o n a n c el i g h ts c a t t e r i n gm e t h o d m - a j o r ：e n r o n m e n ts c i e n c e p o s t g r a d u a t e ：y u a nj i n g a d v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f x i ej i a l i a b s t r a c t ： a n i o n i cs u r f a c t a n t s ( a s d ，e s p e c i a l l yd o d e c y l s u l p h o n i ea c i ds o d i u ms a l t ( s d s ) a n dd o d e c y l b e n z e n es u l p h o n i ea c i ds o d i u ms a l t ( s d b s ) ，w h i c ha l ei m p o r t a n ts o r t s o fs u r f a c t a n t sh a v eb e e nr e l e a s e di n t oe n v i r o n m e n ti n l a r g eq u a n t i t y , c a u s e d p o l l u t i o no fw a t e ra n ds o i l s ot h ed e t e r m i n a t i o no fa s fi ne n v i r o n m e n ta r o u s e d m o r ea n dm o r ei n t e r e s t so f r e s e a r c h e r s p r e s e n t l yt h em a i nm e t h o do f d e t e c t i n ga s f i sm e t h y l e n eb l u em e t h o & b u tb e c a u s eo ft h es t r i c tc o n d i t i o n s ，l a r g ea m o u n to f o r g a n i cs o l v e n tw h i c hh a v es o m et o x i c i t ya n dv o l a t i l i t y , a n dh i g hl o d ( 0 0 5 m g l ) ， i to f t e nc o u l dn o td e t e c tt h er e a lc o n t e n to f a s fi nt h ed r i n k i n gw a t e ra n dt h es u r f a c e w a t e r an e wm e t h o dh a sb e e n d e v e l o p e d f o rt h ed e t e r m i n a t i o no fa n i o n i c s u r f a c t a n t s ( a s f ) b a s e do na s fr e a c t i n gw i t hr h o d a m i n ebt of o r mi o na s s o c i a t i o n c o m p l e x e si n b u f f e rs o l u t i o n ，w h i c hr e s u l ti na ni n c r e a s eo fr e s o n a n c e l i g h t s c a t t e r i n g t h em a x i m u mr l sp e a k sa r ea t5 1 8n n l ( s d s ) a n d3 7 3n i t l ( s d b s ) t h e e f f e c to fa c i d i t y , a m o u n to fr h b ，a n dt h ec o e x i s t e n ts u b s t a n c et oe x p e r i m e n t sh a d b e e ni n v e s t i g a t e d t h er e s u l t si l l u s t r a t e dt h a t , t h ec o n d i t i o n si so p t i m u mw h e n p hi s 3 o ( s d s ) a n d3 4 ( s d b s ) ，a n dt h ev o l u m eo fr h bi sl m li nt h es y s t e m i nt h e o p t i m u mc o n d i t i o n st h em e t h o dh a sv e r yh i g hs e n s i t i v i t y , r e g r e s s i o ne q u a t i o no f s d s - r h bs y s t e mi si = 0 7 7 5 c s d s o 7 6 1 i n e a rr a n g ei s0 0 8 0 0 r t g m l , a n d d e t e c t i o nl i m i ti s0 0 2 3 i _ t g m l ；r e g r e s s i o ne q u a t i o no fs d b s - r h bs y s t e mi s i - - 1 6 1 3 c s o a s - - 0 1 6 ，l i n e a rr a n g ei s0 0 - 3 6 0i g m l , a n dd e t e c t i o nl i m i ti so 0 3 8 2 3 四川大学硕士学位论文 1 引言 1 1 共振光散射( r e s o n a n c el i g h ts c a t t e r i n g ，简称r l s ) 技术的发 展j 力史 光散射技术在物理化学、胶体化学和高分子化学研究中具有十分重要的地 位。但在分析化学中尚未得到充分的应用，尤其在荧光测定中散射光常作为一 种干扰源而被消除。 1 9 9 3 年，p a s t e m a c k i l 】等使用普通荧光分光光度计所建立的共振光散射技 术，在研究生物大分子识别、组装和聚集时出现灵敏而丰富的信号【2 - 5 1 。研究表 明，这种信号能十分灵敏地测定生物大分子 6 - m l ，测定的基础是有机染料在蛋 白质、核酸等生物大分子上进行堆积导致强烈的共振光散射增强，共振光散射 的信号增强与生物大分子的浓度具有线性关系。利用这种技术，还可研究有机 染料诱导蛋白剧1 5 1 和核酸分子的构象变化以及核酸超螺旋结构的形成 1 6 - 1 8 1 。有 机染料在核酸分子表面的长距组装也将产生特征的共振光散射光谱【1 9 1 。已有研 究表明，共振光散射技术在分析化学研究中具有广泛前景。 共振散射技术是一项在普通荧光分光光度计上进行测量的光散分析技术， 在普通的荧光分光光度计上选择合适的激发和发射通带宽度，采用相等的激发 和发射波长同时扫描激发和发射单色器所得的同步光谱( 即旯= 0 ) 即为散射粒 子的共振散射光谱。 共振散射从它最初被预见i 驯到第一次发现【2 1 1 经历了4 1 年。早已发现，散 射光步并不是浑浊溶液的特有现象，各向同性的透明介质也有光散射。1 9 1 0 年， 爱因斯坦( e i n s t e i n ) 首先用宏观波动理论对后者进行了准确描述，以后关于光散 射理论和应用研究的文章不断。以前，光散射主要用在大分子( 生物大分子) 的 结构及分子量测定等物理性质方面，由于光散射实验可以提供有关粒子大小、 形状等方而的信息，所以光散射技术在胶体化学和高分子溶液研究方面有了广 泛的应用。但在分析化学领域，散射光常常作为分析测定中的影响因素需采取 措施加以避免或减小。 m i l l e r 等首先于1 9 7 8 年用宏观波动理论对在吸收附近的瑞利光散射进行理 论处理田j 。在此基础上，a n g l i s t e r 和s t e i n b e r g 进行了修正，以包括溶质最大吸 收的散射光 2 3 l 。上述理论不仅与大量实验事实相吻合，而且为研究溶质分子聚 四川大学硕士学位论文 集状态奠定基础。1 9 8 7 年，朗庆勇和李连仲最早使用荧光分光光度计进行瑞利 光的测赳2 4 1 ，遗憾的是未系统深入地进行研究，1 9 9 3 年p a s t e r n a c k 等人【1 】首次 用共振光散射技术对卟啉类化合物在核酸上的聚集进行了研究，以至国际上普 遍认可的是p a s t e r n a c k 于1 9 9 3 年首次使用荧光分光光度计建立了共振光散射技 术，这种技术在研究生物大分子识别组装和聚集时显示出灵敏而丰富的信号 瞄。j ，由此揭开了光散射技术在分析化学方面应用的序幕并使光散射技术逐步 成为仪器分析方面的重要补充。 1 2 共振光散射的研究 i 2 1 光散射现象 光散射现象广泛存在于光与粒子的作用过程中，是指当光通过介质时在人 射光方向以外的各个方向上所观察到的光现象。它是电磁辐射与物质间相互作 用的表现形式，源于光电磁波的电场振动而导致的分子中电子产生的受迫振动 所形成的偶极振子。根据电磁理论，振动着的偶极振子是一个二次波源，它向 各个方向发射的电磁波就是散射波。光散射与介质的不均匀性有关，除了真空 之外的其它所有介质都有一定程度的不均匀性，从而产生散射光，只是由于介 质中粒子大小不同，产生不同种类的散射。当介质中粒子直径d 远大于入射光 波长( 五0 ) 时，产生的散射可看成是反射和折射；如果介质中粒子直径与入射光 波长相近，便产生了丁达尔( t y n d a l l ) 散射；如果介质中粒子很小，如d 2 0 2 时， 便产生以瑞利y i e 噜h ) 散射为主的分子散射 2 7 1 。分子散射是由于分子热运动 造成的局部密度涨落引起的。分子散射比t y n d a l l 散射要弱得多，但是，即便 十分纯净的液体和气体都能产生分子散射】。根据入射光和散射光波长的不 同，光散射又可以分为弹性光散射、非弹性光散射和准弹性光散射，其中弹性 光散射又称为经典散射或静态散射1 2 7 1 。r a y l e i g h 散射是d 2 0 2 的弹性散射， 浑浊介质的t y n d a h 散射和透明介质的分子散射都是弹性散射；发射光波长与 入射光波长不同的r a m a n 散射是光与分子振动交换能量的非弹性散射，而布 里渊( b r i l l o u i n ) 散射是由于热声波引起的非弹性散射 2 9 1 。对多原子分子或基团， 荧光是高能电子激发态跃迁到电子基态中的各振动转动态产生的电子振动跃迁 而形成的宽带发射谱，所以在共振光散射测定中，荧光将产生干扰。对于入射 光频率和发射光频率仅有微小差别的准弹性散射，是由于散射质点不停的作 b r o w n 运动所引起的多普勒效应使散射光频率以入射光频率为中心而展宽，即 动态光散射圆。共振光散射，主要涉及到共振r a y l e i g h 散射，但还有d y n d a h 散射、荧光和动态光散射，其成分的多少这取决于散射粒子的大小、激发与发 射波长和仪器的狭缝宽度【2 9 】。 1 2 2 瑞利光散射的理论基础 8 0 年代以前关于瑞利光散射的理论和应用都集中在没有吸收的波长范围 内，此时光散射强度与z 4 成正比。实际上所有的吸收过程都与光散射紧密相 连，总有极少量的被吸收的光又以光散射的形式发散出来，这个现象被称为“共 振增强的瑞利光散射”。m i l l e r _ 【z 2 等人首先于1 9 7 8 年用宏观波动理论对最大吸 收附近的瑞利光散射进行了理论处理，在此基础上，a n g l i s t e r 和s t e i n b e r g 进行 了修正，以包括溶质最大吸收处的散射光 2 3 1 ，上述理论不仅与大量实验事实相 吻合嘲【3 0 - 3 4 1 ，而且为研究溶质分子的聚集状态奠定了理论基础。 瑞利光散射理论认为：当一束单色光通过均匀各向同性的透明介质时，散 射光的强度与丑。成正比，但当入射光接近分子的吸收带时，散射光强度将会 增强而偏离与五。的对应关系，即产生共振增强的瑞利光散射。散射起因于溶 液的浓度涨落，而浓度涨落直接与浑浊度f 。相关，f 。表示为【2 3 l 飞c = 3 | 2 记0 f 己n ，蚤c ) 2 + l 己k ，奄c 1 2 l1 ( ! ) 0 c 3 蹙n 、。 ( t ) 其中z 是入射光波长，c 是溶质的摩尔浓度，行是介质的平均折光指数。a 为 a v o g a d o 常数。o n o c 和a k l o c 分别为浓度涨落引起的折射指数的实部( r e a l p a r t ) 和虚部( i m a g i n a r yp a r t ) 的增量( 每lm o l 溶质) ，每个粒子都有一个散射截 面s 。，它表示各方向上光散射能量与入射光强度之比，f 。与光散射可建立如 下关系： = n 5 s 。 ( 2 ) 式中为单位体积内散射粒子数。综合方程( 1 ) 和( 2 ) ，散射截面可表示为 8 时的结果：厚度为上的样品的吸光度为 a = 2 3 n 7 s 如j 巳= k c ( 5 ) 上述关系式( 3 5 ) 清楚的表明了光散射与吸收过程的密切关系只有当吸收 过程存在并符合一定条件时，才会因吸收能量的参与而产生特殊的瑞利光散一 共振光散射，此时扰如= 2 3 0 3 e 2 u n l 4 ：, r 。但当介质透明时，a k l c a c 为零，而 产生的是没有吸收能量参与的普通瑞利光散射。两者的差别仅在缸项，当 测定波长矗固定下来以后，n 和占( 摩尔吸光系数) 为常数，又因 锄昆= 一2 3 2 0 矿3 , , 1 0 2 由r o j 挚 1 3 0 1 ，故可看出孤，和锄均只受a 和s 影响，故也为常数。从而为常数。由公式( 5 ) 可知( 其中足为常数) ，样品的 吸光度a 只与单位体积内散射粒子数j r 有关，也即与生物大分子的浓度c 有 关。故散射强度与生物大分子浓度c 成正比，这便是瑞利光散射定量的基础。 9 四川大学硕士学位论文 1 2 3 共振光散射技术的原理 根据宏观波动理论，分子散射源于折光指数( 坍) 的涨落，而折光指数可以 分为实部和虚部两个部分 2 2 1 ，即m = 胛jk ，其中，l 是溶液的折光指数，k 是吸 光系数，在分子吸收带附近与波长和摩尔吸光系数的关系与分子在整个波长范 围的吸收有关，可用k r o n i g - k r a m t e r s 方程来表利3 0 】 瞎咄+ 2 耳：j r 。- 辫出 式中行。为纯溶剂的折光指数，c 是溶液的摩尔浓度，五。为入射光和散射光波 长，a 是整个分子吸收带中的任意研究波长，占( 五) 为所研究波长处分子的摩尔 吸光系数。与疗不同的是，构成m 的k 仅与吸收带相关的分子量子跃迁有关， 它与摩尔吸光系数占( ao ) 的关系为： 奄：2 3 0 3 6 7 ( , l o ) c 2 0 ( 7 ) 露2 1 f u7 这样就得到表征体系光散射特征的瑞利比( r a y l e i g hr a t i o ) ，在与入射光成9 0 。角 处检测，瑞利比大小为 3 0 1 ： 。 r = 璺q 辫【( a 疆归c ) 2 + ( a r a c ) 2 c ： ( 8 ) 式中 是a v o g a d r o 常数，a n a c 和戤分别是1 0 m o l l 溶液中表示折光指 数实部和虚部的增量，c 是表示光散射增加的c a b a n n e s 因子。引入门和k ，可 得 屁= 幽鲁逝蹦糌】2 + 等) g 因此，如果入射光波长远离分子吸收带，则a k l o c = 0 ，如果d 2 0 旯o ，则所获 得的光散射光谱主要决定于折光指数的实部，散射光强度遵从r a y l e i g h 散射定 律，即散射光强度与波长的四次方成反比【2 8 1 ： 四川大学硕士学位论文 ，；警掣( 乒再m i o 0 0 ) 丁o i 了覆7 其中，为散射光强度，o 为入射光强度，旯为入射光和散射光波长，为单位 体积内粒子数目，v 是一个粒子的体积，疗l 和疗。分别表示散射相和介质的折光 率。如果入射光波长接近于分子吸收带，o k l a c 0 ，即除折光指数的实部对光 散射有贡献外，虚部也具有相当大的贡献，特别是吸收带强烈时贡献更大，将 产生共振r a y l e i g h 光散射增强，增强与分子吸收带中电子跃迁有关。不过，此 时所获光散射强度还比溶剂的散射强度低l 2 个数量级，以致于要求激光作激 发光源和使用高浓度有机染料 3 0 1 。但是如果分子形成了聚集物，便产生强烈的 共振r a y l e i g h 光散射增强，即使使用普通荧光分光光度计都能检测到【1 巧1 。值 得注意的是由于分子同时吸收入射光和散射光，因而在分子的最大吸收处常得 到较低的光散射强度。 根据式( 7 ) 所示的占与k 的关系，折光指数的虚部与分子吸收光谱具有相似 的形状，相反由式( 8 ) 的k r o n i g k r a m e r s 积分，折光指数的虚部与分子吸收带 分布的高能区和低能区有关。在分子吸收带的高能区，虚部的贡献是正的，而 实部是负的，二者相消；而在低能区，二者同为正号【3 5 1 ，因而在通常的共振光 散射光谱中，最大共振光散射信号常位于共振吸收的低能区，从而在严格意义 上讲，可能获得前共振光散射光谱( p r e r e s o n a n c el i g h t - s c a t t e r i n gs p e c t r u m ) z 1 2 2 。 值得注意的是，式( 9 ) 考虑的是分子散射，即主要是从共振r a y l e i g h 散射增 强的角度出发的。实际上，从目前的研究中，我们还没有确定散射粒子大小是 否满足d 1 3 时，长距组装表现为紫移的减色效应和荧光 猝灭1 6 8 1 。利用共振散射信号还可以推导出有机染料与生物大分子的结合数目。 p a s t e r n a c k 等认为散射光谱与分子的激发离域( d e l o c a t i o no fe x c i t a t i o n ) 和粒子的 大小密切相关【”马春琪和魏永巨等的研究表明，共振光散射光谱是否有特征 散射峰取决于有机试剂在所研究的波长范围内是否存在特征的分子吸收。 马春琪等 3 6 1 认为p a s t e m a c k 和黄承志等人的研究表明：并不是任何一种聚 集状态都能产生共振散射光增强，只有那些可以生成聚集状态、聚合粒子非常 大且具有较大的摩尔吸光系数的颗粒，才能导致共振散射信号增强。小分子r l s 1 9 四川大学硕士学位论文 增强的两个必要条件是：( 1 ) 大颗粒散射体的生成；( 2 ) 强静电结合数所导致的高 度的电子离域化。 西南师范大学是国内最早系统深入地研究共振散射光谱的单位。刘绍璞等 研究认为离子缔合物的形成使得静电引力，疏水作用导致分子问电荷转移以及 反应前后分子大小差异所致【5 6 朋l 。使用共振光散射技术测定e v i s t a 片中雷络昔 芬的含量，r r s 强度在0 - 6 3m g l 的范围内与雷络昔芬的质量浓度成正比； 方法灵敏度高，对雷络昔芬的检出限为1 0 9 肛g l ，而且选择性，稳定性俱佳【7 0 j 。 广西师范大学蒋治良根据研究结果认为：共振散射光谱可以分为r a y l e i g h 共振散射和非线性共振散射，非线性共振散射包括分频共振散射( 如二级散射) 和倍频共振散射( 如反二级散射) 。共振系指纳米微粒的界面电子与光子的共振 较大粒径微粒和超分子及其界面的形成是产生共振散射( 增强) 的根本原因 r 7 1 郴l 。通过对液相a g 、a g a g c l 、t i 0 2 纳米粒子、c o f e 2 0 4 纳米粒子、碳纳米 微粒、钯纳米微粒、二氧化锰纳米微粒、淀粉、明胶、聚丙烯酰胺高分子以及 烟雾等的共振散射光谱进行研究 7 1 - 8 8 】，得出液相纳米粒子和超分子的粒径、形 貌、吸光特征、光源检测器以及同步扫描速度等是影响共振散射光谱的主要因 素。利用共振散射技术研究磷钼杂多酸与蛋白质的反应：三氯乙酸与蛋白质( 酪 蛋白、明胶、，球蛋白、h a s 、b s a ) 形成缔合微粒；s i 饼、鼬“和 如四一形 成的三元杂多酸与罗丹明b 作用形成四元缔合物；银( i ) 与苯羟乙酸光反应； 银胶与结晶紫( c v ) 的作用。根据灵敏的共振散射信号，建立起测定蛋白质合成 样和人血清样品、测定钢样中的硅，废水中的银，结果令人满意i 站删，这一新 方法在生物分析化学，生物无机化学和半导体光催化研究领域有着重要的用途。 在酸性介质中，有机染料分子常有明显的吸收峰、荧光峰、极谱峰，由于 静电引力和疏水作用，络合阳离子常与质子化有机染料形成缔合分子，缔合分 子间存在较强的分子间作用力和疏水作用而形成缔合纳米微粒，产生较强的特 征共振散射峰，同时，有机染料的吸收峰、荧光峰、极谱峰降低或消失，有机 染料的颜色发生变化【2 ”。一些水溶性有机溶剂如乙醇、甲醇、丙酮等的加入可 使带色的纳米微粒变色或减色，体系的同步散射峰和共振散射峰消失。研究结 果表明，纳米粒子的形成是其共振散射增强、荧光猝灭、产生特征共振散射峰 和减色效应的根本原因【9 5 棚l 。用超分子界面能带理论解释了纳米粒子的颜色与 删川大学硕士学位论文 粒径的关系，建立并验证了共振散射强度函数阻1 0 6 1 提出了分频共振散射和倍频 共振散射原理，预测和解释纳米粒子、超分子、细胞、细菌等非线性共振散射 实验结剥1 0 4 4 0 9 1 ；梁宏等则首次应用共振散射技术结合平衡透析法研究了，一与 人血清白蛋白( h s a ) 或牛血清白蛋白( b s a ) 的结合平衡1 1 1 0 1 。 早在1 9 7 5 年，b a u e ：2 1 l 等就开始了分子吸收体系的光散射研究，从理论和 实验两方面都取得了一定的成绩。但他使用的是特制的激光激发光散射仪器。 而现在的共振光散射技术在普通的荧光仪上进行，虽然方法简单，但其实质与 激光激发的光散射本质是否相同，所获得的共振光散射光谱与染料分子的结构 有何关系等都还需要进行大量研究【2 9 】。 p a s t e m a c k i l 2 1 最初使用普通荧光光度计获得了共振光散射光谱，为普及推 广光散射在分析化学中的应用打下了良好的基础。不过，式( 1 3 ) 表明仪器的性 能和工作条件对所获信号有很大的影响。比如，狭缝宽度不同，可能因为光谱 变宽而导致所获的共振光散射光谱略有不同，这是由于共振光散射光谱中存在 动态光散射成分，对共振光散射的散射本质未做深入研究，怎样从光散射的本 质出发研究散射光强度与散射粒子浓度的关系尚有待进行。如果狭缝宽度太小， 虽然有可能得到较为纯净的共振r a y l e i g h 散射增强信号，但氙灯发出的能量不 高，检测信号减弱。另外，使用较大的狭缝宽度对精细光谱的测定不利，因此， 要很好的研究共振光散射光谱与分子结构之间的关系，尤其是关于光谱精细结 构的研究，必须使用大功率的激发光源，如果激发光源功率大，能量高，就可 在较小的狭缝进行光谱精细结构的研究。 1 4 2 发展前景 作为抗癌药物的筛选手段：化学药物是治疗癌症的主要手段之一，共振光 散射技术已广泛应用于蛋白质、核酸的研究，但是新药与d n a 作用的研究甚 少i z ”。通常情况下细胞d n a 是体内抗癌药物作用的主要靶标，药物与d n a 作用后抑制d n a 进一步复制，从而抑制癌细胞的恶性增殖。研究证实，体外 与d n a 作用的药物在一定程度在体内也能与d n a 作用，即药物与d n a 作用 在体内与体外具有一致性【川l 。因此在体外首先进行药物筛选在理论和实践上都 很有意义。目前抗癌药物的筛选主要有荧光法【纠1 4 1 。与此相似，应用共振光 2 i 四川大学硕士学位论文 散射技术，在体外研究药物与纯粹d n a 的作用，研究药物对d n a 的构象变化 等对药物的抗癌活性筛选具有十分重要的意义。 作为基因诊断手段：由于共振光散射技术具有很高的灵敏度，可能在核酸 分子杂交和基因诊断中有一定的用途，随着仪器的发展，可能会出现共振光散 射免疫分析技术和时间分辨共振光散射技术，这为进一步提高基因片断及核酸 分子杂交的检测灵敏度展示了广阔的应用前景1 2 9 1 。 许多能用分光光度法测定的探针染料也有可能用于r l s 法测定。对于在水 溶液中无颜色变化的且用通常仪器检测不出来的探针反应，也可通过r l s 法检 测。从而扩大了生物大分子测定的探针范围，为蛋白质，核酸与小分子的机理探 讨提供了一个重要的研究手段。 共振光散射法己被用于分子聚集状态的研究，它可以为理解复合体系的化 学活性、生物活性及药理活性与体系组分的分子聚集状态的关系提供一个检测 和表征，使光散射技术成为化学研究的一种新兴手段。 光散射技术的测定灵敏度很高，可达纳克级，从而为生物化学及临床分析 样品的微量分析测定提供了一条新的途径。 光散射分析实验只需普通的荧光分光光度计，试剂易得，加之该方法操作 简单易行，故有利于对大批量样品的测定，因此便于在各实验室中推广。 分析化学以其先进的设备和灵敏的分析手段而起着联系化学与生物学、物 理学的纽带作用，而光散射法有望成为分析化学仪器方法的重要补充。 1 5 阴离子表面活性剂的测定方法 1 5 1 阴离子表面活性剂 表面活性齐u ( a n o n i cs u r f a c t a n t , a s f ) 在工业和日常生活中的应用越来越广 泛，除了用于家庭和工业洗涤剂、化妆品和实验室，还用于石油、农药、金属 加工等方面。随着表面活性剂排入废水中的量的增加，导致江河、湖泊和海洋 等的水质污染的问题日益严重。阴离子表面活性剂的使用占表面活性剂总产量 的4 0 以上，阴离子表面活性剂进入水体后聚集在水和其它微粒表面，产生泡 沫或发生乳化现象，从而阻断水中氧气的交换，导致了水质的恶化，并对水生 生物造成危害。因而，对环境水样中的阴离子表面活性剂进行检测已成为环境 网川大学硕士学位论文 监测工作的一项基本任务。 在阴离子表面活性剂中最具有代表性的3 类物质是直链烷基苯磺酸钠 ( l a s ) 、烷基苯磺酸钠( a b s ) 和烷基硫酸钠( a s ) 。其中使用最广泛的是十 二烷基苯磺酸钠( s d b s ) 和十二烷基磺酸钠( s d s ) 。 i 5 2 测定方法 阴离子表面活性剂的分析测定中，使用的堡壅查鎏星垩里堡坌堂堂鏖法 1 1 5 1 。近年来，分析工作者在检测阴离子表面活性剂的方法上做了大量的研究工 作，不断探索新的测定方法，常用的分析a s f 的方法有：两相滴定法6 m 7 1 、 电位滴定法1 1 1 s | 、萃取分光光度法【1 1 9 1 2 0 、水相分光光度法t 2 4 1 、荧光分析【1 2 5 1 2 6 1 以及流动注射电位法【1 2 ”2 8 1 。 1 5 2 1 两相滴定法 两相滴定法的原理是基于阴、阳离子表面活性剂混合时可发生定量沉淀反 应。在一定p h 条件下，用一种染料作为指示剂，一种有机溶剂作为萃取剂， 用阳离子表面活性剂滴定水中阴离子表面活性剂，阴、阳离子表面活性剂形成 离子缔合物而沉淀，到达化学计量点时，过量一滴，阳离子表面活性剂与染料 生成离子缔合物，该缔合物不溶于水相，而溶于有机相呈现一定的颜色，即达 到了滴定终点。如苋菜红两相滴定法测定水中阴离子表面活性剂【l ”。 1 5 2 2 电位滴定法 由于阴、阳离子表面活性剂混合生成沉淀物时，溶液电导率将发生变化， 即使c 8 以下的低碳链阴，阳离子表面活性剂混合时虽没有沉淀物生成，但溶 液电导率也发生变化，因此可以利用溶液电导率变化作为滴定指标终点来测定 阴、阳离子表面活性剂的浓度。 1 5 2 3 萃取分光光度法 萃取光度法是利用阳离子显色剂与阴离子表面活性剂发生缔合反应，将缔 合物萃取至有机相后在可见光区特定波长下测量吸光度进行定量。常用的阳离 子显色剂有亚甲蓝、罗丹明b ，孔雀绿和碱性藏红等。赵燕等1 3 0 1 采用亚甲蓝分 四川大学硕士学位论文 光光度法对水中阴离子表面活性剂进行了测定，并通过不同萃取方法的比较， 从而简化操作步骤，提高了工作效率。 1 5 2 。4 水相分光光度法 水相直接显色光度法是利用缔合物与阳离子显色剂吸收光谱的差异进行测 定近年来人们对阴离子表面活性剂的水相直接显色光度法进行了研究，探讨 了各种显色反应的适宜条件以及光度测定的最佳条件，并将改进方法应用于直 接测定河水、生活废水等环境水样中微量阴离子表面活性剂的测定。 1 5 2 - 5 荧光分析法 荧光分析法是利用有机染料与阴离子表面活性剂反应形成离子缔合物，萃 取后进行荧光分光光度法测定。 1 5 2 6 流动注射电位法 一 流动注射分析( f l o w e c t i o n a n a l y s i s ，v i a ) 是一种易于实现实时、在线分析 的自动分析系统，在流动注射电位法测定阴离子表面活性剂时，流通池由涂膜 阴离子表面活性剂电极与甘汞电极组装，根据不同的电位得到测量结果。 各种滴定法虽然有较高的准确度和精密度，但只适用于常量分析。对于痕 量测定荧光分析法研究的体系不多，应用不够广泛目前采用较多的萃取一分 光光度法和水相显色分光光度法，前者选择性较好，灵敏度高，共存离子干扰 相对较小，吸光度稳定，但操作较为繁琐，必须采用氯仿、甲苯等有毒溶剂进 行萃取。后者稳定性、重现性尚不够理想，而且多数灵敏度尚不能完全满足痕 量分析的要求。特别是对于阴离子表面活性剂含量低、组分较为复杂的环境分 析，尚需研究灵敏度更高，选择性更好，更为简便的分析方法。 共振瑞利散射是一种高灵敏度和简便的分析技术，它曾用于阳离子表面活 堡型竺型塞! ! ! ，但x 3 理宴乏；埂望趔焚! 蓦迥壅鍪乏。陈飒等在弱酸性介 、一 v ，_ 、，、- ，、 质中，用乙基紫( e v ) 共振光散射法测定阴离子表面活性剂，检出限分别为 1 1 腭几十二烷基苯磺酸钠( s d b s ) 和2 7 0m g l 十二烷基磺酸钠( s d s ) 【”2 1 。 四川大学硕士学位论文 鉴于e v 对于十二烷基磺酸钠( s d s ) 的检出限较高，我们试图找到一种 物质共振散射测定s d s 和s d b s 都能达到较好的效果，实验表明，用r h b 共 振散射测定s d s 和s d b s 结果令人满意，且检出限分别达到0 0 2 3p g m l 和 0 0 3 8v g m l 。 2 2 药品及试剂 罗丹明b ( r h o d a m i n eb ，简称r h b ，沈阳市试剂三厂) 溶液；配置成浓度 为1 o 1 0 - 2 m o l l 溶液，实验时稀释至1 o x l 0 m o l l 。 十二烷基磺酸钠( 简称s d s ，长征分析试剂厂) 标准溶液：1 0m g m l 的标 准溶液，准确称取0 1 0 0 0 9 干燥的s d s ，加适量水溶解，定容于1 0 0m l 。 十二烷基苯磺酸钠( 简称s d b s ，上海化学试剂厂) 标准溶液：1 0r a g r a n 的 标准溶液，准确称取o 1 0 0 0 9 干燥的s d b s ，加适量水溶解，定容于1 0 0m l 。 b r i t t o n r o b i n s o n 缓冲溶液( 简称b - r 缓冲溶液) ，按照分析化学手册 第一分册3 3 7 页的方法配制：a 液为1 2 5 m o l l - 1 混合酸( 3 9 2g h 3 p 0 4 + 2 4 0 9 乙酸+ 2 4 7 9 h 3 8 0 3 ) ，b 液为0 2m o l l n a o h ，按照不同比例混合，参照分 析化学手册第一分册3 4 5 页表3 2 4 。 试剂均为分析纯，实验用水均为二次蒸馏水。 四川大学硕士学位论文 2 3 仪器工作原理图 f i g 2 1t h es c h e m a t i cd i a g r a mo f r f - 5 4 0f l u o r e s c e n c es p c c t r o m e w 图2 1r f 5 4 0 荧光分光光度计工作原理图 由氤灯光源发射出的光束被聚焦并导入激发单色器。单色器入射狭缝后设 置一分束板，使部分入射光束射至调制检测器。调制器前设置一个光能补偿器， 用来防止狭缝宽度调大时引起太强的光线照射调制检测器。调制检测器的信号 通过位于解调一边的输入端输送至分配器。激发单色器所留下的大部分光束被 大口径的凹面光栅色散，使得特定波长的光线射出狭缝，出射光束被聚焦并照 射于样品，样品的荧光被发射单色器色散后照射于光电倍增管。光电倍增管所 检测到的信号通过放大器放大后输送到分配器的计数器，并在该处被调制电信 四川大学硕士学位论文 号所分配。此法所获得的信号用来补偿光源光强度变化所带来的影响。 2 4 仪器参数 具有除臭氧结构的光源室，涂有s i 0 2 膜椭圆聚光镜，异面全息凹面衍射光 栅分光器：衍射光栅条为9 0 0 条m m ：波长扫描范围为2 0 0 1 0 0 0i - l m ；波长测定 范围为2 0 0 7 0 0h i - f i ：谱带宽为2 、5 、1 0 、2 0r i m 4 档切换，波长精度为2r i l l ， 扫描速度档切换，荧光分光光度器为异面全息衍射光栅分光器：衍射光栅条为 9 0 0 条r i m ；波长扫描范围为2 0 0 1 0 0 0n m ；波长测定范围为2 0 0 - 7 0 0n n l ，谱带 宽为2 、5 、1 0 、2 0 、3 0 、4 0 n m 六档切换；波长精度为2 唧；扫描速度为5 档 切换；扫描时问为6 档切换；信号噪声比为s n = 1 0 0 。 2 5 实验方法 在2 5m l 具塞比色管中依次加入2m l ( s d s 体系用p h3 0 ，s d b s 体系用 p h3 4 ) 的b r 缓冲溶液，一定量的s d s 和s d b s 标准溶液，lm i 浓度为 1 0 x 1 0 - 3 m o f l 的罗丹明b 溶液，振荡均匀、定容，将溶液以无。= 丸进行同步 扫描，得到共振光散射光谱图，然后在5 1 8n m ( s d s 体系) 或3 7 3n m ( s d b s 体系) 处测定溶液的共振光散射强度，。 四川大学硕士学位论文 2 6 结果与讨论 2 6 1r h b - - s d s 体系的共振光散射光谱 在p h = 3 0 0 的b - - r 缓冲溶液，i m l 浓度为1 o x l o - 3 m o l l 的罗丹明b 溶 液，并且九= on n l 条件下同步扫描s d s 和罗丹明b 体系的共振光散射光谱( 图 1 1 ，由图可见，体系空白的光散射强度比较弱，但是加入阴离子表面活性剂s d s 混合之后共振光散射强度大大增强。在3 3 2 、3 7 2 、5 1 8a m 处分别出现明显的 共振光散射峰，由于5 1 8n m 处共振光散射峰最大，所以本实验将5 1 8n n l 共振 光散射峰作为定量分析的波长。荧光光度计的激发和发射狭缝宽度均为5 衄， 纵坐标为5 ，灵敏度为2 。 03 5 04 0 04 5 05 0 05 5 0 加m c s d s ：l ：0 0p g m l ：2 ：2 0 0p g m l ：3 ：4 0 0p g m l ；4 ：6 0 0i t g m l , 5 ：8 0 0p g m l 图2 2 罗丹明b - - s d s 体系的r l s 光谱图 。 f i g2 2r e s o n a n c el i g h ts c a t t e r i n g ( r l s ) s p e c t r ao f t h es y s t e mr h b - - s d si nt h ed i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o no fs d s 网川大学硕士学位论文 2 6 2r h b s d b s 体系的共振光散射光谱 在p h = 3 4 2 的b - - r 缓冲溶液，lm l 浓度为1 o 1 0 q m o l l 的罗丹明b 溶 液，并且a x = 0n m 条件下同步扫描s d b s 和罗丹明b 体系的共振光散射光谱 ( 图2 ) ，由图可见。体系空白的光散射强度比较弱，但是加入阴离子表面活性 剂s d b s 混合之后共振光散射强度大大增强。在3 3 2 、3 7 3 、5 0 8n m 处分别出 现明显的共振光散射峰，由于3 7 3n n l 处的共振光散射峰增强最大，所以本实验 将3 7 3n m 共振光散射峰作为定量分析的波长。荧光光度计的激发和发射狭缝 宽度均为5n l n ，纵坐标为5 ，灵敏度为2 。 i u c s d b s * i ：0 0l u g m l ；2 ：1 2 0p g m l 3 ：2 0 0p g j m l ：4 ：2 8 0p g m l , 5 ：3 6 0p 咖l 图2 3 罗丹明b - - s d b s 体系的r l s 光谱图 f i g2 3r c s o n a n c l i g h ts c a t t e r i n g ( r l s ) s p e c t r ao f t h es y s t e mr h b - - s d b si nt h ed i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o no fs d b s 四川大学硕士学位论文 2 6 3 反应条件的选择 2 6 3 1 反应酸度的影响 在波长分别为5 1 8 、3 7 3n n l ，lm l 浓度为1 0 x1 0 - 3m o l l 罗丹明b ，并且 s d s 和s d b s 的离子浓度分别为4 0i l g m l 和2 0i g m l 的条件下，测定了不同 p h 的b r 缓冲溶液对共振光散射强度的变化，如图3 。由实验结果发现，当酸 度为3 o o 时s d s r h b 体系的共振光散射强度最大，而对于s d b s ，当酸度为 2 2 0 - - 4 3 4 之问变化不大，且p h 为3 4 2 时s d b s r h b 体系的共振光散射强度 最大，因此我们测定s d s 和s d b s 时分别选用3 0 0 和3 4 2 控制酸度。 图2 4 反应酸度分别对r h b - - s d s 体系和r h b - - s d b s 体系i r l s 的影响 f i g 2 4e f f e c to f d i f f e r e n tp ho ni r l so f r h b - - s d sa n dr h b - - s d b ss y s t e m 图2 5r h b 用量分别对r h b - - s d s 体系和r h b - - s d b s 体系l l u s 的影响 r i 9 2 5 e f f e c t o f v o l u m eo f i t l l bo n i m s o f r h b - - s d sa n d r h b s d b ss y s t e m 3 2 2 6 3 3 稳定剂的影响 试验发现s d s - - r h b 体系的共振光散射强度将随时间的推移呈下降趋势， 而s d b s - - r h b 体系的共振光散射强度却相对稳定，至少可以稳定9 0 r a i n 。分 别试验了聚乙烯醇，甘油、o p ( 烷基酚聚氧乙烯醚) 及乙二醇对体系的稳定作 用，发现聚乙烯醇、o p 的加入将降低体系的共振光散射强度；乙二醇和甘油 不仅会降低体系的共振光散射强度，而且体系的散射光强度峰位发生偏移，因 此实验测定s d s 时采取边配制边测定的方法，而s d b s 采取反应2 0 m i n 后测定 的方案。 2 6 4 阴离子表面活性剂的标准曲线 在最佳实验条件下，测定了不同浓度的阴离子表面活性剂与共振光散射强 度的对应关系，测定数据见图2 6 、2 7 ，表2 1 。 图2 6r h b 。s d s 体系标准曲线 f i g 2 6s t a n d a r dc u r v eo f r h b s d s 图2 7r h b s d b s 体系标准曲线 f i g 2 7s t a n d a r dc u r v eo f r h b s d b s 表2 1a s f - r h b 体系分析参数 t a b 2 1t h ea n a l y t i c a lp a r a m e t e r so f a s f - - r h b s y s t e m s 四川大学硕士学位论文 2 6 5 共存物质的影响 在优化的实验条件下，试验了当s d b s 的