基于鐵(Ⅲ)-硝基-薩洛芬配合物的共振光散射光譜法測定油茶籽油和自來水中久效磷的含量

楊 靜,李 倩,任 靜,聶長明,廖力夫,肖錫林,*

(1.衡陽市場監督檢驗和檢測中心,衡陽 421001;2.南華大學 化學化工學院 湖南省錒系配合物設計與應用重點實驗室,衡陽 421001;3.南華大學 衡陽醫學院 公共衛生與檢驗科學系,衡陽 421001)

由于有機磷農藥常用于農作物的害蟲防治,易殘留在源自農作物的食用油中,或隨著農作物的澆灌、雨水的沖刷等過程遷移至地下水、河流和湖泊中,這嚴重威脅了人類健康和生態環境[1-3]。久效磷是一種比較常見的有機磷農藥,具有很強的毒性,會使人視力模糊、肌肉無力、嘔吐甚至因呼吸衰竭而死亡[4]。目前,有機磷農藥的傳統檢測方法有色譜法和質譜法等[5-6],但這些方法大多步驟繁瑣、操作復雜或者儀器設備昂貴[7-11]。因此,十分有必要建立一種簡單、快速、準確測定食用油和水中久效磷含量的方法[12-14]。

共振光散射光譜法由于具有圖譜簡單、操作方便且儀器便宜等優點,在有機磷農藥殘留檢測中應用廣泛[15-16]。席夫堿是一類具有亞胺或甲胺特性基團的有機化合物。由于具有獨特的化學結構和易制備等特點,席夫堿已被成功用于構建金屬離子、苦味酸等物質的傳感器[17-20]。薩洛芬(Salophen)是一種常見的四齒席夫堿金屬配合物。因此,本工作通過合成鐵(Ⅲ)-硝基-Salophen(I-N-Sal)配合物,研究了其與久效磷相互作用產生的共振光散射光譜,提出了一種測定油茶籽油和自來水中久效磷含量的方法。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Hitachi F-7000型熒光光譜儀;Hitachi UV-3900型紫外-可見分光光度計;Erimonta UNICUBE型元素分析儀;Thermo Nicolet iS5型傅里葉變換紅外光譜(FTIR)儀;Bruker 400 MHz型核磁共振波譜儀。

久效磷標準溶液：0.1 mmol·L-1,取2.2 mg久效磷標準品,用水溶解并定容至100 mL。

三羥甲基氨基甲烷(Tris)-鹽酸緩沖溶液：0.1 mol·L-1,取1.211 4 g Tris于燒杯中,加入80 mL水使其完全溶解后,滴加鹽酸使溶液酸度達到pH 8.5,并用水定容至100 mL。

久效磷標準品的純度為98.5%;鄰苯二胺、5-硝基水楊醛、九水合硝酸鐵、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、Tris、鹽酸、乙腈、乙酸、無水硫酸鎂、無水乙酸鈉、乙酸乙酯均為分析純;試驗用水為純水。

油茶籽油樣品購買自衡陽市當地的超市;自來水樣品取自南華大學紅湘校區。

1.2 試驗方法

1.2.1 I-N-Sal配合物的制備

將15 mL含0.5 mmol 5-硝基水楊醛的乙醇溶液滴加到10 mL含1 mmol鄰苯二胺的乙醇溶液中,所得混合物在40 ℃水浴下攪拌回流0.5 h;然后在攪拌條件下加入10 mL含0.5 mmol九水合硝酸鐵的乙醇溶液,繼續攪拌4 h,過濾,用乙醇重結晶后干燥,得到深橙紅色固體粉末(產率75.5%),即I-N-Sal配合物[21]。取2.3 mg I-N-Sal配合物,用DMF溶解并定容至50 mL,得到0.1 mmol·L-1I-N-Sal溶液。

1.2.2 久效磷標準溶液的測定

將適量的久效磷標準溶液、70 μL 0.1 mmol·L-1I-N-Sal溶液和2 mL Tris-鹽酸緩沖溶液加入到10 mL比色管中,用水定容至10 mL。室溫反應20 min后,用熒光光譜儀(設置光電倍增管電壓為-400 V,激發和發射狹縫寬度均為5 nm)在激發波長與發射波長相等的情況下對上述混合溶液進行掃描,記錄體系在300 nm處的共振光散射強度。隨同進行空白試驗。

1.2.3 樣品測定

取5 g油茶籽油樣品,緩慢加入到50 mL離心管中,加入10 mL水,渦旋2 min,室溫靜置30 min。依次加入16 mL體積比99…1的乙腈-乙酸的混合溶液、6 g硫酸鎂、1.5 g乙酸鈉和1顆陶瓷均質子,渦旋2 min,以轉速4 000 r·min-1離心5 min。分取8 mL上清液于15 mL離心管中,依次加入1 200 mg硫酸鎂、400 mgN-丙基乙二胺(PSA)和400 mg C18,渦旋2 min,以轉速4 000 r·min-1離心5 min。分取2 mL上清液于10 mL試管中,于40 ℃水浴氮吹至近干。將殘留物用1 mL乙酸乙酯復溶,過0.2 μm有機濾膜,濾液按照1.2.2節試驗方法進行測定。

對于自來水樣品,無需預處理,可直接按照1.2.2節試驗方法進行測定。

2 結果與討論

2.1 I-N-Sal配合物的表征

2.1.1 紫外-可見吸收光譜圖

I-N-Sal配合物的紫外-可見吸收光譜圖見圖1。

圖1 紫外-可見吸收光譜圖Fig.1 UV-Vis absorption spectrum

結果表明：I-N-Sal配合物在紫外光區有3個吸收峰,339 nm和362 nm處的吸收峰歸因于苯環和席夫堿上亞胺基的π→π*躍遷[22],429 nm處的吸收峰歸因于席夫堿上甲胺基中氮原子孤對電子的n→π*躍遷。

2.1.2 FTIR

I-N-Sal配合物的FTIR圖見圖2。

圖2 FTIR圖Fig.2 FTIR spectrum

由圖2可知：I-N-Sal配合物的重要官能團,如3 087 cm-1(C-H芳香族)、1 619 cm-1(C-N)、1 523 cm-1(C-C芳香族)、1 096 cm-1(C-O芳香族)、542 cm-1(Fe-N)、501 cm-1(Fe-O)等吸收峰均有不同程度的出現。

2.1.3 元素分析

I-N-Sal配合物的元素分析結果顯示,C、H、N的質量分數實測值分別為52.20%,2.61%,12.20%,與理論值基本一致。

2.1.4 核磁共振氫譜

I-N-Sal配合物的核磁共振氫譜(1H-NMR)數據如下。

1H-NMR(DMSO-d6,400 MHz)δ：8.46×10-6(d,2H,Ar-H),7.73×10-6(dd,2H,N=C-H),7.19×10-6(s,2H,Ar-H),7.14×10-6(dd,2H,Ar-H),6.78×10-6(m,4H,Ar-H)。

綜合紫外-可見吸收光譜圖、FTIR、元素分析和1H-NMR表征結果,可以得出結論,所制備的物質是四齒席夫堿金屬配合物,其化學式為C20H12N4O6Fe。

2.2 共振光散射光譜圖

久效磷、I-N-Sal配合物、I-N-Sal配合物+久效磷在pH 8.5體系中的共振光散射光譜圖如圖3所示。

圖3 共振光散射光譜圖Fig.3 Resonance light scattering spectra

由圖3可知：當I-N-Sal配合物和久效磷分別單獨存在時,體系的共振光散射強度較弱;當I-N-Sal配體物與久效磷混合后,體系的共振光散射強度明顯增強。這是由于I-N-Sal配合物與久效磷反應形成復合物,并發生聚集形成聚合體,導致體系的分子質量增大,從而產生強烈的共振光散射信號。該聚合體的最大散射峰位于300 nm處,因此試驗選擇300 nm作為檢測波長。

2.3 反應條件的優化

2.3.1 酸度

考察了體系酸度為pH 5.5～10.0時共振光散射強度的變化情況,結果如圖4所示。

圖4 酸度對體系共振光散射強度的影響Fig.4 Effect of acidity on resonance light scattering intensity of system

由圖4可知：當酸度為pH 8.0～9.0時,體系共振光散射強度增量達到最大;當pH低于8.0或高于9.0時,體系共振光散射強度均下降。這表明久效磷與I-N-Sal配合物的反應宜在弱堿性介質中進行,其可能的原因是：在酸性條件下,I-N-Sal配合物的質子化[23]使得其上的硝基與久效磷上的氨基的結合能力減弱;而在強堿性條件下,久效磷的水解導致二者之間的配位能力減弱。因此,試驗選擇采用pH 8.5的Tris-鹽酸緩沖溶液調節體系酸度。

2.3.2 I-N-Sal配合物濃度

固定體系中久效磷濃度為1.000 μmol·L-1,考察了I-N-Sal配合物濃度對體系共振光散射強度的影響,結果如圖5所示。

圖5 I-N-Sal配合物濃度對體系共振光散射強度的影響Fig.5 Effect of the concentration of I-N-Sal complex on resonance light scattering intensity of system

由圖5可知：隨著I-N-Sal配合物濃度的增大,體系的共振光散射強度增量顯著增大;當I-N-Sal配合物濃度超過0.700 μmol·L-1時,體系的共振光強度增量基本維持不變,表明久效磷與I-N-Sal配合物已基本完全結合。因此,試驗選擇的I-N-Sal配合物濃度為0.700 μmol·L-1。

2.3.3 反應時間

試驗考察了反應時間(0,5,10,20,25,35,45,55 min)對體系共振光散射強度的影響。結果表明：隨著反應時間的延長,體系共振光散射強度逐漸增大,在20 min時達到最大并趨于穩定,表明此時I-N-Sal配合物與久效磷已基本反應完全。因此,試驗選擇靜置反應20 min后再進行檢測。

2.4 標準曲線和檢出限

取適量的久效磷標準溶液,使體系中久效磷濃度為0,0.100,0.300,0.500,0.800,1.100 μmol·L-1,按照1.2.2節試驗方法進行測定,以久效磷的濃度為橫坐標,300 nm處對應的共振光散射強度為縱坐標繪制標準曲線。結果顯示：久效磷標準曲線的線性范圍為0.100～1.100 μmol·L-1,線性回歸方程為y=1 376x+527.7,相關系數為0.995 9。

以3s/k(s為6次空白溶液測定值的標準偏差,k為線性回歸方程的斜率)計算檢出限,結果為30 nmol·L-1。

2.5 選擇性試驗

2.6 樣品分析與回收試驗

按照1.2.3節試驗方法對油茶籽油樣品(為保證陽性樣品的存在,部分樣品在預處理前進行了模擬久效磷農藥污染處理)和自來水樣品進行分析,并與NY/T 761-2008《蔬菜和水果中有機磷、有機氯、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類農藥多殘留的測定》(氣相色譜法)進行對比,結果見表1;同時對空白樣品進行久效磷的加標回收試驗,計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD),結果見表2。

表1 樣品分析結果(n=6)

表2 回收試驗結果(n=6)

由表1可知,本方法測定油茶籽油和自來水中久效磷的結果與NY/T 761-2008的基本一致。由表2可知：油茶籽油中久效磷的加標回收率為97.0%～103%,測定值的RSD為1.5%～3.8%;自來水中久效磷的加標回收率為98.0%～103%,測定值的RSD為2.4%～3.4%,表明本方法可用于油菜籽油和自來水中痕量久效磷的檢測。

2.7 方法比對

將本方法與有機磷農藥的其他檢測方法進行比較,結果見表3。

表3 方法比對結果

結果表明：與有機磷農藥的其他檢測方法相比,基于I-N-Sal配合物的共振光散射光譜法具有更低的檢出限和更高的靈敏度;并且I-N-Sal配合物的制備方法簡單。因此,本方法在有機磷農藥檢測方面具有一定的潛力和優勢。

本工作制備了一種四齒席夫堿金屬配合物I-N-Sal,并提出了基于I-N-Sal配合物的共振光散射光譜法測定油茶籽油和自來水中久效磷含量的方法。與同類型探針相比,I-N-Sal配合物在實際樣品測定中表現出較好的靈敏度和穩定性,為其他有機磷農藥的檢測提供了新的思路。