CN110749574A - 双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，属于环境监测研究领域。全氟辛烷磺酸的共振瑞利散射信号很弱，本发明采用在一定的条件下，甲苯胺蓝与全氟辛烷磺酸形成一种离子缔合物，使共振瑞利散射信号显著增强，并在345nm和506nm处出现两个特征峰。在选定的条件下，全氟辛烷磺酸溶液浓度与共振瑞利散射强度存在良好的线性关系，据此建立了一种定量分析全氟辛烷磺酸的双波长共振瑞利散射方法。本发明适用于环境水样中全氟辛烷磺酸的检测，具有简单、快速、灵敏度高、抗干扰能力强等优点。
Description
技术领域
本发明涉双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，属于环境监测研究领域。
背景技术
全氟化合物是一类持久性有机污染物，容易在生物体内蓄积。全氟辛烷磺酸(perfluorooctanesulphonate，PFOS)作为应用最广的全氟化合物之一，化学性质非常稳定，难以被分解。全氟辛烷磺酸可通过食物链进入到生物体内蓄积，对生物体的生殖系统、神经系统、免疫系统、内分泌系统具有潜在毒性作用。目前全氟化合物的污染情况已受到各国广泛关注。全氟辛烷磺酸一旦被摄入体内，将难以被生物体通过新陈代谢排出，随着其在生物体内的蓄积，其对生殖系统、血清、呼吸系统、肝脏、免疫系统会造成不良损伤，已被列入世界卫生组织国际癌症研究机构公布的2B类致癌物清单中。
目前，全氟辛烷磺酸的分析测定方法主要为气相色谱-质谱联用法、高效液相色谱-质谱联用法等。常见检测方法存在所需的仪器价格昂贵、分析时间较长、前处理过程复杂等一种或多种问题，因此建立一种简单快速的检测全氟辛烷磺酸的方法具有重要的意义。
共振瑞利瑞散射法的仪器操作简便，快速灵敏，已应用在生物、环境、材料等多个领域的分析研究。本发明将共振瑞利散射法应用于全氟辛烷磺酸的分析，通过研究其反应条件及分析影响因素，建立测定全氟辛烷磺酸的共振瑞利散射新方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点和不足，提供一种甲苯胺蓝探针双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法。本方法利用一定条件下，甲苯胺蓝溶液与全氟辛烷磺酸结合，形成一种离子缔合物，使体系的共振瑞利散射信号显著增强，并在345nm和506nm处出现两个特征峰。在选定的条件下，全氟辛烷磺酸在0.02-8.00umol/L范围内与共振瑞利散射强度具有良好的线性关系，据此建立了一种测定全氟辛烷磺酸的共振瑞利散射法。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下甲苯胺蓝探针双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，在酸性条件下，向甲苯胺蓝溶液中加入全氟辛烷磺酸，使两者发生静电作用生成离子缔合物，通过测定离子缔合物的共振瑞利散射光谱的强度间接测定全氟辛烷磺酸的浓度。
双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，其包括以下步骤：
S1全氟辛烷磺酸标准品前处理：向10mL比色管中依次加入缓冲溶液、甲苯胺蓝染料溶液和系列全氟辛烷磺酸标准溶液，用三次蒸馏水定容至10mL，摇匀，于室温中放置10min，得到离子缔合物，并设置为实验组；同时设置不加全氟辛烷磺酸溶液的空白组；
S2绘制ΔI和全氟辛烷磺酸浓度的标准曲线：取S1所得离子缔合物于石英比色皿内，置于F-2500型荧光分光光度计内，以λex＝λem进行同步扫描，分别记录实验组和空白组在波长为345nm处的瑞利散射强度I1和I01，并计算ΔI1＝I1-I01；同时记录实验组和空白组在波长为506nm处的瑞利散射强度I2和I02，并计算ΔI2＝I2-I02，令ΔI＝ΔI1+ΔI2；绘制ΔI与全氟辛烷磺酸浓度C的标准曲线，并求出线性回归方程；
S3样品的制备：将待测水样分别用定量滤纸和0.22um水系滤膜过滤，再经过阳离子交换树脂过滤，得到样品工作液；
S4样品中全氟辛烷磺酸含量的确定：取S3样品工作液，按照步骤S1检测方法进行测定，在波长345nm和506nm处测定其共振瑞利散射强度差值ΔI1+ΔI2，并计算ΔI＝ΔI1+ΔI2，将ΔI代入步骤S1的线性回归方程中，求出样品工作液中全氟辛烷磺酸的含量，同时做加标回收实验。
优选的，所述缓冲溶液为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液、醋酸-醋酸钠缓冲溶液、磷酸盐缓冲溶液和B-R缓冲溶液中的一种。
优选的，所述缓冲溶液为B-R缓冲溶液
优选的，所述B-R缓冲溶液的pH＝4.0。
优选的，所述步骤S1中甲苯胺蓝染料溶液浓度为2.50×10-5mol/L。
优选的，所述步骤S1中全氟辛烷磺酸溶液的浓度分别0.02、0.04、0.08、2、4、6、8、10umol/L。
优选的，所述步骤S1中缓冲溶液的体积为1.5mL,甲苯胺蓝染料溶液的体积为1.0mL，全氟辛烷磺酸溶液的体积为3.0mL。
优选的，所述步骤S1中的扫描速度为3000nm/min，狭缝宽度为10.0nm。
优选的，所述步骤S2离子络合物的体积为3.0mL，所述步骤S4中样品工作液体积为3.0mL。
相应地，本发明还提供了上述双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法在检测环境水样中全氟辛烷磺酸的应用。
发明人通过实施例2～3证明溶液的酸度值对该反应体系有着显著的影响，在B-R缓冲溶液pH＝4.0的时候，甲苯胺蓝均匀分散于体系中，甲苯胺蓝与全氟辛烷磺酸作用后发生聚集，形成体积较大的离子缔合体，使得共振瑞利散散射信号最强。发明人通过考察了常见阴离子、金属阳离子以及EDTA对4×10-6mol/L全氟辛烷磺酸测定的影响来评价方法的选择性，结果显示ΔI值变化的RSD在±10％内，表明本方法对全氟辛烷磺酸的测定具有良好的选择性，抗干扰能力强。
本发明还通过实施例4测定江水和河水中全氟辛烷磺酸的含量，同时做加标回收实验，结果显示共振瑞利散射所得标准曲线为ΔI＝1729.6c-265.90，R2＝0.9951，其中在江水和河水样品中均未检出全氟辛烷磺酸，加标4.0umol/L后，RSD为7.6～9.6％，回收率为85.0-108％，表明该方法具备简单快速、灵敏度高、重复性好，也表明该方法可靠性强，其测定全氟辛烷磺酸的方法线性范围较好。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明提供的甲苯胺蓝探针双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，具有操作简便、快速、具备良好选择性的优点；
2)本发明提供的共振散射测定全氟辛烷磺酸的方法具有测定方法线性好，灵敏度高的优点；
3)本发明提供的共振散射测定全氟辛烷磺酸的方法具有稳定性强，成本低的特点。
附图说明
图1为不同浓度全氟辛烷磺酸-甲苯胺蓝体系对应的共振瑞利散射图谱(1-9分别为0、0.08、0.04、0.02、2、4、6、8、10umol/L)
图2为不同全氟辛烷磺酸与ΔI的线性曲线图
图3为不同体系的透射电镜图(a：甲苯胺蓝；b：甲苯胺蓝+全氟辛烷磺酸)
具体实施方式
本发明的共振瑞利散射法检测全氟辛烷磺酸方法及其应用的实施例如下，但本发明的内容完全不局限于此。
实施例1全氟辛烷磺酸浓度的标准曲线的绘制
1.1主要仪器与试剂
主要仪器仪器：F-2500型荧光分光光度计，2100F透射电子显微镜，精密酸度计，电子天平；
试剂制备：
2.5×10-3mol/L甲苯胺蓝储备液：称取0.0934g甲苯胺蓝于100mL的容量瓶中，并用水定容至刻度，混匀，置于4℃冰箱保存备用。
BR缓冲溶液：取0.04mol/L磷酸、硼酸和醋酸的混酸溶液与0.20mol/L氢氧化钠溶液混合，然后用酸度计进行校正。
全氟辛烷磺酸储备液：配制浓度为4.0×10-3mol/L的全氟辛烷磺酸，置于4℃冰箱保存备用。
1.2方法
绘制ΔI和全氟辛烷磺酸浓度的标准曲线：分别配制全氟辛烷磺酸的管内浓度为0、0.02、0.04、0.08、2、4、6、8、10umol/L，按顺序依次加入1.5mL pH4.0的BR缓冲溶液，1.0mL浓度为2.5×10-5mol/L的甲苯胺蓝工作液于比色管中，以三次蒸馏水定容至刻度线，混合均匀，于室温中放置10min，得到离子缔合物；取3.0mL该离子缔合物溶液于石英比色皿内，于F-2500型荧光分光光度计上，以激发波长(λex)＝发射波长(λem)进行同步扫描，设定扫描速度为3000nm/min，狭缝宽度为10.0nm，扫描最大吸收波长为345nm和506nm，分别记录不同浓度全氟辛烷磺酸对应体系在λ＝345nm处的共振瑞利散射值I1及试剂空白在λ＝345nm处的共振瑞利散射值I01，计算ΔI1＝I1-I01；同时分别记录不同浓度全氟辛烷磺酸对应体系在λ＝506nm处的共振瑞利散射值I2及试剂空白在λ＝345nm处的共振瑞利散射值I02，计算ΔI＝I2-I02，ΔI＝I1+I2；绘制ΔI与全氟辛烷磺酸浓度的标准曲线，并求出线性回归方程。
不同浓度的全氟辛烷磺酸对应的共振瑞利散射光谱图如图1，从图1可知，随着全氟辛烷磺酸浓度增大，345nm和506nm处的共振瑞利散射峰高IRRS相应增加；同时，以全氟辛烷磺酸浓度c为横坐标，ΔI为纵坐标，拟合标准曲线如图2，当全氟辛烷磺酸浓度c在0.02-8.00umol/L范围内，线性回归方程为ΔI＝1729.6c-265.90，R2＝0.9951，表明该测定全氟辛烷磺酸的方法线性范围较好。
实施例2选择性评价
为了评价方法的选择性，考察了常见阴离子和金属阳离子对4×10-6mol/L全氟辛烷磺酸测定的影响。加入表1中的干扰物质后，ΔI值变化的RSD在±10％内。
从表1可知，除Cu2+,Cd2+,Fe3+存在一定的干扰外，大部分其他阴离子和阳离子不干扰测定，而Cu2+,Cd2+,Fe3+可以通过阳离子交换树脂除去外，说明本方法对全氟辛烷磺酸的测定具有良好的选择性。
表1共存物的影响
实施例3机理研究
为了考察反应机理，分别扫描“甲苯胺蓝”体系(2.5×10-5mol/L甲苯胺蓝)和“甲苯胺蓝-全氟辛烷磺酸”体系(2.5×10-5mol/L甲苯胺蓝+4.0umol/L全氟辛烷磺酸+pH4.0的BR缓冲溶液)的透射电镜图，结果分别如图3(a)和3(b)。
从图3(a)看出，在pH值为4.0的BR缓冲溶液中，甲苯胺蓝均匀分散于体系中，从图3(b)甲苯胺蓝与全氟辛烷磺酸作用后发生聚集，形成体积较大的离子缔合体，说明在酸性BR缓冲溶液中，甲苯胺蓝与全氟辛烷磺酸发生了静电结合，两者形成离子缔合体，引起共振瑞利散射信号增强。
实施例4样品中全氟辛烷磺酸含量测定
江水水样样品制备：量取20.0mL江水水样，水样分别经双圈定量滤纸和0.22um水系滤膜过滤，最后经过阳离子交换树脂过滤处理。
河水样样品制备：量取20.0mL河水水样，分别经双圈定量滤纸和0.22um水系滤膜过滤，最后经过阳离子交换树脂过滤处理。
分别取江水和河水水样，按照实施例1方法，在波长345nm和506nm处测定其共振瑞利散射强度差值ΔI1+ΔI2，并计算ΔI＝ΔI1+ΔI2，测定ΔI代入实施例1中ΔI＝1729.6c-265.90，R2＝0.9951的线性回归方程中，分别求得江水和河水中全氟辛烷磺酸的含量，同时对其做加标4.0umol/L的加标回收实验。
结果从表2可以看出江水和河水样品中均未检出全氟辛烷磺酸，同时加标4.0umol/L后，水样RSD范围为7.6～9.6％，回收率为85.0-108％，表明该方法可靠性强，其测定全氟辛烷磺酸的方法线性范围较好。
表2样品测定结果(n＝3)
*注：ND表示未检出。
以上是本发明的共振瑞利散射法检测全氟辛烷磺酸在环境水样中的应用，从具体实施方式可以看出，本发明的这种测定全氟辛烷磺酸的方法具有简单快速、灵敏度高等优点。
本领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，并非作为对发明的限制，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变性都落在本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1全氟辛烷磺酸标准品前处理：向10mL比色管中依次加入缓冲溶液、甲苯胺蓝染料溶液和系列全氟辛烷磺酸标准溶液，用三次蒸馏水定容至10mL，摇匀，于室温中放置10min，得到离子缔合物，并设置为实验组；同时设置不加全氟辛烷磺酸溶液的空白组；
S2绘制ΔI和全氟辛烷磺酸浓度的标准曲线：取S1所得离子缔合物于石英比色皿内，置于F-2500型荧光分光光度计内，以λex＝λem进行同步扫描，分别记录实验组和空白组在波长为345nm处的瑞利散射强度I1和I01，并计算ΔI1＝I1-I01；同时记录实验组和空白组在波长为506nm处的瑞利散射强度I2和I02，并计算ΔI2＝I2-I02，令ΔI＝ΔI1+ΔI2；绘制ΔI与全氟辛烷磺酸浓度C的标准曲线，并求出线性回归方程；
S3样品的制备：将待测水样分别用定量滤纸和0.22um水系滤膜过滤，再经过阳离子交换树脂过滤，得到样品工作液；
S4样品中全氟辛烷磺酸含量的确定：取S3样品工作液，按照步骤S1检测方法进行测定，在波长345nm和506nm处测定其共振瑞利散射强度差值ΔI1+ΔI2，并计算ΔI＝ΔI1+ΔI2，将ΔI代入步骤S1的线性回归方程中，求出样品工作液中全氟辛烷磺酸的含量，同时做加标回收实验。
2.根据权利要求1所述的双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，所述步骤S1中所述的缓冲溶液为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液、醋酸-醋酸钠缓冲溶液、磷酸盐缓冲溶液和B-R缓冲溶液中的一种。
3.根据权利要求2所述的双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，所述缓冲溶液为B-R缓冲溶液。
4.根据权利要求3所述的双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，所述的B-R缓冲溶液的pH为4.0。
5.根据权利要求1所述的双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，所述步骤S1中甲苯胺蓝染料溶液浓度为2.5×10-5mol/L。
6.根据权利要求1所述的双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，所述步骤S1中系列全氟辛烷磺酸溶液的浓度分别0.02、0.04、0.08、2、4、6、8、10umol/L。
7.根据权利要求1所述的双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，所述步骤S1中缓冲溶液的体积为1.5mL,甲苯胺蓝染料溶液的体积为1.0mL，全氟辛烷磺酸溶液的体积为3.0mL。
8.根据权利要求1所述的双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，所述步骤S1中的扫描速度为3000nm/min，狭缝宽度为10.0nm。
9.根据权利要求1所述的双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，所述步骤S2离子络合物的体积为3.0mL，所述步骤S4中样品工作液体积为3.0mL。
10.根据权利要求1～9中任一项所述双波长共振瑞利散射法测定全氟辛烷磺酸的方法在检测环境水样中全氟辛烷磺酸的应用。
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