尚 格，董浩楠，張 毅，戴恩睿，葛丹丹，袁 琳

（昆明學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650214）

隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，產(chǎn)生大量富含重金屬離子的工業(yè)廢水，這些廢水如未經(jīng)嚴(yán)格處理就排放會(huì)嚴(yán)重影響水生態(tài)系統(tǒng)［1］。由于鉻（Cr）在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，該類廢水中常存在有毒有害的Cr（Ⅵ）［2-3］。Cr（Ⅵ）可以通過食物鏈進(jìn)行生物蓄積，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，危害人類健康，已被列為第一類致癌物質(zhì)［4-8］。因此，研究水中Cr（Ⅵ）的快速檢測(cè)具有重要意義。

水中Cr（Ⅵ）的測(cè)定通常使用分光光度法、原子吸收光譜法、電化學(xué)分析法、熒光法和在線檢測(cè)儀器等［9-10］。國標(biāo)中使用二苯氨基脲分光光度法對(duì)Cr（Ⅵ）進(jìn)行檢測(cè)，利用了Cr（Ⅵ）在酸性條件下和二苯氨基脲反應(yīng)生成紫紅色化合物的原理［11-12］。該方法在一定濃度范圍具有較高的靈敏度和良好的選擇性，但對(duì)于低濃度Cr（Ⅵ）的檢測(cè)則效果不佳，故需富集后再進(jìn)行測(cè)定。常用的富集方法主要包括聚乙二醇法［13-14］和固相萃取柱法［15］，但操作較為繁雜。

超分子溶劑（SUPRAS）作為一種新型萃劑，因具有簡單、快速、富集倍數(shù)高、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)常被用于替代傳統(tǒng)的有機(jī)萃取劑［16］。該類溶劑和二苯氨基脲與Cr（Ⅵ）反應(yīng)生成的紫紅色化合物極性很相近，且能與水介質(zhì)相分離，因而能較好地將該紫紅色化合物萃取富集。

本工作利用二苯氨基脲顯色及超分子溶劑萃取，建立了一種渦旋輔助分散液-液微萃取—分光光度法測(cè)定水中Cr（Ⅵ）的方法，并探討了測(cè)定條件對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

癸醇（純度98%）、四氫呋喃（純度99%）、二苯氨基脲（分析純）、氯化鈉（光譜純）、乙醇（分析純）；濃硝酸（65%～68%（w））、濃鹽酸（36%～38%（w））、濃硫酸（95%～98%（w））、濃磷酸（85%（w））；Cr（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)溶液，1 000 μg/mL，羅恩試劑公司；去離子水。

UV-2450型紫外-可見分光光度計(jì)，島津公司，配備3 mm×10 mm比色皿；AR2140型電子天平，美國奧豪斯公司；H2-16K型臺(tái)式高速離心機(jī)，湖南可成儀器設(shè)備有限公司；Vortex-Genie2型渦旋振蕩器，美國Scientific Industries公司；水系濾膜（水膜），孔徑0.45 μm，上海市新亞凈化器件廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 超分子溶劑的制備

按一定的摩爾比稱取癸醇和四氫呋喃，置于離心管中，室溫下于渦旋振蕩器中渦旋5.0 min，獲得超分子溶劑，作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的萃取溶劑。

1.2.2 溶液的配制

混酸：濃硫酸和濃磷酸分別與水按體積比1∶1稀釋，再將兩者按體積比1∶1混合。

取Cr（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)溶液10 mL于100 mL的容量瓶中，加入200 μL混酸防止重金屬水解［17］，用去離子水定容至刻度線，配制成100 μg/mL的Cr（Ⅵ）儲(chǔ)備液。以同樣的方法將儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋（每份溶液均需加入酸），配制0.004、0.010、0.050、0.100、0.500、1.000、1.500、2.000 μg/mL的溶液，現(xiàn)配現(xiàn)用。

稱取0.5 g二苯氨基脲溶于乙醇，定容至100 mL容量瓶中，配制成5 g/L的顯色劑，避光冷藏保存，顏色變深則不能使用。

1.2.3 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)方法

取昆明市寶象河水，用水膜過濾后加入濃硝酸酸化至pH為1～2，既可防止重金屬水解沉淀，又可避免其被器壁吸附。以該水為溶劑，分別配制低、中、高等3種濃度水平的Cr（Ⅵ）溶液，并預(yù)留一份空白水樣做對(duì)照，進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。

1.2.4 微萃取過程

在離心管中加入4 mL Cr（Ⅵ）溶液、固體氯化鈉、作200 μL顯色劑、200 μL混酸和超分子溶劑，渦旋一段時(shí)間充分反應(yīng)后，以5 000 r/min離心10 min，管內(nèi)混合溶液分為上（萃取相）下（水相）兩層。將萃取相取出，用超分子溶劑稀釋到2 mL（由于萃取后的樣品量遠(yuǎn)低于儀器的檢測(cè)用量，不足以支持樣品檢測(cè)，故需進(jìn)行稀釋），放入比色皿中，用分光光度計(jì)檢測(cè)吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 測(cè)定波長的確定

以水為空白作參比，對(duì)Cr（Ⅵ）溶液和癸醇進(jìn)行光譜掃描；以癸醇為空白，對(duì)超分子溶劑進(jìn)行光譜掃描；以水和顯色劑為空白，對(duì)Cr（Ⅵ）溶液+顯色劑進(jìn)行光譜掃描；以水+顯色劑和超分子溶劑為對(duì)照，對(duì)萃取相進(jìn)行光譜掃描，以確定體系的最大吸收波長，結(jié)果如圖1所示。由圖1可見：Cr（Ⅵ）溶液+顯色劑在波長540 nm處的吸光度值最大，萃取相在波長545 nm處的吸光度值最大；癸醇、超分子溶劑和Cr（Ⅵ）溶液對(duì)Cr（Ⅵ）溶液+顯色劑以及萃取相的最佳波長幾乎沒有影響，Cr（Ⅵ）溶液+顯色劑與萃取相的最佳吸收波長差別不大。因此，選擇545 nm為測(cè)定波長。

圖1 不同體系的UV-Vis譜圖

2.2 測(cè)定條件的優(yōu)化

采用2.000 μg/mL的Cr（Ⅵ）溶液進(jìn)行本節(jié)實(shí)驗(yàn)。

2.2.1 氯化鈉加入量

由于超分子溶劑對(duì)Cr（Ⅵ）和二苯氨基脲形成的絡(luò)合物萃取不完全，需要進(jìn)行多次萃取，故需加入氯化鈉使絡(luò)合物一次性萃取出來（鹽析劑與水分子結(jié)合，使有色陽離子絡(luò)合物結(jié)合的水分子減少，從而有利于有色絡(luò)合物被萃取到有機(jī)相中）［18］。以癸醇與四氫呋喃的摩爾比為1∶1制備超分子溶劑，萃取劑用量200 μL，渦旋時(shí)間2.0 min，探索了加入不同量的氯化鈉對(duì)萃取效過的影響，結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，開始時(shí)吸光度隨氯化鈉加入量的增加而增大，當(dāng)氯化鈉加入量為0.25 g/mL時(shí)吸光度達(dá)到最大，隨后出現(xiàn)下降趨勢(shì)。這可能是由于氯化鈉加入量過多會(huì)使溶液的黏度增大，降低了物質(zhì)的傳質(zhì)速率，導(dǎo)致萃取效率降低。因此，選擇氯化鈉加入量為0.25 g/mL進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

圖2 氯化鈉加入量對(duì)萃取效果的影響

2.2.2 超分子溶劑配比

本實(shí)驗(yàn)以癸醇和四氫呋喃制備超分子溶劑，癸醇與四氫呋喃的摩爾比對(duì)萃取效果的影響見圖3（萃取劑用量200 μL，渦旋時(shí)間2.0 min）。由圖3可見，摩爾比為1∶1時(shí)，吸光度最好。因此，選擇癸醇與四氫呋喃的摩爾比為1∶1制備的超分子溶劑作為萃取劑進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖3 癸醇與四氫呋喃的摩爾比對(duì)萃取效果的影響

2.2.3 超分子溶劑用量

在富集的過程中萃取劑的用量決定了待測(cè)液中的絡(luò)合物是否能完全萃取出來。選定50～250 μL超分子溶劑進(jìn)行考察，結(jié)果見圖4（渦旋時(shí)間2.0 min）。從圖4可以看出，50～100 μL時(shí)隨著萃取劑用量的增加吸光度出現(xiàn)明顯上升，100～250 μL時(shí)則變化不大。由于在萃取過程中過少的萃取劑難以操作，綜合考慮選擇200 μL的超分子溶劑用量進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化。

圖4 超分子溶劑用量對(duì)萃取效果的影響

2.2.4 渦旋時(shí)間

超分子溶劑和待測(cè)物不相溶，故需使用渦旋進(jìn)行輔助，使其充分接觸縮短萃取時(shí)間，提高萃取效率。選定0.5～3.0 min渦旋時(shí)間進(jìn)行考察，結(jié)果見圖5。

圖5 渦旋時(shí)間對(duì)萃取效果的影響

從圖5可以看出，0.5～2.0 min時(shí)隨著渦旋時(shí)間的延長吸光度不斷增大，之后則有所下降。因此，選擇漩渦時(shí)間為2.0 min。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)定不同濃度Cr（Ⅵ）溶液的吸光度，以Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性擬合，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖6所示。Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度在0.004～2.000 μg/mL范圍（超過該范圍時(shí)線性關(guān)系較差或超吸光度量程）內(nèi)與吸光度有良好的線性關(guān)系，符合朗伯-比爾定律，回歸方程為y= 1.272 79x- 0.004 71，R2為0.999 83。按照實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定空白溶液10次，以3.3倍分析信號(hào)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差和標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率的比值計(jì)算檢出限，結(jié)果為0.15 μg/L；以10倍分析信號(hào)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差和標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率的比值計(jì)算定量限，結(jié)果為0.45 μg/L。

圖6 水中Cr（Ⅵ）測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.4 精密度和準(zhǔn)確度

實(shí)際水樣配制的Cr（Ⅵ）溶液的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可知，該方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0.45%～2.50%，回收率在96.80%～103.50%之間，表明該方法的精密度和準(zhǔn)確度都較好。

表1 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果（n=3）

2.5 方法對(duì)比

將本方法與其他微萃取及含量測(cè)定方法進(jìn)行比較研究，詳見表2。由表2可知，本方法具有較低的檢出限、RSD和較寬的檢測(cè)范圍，可較好地滿足水中Cr（Ⅵ）的測(cè)定要求。

表2 本方法與其他方法的比較

3 結(jié)論

a）本實(shí)驗(yàn)通過基于烷醇的超分子溶劑和渦旋輔助分散，對(duì)水中的Cr（Ⅵ）進(jìn)行萃取富集，采用分光光度法測(cè)定其濃度，測(cè)定波長為545 nm。

b）在以癸醇與四氫呋喃的摩爾比為1∶1制備的超分子溶劑為萃取劑、萃取劑用量為200 μL（Cr（Ⅵ）溶液4 mL）、渦漩時(shí)間為2.0 min、氯化鈉加入量為0.25 g/mL的最優(yōu)萃取條件下，取得了較寬的線性范圍（0.004～2.000 μg/mL），回歸方程為y=1.272 79x- 0.004 71，R2為0.999 83，檢出限為0.15 μg/L，定量限為0.45 μg/L，加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)的回收率為96.80%～103.50%，RSD為0.45%～2.50%。

c）該方法具有操作簡單、溶劑用量少、靈敏度高、精密度好、準(zhǔn)確度高、萃取時(shí)間短的特點(diǎn)，可較好地滿足水中Cr（Ⅵ）的測(cè)定要求。