陳科平, 張 敏, 朱乾華, 周 尚, 楊季冬*,3

(1.重慶市涪陵環(huán)境監(jiān)測中心，重慶涪陵 408000；2.長江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶涪陵 408100；3.重慶三峽學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶萬州 404000)

我國有豐富的稀土資源，而稀土元素的應(yīng)用十分廣泛，可用于軍事、冶金工業(yè)、石油化工、玻璃陶瓷工業(yè)、農(nóng)業(yè)及高新技術(shù)等各個行業(yè)。植株可吸收環(huán)境中的Eu，人類可通過食物鏈攝入，人體中Eu超標(biāo)會導(dǎo)致許多疾病的發(fā)生[1]。Ce是自然界中分布較多的一種稀土元素，它具有很好的生物活性和一定的抗腫瘤潛能，對一些農(nóng)作物有促長增產(chǎn)作用[2]。Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ) 常相互依存于自然界的獨居石、磷灰石等稀土礦物中，在發(fā)光材料和分子篩等功能材料中Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)有互補(bǔ)的物化性能[3，4]。因此，同時測定環(huán)境樣品或功能材料中痕量的Eu和Ce對人類健康與環(huán)境保護(hù)均具有十分重要的意義。目前Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ) 的檢測方法主要有分光光度法[5]、熒光光度法[6]、化學(xué)發(fā)光法[7]、原子光譜法[8 ]和電化學(xué)方法[9]。采用熒光猝滅法測定Eu(Ⅲ)也有文獻(xiàn)報道[10]。但以核苷抗病毒類藥物泛昔洛韋為探針，用熒光猝滅法結(jié)合同原射線計量分析法[11]同時測定稀土Eu(Ⅲ)和Cu(Ⅳ)還未見有文獻(xiàn)報道。

本文研究發(fā)現(xiàn)，在B-R緩沖溶液介質(zhì)中，微量Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)的加入可使泛昔洛韋(FCV)的內(nèi)源性熒光顯著猝滅，且在一定范圍內(nèi)熒光猝滅程度(△F)與Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)的質(zhì)量濃度成正比，但熒光強(qiáng)度隨Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)的質(zhì)量濃度的線性增幅存在顯著差異。因此，可用熒光猝滅光譜和同原射線計量分析法對Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)進(jìn)行同時測定。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Hitachi F-2500型熒光分光光度計，U-3010型紫外-可見分光光度計(日本,日立公司)；pH-S20K型精密pH計(梅特勒-托利多(上海)儀器有限公司)。

泛昔洛韋標(biāo)準(zhǔn)品(FCV，中國藥品生物制品檢定所)貯備溶液：6.2×10-4mol/L，工作溶液為6.2×10-5mol/L；Eu(Ⅲ)標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 mg/mL，使用時稀釋至10.0 μg/mL；Ce(Ⅳ)標(biāo)準(zhǔn)溶液：100 μg/mL，使用時稀釋至10.0 μg/mL；B-R緩沖溶液：用0.04 mol/L H3PO4、H3BO3和乙酸與0.2 mol/L NaOH溶液按一定比例混合，配成不同pH值的緩沖溶液，用酸度計校正。實驗用水為二次蒸餾水。

1.2 實驗方法

在室溫下，向10 mL比色管中，依次加1.0 mL pH=3.6的B-R緩沖溶液，0.45 mL 6.2×10-5mol/L的FCV溶液,適量的Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)標(biāo)準(zhǔn)溶液(每加一種溶液后均混合均勻)，加水稀釋至刻度并搖勻，靜置5 min，用1 cm石英熒光池，以304 nm為激發(fā)波長，掃描220～500 nm范圍內(nèi)的熒光光譜，并在波長為370 nm處測量溶液的熒光強(qiáng)度(F)，同時做試劑空白(F0)，計算△F=F0-F。測定參數(shù)：狹縫寬度10 nm，掃描速度1 200 nm/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 熒光光譜圖

FCV具有強(qiáng)熒光發(fā)射，其熒光發(fā)射光譜如圖1 A所示，最大發(fā)射波長為370 nm(曲線a、a′)，當(dāng)有Ce(Ⅳ) 或Eu(Ⅲ)存在時，F(xiàn)CV的熒光峰位置不變，但熒光強(qiáng)度受到明顯的抑制(曲線b、b′和曲線c、c′)，且熒光猝滅值△F均隨Eu(Ⅲ)、Ce(Ⅳ)質(zhì)量濃度的增大而增大，但兩體系的相對熒光強(qiáng)度有顯著差異。由圖1 B可知，在370 nm處其熒光猝滅程度(△F)隨Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅲ)混合物的質(zhì)量濃度的增大而增強(qiáng)，說明以上2種稀土離子在混合體系中具有光譜加和性，且在一定濃度范圍內(nèi)熒光猝滅程度與混合物的濃度呈線性關(guān)系。基于此，可根據(jù)Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)的濃度及體系的熒光猝滅程度制得2條標(biāo)準(zhǔn)曲線，并根據(jù)2條標(biāo)準(zhǔn)曲線圍成的扇形面積和二元一次方程圖解法，求得扇形面積內(nèi)測量點的混合物總量和2種稀土離子的含量比。據(jù)此，建立熒光光譜和同原射線計量分析同時測定Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)的分析方法。

圖1 反應(yīng)體系的熒光光譜圖Fig.1 Fluorescence spectra of the reaction systemA：a，a′.FCV；b，b′.FCV+Ce(Ⅳ)；c，c′.FCV+Eu(Ⅲ)；cFCV=5.6×10-6 mol/L；cEu(Ⅲ)=cCe(Ⅳ)=1.0 μg·mL-1；pH=3.6.B：a-h：cEu(Ⅲ)+Ce(Ⅳ)=0，0.05，0.32，0.72，1.2，2.0，2.4，2.8 μg/mL；cFCV=5.6×10-6 mol/L；pH=3.6.

2.2 適宜的反應(yīng)條件

2.2.1反應(yīng)介質(zhì)和酸度的影響考察了B-R、HAc-NaAc和HCl-NaAc等不同緩沖溶液對反應(yīng)體系的影響。結(jié)果表明，B-R緩沖溶液作反應(yīng)介質(zhì)時效果最好。當(dāng)用B-R緩沖溶液作反應(yīng)介質(zhì)時，溶液酸度對熒光強(qiáng)度的影響如圖 2所示，兩體系的最佳pH范圍為3.35～3.85。實驗選用 pH=3.6的B-R緩沖溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，其用量為1.0 mL。

2.2.2FCV濃度的影響在選擇的最佳酸度條件下，考察了FCV的濃度對體系熒光強(qiáng)度的影響。如圖 3所示，2種反應(yīng)體系FCV適宜的濃度范圍均為5.0×10-6～6.2×10-6mol/L。FCV為熒光物質(zhì)，其用量對體系的熒光強(qiáng)度有直接影響。濃度太大時，猝滅作用不明顯；濃度太小，線性范圍變窄。兼顧靈敏度和線性范圍，本實驗選用FCV的濃度為5.6×10-6mol/L。

2.2.3溫度對熒光強(qiáng)度的影響考察了溫度對體系熒光強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，在溫度15～35 ℃條件下，△F最大且穩(wěn)定；溫度在35～45 ℃之間呈直線下降趨勢，溫度在超過45 ℃時下降趨勢更加明顯，故實驗選擇在室溫下進(jìn)行。

2.2.4試劑加入順序及體系的穩(wěn)定性實驗考察了稀土離子、FCV、B-R緩沖溶液；稀土離子、B-R緩沖溶液、FCV；FCV、B-R緩沖溶液、稀土離子3 種試劑加入順序?qū)w系△F的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試劑加入順序?qū)Α鱂幾乎沒有影響。同時實驗還考察了體系的穩(wěn)定性，體系在室溫下可以穩(wěn)定120 min以上，穩(wěn)定性良好。

圖2 酸度對熒光強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of pH on fluorescence intensitya.FCV-Eu(Ⅲ)；b.FCV-Ce(Ⅳ)；cFCV=5.2×10-6 mol/L；cEu(Ⅲ)=cCe(Ⅳ)=1.0 μg/mL.

圖3 泛昔洛韋濃度對熒光強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of FCV concentration on fluorescence intensitya.FCV-Eu(Ⅲ)；b.FCV-Ce(Ⅳ)；cEu(Ⅲ)=cCe(Ⅳ)=1.5 μg/mL；pH=3.6.

2.2.5離子強(qiáng)度的影響考察了離子強(qiáng)度對熒光猝滅的影響。結(jié)果表明，NaCl的加入對體系的△F值影響不大。

2.2.6表面活性劑的影響研究了表面活性劑溴化十六烷基三甲基銨(CTMAB)、十二烷基硫酸鈉(SDS)以及十二烷基苯磺酸鈉(DDBS)對體系熒光強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，表面活性劑對體系的△F均無作用，因此實驗中不加入表面活性劑。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線及其相關(guān)參數(shù)

圖4 泛昔洛韋與Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)相互作用的同原射線圖Fig.4 Rays chart with same one point of FCV-rare earth ions system1.FCV-Eu(Ⅲ)；2.FCV-Ce(Ⅳ)；3.FCV-Eu(Ⅲ)+Ce(Ⅳ)；the experimental conditions were the same as those described in Fig.1.

在適宜的反應(yīng)條件下，分別以不同質(zhì)量濃度的Eu(Ⅲ)、Ce(Ⅳ)及其混合物與FCV反應(yīng)，在最大發(fā)射波長處測定熒光強(qiáng)度，并以熒光猝滅值(△F)對稀土離子的質(zhì)量濃度作圖，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線的有關(guān)參數(shù)列于表1。

圖4是FCV與Eu(Ⅲ)、Ce(Ⅳ)相互作用的同原射線示意圖。圖中直線 1和直線 2分別為FCV-Eu(Ⅲ)、FCV-Ce(Ⅳ)體系的標(biāo)準(zhǔn)曲線，形似“射線”，兩條直線相交于“同一原點”(0.06，423.0)，圍成一定范圍的扇形面積；直線 3是Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)以 3∶1混合后與FCV反應(yīng)體系的標(biāo)準(zhǔn)曲線。3條標(biāo)準(zhǔn)曲線相交于原點。據(jù)此可測量得到混合物總量(通過扇形面積內(nèi)的計量校正可得)和2種稀土離子的含量比c1/c2=(△F2+△F1)/△F1，從而可通過圖解法得到Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)的含量[12，13]。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)參數(shù)及其檢測限

2.4 熒光猝滅反應(yīng)類型

熒光猝滅包括靜態(tài)猝滅和動態(tài)猝滅[14]。圖6顯示了FCV本身的最大吸收光譜λmax=304 nm，Eu(Ⅲ)、Ce(Ⅳ)與FCV反應(yīng)后吸收光譜發(fā)生明顯變化，不僅吸光度值降低，而且最大吸收波長略為紅移，△λmax分別為12 nm和6 nm。溫度對△F/F0的影響見圖7。吸收光譜的改變和熒光猝滅作用隨著溫度升高而降低是靜態(tài)猝滅反應(yīng)的兩個重要特征，因此推斷Eu(Ⅲ)、Ce(Ⅳ)對FCV的熒光猝滅是靜態(tài)猝滅。

2.5 分析應(yīng)用

2.5.1熒光光譜同時測定Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ) 由標(biāo)準(zhǔn)混合物測得的熒光強(qiáng)度以及單組分標(biāo)樣測得的熒光強(qiáng)度之和的結(jié)果表明，在所選波長下相對誤差小于5%，說明其加和性好。在370 nm以Eu(Ⅲ)-Ce(Ⅳ)(3∶1)(總量1.0 μg/mL)進(jìn)行實驗，相對誤差≤±5%時，共存離子干擾情況如表2。由于其它稀土離子濃度較大時干擾Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)的測定，故采用多點增量法測定合成樣品的回收率。

圖6 吸收光譜Fig.6 Absorption spectraa.FCV；b.FCV-Ce(Ⅳ)；c.FCV-Eu(Ⅲ)；cFCV=1.8×10-5 mol/L；cEu(Ⅲ)=cCe(Ⅳ)=30 μg/mL；pH=3.6.

圖7 溫度對△F/F0的影響Fig.7 Effect of temperature on △F/F0a:FCV-Eu(Ⅲ);b.FCV-Ce(Ⅳ).

Co-existing ionCo-existing concentration(μg/mL)Relative error(%)Co-existing ionCo-existing concentration(μg/mL)Relative error(%)K+400-1.8Sc3+10-3.7Na+400-2.0Ti4+12-3.3NH+4250-2.1Y3+10-4.5Ca2+150-2.3Zr4+12-4.4Mg2+160-2.5La3+15-3.4Ba2+220-2.2Gd3+8-4.8Mn2+200-1.9U4+15-3.9Fe3+35-2.8Th4+16-4.0Cu2+45-2.6Cl-4002.1Zn2+100-1.9NO-31002.6Hg2+55-2.7CO2-32002.3Ni2+50-2.6SO2-41502.5Sb3+15-3.4PO3-41202.8As3+20-3.0C5H7O5COO-902.9

2.5.2合成樣品分析由于自然界的稀土礦物中所含稀土元素眾多，且可能在本法中相互干擾，所以我們先行實驗合成樣品以驗證方法的實用性。按照前述實驗過程，用熒光光譜法和同原射線計量分析法同時測定人工合成樣品中的Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)。結(jié)果列于表3中。

表3 合成樣品的回收率測定(n=5)

3 結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)泛昔洛韋與Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)分別反應(yīng)形成絡(luò)合物時泛昔洛韋的強(qiáng)熒光(λex/λem=304/370 nm)可顯著猝滅，且反應(yīng)體系熒光猝滅程度(△F)在一定范圍內(nèi)熒光與Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)的質(zhì)量濃度成正比。據(jù)此可用熒光猝滅光譜和“同原射線計量分析法”對Eu(Ⅲ)和Ce(Ⅳ)進(jìn)行同時測定。該方法可應(yīng)用于環(huán)境樣品和功能材料合成樣品中痕量雙組分混合物的同時測定。