納米銀催化化學發光法測定環境水中痕量PCMX*

王奕璇，王詩言，陳佳偉，韓 瑩，馬紅燕，田 銳

（延安大學 化學與化工學院，延安市分析技術與檢測重點實驗室，陜西 延安 716000）

PCMX（Parachlormetaxylenol）化學名為對氯間二甲基苯酚，即3，5-二甲基-4-氯-苯酚，是一種廣譜防霉抗菌劑。現被廣泛應用于消毒或個人護理用品（肥皂、洗發乳、洗手液、化妝品等）[1]。若飲用水中PCMX 含量超標，易對皮膚及呼吸道造成刺激及感染，嚴重者會導致眩暈窒息，危害生命健康，因此，其在環境水中的痕量檢測對于水質分析、環境監測和生態平衡都有著及其重要的意義。流動注射化學發光分析法因其具有可靈敏快速測定樣品且運行費用低廉等優點，在環境監測方面應用日益廣泛[2-4]。目前，針對PCMX 含量的測定方法主要有高效液相色譜法（HPLC）[5-7]、膠束電動毛細管色譜法（MEKC)[8]、氣相色譜串聯質譜法（GC-MS）[9]，還尚未見流動注射化學發光法測其含量的相關報道。

銀納米粒子作為一種微尺度的物質構成單元，具有優異的光性能、電性能及催化活性等，從而廣泛應用于環境、醫藥以及催化等領域[10-12]。實驗發現，在NaOH 弱堿性介質中，NCS 可氧化魯米諾產生發光信號，納米銀的加入可進一步放大luminol-NCS的發光信號值，而PCMX 的注入則可強烈抑制AgNPs-luminol-NCS 新體系的發光強度，據此結合流動注射技術，建立了流動注射-化學發光測定PCMX 含量的新方法，實驗結果令人滿意。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

MPI-B 型多參數化學發光分析測試系統（西安瑞邁分析儀器有限公司）；Agilent-8453 型紫外可見分光光度計（美國安捷倫）；F-4500 熒光分光光度計（日本日立）；AUY220 電子天平；磁力攪拌器。

PCMX 標準溶液配制（純度99% 百靈威公司提供）：1.00mg·mL-1，稱取 0.2500g PCMX，用少量甲醇溶解后用水定容至250mL 棕色容量瓶中，4℃避光保存，稀釋到所需濃度后使用。

1.0×10-2mol·L-1luminol 儲備液；1.0×10-3mol·L-1NCS 儲備液；1mol·L-1NaOH 儲備液;

AgNO3；NaBH4；檸檬酸鈉（Na3C6H5O7），實驗過程中所用水均為UP 超純水，試劑均為分析純。

1.2 實驗方法

反應裝置見圖1。

圖1 流動注射化學發光分析法測定PCMX 裝置路圖Fig.1 Schematic diagram of the flow injection chemiluminescence determination of PCMX

啟動蠕動泵，首先依次用稀HNO3、超純水清洗管路。待儀器運行穩定后，通過自動進樣閥向A 管中輸入luminol（NaOH）溶液，B 管中輸入AgNPs，C管中輸入水，D 管為NCS 溶液，進入檢測池中，通過光電倍增管將產生的化學發光信號傳至PC 端，記錄基體的化學發光信號值為I0。待基體信號大致保持不變后，以PCMX 樣品溶液代替水輸入C 管，記錄抑制發光信號為I。將I0與I 的比值I0/I 作為分析信號，對PCMX 進行定量分析。

1.3 納米銀的制備和表征

采用檸檬酸鈉法合成了尺寸均勻、化學性質穩定的納米銀溶液。首先，用移液管準確移取25.00mL 的1.0×10-3mol·L-1AgNO3溶液，將其逐滴加入到 75mL高速攪拌的NaBH4（2.0×10-3mol·L-1）溶液中。攪拌10min 待二者充分混合均勻后，再加入5mL 1%的檸檬酸鈉溶液作為穩定試劑，繼續高速攪拌20min 后就完成了納米銀溶液的制備，將其避光密封保存置4℃冰箱中，熟化2 日后方可使用。

利用紫外-可見吸收光譜和透射電鏡對納米銀進行了表征結果見圖2。

圖2 納米銀的紫外吸收光譜和透射電鏡圖Fig.2 UV-Vis absorption spectra and TEM image of the AgNPs

由圖2 可見，可以清晰地看到其在398nm 處出現特征吸收峰。通過掃描透射電鏡圖，可以觀察到該方法制備的納米銀粒子平均粒徑在20nm 左右，呈現圓球狀并且分布均勻。

2 結果與討論

2.1 儀器參數

通過對儀器各參數的優化，最終設定結果見表1。

表1 儀器參數表Tab.1 Instrument parameter table

2.2 化學發光信號分析

體系的化學發光信號見圖3。

圖3 流動注射化學發光信號圖Fig.3 Flow injection signals of the chemiluminescence system luminol, 1.0×10-5mol·L-1; NCS, 5.0×10-6mol·L-1; NaOH,0.1mol·L-1; PCMX, 1.0×10-7mol·L-1；AgNPs:1.0×10-5mol·L-1

由圖3 可見，對比第一組和第二組峰值，可以明顯看到AgNPs 對luminol- NCS 體系有很強的催化作用，第三組信號值為luminol-NCS-AgNPs 對1.0×10-7mol·L-1的PCMX 的測定信號，可以看到PCMX可強烈抑制新體系的發光信號。

2.3 流速及負高壓的選擇

實驗表明，體系的化學發光信號隨流速的增加，I0/I 先呈現不斷增強的趨勢，但當流速大于2.8mL·min-1時隨之呈下降趨勢。故確定各管路流速均為2.8mL·min-1。對500～750V 范圍內的光電倍增管負高壓進行優化，發現體系的相對發光信號在600V 處最高，故選用600V 作為實驗所用負高壓。

2.4 魯米諾溶液堿度的影響

本實驗所用體系為弱堿性，通過調節luminol 溶液中NaOH 的濃度來改變體系的堿性，當NaOH 的濃度為 0.2mol·L-1時，I0/I 值最大，故選擇 0.2mol·L-1NaOH 溶液。

2.5 NCS 濃度的選擇

此化學發光體系中的氧化劑為NCS，化學發光強度隨著NCS 溶液的濃度不同而變化。實驗中配制了一系列不同濃度的NCS 溶液，結果表明，在5.0×10-5mol·L-1時，I0/I 達到最大。故實驗選擇 5.0×10-5mol·L-1的 NCS 溶液用于后續試驗。

2.6 luminol 濃度的選擇

魯米諾作為發光體，其濃度的不同會大大影響發光強度，試驗了 2.0×10-5～5.0×10-4mol·L-1范圍內不同luminol 濃度時對體系化學發光強度的影響。當其濃度為 1.0×10-4mol·L-1時，I0/I 達到最大。故實驗選擇魯米諾濃度為 1.0×10-4mol·L-1。

2.7 AgNPs 濃度的選擇

納米銀溶液作為催化劑在整個體系中起到至關重要的作用，在 2.0×10-6～3.0×10-5mol·L-1范圍內配制了不同濃度的AgNPs 溶液。實驗結果表明，濃度低于1.0×10-5mol·L-1時，體系的化學發光強度可達到最大值，但其濃度超過 1.0×10-5mol·L-1后，I0/I 逐漸降低，因此實驗選擇 AgNPs 濃度為 1.0×10-5mol·L-1。

2.8 共存物質對實驗的影響

由于環境水中含有多種共存離子可能會對測定結果造成干擾，故在優化好的實驗條件下，對1.0×10-7mol·L-1的PCMX 溶液進行了干擾性測定，結果表明：1000 倍的 Al3+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、F-、Br-，500 倍的 Zn2+、Cl-、K+，10 倍的 Fe3+、Cu2+、Pb2+均無干擾，所測的所有干擾離子的相對誤差均在±5%以內（其中Cu2+在測定前需要加入掩蔽劑EDTA，Al3+在測定前加三乙醇胺溶液進行掩蔽）。

2.9 線性范圍、精密度、檢出限及樣品測定

以 PCMX 濃度（8.0×10-9～2.0×10-7mol·L-1）為橫坐標，以PCMX 的抑制化學發光強度信號值ΔI（ΔI=I-I0）為縱坐標，繪制線性曲線后得到其線性回歸方程為 I0-I=1.8×109c+0.3690，相關系數 r 為 0.9982。通過線性方程計算所得方法檢出限為3.73×10-9mol·L-1。取線性范圍內 1.0×10-7mol·L-1的 PCMX 標準溶液，平行測其化學發光信號值11 次。計算得到相對標準偏差（RSD）為1.12%。取3 份環境水樣（延河水）靜置過濾后，取上清液進行加標回收實驗，并通過紫外-可見分光光度法進行比較，測定結果見表2。

表2 環境水樣中PCMX 含量的測定結果（n=5）Tab.2 Determination results of PCMX in river water（n=5）

2.10 化學發光機理初探

實驗利用化學發光光譜探究luminol-NCS-Ag-NPs-PCMX 的反應機理。關閉氙燈，用F-4500 熒光分光光度計在化學發光模式下測得了3 種不同反應的化學發光光譜，見圖4。

圖4 化學發光體系的發光光譜Fig.4 Chemiluminescence spectra of the systems

由圖4 對比譜線2 和譜線3 可以看出，加入AgNPs 可大大催化luminol-NCS 體系的發光強度；對比譜線1 和譜線3 可以看到，PCMX 的加入對納米銀催化的luminol-NCS 增敏體系具有強烈的抑制效果，這也與實驗結果相吻合。這3 條譜線最大發射波長均在425nm 處附近，與luminol 的最大發射波長一致，其發光體均為luminol 的發光體即三氨基鄰苯二甲酸氫根陰離子（3-AP），AgNPs 在整個反應過程中充當催化劑，僅起到了催化作用。

進一步推測PCMX 的抑制機理，PCMX 學名為對氯間二甲苯酚，因其化學結構式中含有酚羥基，可與NCS 發生氧化還原反應，酚羥基易被氧化為羰基，故推測新的氧化產物消耗了一定的NCS，使體系中NCS 溶液的濃度降低，從而抑制了發光強度，使得原化學發光信號降低。

3 結論

基于PCMX 可強烈抑制luminol-NCS-AgNPs化學發光體系的信號值，首次建立了快速檢測PCMX 含量的流動注射-化學發光分析新方法，該研究拓展了納米銀粒子在分析化學領域的應用范圍，為環境化學發光分析檢測提供了新的思路。