固定波長同步熒光法測定污水和污泥的苯并(a)芘

林維含

摘要:本文采用Δλ=23nm的固定波長同步熒光法測定污泥和水樣中的BaP,同時測定煙頭的BaP含量與之對比,探討了樣品濃度對于測定的影響。本方法相對于一般的熒光光度法和用Δλ=3nm的同步熒光法,在實驗的樣品前處理簡單方便、污染小,而且具有光譜簡化、譜帶窄化、光譜重疊程度減少、散射光減少等特點、靈敏度高的特點。實驗表明以Δλ=23 nm的固定波長同步熒光法測定污水廠出水及污泥的BaP含量的方法值得推廣使用。

關鍵詞:同步熒光法測定苯并(a)芘

中圖分類號:O659.36 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(c)-0106-02

苯并(a)芘簡稱BaP,是一種有代表性的強致癌物質,由于它對人體的嚴重危害,已引起了世界各國衛生和環境組織的高度重視,并被列為環境污染致癌物檢測工作中常規檢測項目之一。BaP是一種由五個苯環構成的多環芳烴,分子式為,分子量252,易溶于環己烷、咖啡因水溶液、苯和三氯甲烷等有機溶劑,其結構如下。

一般燃燒不充分的煙霧中(煤,瀝青等)都含有BaP,它還存在于工業污水、空氣漂塵、香煙頭和污泥等。

經典的熒光分析方法中,采用固定激發波長,掃描發射波長以測繪熒光物的熒光發射光譜;固定發射波長,掃描激發波長以測繪熒光激發光譜,然后在合適的激發和發射波長下進行測定。環境樣品中BaP含量低,一般在ppb級,且與其它多環芳烴類熒光物質共存[1],因此,采用經典熒光分析法時需對樣品進行反復分離后再測定(如圖1)。

同步熒光分析法在實驗技術上與經典方法的差別在于同時掃描激發波長和發射波長,檢測相應的同步熒光信號,由測得的熒光強度信號與對應的激發波長或發射波長構成光譜圖,稱為同步熒光光譜。同步熒光分析法可分為固定波長法、恒能量法和可變角度法。固定波長同步熒光法是在掃描過程中使激發波長和發射波長兩者之間保持固定的波長間隔。同步掃描中,固定波長差Δλ值的選擇極為重要,因為將直接影響到同步熒光光譜的形狀、信號、強度和光譜位置。大量研究結果表明固定波長同步熒光法具有光譜簡化、譜帶窄化、光譜重疊程度減少、散射光減少等特點,較經典熒光分析法靈敏度高、選擇性好、樣品處理簡單、污染小。

固定波長同步熒光法已成為環境監測中的快速靈敏分析技術,應用固定波長同步熒光法可實現組份間光譜分辨和同時定量分析[2]。Uziel等將這種技術用于人及動物尿樣中苯并(a)芘代謝物的測定,樣品無需繁瑣的前處理,簡單稀釋即可分析。

1 實驗方法

1.1 工作曲線

熒光分析中,對于稀溶液,F=2.3εbc,其中為熒光量子產率,為入射光強度,b為液池厚度,c為濃度。熒光強度F與溶液中熒光物質的濃度成正比,但若εbc≥0.05,則熒光強度F和溶液濃度不呈線性關系。對于濃度較高的溶液,熒光強度不僅不隨溶液濃度的提高而增大,反而常常下降,導致熒光猝滅[1]。

根據BaP(50ppb)的激發光譜和發射光譜,見圖2,BaP的激發和發射峰位于380nm和403nm,因此,本實驗Δλ選擇值為23nm。同步熒光光譜示于圖3,同步熒光譜位于380nm。

配置BaP的系列標準溶液,用所確定的Δλ=23nm進行同步掃描。以380nm處的同步熒光峰對BaP濃度繪制工作曲線。結果見圖4。在0～50ppb的范圍內,BaP同步熒光強度與濃度呈良好的線性相關,線性回歸方程為Y=10.38X+7.91,相關系數為0.9998,該方法的靈敏度為0.001ppb。

1.2 樣品處理

樣品處理:水樣(某污水廠沉砂池,二沉池2月3日取樣)和污泥(某污水廠,2月1日取樣)各取100ml加入5ml蒸餾過的環己烷搖晃震蕩后取5ml萃取液。各取污泥1g,曬干,搗碎成粉末加入5ml蒸餾過的環己烷靜置1～2天。同時各取2個煙頭(約0.2g)加入5ml蒸餾過的環己烷靜置1～2天。

1.3 實驗儀器

采用日立F-4500熒光光譜儀進行測定。

2 實驗結果

先測繪環己烷的激發、發射光譜和同步光譜,見圖5和圖6,可知環己烷對BaP的測定幾乎沒有干擾。在與繪制工作曲線相同的條件下進行同步熒光測定,根據測繪的污泥、水樣、煙頭的同步熒光光譜,由各自的同步熒光峰高,見圖6和圖7,根據工作曲線求得樣品中BaP的含量:

污泥1g,環己烷5ml,萃取某廠污泥1:F≈61.5,BaP含量約為6.15ppbBaP/ml,每克污泥BaP含量為31ng.某廠污泥2:F≈61.0,BaP含量約為6.10ppbBaP/ml.每克污泥BaP含量為30ng.某廠污泥3:F≈46.2,BaP含量約為4.62ppbBaP/ml,每克污泥BaP含量為23ng。

水樣中BaP含量極低,≤0.001ppb。

煙頭1:F≈107.7,BaP含量為10.77ppb BaP/ml,煙頭1的BaP含量為54ng.

煙頭2(用環己烷稀釋5倍):F≈46.2,BaP含量為4.62ppbBaP/ml,煙頭2的BaP含量為115ng。

由于煙頭2中BaP濃度高,色澤較深,導致熒光強度嚴重下降,同步熒光光譜變形,因此稀釋5倍后再測繪同步光譜。

3 結論

本文采用Δλ=23nm的固定波長同步熒光法測定污泥和水樣中的BaP,同時測定煙頭的BaP含量與之對比,探討了樣品濃度對于測定的影響。相對于一般的熒光光度法和用Δλ=3nm的同步熒光法,本實驗的樣品前處理較簡單、污染小、光譜簡化、光譜重疊程度減少、靈敏度更高。標準曲線在0～50ppb范圍內線性良好,相關系數為0.9998,靈敏度為0.001ppb。實驗表明以Δλ=23nm的固定波長同步熒光法測定污水廠出水及污泥的BaP含量的方法可以推廣使用。

參考文獻

[1] 陳國珍,黃賢智,許金鉤,鄭朱梓,王尊本.熒光分析法.北京:科學出版社.1990:38-39;26-28.

[2] 黃賢智,許金鉤,李耀群.分析化學.1987,15:199.