分散液液微萃取-數碼掃描光度法快速測定水中銅離子

袁 英，周興旺，呂鑒泉

(湖北師范學院 化學與環境程學院，湖北 黃石 435002)

在痕量分析中，對目標物的分離富集是分析工作的重要環節，尋找簡便快速、環境友好、回收率和重現性佳的分離富集方法是近年來的研究熱點[1]。對于某些環境樣品分析的特殊要求， 還應選擇便攜、準確的檢測方法，以期達到現場快速檢測的目標。分散液液微萃取(Dispersive liquid-liquid microextraction， DLLME)是2006年由Assadi等[2]提出的一種新型少溶劑的分離富集技術。該技術具有操作簡單快速、試樣消耗低、回收率和富集倍數高等諸多優點，國外有不少研究小組采取先對銅離子進行萃取富集再與其他方法聯用來檢測銅離子[3-4]。這些方法儀器不便攜帶，不利于進行現場檢測。數碼比色檢測法在2007年由楊傳孝[5-6]等提出。丁宗慶等[7]研究了分散液液微萃取-數碼比色法測定水樣中痕量釩的新方法。該方法使用普通家用數碼相機拍攝待測顯色試液，由軟件讀出試液數碼照片的灰度積分值并計算試液濃度。在國外有文獻報道了基于數碼掃描儀的數碼掃描光度法[8]。結合以上文獻，我們提出了分散液液微萃取-數碼掃描光度法快速測定環境水樣中的銅離子，克服了文獻方法存在的數碼相機拍照受光照影響較大且樣品斑點體積大小不一的不足。該分離檢測系統便攜、價廉，適合現場快速分析。

1 實驗部分

1.1 儀器和軟件

BS 224S電子天平 (Sartorius)， AS3120A超聲清洗儀(Auto Science)， 802 型離心機(江蘇國華電器有限公司，中國)，10cm×10cm硅膠G薄層板(青島海洋化工廠)，Eppendorf AG微量移液器 (Hamberg， Germany)，點樣毛細管，10μL微量進樣器，掃描儀，其他玻璃儀器。

Scion image軟件(Scion Corporation，版本號4.0.3.2)；Acdsee軟件(ACD Systems， 版本號10.0)；Originlab軟件(Origin 8.1)。

1.2 試劑

銅(Ⅱ)標準溶液:1.0 mg/mL，用時稀釋成10.0μg/mL標準工作液；銅試劑DDTC(1.66×10-2mol/L，用時稀釋成1.66×10-4mol/L)；乙醇、丙酮、乙腈、甲醇、三氯甲烷、二氯甲烷、正己烷、環己烷(天津科密歐分析純試劑)。實驗用水為二次蒸餾水。所有儲備液均冷藏保存，所有工作溶液均于使用前稀釋至所需濃度。稀釋后的溶液均超聲2～3min.

1.3 實驗方法

在10mL具塞玻璃離心管中依次加入1.0mLCu2+標準溶液或樣品(條件實驗中Cu2+濃度為10μg moL-1)，2.0mL銅試劑(DDTC)，1.0mL乙醇，用蒸餾水定容至6mL，搖勻。加入100 μL 三氯甲烷，超聲振蕩5 min，使管內形成均勻的乳濁液體系，以3000r/min轉速離心3min，有機富集相沉積在管底。用微量進樣器吸取5.0μL有機相點樣在硅膠薄層板上，揮干溶劑后用掃描儀對樣點進行掃描成像。用Acdsee7.0軟件將數碼照片轉化為灰度格式，用Scion image軟件讀數，得到樣點灰度峰面積數據，作峰面積-濃度工作曲線。分散液液微萃取-數碼掃描光度法實驗過程示意圖如圖1所示。

2 結果與討論

2.1 條件優化

2.1.1 萃取劑的選擇 萃取劑的種類對萃取效率有重要影響。考察了三氯甲烷、二氯甲烷、正己烷、環己烷等萃取劑。萃取效果如表1所示，只有三氯甲烷能夠形成均勻分散乳濁液體系，對銅絡合物能夠基本萃取完全，萃取率達到98.25%.而其他萃取劑在超聲振蕩后未形成乳濁液體系，離心分離后也未分層，這是因為這三種液體密度比水小，有揮發性，在振蕩過程中浮于上層揮發掉。故萃取劑應難溶于水、密度比水大、對分析物有良好的親和性等特點?？紤]到后續數碼掃描比色，萃取劑還應有良好的揮發性。三氯甲烷具有較低的介電常數和極性，更易與疏水性的螯合物結合，因此選擇三氯甲烷作為萃取劑效果最優。

表1 不同萃取劑種類的萃取過程

2.1.2 萃取劑的用量 考察了萃取劑三氯甲烷的不同體積對萃取效率的影響，結果如圖2所示，灰度值隨萃取劑用量增加而降低；所用體積50μL時，萃取后有機相體積過少，難以取樣。考慮到萃取后取樣的方便，實驗選用萃取劑體積為100μL.

2.1.3 分散劑的選擇 分散劑應能和水及萃取劑互溶?？疾炝思状?、乙醇、乙腈、丙酮四種萃取劑。結果表明，超聲振蕩后，這些溶劑對三氯甲烷在水中均有良好的分散效果，均可形成良好的乳濁液。結果表明使用乙醇的灰度值最大。考慮到溶劑的毒性和價格，乙醇最適宜選擇作為分散劑。

2.1.4 分散劑的用量 考察了分散劑乙醇的體積用量對萃取效率的影響。如圖3所示，乙醇體積在1.0～1.4mL之間有最大灰度值。分散劑乙醇用量太少，難以形成分散均勻的乳濁液，用量太多，則使水相體積增加，絡合物溶解度變大，較難富集完全。考慮節約試劑，實驗選用乙醇的體積為1.0mL.

2.1.5 離心時間的影響 超聲振蕩后，離心時間影響萃取后沉積相的體積?？疾炝瞬煌x心時間對萃取效果的影響。結果表明灰度值隨離心時間的增加而變化不大，在5min的離心時間下灰度值稍大一些。離心時間越短，分層越不明顯，沉積相的量越少，難以取樣，影響后續操作。離心時間超過3min后，可以幾乎完全分層。故選擇離心時間為3min即可。

2.1.6 截取樣點的選擇 在處理掃描圖像時，用截取一定尺寸樣點的方法進行灰度值計算，為了說明這種方法的可行性，考察了在掃描像圖的不同位置進行隨機取10個點。結果表明，灰度值和積分面積在不同位置并無顯著差異，表明可以在樣點的不同位置截取一定尺寸的點進行灰度值計算分析。

圖1 分散液液微萃取-數碼掃描光度法示意圖 圖2 不同體積萃取劑灰度曲線圖

2.1.7 不同面積的截取 分別從兩種濃度10μg/mL，50μg/mL的三份平行點樣圖中各取一個點樣圖，分別取不同的面積塊，考察同一個樣品點中選取不同面積塊時對像素的影響，結果表明灰度值隨不同面積塊的增加而增加，可以證明采用選取面積塊的方式比直接選擇整個樣品點面積來求像素更加合理，此種方法不受點樣量影響。

2.1.8 點樣體積的影響 考察了不同點樣體積對灰度值的影響。結果如圖4，表明斑點的灰度值與點樣體積無關。這是由于在處理掃描圖像時都是按同一尺寸截取計算的。

圖3 不同體積分散劑灰度曲線圖(c(Cu2+)=10μg/mL: 1mL; DDTC: 2mL; 萃取劑：100μL CHCl3;離心時間：5min; 分散劑：乙醇A: 0.2mL， B: 0.6mL， C: 1.0mL， D: 1.4mL， E: 1.8mL， F: 2.2mL)

3.1.9 共存物質的影響 在優化實驗條件下，對溶液的多種共存成分進行考察(相對誤差在±5%之內)，實驗結果表明:250倍的Mg2+、Ca2+不影響配合物的形成，對測定無干擾。20倍的Ni2+，20倍的Fe2+，10倍的Fe3+，20倍的Cd2+對測定有影響。

3.2 應用

3.2.1 標準曲線的繪制 配制銅離子標準溶液濃度0～100mg/L，在優化條件下進行分散液液萃取富集，點樣，掃描成像比色，結果表明灰度值隨銅離子濃度增加而增加，而且在濃度為0～100mg/L范圍內呈線性關系。線性方程為y=23.40682+3.17388x，相關性系數r=0.9953.

3.2.2 實際樣品分析與回收率實驗 按樣品處理方法對實驗室的自來水和農夫山泉進行了檢測，沒有檢測出銅離子。在樣品中加入標準溶液，回收率在95.40%～102.27%和94.29%～102.87%之間(表2)。

銅離子在水中與銅試劑形成穩定螯合物，分散液液微萃取有很大的液-液表面積，可迅速地將有色螯合物萃取至有機相。 數碼掃描光度法只需微量試液點樣，可避免數碼相機拍照受光線的影響，可與微萃取方法有效聯用。與常用的分析方法如原子吸收、紫外光譜分析等相比，分散液液微萃取-數碼掃描光度法不需要昂貴的儀器，操作簡便快速，環境友好，可實現銅離子的現場快速定量檢測。

表2 樣品中Cu2+含量的測定和方法的回收率

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