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1、目 录 摘 要1 关键词1 Abstract1 Key words2 一 绪论21 蒽的荧光特性21.1 光度法测定碘的主要方法31.1.1 常规光度法碘-淀粉光度法31.1.2 催化动力学光度法31.1.3 褪色光度法及双波长光度法41.1.4 荧光光度法4 二 基于蒽荧光熄灭测定碘51 实验部分51.1 主要仪器和试剂51.2 实验方法62 结果与讨论72.1 荧光光谱72.2 蒽用量的选择82.3 pH的选择82.4 反应的络合比的确定92.5 校准曲线、线性范围与检测限102.6 干扰离子的影响122.7 加标回收率133 结论13参考文献13致 谢15基于蒽荧光熄灭测定碘的研究 摘
2、要：蒽具有很强的荧光，经研究发现：碘对蒽有荧光熄灭现象。基于此荧光熄灭作用，建立了利用蒽测定碘的荧光分析方法。在pH=7.40的Tris-HCl 缓冲溶液中，选择激发/发射狭缝宽度5.0 nm/5.0 nm，PMT Voltage为400 V，选择的最大激发/发射波长为376.0 nm/400.0 nm，选取蒽的适宜用量为410-5 mol/L，测定碘浓度的线性范围1.0010-45.0010-8 mol/L，检出限为5.9210-9 mol/L，相对偏差为3.32%(n=11)。可用于实际样品中碘含量的测定，其回收率为95.86%99.15%，结果满意。 关键词：荧光光度法；荧光熄灭；蒽；碘
3、Study on the Determination of Iodine with Anthracene Spectrophotofluorimetric Method Abstract: Anthracene possesses the property of strong fluorescence. The iodine is able to quench the fluorescence of anthracene is found through study. Build up the method of fluorescence analysis via using anthrace
4、ne to determine iodine based on effect of fluorescence-quenching. pH of 7.40 in the Tris-HCl buffer solution, selective excitation/emission slit width being 5.0 nm/5.0 nm; PTMV being 400 V; maximum excitation/emission wave length being 376.0 nm/400.0 nm; determination of the linear range of iodine c
5、oncentration being 1.0010-45.0010-8 mol/L; detection limit being 5.9210-9 mol/L,and standard deviation being 3.32%(n=11); determinate actual content of iodine in samples, the recovery rate is 95.86% 99.15%, with satisfactory results. Key words: Spectrophotofluorimetry; Fluorescence quenching; Anthra
6、cene; Iodine一 绪论 碘是人体中必不可少的微量元素之一，可以维持基本生命活动，维持脑垂体的生理功能，促进身体和大脑发育。人体长期摄入不足可引起碘缺乏病，如地方性甲状腺肿和地方性克汀病等。分析和研究不同生物样品特别是中国人饮食结构中碘元素的含量，推断人体从食物中碘的摄入量，对确定合理碘的需求对人体健康的重要性有一定的指导意义。碘的化学特征不稳定，是较难检测的元素之一。由于食品中碘的含量很低，化学成分复杂，且个体差异大和干扰成分多，因此建立一种准确性高、稳定性好、快速、灵敏的微量碘测定方法具有十分重要的意义。实验结果表明，碘和蒽能形成络合物，对蒽的荧光强度有明显的降低，甚至熄灭。从而建
7、立了荧光光度法测单质碘的方法。本法研究了最佳的实验条件，且结果满意。1 蒽的荧光特性在分光光度法中，我们知道已知某些物质吸收了与它本身特征频率相同的光量子后,其分子被激发到较高的能阶,从而产生吸收光谱。有些物质，当用紫外光照射时,它吸收了某种波长的光之后还会发射出各种颜色和强度不同的光；而当紫外光停止照射后, 这种光线也随之消失,这种光线称为荧光。荧光的波长比吸收的紫外光波长要长些1。由于物质分子结构不同, 所吸收的紫外光波长和发射的荧光的波长也有所不同,利用这个特性可以鉴别物质。同一种分子结构的物质, 用同一种波长紫外光照射,可发射相同波长的荧光；若物质的浓度不同, 则浓度大时,所发射的荧光
8、强度亦强, 利用这个性质可以进行定量测定。某些物质吸收紫外光后为什么会发射出波长比紫外光源长的荧光？这些物质吸收了一定波长的光能之后再发射出来, 即其原子中的某些电子从基态中的最低振动能阶跃迁到较高电子能阶的某些振动能阶之后, 由于电子在同类分子或其它分子中撞击,消耗了相当能量而下降到第一电子激发态中的最低振动能阶, 能量的这种转移形式称为无辐射跃迁； 由此最低振动能阶下降到基态中某些不同振动能阶,同时就发射出比原来所吸收的频率较低, 波长较长的一种光能, 这种光能就是荧光。被这些物质所吸收的紫外光称激发光, 产生的荧光称发射光。当仪器的使用条件(例如激发波长、发射波长、灵敏度、负高压及狭缝宽
9、度) 和被测物质确定以后, 所测得的荧光相对强度仅与被测定的荧光物质的浓度成正比, 这是对被测物质进行定量分析的依据。蒽作为荧光物质，在仪器使用条件不变的情况下，可依据其荧光特性，定量测定非荧光物质的量。1.1 光度法测定碘的主要方法1.1.1 常规光度法碘-淀粉光度法2碘-淀粉光度法是最常用的测定碘的光度分析方法。该方法是基于在少量I-存在下，I2与可溶性淀粉作用生成蓝色吸附络合物，该络合物在580 nm处有最大吸收值，依据吸光度与I2之间的定量关系而建立起来的一种分析方法。基于吸光度与I2之间的定量关系，进行的各种研究主要区别在于所采用的氧化剂有所不同，有的还加入其它物质以起到增敏作用。碘
10、-淀粉光度法测碘选择性好、灵敏度较高、操作简单快速，但显色反应不够稳定，灵敏度受多种因素影响，且所用的淀粉溶液应该是新配置的。1.1.2 催化动力学光度法3在酸性介质中，I-具有催化活性(包括促进作用和阻抑作用)，反应速率与催化剂含量存在定量关系，以此为基础建立了测定碘的催化动力学光度法1。砷铈催化光度法是应用最早的测定微量碘的方法，几十年来，此法作为尿碘、水碘、土壤碘各种食品碘测定的标准方法为世界许多国家碘缺乏病防治和监测部门所采用，但该方法步骤繁琐，易出现误差，后来又出现了改进的砷铈催化光度法，既减少了重复污染，又减小了误差。催化动力学光度法测定碘灵敏度较高，检出限低，操作简便，但其测定条
11、件不易控制，多数催化反应时在加热条件下进行，反应一段时间后需采取措施以终止反应的进行，且选择性也不是很高，NO2-及强的氧化性物质对测定产生干扰。1.1.3 褪色光度法4及双波长光度法5褪色光度法是基于碘酸根与一有色物质反应，并引起该物质颜色变浅而建立起来的光度法。在硫酸介质中，溴化钾催化下，碘酸根氧化二甲酚橙褪色，建立了二甲酚橙褪色光度法。在硫酸介质中，碘酸根对酸性络蓝K具有褪色作用，且褪色的程度与碘酸根存在量有关。碘酸根对偶氮胂具有氧化褪色作用，借此可以进行吸光光度测定碘。又如酱类样品在碱性条件下进行灰化，碘被还原后与碱金属结合生成碘化物，用溴水将碘化物定量氧化物碘酸钾，在酸性条件下，以溴
12、化钾为催化剂，利用IO3的氧化性使二甲基黄褪色，测定了酱类食品中微量碘。在溴和甲酸钠存在下，碘与淀粉作用生成蓝色物质。双波长光度分析法可以极大的提高监测的精密度和选择性，可同时测定互有干扰的两个组分或三个组分，且灵敏度高、稳定性强，可以和其他方法联合使用，具有很好的应用前景。如在pH=2.2 的Clark-lubs 缓冲溶液中，I3-与亚甲基蓝在阿拉伯胶存在下结合成具有正吸收峰和负吸收峰的离子缔合物，最大正吸收波长位于530 nm，最大负吸收波长位于610 nm，碘酸根的浓度在一定范围内与吸光度呈线性关系，据此建立了测定痕量碘酸根的IO3-I-二亚甲基兰体系双峰双波长分光光度法。1.1.4 荧
13、光光度法6对于水中的痕量碘，可以采用碘化还原原子荧光法进行检测，该方法是在酸性条件下，I-催化Ce4+氧化As()为As()，在HAc-NaAc体系中(pH=6)原子荧光法测定As()，从而测定痕量碘，方法线性范围为0.040.4 ngmL-1，结果令人满意。荧光光度法的灵敏度一般比吸光光度法约要高12个数量级，但由于共存物质对荧光的猝灭及增强效应，其选择性不够好。虽然如此，但荧光法测定痕量元素碘具有很大的潜力，随着科学技术的发展，该方法一定会得到越来越广泛的研究和应用。二 基于蒽荧光熄灭测定碘碘是合成甲状腺激素的主要成分，适量的碘可供应人体合成生长发育所必需的甲状腺激素，如果碘缺乏或过量，可
14、引起甲状腺功能低下和甲状腺肿大。因此，精确地规定食物中的碘浓度是一个值得关注的科学问题。在常用测定碘的方法中，催化动力学法、色谱法、分光光度法、吸光光度法7等虽能测定添加的微量碘，但这些方法具有反应温度较严格、耗时长、耗样量大、操作繁琐等不足；中子活化法、原子吸收法8和电极法等具灵敏度极高、选择性好、耗样量小等优点，但仪器昂贵且预处理费时。荧光分析法具有灵敏度高、选择性好、操作简单等优点，在碘的检测分析中的应用日益广泛9。蒽是一类具有荧光的荧光试剂，广泛应用于光化学传感器的研究中。蒽分子具有很强的荧光，利用其荧光性质进行单质碘的测定，目前未见文献报道。本实验发现，单质碘能与蒽发生反应，形成不发
15、荧光的基态配合物，而使蒽荧光熄灭，据此，建立了I2-蒽体系测定微量碘的荧光分析方法。本法灵敏、准确，直接用于测定实际样品中微量碘的测定，相对偏差为3.32%，其回收率为95.86%99.15%。1 实验部分1.1 主要仪器和试剂日立F-2500荧光分光光度计(日本日立公司)；pHS-3C型精密pH计(上海第三分析仪器厂)；FC104电子天平(上海精密科学仪器有限公司)。 10-3 mol/L 蒽的标准溶液：准确称取蒽0.01783 g于小烧杯中，加少量95%乙醇溶解后转入100 mL容量瓶中，用95%乙醇定容，充分摇匀。0.10 mol/L碘的标准溶液：准确称取单质碘1.2690 g及2.5
16、gKI于小烧杯中，加少量蒸馏水溶解后转入到50 ml棕色容量瓶中，用蒸馏水定容，充分摇匀。用0.10 mol/LNa2S2O3标准溶液标定。以下储备液的配制方法同上：0.10 mol/L 的Fe()标准储备液：准确称取FeCl36H2O（AR 台山化工厂）2.7032 g； 0.10 mol/L 的K()标准储备液：准确称取KNO3（AR 湘中地质实验研究所）1.0110 g；0.10 mol/L 的Ni()标准储备液：准确称取Ni(NO3)26H2O（AR 化学试剂三厂）2.9082 g；0.10 mol/L 的Pb()标准储备液：准确称取Pb(NO3)2（AR）3.3121 g；0.10
17、mol/L 的Ba()标准储备液：准确称取Ba(NO3)2（AR 北京化工厂）2.6149 g；0.10 mol/L 的Ca()标准储备液：准确称取CaSO4（AR）1.3614 g；0.10 mol/L 的Al()标准储备液：准确称取Al(NO3)29H2O（AR）2.4166 g；0.10 mol/L 的Co()标准储备液：准确称取Co(NO3)26H2O（AR 广东台山化工厂）2.9124 g；0.010 mol/L 的Mn()标准储备液：准确称取MnSO4H2O（AR 湘中地质实验研究所）0.1692 g；实验用水为二次蒸馏水，其余无机或有机试剂均为分析纯且无荧光性。1.2 实验方法准
18、确移取1 mL不同浓度标准蒽溶液于10.00 mL的比色管中，然后用95%乙醇稀释至5 mL刻度，用作空白样，选择激发/发射夹缝宽为5.0 nm/5.0 nm，光电倍增电压PMT Voltage为400 V，用1 cm的石英比色皿盛入待测液，选择激发/发射波长于ex/em=376.0 nm/400.0 nm处测其荧光强度F0，依次加入1 mL10-5 mol/L的碘的标准溶液，然后用95%乙醇稀释至5mL刻度，测定其荧光强度F，以F0/F确定蒽的最佳浓度。配制pH=7.108.40的碘的蒽溶液，以同样的方法确定最佳pH值。最后再在确定好的浓度和pH值下验证实验结果，所有实验均在(201)下进行
19、。2 结果与讨论2.1 荧光光谱 荧光猝灭原理是指荧光物质分子与溶剂分子或溶质分子之间发生的导致荧光强度下降的物理或化学作用过程10。与荧光物质分子发生相互作用而引起荧光强度下降的物质称为荧光猝灭剂，荧光猝灭有各种机理，作为本实验所采用的是动态猝灭机理，动态猝灭过程是与自发的发射过程相竞争从而缩短激发态分子寿命的过程11。由于荧光猝灭的程度与分析物质的浓度有着定量的关系，从而通过测定荧光化合物荧光强度下降的程度，便可间接地测定该分析物质的浓度12。蒽受紫外光照射后发生紫色荧光13，但与溶液中单质碘作用后，形成不发光的基态配合物。图2.1为蒽与不同浓度的碘溶液平衡后的荧光发射光谱。由图2.1可知
20、，随着碘浓度的增加，对蒽的荧光熄灭的程度越高，由此作为测定碘含量的理论依据。 c/(mol.L-1)F(EM=400.0nm )0（空白）32855.0010-932141.0010-832142.0010-831985.0010-831751.0010-731515.0010-730631.0010-630435.0010-629981.0010-529631.0010-20.00图2.1 蒽与不同浓度的碘反应达平衡时的荧光光谱图Figure 2.1 The fluorescence spectra of anthracene with different concentrations of
21、 iodineequilibrium reaction.c(蒽)=10-3mol/L； a.空白； b.110-6mol/L； c.210-6mol/L；D.110-5mol/L； e.210-5mol/L； f.410-5 mol/L； g.610-5mol/L； h.810-5mol/L； i.110-4mol/L； j.210-4 mol/L； k.410-4mol/L； l.610-4mol/L； m.810-4mol/L； 0.10-3mol/L； p.210-3mol/L；2.2 蒽用量的选择蒽的加入量太小，反应不完全，荧光响应值小，仪器信噪比低；蒽的加入量过大，由于内滤效应使荧光
22、自猝灭。故通过本实验选择最适测定碘溶液的蒽加入量14。取不同浓度的母液配成5 mL试剂，用作空白样，测定其荧光强度F0；取不同浓度的母液加1.0010-5 mol/L的碘酒溶液配成5 mL试剂，用作对照样，测定其荧光强度F。C(mol/L)F0/F1.0010-51.081162.0010-51.102153.0010-51.111764.0010-51.119125.0010-51.051836.0010-51.039388.0010-51.031771.0010-41.02248图2.2 蒽用量的影响Figure 2.2 The amounts effect of anthracene t
23、o fluorescence intensity.根据实验数据作相对荧光强度（F0/F）对蒽用量c/(mol/L)的图（见图2.2） 实验结果如图2.2，图中曲线在2.0010-5mol/L4.0010-5 mol/L逐渐增强且荧光强度高，在4.0010-5 mol/L之间荧光响应值最高，所以选用蒽加入量为4.0010-5 mol/L作为最适宜用量。2.3 pH的选择考察了pH在7.108.40范围内对蒽的荧光响应的影响以及对碘对蒽的荧光熄灭作用的影响。取1 mL母液稀释成10mL试剂，并将试剂控制在pH=7.108.40，测定分别在pH=7.108.40的空白样品的荧光强度F0；取1 mL母
24、液和1 mL1.0010-5 mol/L碘酒溶液放入比色管中，用水稀释成10 mL试剂，并将试剂控制在pH=7.108.40，测定分别在pH=7.108.40的加碘溶液的荧光强度F。根据表2作相对荧光强度（F0/F)对pH的图（见图2.3）pHF0/F7.101.002107.201.009687.301.014297.401.043107.501.017487.601.010377.701.007377.801.005757.901.004908.000.99880.8.100.998188.200.987908.300.985118.401.00210图2.3 pH对荧光强度的影响Figu
25、re 2.3 The effect of pH on the fluorescence intensity从图2.3中可以看出，pH=7.40时，荧光强度变化最大最明显，故选用pH=7.40为最适宜pH。2.4 反应的络合比的确定取不同浓度的蒽作空白样，并测定其荧光强度F0；取上述相同浓度的蒽和不同浓度的单质碘配成混合溶液测定其荧光强度F；作F/F0-c(碘溶液)/c(蒽溶液)图。由图2.4可知：碘单质与蒽之间的组成比为1:1。c（碘溶液）/c（蒽溶液）F0/F0.0010.987720.0020.824330.0050.862450.0100.701340.0500.564760.1000.
26、442650.5000.165831.0000.030081.2500.006581.5000.002331.7500.0004542.0000.000248图2.4 反应的络合比的确定Figure 2.4 The determination of complexation reaction ratio 2.5 校准曲线、线性范围与检测限取1 mL母液，用稀盐酸调节母液的pH，将pH控制在7.40左右，并用水稀释，制成10 mL试剂，测定其荧光强度F0；取1 mL不同浓度的碘溶液，浓度在5.0010-81.0010-4 mol/L范围，加入Tris-HCl缓冲溶液5 mL，将pH控制在7.40
27、左右，并加入1 mL母液，稀释，制成10 mL试剂，测定不同浓度碘溶液的荧光强度F。 荧光响应原理：设碘与蒽作用形成组成比为mn的基态络合物，则： （1）式中 A(aq)代表碘，B(aq)代表溶液中蒽，AB(aq)为形成的基态配合物，K 为平衡常数即配合物的形成常数。如果忽略碘浓度与活度之间的差别，则有： （2） 为便于数据处理，引入相对荧光响应值，为游离的蒽质量浓度 CB(aq)与总质量浓度 CB,O(aq)之比： （3） 用可检测到的荧光信号(荧光强度)表示： （4）式中 F0、F1 分别为=1 蒽离子全部以游离态存在和= 0全部以配合物形式存在时的荧光强度。碘浓度(mol/L)F(EM=
28、400.0 nm)空白样品32325.0010-932281.0010-832092.0010-831985.0010-831751.0010-731515.0010-730631.0010-630435.0010-629981.0010-529635.0010-528631.0010-42842图2.5 碘的蒽溶液F0/F-logc工作曲线Figure 2.5 The working curve of iodine anthracene F0/ F-logc据图2.5可得出相对荧光响应值同碘物质的量浓度之间的关系式：F/F0 =077131-0.02819 logc，相关系数R=0.9922
29、5。可知：F/F0在0.8790.998范围内所对应浓度呈良好线性关系，故在该范围内所对应的浓度范围为工作曲线的线性范围即1.0010-45.0010-8 mol/L；对1.0010-5 mol/L的碘平行测定11次，据3S0/K(S0为空白测定值的标准偏差，K为工作曲线的斜率)可确定其检出限15即CL=5.9210-9 mol/L。2.6 干扰离子的影响在干扰物存在的条件下，所测得的荧光强度变化的相对误差须小于或等于5%，以此为标准来评价一些常见的共存离子对测定1.0010-5 mol/L碘的影响16。 1 mL1.0010-4 mol/L碘酒溶液加入1 mL0.10 mol/L蒽溶液，加蒸
30、馏水稀释，配成10 mL空白试剂，充分摇匀，测定空白试剂的荧光强度F0；1 mL1.0010-4 mol/L碘酒溶液加入1 mL 4.0010-4 mol/L蒽溶液，再加入1mL不同浓度的离子溶液，加95%乙醇稀释，配成10 mL试剂，测定离子溶液的荧光强度F（测定结果见表1）。表2.1 干扰离子的测定数据F0(EM=400.0 nm)=3009Table 2.1 The interfere determination results. F0(EM=400.0 nm)=3009干扰离子离子浓度c(mol/L)浓度倍数F可允许的共存物质倍率Cd()0.101.0010-4298910000Fe(
31、)1.0010-60.1028670.10Hg ()1.0010-81.0010-228931.0010-3K()0.101.0010-4297610000Al()1.0010-31.0010-42898100Mg ()1.0010-31.0010-42902100Co ()1.0010-51.0029061.00Na()0.101.0010-4300210000Zn()0.101.0010-4297310000Ba()1.0010-41.00287910.0Pb()1.0010-60.1029800.10Cr()1.0010-60.1028600.10Sr()1.0010-310028721
32、00Cu()1.0010-51.0028571.00 在优化的条件下，考察了15种常见离子对体系的影响，在碘浓度为1.0010-5 mol/L，荧光强度相对误差小于或等于5%的条件下，可允许的共存物质倍率为：1000倍的Cd()、K()、Na()、Zn()；100倍的Al()、Mg()、Sr()；1倍的Co()、Cu()。检测时需掩蔽Fe()、Hg()、Pb()、Cr()等离子。2.7 加标回收率取1mL4.0010-4 mol/L的蒽溶液，加入1mL的1.0010-5 mol/L碘溶液置于10mL的具塞试管中，加95%乙醇稀释，配成10 mL试剂，充分摇匀。按测定校准曲线的试验方法测定各样品
33、的荧光强度。平行重复四次。然后按校准曲线进行定量分析，结果见表2.2。其回收率在95.86%99.15%之间。表2.2 样品的测定结果(n=4)Table 2.2 The actual sample determination results (n=4)样品加入量(10-5 mol/L)加标测定总量(10-5 mol/L)RSD(%)回收率(%)11.000.958574.1495.8621.000.976622.3497.6631.000.991540.8599.1541.000.981601.8498.163 结论(1) 运用新试剂蒽作荧光试剂，碘能与蒽形成配合物从而使其荧光熄灭，据此可以
34、测定碘的浓度。(2) 实验中选择激发/发射狭缝宽度5.0 nm/5.0 nm，PMT Voltage为400 V，选择的最大激发/发射波长为376.0 nm/400.0 nm。测定碘时蒽的最适宜用量为4.0010-5 mol/L，pH为7.40。(3) 测定碘浓度的线性范围是1.0010-45.0010-8 mol/L，检出限为5.9210-9 mol/L，用于实际样品中碘含量的测定，其回收率为95.86%99.15%,相对偏差为3.32% (n=11)。(4) 运用本法测定碘的含量，结果满意，可用于实际样品碘的分析。参考文献1 刘丽静蒽的荧光特性及其测定方法研究J内蒙古石油化工，2007，(
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