（环境科学专业论文）共振光散射光谱法在水环境监测中的应用研究.pdf

中， c d 2 . 与 s 2 一 反 应形成憎液溶胶体系， 可大大增强 体系的 共振光散射强 度。 通 过实验确定了 适宜的反应条件及共振光散射强度与锅浓度之间的关系。 研究发 现，在 x = 4 7 6 n m处，共振光散射强度最大，并且增强的共振光散射强度与福浓 度成良 好的 线 性 关 系， 线 性 范围 为0 .0 - 2 0 .如 g / m l ， 相 关系 数r - 0 .9 9 9 5 ， 检出 限 为6 .3 3 x 1 0 -3, cg /m l , r s d 在1 .2 % - 1 .4 % 之 间 ， 样 品 加 标 回 收 率 为9 8 .8 0 % - 1 0 2 .3 0 % . 该方法用于测定合成样品中 锡的含量， 其精密度和灵敏度均优于紫外可见分光光 度法，且其测量结果与原子吸收法相比 较，令人满意。 本文应用共振光散射光谱法测定环境水样中的阴离子表面活性剂时， 基于在 b - r缓冲溶液中，罗丹明b与阴离子表面活性剂 ( a s f ) 产生明显的共振光散射 增强 效 应， 建 立了 一 种 测定 阴 离 子 表面 活 性剂 ( s d s 和s d b s ) 的 新方 法。 实 验 发 现对于s d s 和s d b s ，最大共振光散射峰分别位于5 1 8 n m和3 7 3 n m处，检测限 分 别 为0 .0 2 3 , g / m l ( s d s ) 和0 .0 3 即g / m l ( s d b s ) ， 该 法测 定 合 成 样和 环 境 水 样中阴离子表面活性剂含量，灵敏度高、操作简便、快捷，回收率为 9 4 .0 % 一 1 0 5 .0 % ， 与亚甲 蓝法相比， 结果令人满意， 可用于实际环境水样中阴离子表面活 j性剂的测定。 另外， 本文还研究了生物大分子蛋白质与有机染料的相互作用， 并用共振光 散射光谱法测定了人血清中白蛋白的含量，取得了满意的效果。 关键词:共振光散射光谱法;共振光散射比浊法; 环境水样分析; 铅离子; 福离子:阴离子表面活性剂;蛋白质;应用 o n a p p l i c a t i o n o f r e s o n a n c e l i g h t s c a t t e r i n g i n wa t e r e n v i r o n me n t a l mo n i t o r i n g ma j o r e n v i r o n m e n t a l g r a d u a t e s t u d e n t w a n g x i a o - h o n g mi t o r l i s h u - we i t h e a rt i c l e c o n c l u d e d r e s e n t r e s e a r c h a c t u a l i t y a n d h i s t o ry i n r e s o n a n c e l i g h t s c a t t e r i n g( r l s) f i e l d , re s p e c ti v e l y i n t r o d u c e d t h e i m p o r t a n t a c h i e v e m e n t i n t h e o r e ti c a l r e s e a r c h a n d t h e w o r k i n a p p l i c a b l e r e s e a r c h i n r i s f i e l d . t h e a r t i c l e a l s o d e e p l y s t u d i e d t h e d e t e r m i n a t i v e m e t h o d s o f p l u m b u m, c a d m i u m a n d a n i o n i c s u r f a c t a n t s ( a s 日 i n e n v i r o n m e n t a l w a t e r s a m p l e s b y r l s a n d b u i l d e d n e w c o r r e l a t i v e a n a l y ti c a l m e t h o d s . t h e a rt i c l e a l s o u s e d r l s t o s t u d y o t h e r w o r k i n t h e c o r r e l a t i v e f i e l d s . f u rt h e r m o r e , t h e a rt i c l e a l s o s t u d i e d t h e c o m b i n a t i v e n u m b e r o f p r o t e i n a n d b i o l o g ic a l d y e s t u ff c o n g o re d i n d i ff e r e n t p h b - r s u ff e r s o l u t i o n a n d g a v e t h e c o m b i n a t i v e m o d e l o f b i o l o g i c a l b i g m o l e c u l a r a n d d y e s t u ff ,t h a t w a s s c a t c h a r d m o d e l , a n d u s e d m o l e r a t i o m e t h o d t o a c q u i r e t h e c o m b i n a t i v e n u m b e r o f p r o t e in a n d c o n g o r e d . t h e a rt i c l e u s e d r l s t o d e t e r m i n a t e p l u m b u m i n e n v i ro n m e n t a l w a t e r s a m p l e s , o n b a s i s o f e n h a n c e d e ff e c t w i t h p l u m b u mo i ) - b s a - c o n g o r e d s y s t e m , n e w m e t h o d o f d e t e r m i n i n g p l u m b u m ( ii ) w a s f o u n d e d . t h e o p t i m u m r e a c t i o n c o n d i t i o n s a n d t h e q u a n t i t a t i v e r e l a ti o n s h i p s o f t h e i n t e n s i t i e s o f r i s t o t h e c o n c e n t r a t i o n o f p l u m b u m w e r e e s t a b l i s h e d . t h e r l s i n t e n s i t y a t 5 7 5 n m w a s r e s p e c ti v e m a x i m u m a n d p r o p o r t i o n a l t o t h e c o n c e n t r a ti o n o f p l u m b u m .t h e m e t h o d w a s s i m p l e a n d r a p i d w i t h a d e t e c t i o n l i m i t o f 0 .3 5 助g / m l a n d a l i n e a r r a n g e o f 0 .0 - 7 .伽g / m i .i t h a s b e e n a p p li e d t o t h e d e t e r m i n a t i o n o f p l u m b u m i n w a t e r w i t h s a t i s f a c t o r y r e s u l t s i n c o n t r a s t w i t h a t o m i c a b s o r p t i o n m e t h o d . b as e d o n p b 2 a n d c r 2 0 7 2 - to f o r m h y d r o p h o b ic s o l s y s t e m w h i c h e n h a n c e s t h e r l s i n t e n s i t y o f t h i s s y s t e m , r e s o n a n c e li g h t s c a t t e r i n g t u r b i d i m e t ry ( r l s t ) d e t e r m i n a t e d p l u m b u m i n e n v ir o n m e n t a l w a t e r s a m p l e s . t h e o p t i m u m c o n d i t i o n s a n d t h e q u a n t i t a t i v e r e l a t i o n s h i p s w e r e e s t a b l i s h e d . t h e r l s i n t e n s i t y a t 4 9 7 n m w a s r e s p e c t i v e m a x i m u m a n d p r o p o r ti o n a l t o t h e c o n c e n t r a t i o n o f p l u m b u m .t h e d e t e c t i o n l i m i t w a s 0 . 0 5 加g / m l a n d . l i n e a r r a n g e w as 0 . 1 - 1 .伽g / m l . i t h a s b e e n a p p l i e d t o t h e d e t e r m i n a t i o n o f p l u m b u m i n w a t e r w i t h s a t i s f a c t o ry r e s u l t s i n c o n t r a s t w i t h a t o m i c a b s o r p t i o n m e t h o d . t h e a rt i c l e u s e d t h e me t h o d t o d e t e r mi n a t e c a d mi u m i n e n v i r o n me n t a l wa t e r s a m p l e s b as e d o n c d 2 a n d s 2 t o f o r m h y d r o p h o b i c s o l s y s t e m . t h e o p t im u m r e a c t i o n c o n d i t i o n s a n d t h e q u a n t i t a t iv e r e l a t i o n s h i p s w e r e s t u d i e d . a r e s o n a n c e l i g h t s c a t t e r i n g p e a k a t 4 7 6 n m w as f o u n d a n d w a s p r o p o r t io n a l t o t h e c o n c e n t r a t io n o f c d z .t h e l in e a r r a n g e w a s 0 .0 - 2 0 .0 ,u g / m l w i th t h e d e t e c t i o n l im it o f 6 .3 3 x 1 0 3 u g /m l f o r t h e c d 2 .t h e r s d a n d r e c o v e r y w as 1 . 2 % - 1 .4 % , 9 9 . 8 0 % - - 1 0 2 .3 0 % r e s p e c t i v e l y . t h e m e th o d w a s s im p l e a n d r a p i d a n d s e n s i t iv e . i t h a s b e e n a p p li e d to th e d e t e r m i n a ti o n o f c d z o f in e n v i r o n m e n t a l w a t e r s a m p l e s a n d t h e re s u l t w a s s a t i s f a c t o r y i n c o n t r a s t w i t h a t o m i c a b s o r p t i o n m e t h o d . t h e a r t i c l e u s e d t h e m e t h o d t o d e t e r m i n a t e a n i o n i c s u r f a c t a n t s ( a s f ) i n e n v i r o n m e n t a l w a t e r s a m p l e s , a n e w m e t h o d h as b e e n d e v e l o p e d b as e d o n a s f r e a c t i n g w i t h r h o d a m i n e b t o f o r m t h e i o n as s o c i a t i o n c o m p l e x e s i n p h 3 . 0 ( s d s s y s t e m) o r p h 3 .0 ( s d b s s y s t e m ) b u f f e r s o l u t i o n , w h i c h r e s u l t e d i n i n c r e a s e o f r e s o n a n c e l i g h t s c a t t e r i n g i n t e n s i t y . t h e m a x i m u m r l s p e a k s w as a t 5 1 8 n m f o r r h b - s d s c o m p l e x a n d 3 7 3 n m f o r r h b - s d b s c o m p l e x , r e s p e c t i v e l y .t h e m e t h o d h a d h i g h s e n s i t i v i t y a n d t h e d e t e c t i o n l i m i t s w e r e 0 .0 2 3 ,u g / m l f o r , s d s a n d 0 .0 3 8 , g / m l f o r s d b s .t h i s m e t h o d w as a p p l i e d t o t h e d e t e r m i n a t i o n o f a n i o n i c s u r f a c t a n t s i n s y n t h e s i z e d w a t e r s a m p l e s a n d e n v i r o n m e n t a l w a t e r s a m p l e s w it h a r e c o v e r y fr o m 9 4 .0 % t o 1 0 5 .0 % a n d c o m p a r e d w i t h m e t h y l e n e b l u e m e t h o d w i t h a s a t i s f a c t o ry r e s u l t . t h i s m e t h o d w a s s i m p l e a n d q u i c k t o d e t e r m i n a t e a n i o n i c s u r f a c t a n t s i n e n v i r o n me n t a l wa t e r . b e s i d e s ,- t h e a r t i c l e a l s o u s e d r i s t o s t u d y p r o t e i n - c o n g o r e d s y s t e m a n d p r o t e i n - x y l e n o l o r a n g e s y s t e m a n d d e t e r m i n a t e h u m a n s e r u m p r o t e i n w i t h s a t i s f a c t o ry r e s u l t s . k e y w o r d s : r e s o n a n c e l i g h t s c a t t e r i n g ( r i s ) ; r e s o n a n c e l i g h t s c a t t e r i n g t u r b i d i m e t ry (r i s t) ;e n v i r o n m e n t a l w a t e r s a m p l e s ; p l u m b u m,c a d m i u m ; a n i o n i c s u r f a c t a n t s( a s f ); p r o t e i n ; a p p li c a t i o n 共振光散射光谱法在水环境监测中的应用研究 1前言 据调查， 全世界有半数以 上的国 家和地区缺乏饮用水， 特别是第三世界国家， 其中， 有媒体报道指出， 中国有四分之一的人口 在饮用不符合卫生标准的水， 因 此，“ 水污染”已 成为中国 最主要的水环境问 题。 据监测数据显示，目 前全国多 数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染， 且有逐年加重的趋势， 咸潮等自 然灾害还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。医学也己明确认 定， 饮用不符合卫生标准的水将会影响心血管系统和加重肾脏的压力， 特别是对 患有高血压、 心脏病、 糖尿病的人群危害更大。 根据各地环保局的调查显示， 被 很多业内专家沉重地称为“ 最后一道防线” 的自 来水， 如今也是频频告急。 例如， 2 0 0 4 年2 月中旬到3 月2日，四川化工股份有限公司在进行投料试生产时，在 试生产过程中， 因尿素生产系统产生的工艺冷凝液没有经过水解塔有效处理， 而 使大量高浓度氨氮废水直接排放， 流入沱江， 造成沱江流域， 发生特大水污染事 故， 近百万人的生活用水受到直接影响。 中国环境科学研究院专家赵章元研究员 在接受记者访问时也沉重的说:“ 在我国平原地区，目 前要寻找出一块未被污染 的地下水地段， 竟成了一件很不容易的事情。多年形成的地下渗漏污染， 连同地 表 水的 不 断 恶 化， 积累了 大奎育 毒 污 染 物。 而 且 越 是 经 济 发 达地 区， 其有 毒 物的 种类和数量往往也越多， 在目 前地下水管理制度尚未健全阶段， 对人体健康的威 胁也会越来越大” 可见，目 前水环境状况日 趋恶化， 水体使用功能不断下降， 加剧了水资源的 紧张状况。 这种情形使得环境分析中的水环境监测任务更加重大， 因此， 通过对 水质进行监测，以 便准确、 及时、 全面反映水环境质量的现状及发展趋势， 为水 环境管理、污染源控制、水环境规划等提供科学依据， 就显得尤为重要。而在对 水质进行监测时， 主要包括对水环境现状的监测和对水污染程度的监测， 通过监 测希冀能达到以 下的主要目 的: ( 1 ) 通过分析地表水体的污染物质，以 所得数 据对地表水体及其地下水源的 污染程度进行监测， 从而掌握水质的现状及其变化 趋势; ( 2 ) 通过分析生产过程、生活设施及其它排放源排放的各类废水的污染 物质，为污染源管理和排放收费提供依据; ( 3 ) 通过对环境污染事故的应急监 测，为分析事故原因、判断事故危害提供依据，并对事故处理提供一定的建议: ( 4 ) 通过水环境分析所提供的 数据和资 料， 为国 家 政府部门 制订环境保护法规、 共振光散射光谱法在水环境监测中的应用研究 标准和规划提供依据，从而促进环境保护和管理工作的 顺利开展; ( 5 )通过提 供基础数据和手段， 更好地实施环境质量评价、 预测预报及环境科学研究 1 1 在水质分析的众多指标中， 有毒金属元素铅、 锅的检测历来是非常重要的内 容。 这两种金属元素对人体健康的危害极大， 铅可通过与蛋白 质分子中的疏基结 合， 抑 制多 种 酶的 活 性， 引 起人体肾 机能 障 碍 和贫 血 2 1 ， 并 破 坏 人体 免 疫 和 神 经 系统 3 1 . 锯可 积蓄 在人体中， 对人的肾、 肺、 肝、 骨 骼及血液系统均可产生 毒性 4 5 。 此外，测定阴离子表面活性剂在生活废水中的含量也是水环境监测的一项 重要工作。这是因为，如果它大量排入水体之中，会造成水面不易消失的泡沫， 并大量消耗水中的溶解氧， 严重影响水体质量， 同时也对城市污水处理工程的现 行工艺带来严重的影响，降低了污水处理的效能。因此， 铅、 锡和阴离子表面活 性剂在水中的含量受到了国家有关部门的高度重视， 在我国地面水环境质量标准 g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 中 6 ， 也 对 上 述 几 种物 质的 含 量 做了 明 确的 规 定. 可 见， 对 水体中 铅、 福和阴离子表面活性剂的含量进行监测具有极为重要的现实意义。目 前的环 境分析 及监测方法， 如光 度 法7 - 1 2 1 、 电 化学方 法1 1 3 , 1 4 1 和 色谱法 1 5 等， 己 在铅、 锅 和阴离子表面活性剂的定量分析中发挥了重要的作用。 但是， 由于环境水样的组 成相当复杂， 并且多数污染物含量低， 存在的形态各异， 所以， 在分析测定之前， 要进行适当的预处理， 以得到满足测定方法要求的样品。 通常， 水样预处理的主 要方法是分离和消解，其中分离方法有过滤法、蒸发与蒸馏法、 沉淀分离法、 溶 液萃取法、离子交换法等;消解方法有硝酸或盐酸消解法、王水消解法、硝酸- 硫酸消解法、 硝酸一 高氯酸消 解法等。 这些预处理方法繁琐， 耗时，从而使得分 析工作变得复杂， 越来越不能适应环境检测快速、高效的要求。 此外， 随着工业 发展， 社会进步， 人民生活水平的 提高， 人们对水质要求也不断提高，因而， 进 一步提高铅、 锅和阴离子表面活性剂分析方法的的灵敏度、 选择性、 稳定性以 及 简化样品的预处理过程等，已成为水环境分析的紧迫任务。 现代科技的快速发展使具有高灵敏度的各种分析仪器不断涌现， 大量新的分 析方法随之建立， 这为研究环境水样中铅、 锅和阴离子表面活性剂的分析方法创 造了良 好条件。 而共振光散射光谱法就是在这种背景卞出 现于2 0 世纪9 0 年代初， 这种方法具有仪器简单、 分析速度快、 灵敏度高、 选择性好等优点， 现己 广泛地 应用 于生 物大分子、 无机离 子、 纳 米粒子的 分 析测试等各个方 面 1 6 .2 2 1 共振光散射光谱法在水环境监测中的 应用研究 本课题研究的共振光散射光谱法在水环境监测中的应用研究正是在这样的 背景下提出的。 本文首先以 共振光散射光谱法为手段， 研究了 铅一 b s a - 刚果红体系、 铅 ( i i ) 与重铬酸钾 形成的 憎液溶 胶体系、 c d 2 . 与 s 2 - 反 应形成的 憎液溶 胶体系和阴 离子 表面活性剂一 罗丹明b体系的共振光散射光谱，利用这些体系建立了四种相应的 分析方法。 研究发现，当把铅、锡、阴离子表面活性剂加入这些体系后，就会极 大地增强整个体系的共振光散射强度， 且它们的加入浓度在一定范围内与增强的 共振光散射强度成正比， 由此而建立了测定铅, 锅和阴离子表面活性剂的新方法。 而且，本研究也采用这一方法实测了环境水样中的铅、锡和阴离子表面活性剂， 试图为进一步扩大共振光散射光谱法的应用作出了一些重要的贡献。 其次， 本文也试图对共振光散射光谱法的理论作了一些研究。 共振光散射光 谱法的理论一直受到国内外众多研究者的关注， 但是至今尚 未对共振光散射光谱 的散射本质作出令人满意的解释， 其光谱数据所代表的结构信息， 所获得的共振 光散射光谱与染料分子结构的关系等问题的 基础理论研究工作还远不能令人满 意。 因 此， 本 研究 利 用 共 振 光 散 射 光 谱 法 测 定了 不同p h 条 件 下蛋白 质与 生 物 染 料刚果红的结合数，对这些问题的解决做了一点粗浅的尝试. 此外， 本文也继续本课题组的 研究工作， 采 用新 型光谱染 料探针， 研究了 利 用共振光散射光谱法测定蛋白 质的新方法。 本文所研究的测定铅、 锡和阴离子表面活性剂的 共振光散射光谱法， 为水环 境分析提供了一个灵敏度高、选择性好、操作简便、样品预处理简单的新方法， 从而为进一步完善测定铅、 锡和阴离子表面活性剂的国家标准方法提供了实验依 据。 同时， 本文通过研究蛋白 质与有机染料的 相互作用， 成功的测定了 人血清中 白蛋白的 含量，并对共振光散射光谱法的理论作出了一些有意义的探索。 共振光散射光谱法在水环境监测中的 应用研究 2共振光散射光谱法及水环境监测的概述 2 . 1水环境监测方面的 研究概况 在环境水质监侧中， 铅和锅都是严格控制的生物毒性元素， 它们一旦进入生 物体内 则不易排出， 从而导致积累性中毒，对肝和肾的危害尤为严重 2 . 2 4 。因 此在环境水质监测中建立灵敏而准确的铅锅检测方法具有重要的意义。 目 前测定 水质中 铅 和 锡的 方 法 较多， 有 双 硫 踪分 光光 度 法2 5 -2 8 1 、 原 子 吸收 法 2 9 -3 3 、 电 位 溶 出 法 3 4 . 3 5 、 极 谱 法 3 6 , 3 7 、 原 子 荧 光光 谱 法3 8 . 3 9 和 共 振 光散 射 光谱 法 4 0 . 4 1 等。 其 中双硫踪分光光度法被定为测定铅和锡的国家标准分析方法， 该法利用铅、 偏与 双硫腺生成鳌合物， 用氯仿萃取分离后， 于最大吸收波长处测量吸光度， 方法具 有准确度高、 重现性好、 适用范围广等优点，已 被作为基层单位经常采用的国 家 标 准分 析 方法。 但是 该 法 操 作 繁琐、 费 时， 难以 准确 控 制最 佳的p h 值范围， 且 使用氰化钾、 氧仿等剧毒物质， 给操作员带来潜在的危险。 因双硫膝分光光度法 的以 上缺点， 现正逐步被分析速度快， 用样量小， 灵敏度高的原子吸收法所取代。 目 前测定铅和锡的原子吸收法主要有石墨炉一原子吸收法、 加热浓缩一火焰原子 吸收法、 萃取色层一原子吸收法、 氢化物发生一原子吸收法等， 但利用原子吸收 法测定铅和锡时， 因仪器价格昂贵， 终端处理要求高， 而不能为中小型实验室所 接受。针对这一问 题， 现在出现了电位溶出法，该法用于测定水中的铅、锡时， 具有操作简单、 灵敏度高、 重现性好等优点， 且仪器价格便宜，测试成本较低， 己 在基层单位推广。 同时， 因原子荧光光谱法和极谱法灵敏度极高， 现在己 被用 于 痕 量 铅 和 福的 测 定， 检 测限 均 可 达到 纳克 级。 此 外， 王 丹 14 0 1等 研究了 铅一 碘 化 物一罗 丹明6 g体系的 共振光散射光谱， 利用共振光散射光谱法成功的测定了自 来 水 中 的 痕 量 铅 ， 其 检 出 限 可 达3 .5 x 1 0 - 加 g /rn l ; 韩 志 辉 等 4 1 1结 合 疏 基 棉 分 离 富 集方法， 建立了 一种 测定 水中 痕量 锅的 共 振光散 射光谱 法， 检出 限为2 0 . 1 1 n 以 m l e 因此， 共振光散射光谱法与前述测定铅和锅的双硫踪分光光度法相比， 简单、 快 速， 样品不需进行复杂的预处理，且检出限更低，灵敏度更高。 随着洗涤剂的大量使用， 阴离子表面活性剂己成为生活污水中的主要污染物 之一， 当 其进入河流后， 会形成泡沫覆于河面， 改变水质感官性状， 消耗水中溶 解氧， 影响水生物和鱼类的生长。 所以， 阴离子表面活性剂己成为当前水污染中 最重要的 指标之一 4 2 。 目 前水中阴 离子表面活性剂常 用的 测定 方法 有分光光 度法 共振光散射光谱法在水环境监侧中的 应用研究 14 3 1高 效 液 相色 谱 法 (4 4 1滴 定 法 14 5 1 、 荧 光 分 析 法 4 6 1和 共振 光散 射 光谱 法 4 7 1等。 其中亚甲蓝分光光度法因其操作简便， 被定为测定阴离子表面活性剂的国家标准 分析方法， 该法基于阳离子染料亚甲 基蓝与阴离子表面活性剂作用， 生成蓝色的 离子缔合物，该离子缔合物可被三氯甲 烷萃取，用分光光度计在波长 6 2 5 n m处 测定三氯甲烷的吸光度， 此法用于水质中阴离子表面活性剂的测定， 具有很好的 灵 敏 度和 准 确 度， 线性 范围 为2 .0 m g / l - 0 .0 5 m g / l ， 最 低 检出限 量为0 .0 0 6 m g /l . 但该方法选择性差， 干扰物质多， 有机硫酸盐、 磺酸盐、 梭酸盐、 酚类以 及无机 的硫氰酸盐、 硝酸盐和氯化物等均对该法产生不同程度的正干扰. 因此，国内外 学者开始深入地对阴离子表面活性剂的测定方法进行了 研究， 出现了高效液相色 谱法、 滴定法和荧光分析法等方法， 其中高效液相色谱法采用了 微径液相色谱柱 进行分离， 提高了检测能力， 使流动相流速降低， 可节省大量试剂， 具有良 好的 分析结果， 但高效液相色谱法需要有专用设备， 分析成本很高。 而荧光光度法因 其具有极高的灵敏度和较好的选择性，现已被用于测定痕量阴离子表面活性剂， 检 出 限 可 达0 .8 n g / m l 。 此 外 ， 陈 飒 等 (4 7 1利 用 共 振 光 散 射 光 谱 法 成 功 的 测 定 了 阴 离 子 表 面活 性 剂( a s f ) ， 检出 限 分 别 为: 十二 烷 基 苯 磺酸 钠( s d b s ) 1 . 1 ,u g / m l . 十 二 烷基 硫 酸 钠( s d s ) 2 .匆g / m l 和十 二 烷 基磺 酸 钠( s l s ) 2 7 伽g /m l 。 该 法 与 测定阴离子表面活性剂常用的亚甲 基蓝分光光度法相比，方法更简单、更快速， 且不需要复杂的样品处理过程，己成功地测定了环境水样中的阴离子表面活性 齐 u 。 2 .2共振光散射光谱法概述 现代科学技术的突飞猛进， 使分析测试工作面临着更多、 更复杂的课题， 因 而，寻找简单、快速、灵敏的分析方法已 成为必然趋势。而共振光散射光谱法 ( r e s o n a n c e l ig h t s c a t t e r i n g .简 称 r l s ) 因 其 所 具 有的 仪 器 简 单、 分 析 速 度 快、 灵敏度高、 有较好的选择性、 可以提供丰富的光谱信息等优点正符合了这种要求， r l s 现已 成功地应用于分析化学， 环境科学，生命科学和材料科学等领域。 2 .2 . 1 共振光散射光谱法基本原理 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 共振光散射光谱法在水环境监测中的应用研究 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 a 7 ,.=0 n m)即为 散射粒子的共振光散射光谱 ( r l s ) 4 8 1 ， 它是一种新型的分子光谱，自 从 1 9 9 3 年问 世以 来， 国内外许多学者对其理论体系进行了广泛的研究， 提出了一些理论 模 型。 p a s te m e c k 等 4 9 1 认为 共振 光散 射 光 谱与 粒 子的 大 小 密 切 相关; 马 春 琪 等 s o l 认为大 颗粒散 射体的 生 成是共振光散 射增强的 一个 必要条件; 蒋治良 等5 1 认为 较 大粒径微粒和超分子界 面的 形 成是产生共振光散 射增强的 根本原因: 李原芳 等1 5 2 1 认为 共 振 光散 射 主要 涉及 到 共振 瑞 利散 射， 但 还 有d y n d a l l 散 射、 荧 光 和动 态 光 散射， 其成分的多少取决于散射粒子的大小、 激发与发射波长的位置以及仪器的 狭缝宽度等。 在定 量 理 论 基 础方面， 刘 绍 璞 等 15 3 1 根 据 宏 观 波 动 理 论， 指出 分 子散 射光 源 于 溶液折光指数的涨落， 并且进一步在限 制条件下 用瑞利散射定量方程解释了r i s 定量分析的原理(5 4 1 ， 其表达式如式2 - 1 所示。 2 4 g 3 nv 2 z 4 (牛李了 ) 2 1., 2 ) 0 n + 刀 。 ( 2 - 1 ) 其中i 为散射光强度，1 0 为入射光强度， i 为入射光和散射光波长。 n为单 位体积内 粒子的 数目 ， v是一个粒子的体积， n ， 和 n o 分别表示散射相和介质的 折射指数。 如果入射光波长接近分子吸收带， 便会使共振光散射强度增强。 此时共振光 散射强度和散射粒子浓度间关系可表示为式2 - 2 0 i = i 0 8 0 0 0 ( 2 .3 0 3 ) 2 a v n 2 3 d a 4 n ,前 兴,2 留 ( 2 - 2 ) 假定 k = 1 o 8 0 0 0 ( 2 .3 0 3 ) 2 . x v n 2 3 凡 4 凡 ( . 1 ; , e(a)d.1， ，e 2 ( a. ) l 月一 . - - 气 尸 -1 十- 甲 一 - ; -卜 p r , a, 2 _ a 2 一 4 x a - 则有 i = kc ( 2 - 3 ) 当 测定条 件一定， k为与 散 射粒子体 积冈、 均 匀介质的 平均折光系数 ( n ) 和入射光波长 ( . 和x 0 ) 有关的常数. 式2 - 3 可作为共振光散射光谱法的定量基 础。 共振光散射光谱法在水环境监测中的 应用研究 黄承志等5 5 则 把共 振光散 射光谱归 属于同 步荧光光谱而利用同 步发光方程 来解释定量分析的基本原理。 因此共振光散射光谱法应遵循荧光分析的基本定量 关系式5 6 ，即荧光强度与吸收光强度成正比， 如式2 - 4 所示。 i f =4 d i a = (d ( l a -h ) ( 2 - 4 ) 式中中是荧光物质的量子产率， i a 是吸收光的强度， i t 是透过的光强度， 根 据朗伯一比耳定律: a=e l c ( 2 - 5 ) i t = i p . 1 0 - a = 1 0 .1 0 - e l c ( 2 - 6 ) if= oj . (1 - 1 0 - d c ) 一 0 1 0 (i 一 e 一 2 3.l ce - )( 2 -7 ) 式2 - 7 用级数展开，得到式2 - 8 i f = 01 1, 1 1 一 1 + 2 .3 dc + c ) 2 ( - 2 .3 e l ) + ( - 2 .3 el c ) + 2 ! 3 1 . . . . 1 ( 2 - 8 ) 在低浓度的溶液中，一般 e l c = 0 . 0 5 xo时，荧光强度与浓度有线性，得到式 2 - 9 . i f =2 . 3 (d i a e l c =k l c ( 2 - 9 ) 因 共振光散 射光谱可以 看成同步荧光， 所以， 同步荧光强度还应该是激发波 长x e x 和发射波长x e m的函数，即: i ( x e x k e m) = k c l e x ( a e x ) e m ( 7 t,e m ) 2 - 1 0 ) e x 为 激发光 谱的 强 度分布， e m 为发 射光谱的 强度分 布， 当h e x = x e m = k 时， 得到共振光散射的强度，如式2 - 1 1 所示 i = k c l e x ( e x ) e m ( x e m ) ( 2 - 1 1 ) 他们认为，这种共振光散射光谱的优点在于既利用了化合物的吸收特征， 又 利用了 化合 物的 荧光发射 特征。 因 此， 共 振光散 射光谱既与 激发光谱有关， 又 与发射光谱有关， 这就能 给出更多的光谱信息。 在波长一定时， e x ( a e x ) 和e m ( k e m )为常数，共振光散射强度与浓度成正比，即得到式2 - 1 2 a l w = k l c ( 2 - 1 2 ) 式2 - 1 2 即为利用同步荧光方程来解释的共振光散射光谱法的定量分析基础。 但是，因共振光散射可能含有动态光散射、b r i l l o u i n散射、 t y n d a l l 散射、 mi e 散射和f r a u n h o f e r 散射等。 所以， 上述理论推导都没有能够很好的从光子作 共振光散射光谱法在水环境监测中的应用研究 用机理的层面上解释共振光散射现象。 在共振光散 射光谱法的定量技术方面， 还 没有公认的定量方程， 现在一般都采用上述的瑞利散射定量方程或者同步荧光方 程来解释其定量基础。 2 .2 .2共振光散射光谱法的应用研究进展 自 从p a s t e rn a c k 等(5 0 1 人于1 9 9 3 年首次用共振光散射光谱法研究了叶琳类化合 物在核酸上的聚集， 并成功地测定了核酸的含量后， 该方法在定量分析化学中显 示出了重要的应用潜力， 现己广泛应用于生物大分子分析体系、 离子缔合物测定 体系和纳米粒子研究体系等。r i s 定量分析的主要研究成果如下: 2 .2 .2 . 1 r l s应用于核酸的测定 1 9 9 6年 ，童沈 阳研究小组在 a n a l y t i c a l c h e mi s t r y 上发表 了 ( d e t e r m i n a t i o n o f n u c l e i c b y r e s o n a n c e l i g h t s c a t t e r i n g t e c h n i q u e w i t h a l p h a , b e t a g a m m a , d e l ta - t e t r a k is 4 - ( t r im o t h y l a m m o n iu m y l) p o r p h i n e ) 15 71 一 文 ， 该 文 首 次 用 共振光散射光谱法定量测定了 核酸，为定量分析生物大分子开辟了一种新途径。 核酸的测定主要基于阳离子染料或金属鳌合物的阳离子生色团在核酸分子上的 聚集作用或长距离组装， 并引起核酸螺旋结构的形成， 从而导致了共振光散射强 度的增强， 且其散射强度与核酸的浓度在一定范围内成正比， 据此而进行核酸的 定量测定。目 前， 共振光散射光谱法在核酸的测定中得到了巨大的发展和广泛的 应用。现将部分实验条件及应用总结于表2 - 1 . 表2 - 1共振光散射光谱法测定核酸摘录 试剂测定对象线性范围 加 g /m l 文献 585960616162 0-00-00-10-d nananananana ctdctdctdctdctdctd 结晶紫 乙基紫 玫苯胺 中性红 中性红 灿烂 甲酚蓝 p h 9 . 2 - 1 0 . 5 5 . 0 - 1 0 . 0 1 0 . 5 - 1 1 . 0 5 . 0 - 7 . 0 2 . 3 1 0 . 8 - 1 1 . 5 r i s峰/ n m 5 1 2 . 0 5 1 0 . 0 4 8 5 . 0 3 3 5 . 0 3 3 0 . 0 3 4 7 . 0 0 . 0 4 8 . 5 . 2 5 0 0 . 0 8 - 1 . 0 0 共振光散射光谱法在水环境监测中的应用研究 6364656565656666666766676767676768686868686869 罗丹明 b 酚藏花红 耐尔蓝 耐尔蓝 耐尔蓝 耐尔蓝 亚甲基蓝 亚 甲基蓝 亚 甲基蓝 天青 b 天青b cdb ac z e p h cp b tp b ct ab h 2 s o 4 hcl h n 0 3 h 3 p o 4 h c 1 0 4 h a c c o ( ii l ) / 5 - c i - p adab 氯化银溶胶 克菌定 小粟碱 新洁尔灭 亮绿 c t dna c t dna c t dna c t dna f s dna y d n a c t dna f s dna y d n a c t dna f s dna ct dna ct dna ct dna ct dna cona q dna ct dna qdna ct dn a ct dna ct dna 1 . 0 7 . 2 - 8 . 0 7 . 2 - 7 . 8 7 . 2 - 7 . 6 7 . 2 一石 7 . 2 - 7 . 6 6 . 8 7 -