流動注射溴化鉀-魯米諾-過氧化氫化學發光體系檢測飲用水中鉻(CrⅢ)*

周敏，燕廷，滕久委，唐書澤

(暨南大學食品科學與工程系，廣東 廣 州，510632)

流動注射溴化鉀-魯米諾-過氧化氫化學發光體系檢測飲用水中鉻(CrⅢ)*

周敏，燕廷，滕久委，唐書澤

(暨南大學食品科學與工程系，廣東 廣 州，510632)

基 于溴化鉀對魯米諾-過氧化氫-鉻(CrⅢ)化學發光反應有較強的敏化作用，結合流動注射技術，建立了溴化鉀-魯米諾-過氧化氫-CrⅢ化學發光體系測定CrⅢ的分析方法。該法測定CrⅢ的線性范圍為1×10－6～1×10－3mg/mL，檢出限為2.06 ×10－7mg/mL。對濃度2.0 ×10－6mg/mL CrⅢ標準溶液平行測定11次，相對標準偏差(RSD)為2.39%。利用乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)作掩蔽劑，可有效地消除水體Fe2+、Fe3+、Cu2+、Ca2+、Zn2+等金屬離子對測定CrⅢ的干擾，從而快速測定飲用水中CrⅢ的突然變化，達到對飲用水重金屬突發性污染早期快速預警的目的，應用該方法，CrⅢ檢測回收率達到91.7% ～97.5%。

飲 用水安全，鉻(CrⅢ)，流動注射，化學發光

鉻(chromium，Cr)及其化合物是電鍍工業產生的主要污染物，是工業污染治理的主要對象。CrⅢ是人體所需的微量生理活性元素，對人體健康起著較為重要的作用，但鉻化合物濃度高時會帶來毒性［1］。美國和加拿大都制定了飲用水中 Cr限量標準［2－3］，而且近期的研究也表明一些生物效應包括DNA損傷和其他亞致死與CrⅢ有關［4］，因其毒性不如汞、鎘、砷，容易被忽視，等到發現時，已經對身體和健康造成危害。環境中的鉻主要以三價(CrⅢ)和六價(CrⅥ)2種狀態存在。CrⅥ為強氧化劑，對皮膚，黏膜有刺激和腐蝕作用，已確認為致癌物，其毒性是CrⅢ毒性100倍［5］。當水體中的CrⅥ濃度達到(1.2～5)mg/L時，可造成魚類死亡，濃度0.7 mg/L時，可導致水體中的昆蟲受害［6］。但是CrⅥ不太穩定，在正常pH值的飲用水中可轉化為穩定性稍強但仍有毒性的CrⅢ。

環境中Cr中毒已有發生，2006年重慶晨報就報道了一女工在燈具廠鉻中毒的事例［6］。飲用水中目前雖然沒有中毒的報告，但是因為Cr容易獲得，其潛在危害不能被忽視。因此，研究尋找快速監測飲用水中Cr的變化，對飲用水早期安全預警具有重要意義。

目前，已報道的 Cr測定方法有原子吸收火焰法［8］、示波極譜法［9］、電位滴定法［10］、原子發射光譜法［11］、毛細管電泳法［12］。原子吸收火焰法儀器較昂貴，一般實驗室不具備;示波極譜法要在亞硝酸鈉體系中進行，而亞硝酸鹽有毒性，并被確認是致癌物［13］，引起環境污染。近年來，化學發光法被引入環境監測中，其優點是操作簡單、靈敏度高、線性范圍寬。采用此法檢測食品和其他物質中Cr離子已有報道［14～18］，但是，針對飲用水中 CrⅢ突然變化可能導致突發事件的快速監測體系少有報道。本文將流動注射(flow injection，FI)與化學發光法(chemiluminescence，CL)結合，利用溴化鉀-魯米諾-過氧化氫的反應特點，建立一種簡單，快速，靈敏度高的化學發光體系，用于飲用水中CrⅢ突然變化的快速監測和早期安全預警。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

1.1.1 化學試劑

CrⅢ標準儲備液 100 μg/mL:準確稱取0.252 6 g CrCl3·6H2O(阿拉丁試劑上海有限公司)，用水溶解并定容到500 mL容量瓶中;魯米諾儲備液1×10－2mol/L:取0.177 2 g魯米諾(Sigma公司)試樣，用1.0mol/L的NaOH溶液溶解并定容至100 mL，避光放置一周后使用。溴化鉀，雙氧水和硝酸，分析純，廣州化學試劑廠;NaOH:分析純，天津市大茂化學試劑廠;HCl:分析純，北京化工廠。試驗用水為雙蒸去離子水。

1.1.2 儀器

主要儀器為IFIS-C型流動注射化學發光儀(西安瑞邁電子科技有限公司)，RFL-1型超微弱化學發光/生物發光檢測儀(西安瑞邁分析儀器有限公司)，PHS-3C數字式pH計(上海精密科學儀器有限公司)，EL104電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)，DHG-9145A型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海一恒科學儀器有限公司)，微量移液槍(0.1～1 mL)(德國BRAND公司)。

1.2 方法

1.2.1 進樣方法

試驗過程如圖1所示。將堿性魯米諾溶液與溴化鉀的混合液和過氧化氫溶液分別由b和c通道泵入，經三通閥混合，再和a通道泵入CrⅢ溶液混合，進入反應池反應產生化學發光信號，由光電倍增管(photomultiplier tube)檢測，信號經放大器放大，進入計算機處理。據此得到最大且重復性較好的發光信號。在光電倍增管負高壓為400 V的條件下，流動注射化學發光儀工作參數的設定如表1。

圖1 流動注射化學發光儀示意圖

表1 化學發光儀工作參數設定

1.2.2 單因素實驗

1.2.2.1 魯米諾溶液濃度初步選定

按照1.2.1方法，僅改變魯米諾的濃度，考察了在1 ×10－5～1×10－3mol/L濃度內魯米諾溶液濃度與化學發光強度的關系。

1.2.2.2 過氧化氫溶液濃度初步選定

按照1.2.1方法，僅改變雙氧水的濃度，考察了在0.005～0.06 mol/L濃度內過氧化氫濃度與化學發光強度的關系。

1.2.2.3 溴化鉀濃度初步選定

按照1.2.1方法，僅改變溴化鉀的濃度，考察了在0～3.0 mol/L濃度內溴化鉀濃度與化學發光強度的關系。

1.2.2.4 緩沖液pH值初步選定

按照1.2.1方法，僅改變緩沖液pH值，考察了pH10～13內緩沖液與化學發光強度的關系。

1.2.3 多因素組合實驗

根據發光體系單因素試驗結果得出的最佳反應條件，設計了一個四因素三水平的正交試驗。按照

1.2.1 的方法進行試驗。

2 結果與分析

2.1 單因素對化學強度的影響

2.1.1 魯米諾濃度的影響

圖2是魯米諾溶液濃度在(1×10－5～1×10－3)mol/L內與化學發光強度的關系。在試驗化學發光體系中，隨著魯米諾濃度的增大，其化學發光強度(ΔI)不斷增大，最高的是1.0×10－3mol/L，其相對發光強度2 500。

考慮到試劑消耗量過大導致高成本問題，魯米諾初選濃度為5.0×10－4mol/L。

圖2 魯米諾濃度對化學發光強度的影響

2.1.2 過氧化氫濃度影響

過氧化氫在其濃度(0.005～0.06)mol/L內與體系化學發光強度的關系見圖3。隨著過氧化氫濃度的提高，化學發光強度(ΔI)不斷增加，當過氧化氫濃度為0.03 mol/L時發光信號最大，因此，初步選擇0.03 mol/L為過氧化氫溶液的最佳濃度。

圖3 過氧化氫濃度對化學發光強度的影響

2.1.3 溴化鉀濃度的影響

試驗了溴化鉀，溴化鈉，氯化鉀以及吐溫-20對化學發光強度的影響，發現溴化鉀對發光體系有很強的增敏作用，故選擇其作為化學發光反應的增敏劑。圖4是溴化鉀在其不同濃度條件下的化學發光強度。隨著溴化鉀濃度的增大，化學發光強度呈先增后減趨勢。溴化鉀濃度為1.5 mol/L時化學發光強度(ΔI)值最大，因此，選取1.5 mol/L為溴化鉀的最佳濃度。

圖4 溴化鉀濃度對化學發光強度的影響

2.1.4 緩沖液pH值的影響

緩沖液pH值對體系的發光強度影響見圖6。當緩沖液pH值分別為12.5和13.0時，化學發光體系會產生沉淀，可能是因為pH值偏高時，OH－與金屬離子結合生成了沉淀。在選定范圍內，pH值11.5時化學發光強度(ΔI)最大，因此，緩沖液pH值初步定為11.5。

圖6 緩沖液pH值對化學發光強度的影響

2.2 多因素組合對化學發光強度的影響

根據發光體系單因素試驗結果得出的最佳反應條件，設計了一個四因素三水平的正交試驗(表2)，目的是確定發光體系最佳反應條件。

將試驗結果采用正交設計助手Ⅱv3.1進行分析，結果見表3。通過比較F值，得出各因素的影響程度順序為C＞A＞B＞D。通過分析各影響因素水平K值，最終確定反應體系的最佳優化組合為A2B1C2D3，即:魯米諾分析液濃度為5.0×10－4mol/L，過氧化氫濃度為0.02 mol/L，溴化鉀濃度為1.5 mol/L，緩沖液pH值為12.0。

表2 正交試驗方案及結果

表3 正交試驗結果方差分析

2.3 標準曲線、精密度及檢出限

在上述選定的最佳實驗條件下，化學發光強度與CrⅢ濃度在(1.0×10－6～1.0×10－5)，(2.0 ×10－5～1.0×10－4)，(1.0 ×10－4～1.0 ×10－3)mg/mL 內呈良好的線性關系。為了提高測定的準確度，校準曲線分段繪制。回歸方程的基本參數如表4。對2.0×10－6mg/mL的CrⅢ進行了11次平行測定，計算所得的相對標準偏差為2.39%。根據international union of pure and applied chemistry，IUPAC建議，計算所得的檢出限為2.06×10－7mg/mL。

表4 校準曲線的線性范圍及回歸方程

2.4 干擾實驗結果

以CrⅢ濃度為2.0×10－6mg/mL時進行干擾試驗，干擾允許誤差為±5.0%，通過對選取的干擾樣的測定，得到的結果:CrⅢ濃度為2.0×10－6mg/mL時，至少允許1 000 倍的 K+、Na+、Mg2+、NO3－共存;天然水中存在的 Fe2+、Fe3+、Cu2+、Ca2+、Zn2+等會催化魯米諾和過氧化氫的化學發光反應，對測定有干擾。加入少量的乙二胺四乙酸二鈉(ethylenediaminetetra acetic acid disodium salt)可以掩蔽 Fe2+、Fe3+、Cu2+、Ca2+、Zn2+等多種金屬的干擾。

2.5 樣品分析及回收率實驗結果

樣品分別取自學生宿舍和實驗室，測定結果見表5。

向樣品中加入一定量CrⅢ標準溶液使樣品中CrⅢ含量達到2.0×10－6mg/mL，然后平行測定5次其發光信號值并計算回收率，結果見表5。

表5 樣品中CrⅢ含量測定結果

3 結論

根據溴化鉀對魯米諾-過氧化氫-CrⅢ化學發光反應的敏化作用，建立了在最佳條件下定量測定CrⅢ的分析方法，實現了流動注射化學發光法定量測定飲用水中 CrⅢ的變化情況，該方法的檢出限達到2.06 ×10－7mg/mL，檢測的線性范圍是(1×10－6～1×10－3)mg/mL。與常規方法相比，該法儀器簡單，是一種實用的快速定量分析技術，可應用于飲用水中鉻的突發性污染早期預警。

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Determination of Chromium(CrⅢ)in Drinking Water by Potassium Bromide-Luminol-H2O2Chemiluminescence System with Flow Injection

Zhou Min，Yan Ting，Teng Jiu-wei，Tang Shu-ze
(Department of Food Science and Engineering，Jinan University，Guangzhou 510632，China)

Determination of Chromium(CrⅢ)in Drinking Water by Potassium bromide-Luminol-H2O2Chemiluminescence System with Flow InjectionAbstract:Based on the obvious sensitization of potassium bromide on the chemiluminescent reaction in the system of luminol-H2O2–chromium(CrⅢ)，a sensitive chemiluminescent method for determination of CrⅢwith flow injection technique was developed.The method is simple ，rapid and effective to determine CrⅢ with the range of(1 ×10－6～1 ×10－3)mg/mL and detection limit of 2.06 ×10－7mg/mL.The relative standard deviation(RSD)is 2.39%for the determination of 2.0 ×10－6mg/mL of Cr(Ⅲ)(n=11).Ethylenediaminetetra acetic acid disodium salt(EDTA-2Na)is effectively eliminated the interference of some metal ions such as Fe2+，Fe3+，Cu2+，Zn2+.Therefore，it is a rapid method for determination of CrⅢsudden changes in drinking water and a good monitor in giving an early alarm in the emergency contamination by heavy metals.The recoverie of CrⅢ was 91.7% ～97.5%.

drinking water safety，chromium(CrⅢ)，flowing injection，chemiluminescence

碩士研究生(唐書澤教授為通訊作者，E-mail:tangsz@jnu，edu.cn)。

*廣東省應急管理2009年第一批研究項目(0815)

2010－10－25，改回日期:2010－11－20