β-環(huán)糊精對中性紅包合及應(yīng)用的研究

＊劉長遠(yuǎn)

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局二總隊(duì) 貴州 553000）

中性紅是應(yīng)用十分廣泛的指示劑[1]，當(dāng)其接觸到酸性溶液時，能夠觀察到熒光現(xiàn)象。考慮到β-環(huán)糊精能夠發(fā)揮增敏的功效。故本實(shí)驗(yàn)采用β-環(huán)糊精包合中性紅，并研究了β-環(huán)糊精包合中性紅反應(yīng)的最佳條件，最后運(yùn)用β-環(huán)糊精-中性紅包合物熒光猝滅法測定NO2-，確定制備的最佳條件，提出了能夠測量NO2-的方法，最低能夠檢測出2.11×10-3mg/L的NO2-。利用這一方法測量樣品含量，獲得較好的結(jié)果[2]。

1.實(shí)驗(yàn)部分

(1)儀器

EL204電子天平（梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）；

CARY50紫外-可見分光光度計(jì)（美國 VARIAN）；

B3200S超聲儀（必能信超聲（上海）有限公司）；

RF-5301PC熒光分光光度計(jì)（日本島津）。

(2)試劑

0.067mol/L KH2PO4溶液：取4.54g的KH2PO4固體溶于500mL的容量瓶中，稀釋至刻度配成0.067mol/L KH2PO4溶液；

0.067mol/L Na2HPO4溶液：取9.46gNa2HPO4固體溶于1000mL的容量瓶中，稀釋至刻度配成0.067mol/L Na2HPO4溶液；

1.0×10-3mol/L中性紅溶液：取0.2888g的中性紅固體溶于100mL的容量瓶中，稀釋至刻度配成1×10-2mol/L的母液，取上述母液10mL置于100mL的容量瓶中，稀釋至刻度配成1×10-3mol/L的溶液；

5.0×10-3mol/Lβ-環(huán)糊精溶液：取1.419g的β-環(huán)糊精固體于250mL的容量瓶中，稀釋至刻度配成5×10-3mol/L的溶液；3.0mol/LHCl溶液：取25mL12mol/L的濃鹽酸于100mL的容量瓶中，稀釋至刻度配成3mol/L HCl溶液；

10mg/L NaNO2溶液：取1g的NaNO2固體溶于1000mL容量瓶中，稀釋至刻度配成1g/L的NaNO2溶液母液，取上述母液10mg置于1000mL容量瓶，稀釋至刻度配成10mg/L的溶液。

所有試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)過程中使用的水均為超純水。

(3)實(shí)驗(yàn)部分

①包合物的制備

精準(zhǔn)量取2.0mL緩沖溶液（pH值7.6）、1.0mL中性紅溶液（1.0×10-3mol/L），以及適量的β-CD溶液（5.0×10-3mol/L），依次摻入10mL比色管里面，不斷添水，直至總體積達(dá)到10mL，混合直至均勻，超聲5min，靜置15min，利用熒光分光光度計(jì)，在波長470nm位置測量熒光強(qiáng)度并記錄下來。

②NO2

-的測定在25mL比色管中依次添加1.0mL的NO2-，0.50mL的β-CD-中性紅包合物溶液，不斷添水，直至總體積達(dá)到10.0mL，然后添加0.50mL的3mol/L的HCl溶液，混合直至均勻，25min后，繼續(xù)加水，定容到25mL，在λex為470nm的激發(fā)下，在λem為590nm位置測量試劑以及空白的熒光強(qiáng)度，分別用F和F0表示。

2.結(jié)果與討論

(1)包合物的制備

①包合物的形成

量取2.0mL緩沖溶液（pH7.6）、1.0mL中性紅溶液（1.0×10-3mol/L）、依次取1.0mL，2.0mL，3.0mL，4.0mL，5.0mL的β-CD溶液（5.0×10-3mol/L），添加到10mL比色管中，繼續(xù)加水，直至總體積達(dá)到10mL，混勻，超聲5min，在實(shí)驗(yàn)室中放置15min，然后利用熒光分光光度計(jì)在波長470nm位置對溶液進(jìn)行測量。在450～700nm范圍內(nèi)測定體系的熒光強(qiáng)度，見圖1。

對圖1進(jìn)行分析能夠確定，在470nm波長位置，反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物包合物的發(fā)射上限值出現(xiàn)在590nm位置，在隨著β-環(huán)糊精加入量的增加，熒光增強(qiáng)，證明環(huán)糊精具備熒光增敏的功能。

圖1 中性紅包合物的形成

1：5.0×10-3mol/Lβ-CD；2：1.0×10-3mol/L的中性紅；3：1mLβ-CD與中性紅；4：2mLβ-CD與中性紅；5：3mL β-CD與中性紅；6：4mLβ-CD與中性紅；7：5mLβ-CD與中性紅。

②酸度的選擇

移取相同體積而pH值分別為6.8、7.0、7.2、7.4、7.6、7.8、8.0的KH2PO4-Na2HPO4緩沖液、1.0mL中性紅（1.0×10-3mol/L、以及適量的β-CD溶液（5.0×10-3mol/L），依次倒入10mL比色管中，不斷加水，直至體系的體積達(dá)到刻度位置，混合達(dá)到均勻狀態(tài)后，超聲5min，在實(shí)驗(yàn)室中放置15min，于熒光分光光度計(jì)上，在470nm位置進(jìn)行測量。結(jié)果表明，在緩沖液pH值持續(xù)增大的過程中，體系的ΔF先是不斷增大，達(dá)到頂點(diǎn)時，pH值為7.6，然后不斷降低。由此確定最終的pH值為7.6。

③反應(yīng)穩(wěn)定時間

準(zhǔn)確移取2.0mL緩沖溶液（pH為7.6）、1.0mL中性紅溶液（1.0×10-3mol/L）、少量β-CD溶液（5.0×10-3mol/L），依次倒入10mL比色管里面，不斷加水，直至體系的體積達(dá)到刻度位置，混合達(dá)到均勻狀態(tài)后，超聲5min，分別靜置5min、10min、15min、20min、30min、35min、60min、90m in，利用熒光分光光度計(jì)在470nm波長位置進(jìn)行測量。最后可知，在15min以內(nèi)，體系的熒光強(qiáng)度和室溫放置時間之間為正相關(guān)關(guān)系，15min時體系的熒光強(qiáng)度達(dá)到峰值，且較為穩(wěn)定，而15min之后的熒光強(qiáng)度減弱，因此選擇反應(yīng)穩(wěn)定時間為15min。

④試劑加入順序的影響

為了揭示出試劑添加順序和β-CD包合中性紅之間的關(guān)系，需要以添加順序?yàn)槲ㄒ蛔兞窟M(jìn)行實(shí)驗(yàn)：A.緩沖液+中性紅+β-CD；B.緩沖液+β-CD+中性紅；C.中性紅+緩沖液+β-CD；D.中性紅+β-CD+緩沖液；E.β-CD+緩沖液+中性紅；F.β-CD+中性紅+緩沖液。按包合物形成的實(shí)驗(yàn)方法配制溶液，將溶液放在超聲儀中超聲5min，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下放置15min，然后進(jìn)行測量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：熒光強(qiáng)度和試劑添加順序之間存在關(guān)聯(lián)，上述第A組的熒光強(qiáng)度超過其他組，由此確定應(yīng)該按照緩沖液、中性紅、β-CD的順序添加。

(2)包合物的表征

①中性紅包合前后的熒光強(qiáng)度比較

量取2.0mL緩沖溶液（pH7.6）、1.0mL中性紅溶液（1.0×10-3mol/L）、2.0mL的β-CD溶液（5.0×10-3mol/L），依次倒入10mL比色管里面，然后加水，直至體系的體積達(dá)到刻度位置，混合達(dá)到均勻狀態(tài)后，超聲5min，在實(shí)驗(yàn)室中放置15min，于熒光分光光度計(jì)上，在470nm波長位置進(jìn)行測量。如下圖2。

圖2 中性紅包合前后的熒光光強(qiáng)的比較

1：5.0×10-3mol/L的β-CD；2：1.0×10-3mol/L中性紅；3：5.0×10-3mol/L的β-CD與1.0×10-3mol/L中性紅。

由圖2可知，1為β-CD溶液沒有熒光強(qiáng)度；2為中性紅溶液有較強(qiáng)的熒光強(qiáng)度；3為β-CD與中性紅，其熒光強(qiáng)度遠(yuǎn)超過中性紅，且發(fā)射波長偏移，由此證明產(chǎn)物包合物和β-CD具備熒光增敏的功能。

②中性紅包合前后的吸收曲線比較

準(zhǔn)確移取2.0mL緩沖溶液（pH7.6）、1.0mL中性紅溶液（1.0×10-3mol/L）、2.0mL的β-CD溶液（5.0×10-3mol/L），依次倒入10mL比色管里面，然后加水，直至體系的體積達(dá)到刻度位置，混合達(dá)到均勻狀態(tài)后，超聲5min，在實(shí)驗(yàn)室中放置15min，通過紫外分光光度計(jì)測量吸光度，如下圖3。

圖3 中性紅包合前后的吸收曲線

1：5.0×10-3mol/L的β-CD；2：1.0×10-3mol/L中性紅；3：5.0×10-3mol/L的β-CD與1.0×10-3mol/L中性紅。

由圖3可知，1為β-CD沒有吸光度；2為中性紅有較強(qiáng)的吸光度；3為β-CD與中性紅，其吸光度比中性紅大，說明了β-CD有增敏作用。

(3)NO2-的測定

①鹽酸用量的影響

分別量取1.0mL的NO2-和0.50mL的β-CD-中性紅包合物溶液，先后添加到25mL比色管里面，接著不斷添水，直至體系體積達(dá)到10.0mL，分別加入3mol/L的鹽酸0.10L、0.30L、0.50L、0.70L、0.90L、1.10L，搖晃達(dá)到均勻狀態(tài)，反應(yīng)25min后，定容，整體放置在λex為470nm的條件下，在λem為590nm位置進(jìn)行測量。在不斷摻入鹽酸的過程中，體系的ΔF值增大；當(dāng)鹽酸用量為0.5mL時，ΔF值最大；之后的ΔF值隨著鹽酸用量的增大而急劇減小，所以選鹽酸用量為0.5mL作為體系的反應(yīng)環(huán)境。

②反應(yīng)時間的影響

分別量取1.0mL的NO2-和0.50mL的β-CD-中性紅包合物溶液，先后添加到25mL比色管里面，接著不斷添水，直至體系體積達(dá)到10.0mL，接著摻入0.50mL的3mol/L的HCl溶液，搖晃直至均勻狀態(tài)，將溶液放置2min、6min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、60min，定容，在λex為470nm的條件下，于λem為590nm處進(jìn)行測量。結(jié)果表明，在25min以內(nèi)，體系的ΔF值和反應(yīng)時間之間為正相關(guān)關(guān)系；在25min時，ΔF值最大；之后的ΔF值隨著時間的增長而減小，所以選擇25min為反應(yīng)時間。

③試劑加入順序的影響A.NO2-+中性紅包合物+HCl，B.NO2-+HCl+中性紅包合物，基于上述兩種添加順序進(jìn)行配制，輕微搖晃直至達(dá)到均勻狀態(tài)，25min后，用水定容，在λex為470nm的條件下，于λem為590nm位置進(jìn)行測量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試劑加入順序是影響ΔF值的因素之一。按照A順序添加，能夠?qū)崿F(xiàn)更大的ΔF值，因此在實(shí)驗(yàn)中確定采用先中性紅包合物后HCl的順序添加。

(4)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

在確定的鹽酸用量為0.5mL，反應(yīng)時間為10min，按照NO2-+中性紅包合物+HCl順序摻入時，量取10mg/L的NO2-0.0mL、1.0mL、2.0mL、4.0mL、6.0mL、8.0mL、10.0mL，按1.2.2的實(shí)驗(yàn)方法配制溶液，25min后，不斷摻水，定容，接著進(jìn)行測量。如下圖4。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖4可知，當(dāng)NO2-不超過4.5mg/L時，其和F之間為線在同等條件下測量12次空白，計(jì)算平均值，根據(jù)s2={（x1-x）2+（x2-x）2+…+（xn-x）2}/（n-1）計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差為9.76×10-3，用3S除以工作曲線的斜率K，此時得到的檢測限為2.11×10-3mg/L。也就是說，該方法具有良好的精密度。

(5)樣品分析

分別取適量自來水和水城河水樣，于25mL的比色管中先后添加1.0mL的NO2-，0.50mL的β-CD-中性紅包合物溶液，不斷添水，直至體系的總體積為10.0mL，接著倒入0.50mL的3mol/L的HCl溶液，輕微搖晃直至達(dá)到均勻狀態(tài)，10min后加水定容，在λex為470nm的條件下，于λem為590nm位置，測量出試劑和空白的熒光強(qiáng)度，分別為F和F0，見表1。

表1 水樣中NO2-的測定

表2 水樣中NO2-的測定

3.結(jié)論

中性紅、β-環(huán)糊精在pH值為7.6的Na2HPO4-KH2PO4緩沖液中，放置時間為15min時，可以合成β-CD-中性紅包合物，包合物的熒光強(qiáng)度比中性紅的熒光強(qiáng)度高，通過本文提出的方法，測量水含有的NO2-是完全可行的，具有較大的應(yīng)用潛力[3-4]。