在现代痕量分析中,表面活性剂常常是必不可少的增效剂,通过形成三元或多元配合物显著提高分析灵敏度。关于多元配合物光度法测定痕量金属文献已有报道。关于表面活性剂增效机理研究,国内外有不少经验和假设,如拟均相萃取､协同微扰理论､氢键形成机理､胶束刚性不对称微环境等,但尚未有一种普遍适用的理论解释所有的现象。近年来关于表面活性剂的研究十分活跃,像新型表面活性剂合成､分子组装等研究,其中表面活性剂与染料添加体系一直为人们所关注。本研究是利用光谱修正理论进行结合物性质表征,该方法在原理和操作上与其他双波长法不同,它能消除过量配体的吸收干扰,准确计算混合体系中结合产物和过剩自由配体的各响应信号值。夜蓝(NB)结构如下:
NB在溶液中形成阳离子,有较强的被异性电荷如SDBS吸引的能力。本工作研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与NB的相互作用,测定了结合反应的结合比,平衡常数,真实摩尔吸光系数等,并在掩蔽剂EDTA存在下测定了样品中阴离子表面活性剂浓度。
1 实验理论
表面活性剂胶束(s)事实上是一个大的静电体,在静电场力的作用下,带有异性电荷的光谱探针(L)被单分子层Lang muir吸附在胶束表面,如生物大分子内微静电场作用一样。因为附着力为较弱的静电吸引力,容易受操作环境如离子强度､温度等影响而脱附。
L-S吸附平衡为:L(水相,CL) SLn,(胶束相,Cs),遵守Lang muir等温吸附方程:
(1)
式中 γ———吸附产物结合比
N———最大结合比
CL———平衡溶液中L摩尔浓度
K———结合常数或称吸附反应平衡常数
γ､CL由下式计算:
(2)
(3)
其中:
(4)
其中,η是L的有效反应分率,Cs为表面活性剂初始摩尔浓度和CL0-L初始摩尔浓度,A0指试剂空白在波长λ2下测量吸光度(水参比)。当体系L浓度逐渐增大时,γ达到最大结合比N。结合物真实吸光度Ac由下试计算
(5)
其中,ΔA､ΔA′分别是反应平衡体系在峰吸收波长λ2和谷吸收波长λ1下的测量吸光度,α､β是修正系数,一般α､β是常数。反应溶液中结合产物的实际摩尔吸光系数(非表观)由下式计算:
(6)
δ为比色皿厚度(cm)。
2 实验部分
2.1 仪器和试剂
TUl901双光束扫描分光光度计(北京普析通用),722型分光光度计(上海),Delta320-spH计(梅特勒 托利多仪器上海有限公司),116R型恒温水浴锅(通江长江实验仪器厂),+二烷基苯磺酸钠(SDBS):1.00mmol/l;氨性缓冲溶液:pH7—11;醋酸缓冲溶液:pH3-7;NB溶液:1.4752mmol/l;准确称取0.2500g夜蓝NB溶解于250ml水中,置4℃下保存。NaCl溶液:2.0mol/l。Na2-EDTA溶液:5%,用于掩蔽样品中共存的金属离子。以上试剂配置均使用新生产的0.5—1μS/cm去离子水配制。
2.2 实验步骤
2.2.1 一般测定
在25ml比色管中加入pH4.32缓冲溶液2.5ml､1.0mmol/lSDBS溶液2.5ml和一定量的NB溶液,稀释至刻度。混匀20分钟后,用1cm比色皿在704nm､613nm波长下测吸光度ΔΑ､ΔΑ′,计算Ac､η､CL､γ值。
2.2.2 样品分析
在25ml比色管中加入pH4.32缓冲溶液2.5ml､1mlNa2-EDTA溶液和1.5mlNB溶液,稀释至刻度。混匀20分钟后,用1cm比色皿在704nm､613nm波长下测量吸光度,以上述同样方法计算Ac､带入标准曲线计算样品中表面活性剂浓度。
3 结果与讨论
3.1 pH对吸收光谱影响和光谱分析
NB溶液及其与SDBS反应溶解的吸收光谱如图1所示。
由曲线10可知,NB溶液最大吸收峰613nm。由曲线11可见NB-SDBS吸附产物最大吸收峰700nm,比较曲线10､11可知,结合物比NB光谱峰红移87nm。NB与SDBS反应溶液在各pH条件下的吸收光谱如图1曲线1-9。可以看出NB-SDBS溶液吸收光谱峰､谷位于689—756nm和491-613nm,对比光谱峰谷高低,pH4.32灵敏度最大。本实验选择pH4.32缓冲溶液作为工作介质,工作波长为704和613nm。由光谱曲线1､2计算修正系数β=0.0557,a=1.361。由于a值大,使用普通方法在704nm测得反应体系得吸收ΔA与SDBS-NB结合物的真实吸收Ac相差较大,因此只有用光谱修正方程(5)计算出才能计算结合物真实吸光度和过量染料吸光度。
图2同样可见当α=1.5时趋于恒定。
3.3 离子强度影响
改变2.0mol/1NaCl溶液加入量,反应液离子强度的变化NB—SDBS结合物的结合比的影响如图3所示,可以看出,溶液离子强度对结合反应影响不大。说明Na+与SDBS分子之间的作用力没有NB+离子与SDBS之间的作用力强,不能占据了部分微相表面,因此结合比随离子强度的升高变化不大。
3.4 温度影响
在30-70℃下研究NB—SDBS结合反应液性质变化,结果如图4,可见随温度升高,结合比逐渐减小,计算表明:温度升高10℃,γ减小约3.57%。这是因为NB在较高温度下从其SDBS结合物上解离速率加快,从而造成溶液本体ND浓度升高,结合常数下降,此现象符合表面吸附一般规律。
3.5 时间影响图
SDBS与染料间反应随时间变化情况如图5所示示,可见该反应在室温下(30℃)进行较快,反应15分钟,结合比达最大结合比,反应基本结束。因此研究该研究均在反应20分钟后测量。
3.6 结合常数测定
固定SDBS加入量(0.25μmol)不变,改变1.48mmol/1NB溶液加入量,分别在30℃､50℃､70℃时,计算Ac值､η､CL､Y等,绘制γ—CL曲线(见图6),由图可知,在不同的温度下,Y与CL有良好的线性关系,因此NB-SDBS的结合符合Lang muir单分子层吸附。
同时实验表明,随温度升高,直线截距减小,则NB-SDBS结合比降低,这与单分子层吸附受温度影响规律一致。随着NB用量的增加,γ呈降低趋势,由截距计算产物最大结合比30℃约为N=0.85,50℃,N=0.81,70℃,N=0.80。因此单体产物聚集形式分别为:NB6·SDBS7,NB5·SDBS6,NB4,SDBS5。由6式计算产物摩尔吸收系数ε值结果列与表1。
应用该方法测定结合比和结合常数,比传统摩尔比､连续变化､平衡移动和Scatchard等方法原理易懂､操作简单,结果可靠。
3.7 标准溶液实验
配制SDS､SDBS标准系列溶液,显色后测量ΔΑ7.04nm值,结果绘制图7。SDS在0-1.0μmol/25ml､SDBS在0-0.8μmol/25ml浓度范围内,结合物吸收是线性的。
3.8 精密度和干扰实验
对0.5μmolSDS标准溶液进行6次平行测定,结果为:0.433±0.005μmol,相对标准偏差(RSD)为1.1%。
在掩蔽剂EDTA存在下,通过在结合反应体系中加入其他有机物､无机金属阳和样品中常用的阴离子,对0.5μmolSDS进行测定,结果如下:0.2mgCa2+, 0.05mgCu2+, Fe2+,Mg2+,SO4-,0.01mgZn2+,0.04mgpb2+,0.2mgCl-,0.4mg,1.0mg氨基酸,0.01mg蛋白质(OVA)不影响直接测定(误差10%),葡萄糖有负干扰。
3.9 合成样品测定
分别对(1#)､生活污水(2#)､合成污水(3#)(含有大量的Ca2+,SO4-,Cl-和一定量的悬浮物､有机物等)样品进行阴离子洗涤剂(LAS)测定,结果列与表2。SDS加标回收率97.5%,RSD<5.2%。
该NB-SDBS反应支持表面活性剂(S)溶液内微电场形成的假设,表明染料分子(L)和表面活性剂之间的作用是微相吸附的结果。金属配合物存在的多元配位反应事实上是染料先被吸附到表面活性剂胶束微电场,剂表面活性剂富集染料分子,金属离子(M)然后被修饰到富集L的大分子内,形成(SxL-YMz)n超分子,这样实现了表面活性剂的增溶､增敏和增稳作用。分子吸收光谱技术虽然没有如RLS法有更高的测量灵敏度,但它却简单､方便,修正技术又给出较为满意的分析结果。此技术也可以与其他测试方法如荧光分析､散射光谱分析等相结合,以提高分析灵敏度。
