一种基于共振瑞利散射的定量检测Al(III)的方法

技术领域

本发明涉及铝粒子的检测技术领域，具体地，涉及一种基于共振瑞利散射的定量检测Al(III)的方法。

背景技术

随着科技的飞速进步，人类社会的发展，“三废”污染物进入了我们的生活，同时，土壤、水体和大气中的重金属浓度也在迅速增加。重金属通过食物链的吸收、迁移和富集，对人类健康和生命健康构成了极大的威胁。

铝是一种含量仅次于氧和硅的活泼金属元素。长期以来，铝一直被当作无毒无害无副作用的安全元素，加之它无臭无味、粘韧易延展且易于敷设在物体表面、不挥发但易熔解、易形成轻质合金和保护膜、能轧制或拉制出各种外形而残余应力却很小等优良性能，已经成为人们日常生活不可或缺的一部分。铝不是人类必需的微量元素，长期过多的接触会导致人体衰老、甚至会产生神经系统、免疫系统、生殖系统、消化系统和骨骼系统的病变，以及其他疾病。

目前，常用的测定铝离子的方法主要有：分光光度法、伏安法、荧光分析、原色吸收光谱法(AAS)、电感耦合等离子体发射光谱和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等。

分光光度法是最早应用且应用最广泛的一种测定金属离子的方法，目前国内采用的国家标准即为铬天青S分光光度法，该方法虽然操作简单，但灵敏度较低，选择性、稳定性较差。原子吸收光谱法可以提高灵敏度，在实验结果准确度或精密度各方面比其它方法好很多，可应用于少量样品的分析以及固体样品的直接分析，因此，该方法的应用领域较为广泛。ICP-MS法虽能获得较低的检出限，灵敏度也高，但是仪器昂贵，不利于普及。

发明内容

本发明克服了现有检测技术的各种不足，提供了一种基于共振瑞利散射的定量检测Al(III)的简便、快速的新方法。由于某些金属易于在某些纳米颗粒表面上吸附或聚集，从而导致RRS值的增加或减少，并且在某一浓度范围，金属离子浓度与RRS值呈线性关系。本发明利用分子间配位反应、静电引力、疏水作用力、电荷传递等作用形成超分子复合物，从而使其具有较强的信号传递能力，为铝离子的痕量分析创造了条件，且该方法具有简便、快速、灵敏、选择性好的有点。

共振瑞利散射是指当瑞利散射波长位于或接近于分子吸收带时，电子吸收电磁波频率与散射频率相同，电子因共振而强烈吸收光的能量并产生再次散射，引起散射强度的急剧增加。这种吸收-再散射的过程称为共振瑞利散射或共振增强瑞利散射。共振瑞利散射同其它光谱法相比，具有灵敏度高、仪器简单、选择性好、应用广泛的优点，因此发展迅速，越来越受到人们的关注。共振瑞利散射法可以实现对金属离子的超痕量检测，并逐步得到了广泛的应用。

为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

一种基于共振瑞利散射的定量检测Al(III)的方法，

将缓冲溶液、十二烷基苯磺酸钠、曲拉通X-100和铝试剂与含有Al(III)待测样本反应作为检测体系；

将缓冲溶液、十二烷基苯磺酸钠、曲拉通X-100和铝试剂与不同浓度的Al(III)标准溶液反应作为标准溶液检测体系；

将缓冲溶液、十二烷基苯磺酸钠、曲拉通X-100和铝试剂反应作为试剂空白体系；

荧光分光光度计设定为λex＝λem进行同步扫描得共振瑞利散射光谱，得到标准溶液检测体系和样本检测体系的共振瑞利散射强度I

根据标准溶液检测体系对应的ΔI

利用标准曲线和待测样本体系对应的ΔI

优选地，所述缓冲液为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液、柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液、B-R缓冲液或醋酸-醋酸钠缓冲液中的一种或几种的混合液。

更优选地，所述缓冲液为B-R缓冲液。

优选地，所述缓冲液的pH为2.5到5.5。

更优选地，所述缓冲液的pH为2.5。

优选地，所述缓冲溶液的加入量为检测体系/标准溶液检测体系/试剂空白体系总体积的10％到40％。

更优选地，缓冲溶液的加入量为检测体系/标准溶液检测体系/试剂空白体系总体积的10％。

优选地，所述铝试剂的加入量为：在检测体系/标准溶液检测体系/试剂空白体系的浓度为0.05～0.40mg/mL。

更优选地，所述铝试剂的加入量为：在检测体系/标准溶液检测体系/试剂空白体系的浓度为0.35mg/mL。

优选地，所述十二烷基苯磺酸钠的加入量为：在检测体系/标准溶液检测体系/试剂空白体系的浓度为2.00×10

更优选地，所述十二烷基苯磺酸钠的加入量为：在检测体系/标准溶液检测体系/试剂空白体系的浓度为2.00×10

优选地，所述曲拉通X-100的加入量为：在检测体系/标准溶液检测体系/试剂空白体系的浓度为1.00～12.00mg/mL。

更优选地，所述曲拉通X-100的加入量为：在检测体系/标准溶液检测体系/试剂空白体系的浓度为10.50mg//mL。

优选地，配制检测体系，各个试剂的添加顺序为：十二烷基苯磺酸钠、曲拉通X-100、含有Al(III)待测样本、铝试剂和缓冲溶液；

配制标准溶液检测体系，各个试剂的添加顺序为：十二烷基苯磺酸钠、曲拉通X-100、Al(III)标准溶液、铝试剂和缓冲溶液；

配制空白试剂体系，各个试剂的添加顺序为：十二烷基苯磺酸钠、曲拉通X-100、铝试剂和缓冲溶液。

优选地，所述反应温度为25℃～100℃，25℃～100℃测得结果差异不大。

更优选地，所述反应温度为25℃。

优选地，标准曲线的回归方程为：ΔI

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

发明建立了一种定量测定Al(III)的共振瑞利散射新方法，SDBS和曲拉通X-100作为表面活性剂，因为其有亲、疏水性，一方面其表面的疏水基团相互吸引，形成混合胶束。疏水作用力会使其与铝-铝试剂螯合物结合，形成体积更大的复合物，进而导致RRS增强。在pH＝5.50的B-R缓冲溶液下，铝试剂和Al(III)发生配位作用，形成配阴离子，进入均匀分散在水相中的表面活性剂胶束内部，使显色配合物在水溶液中的溶解状态得到改善，并在胶束内部浓集，促使和金属配位的显色剂数目增加，促使生成多级配合物，而共振瑞利散射法对大分子物质具有很高的灵敏度，会引起体系共振瑞利散射信号显著增强。因此在这个基础上，建立了一种基于Al(III)-铝试剂-SDBS-曲拉通X-100体系的RRS法定量分析Al(III)的共振瑞利散射新方法。

附图说明

图1为SDBS-曲拉通X-100-Al(III)-铝试剂体系的共振瑞利散射光谱；1～8：Al(III)浓度：0.00、0.01、0.02、0.04、0.06、0.14、0.20μg/mL；SDBS浓度：2.00×10

图2为pH的影响；B-R：1.00mL，Al(III)浓度：0.030μg/mL，铝试剂浓度：0.20mg/mL，曲拉通X-100浓度：7.50mg/mL，SDBS浓度：6.00×10

图3为B-R缓冲溶液加入量对实验的影响；B-R 1.00mL，Al(III)浓度：0.030μg/mL，铝试剂浓度：0.20mg/mL，曲拉通X-100浓度：7.50mg/mL，SDBS浓度：6.00×10

图4为铝试剂浓度的影响；B-R：1.00mL，Al(III)浓度：0.030μg/mL，曲拉通X-100浓度：7.50mg/mL，SDBS浓度：6.00×10

图5为SDBS浓度的影响；B-R：1.00mL，Al(III)浓度：0.030μg/mL，铝试剂浓度：0.35mg/mL，曲拉通X-100浓度：7.50mg/mL。

图6为曲拉通X-100浓度的影响；B-R：1.00mL，Al(III)浓度：0.030μg/mL，铝试剂浓度：0.35mg/mL，SDBS浓度：2.00×10

图7为加入顺序的影响；B-R：1.00mL，Al(III)浓度：0.030μg/mL，铝试剂浓度：0.35mg/mL，曲拉通X-100浓度：10.50mg/mL，SDBS浓度：2.00×10

图8为反应温度的影响；B-R：1.00mL，Al(III)浓度：0.10μg/mL，铝试剂浓度：0.35mg/mL，曲拉通X-100浓度：10.50mg/mL，SDBS浓度：2.00×10

图9为时间对反应的影响；B-R：1.00mL，Al(III)浓度：0.030μg/mL，铝试剂浓度：0.35mg/mL，曲拉通X-100浓度：10.50mg/mL，SDBS浓度：2.00×10

图10为离子强度对反应的影响；B-R：1.00mL，Al(III)浓度：0.030μg/mL，铝试剂浓度：0.35mg/mL，曲拉通X-100浓度：10.50mg/mL，SDBS浓度：2.00×10

具体实施方式

下面结合说明书附图及具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

实施例中所使用的试剂方法见表1。

表1试剂列表

实施例中所使用的溶液配制方法见表2。

表2实施例中所使用的溶液配制方法

实施例1基于共振瑞利散射法定量检测Al(III)的实验方法

一、实验方法

取一系列10.0mL比色管，每个比色管中依次加入各种试剂，用去离子水定容10.0mL摇匀后，使管内含有：一定量Al(III)标准溶液(0.00、0.01、0.02、0.04、0.06、0.14、0.20μg/mL)、SDBS(十二烷基苯磺酸钠)2.00×10

同时配制试剂空白体系(空白组)：同标准溶液检测体系，但是不含有Al(III)标准溶液，每组平行三份。将F-2500型荧光分光光度计设定为λ

二、实验结果

结果如图1所示，在一定浓度范围内，在SDBS-曲拉通X-100-Al(III)-铝试剂体系中，在λ＝368nm处的共振瑞利散射信号强度随着Al(III)浓度的增加而增加，并且ΔI

实施例2缓冲体系对基于共振瑞利散射法定量检测Al(III)的影响

一、实验方法

按照实施例1的方法，取两组10.0mL比色管(分别用于标准组和空白组)，在固定其他条件“10.0mL体系(标准组和空白组)中含有：铝试剂0.20mg/mL、SDBS 6.00×10-3mol/L、曲拉通X-100 7.50mg/mL、1.00mL pH5.50的缓冲溶液，标准管中Al(III)标准溶液0.030μg/mL，加入顺序为Al(III)+铝试剂+SDBS+曲拉通X-100+缓冲溶液”不变的前提下。将实施例1中的B-R缓冲溶液分别更换为：柠檬酸-柠檬酸钠、柠檬酸-磷酸氢二钠、B-R、醋酸-醋酸钠这四种不同的缓冲溶液，以考察缓冲液对体系I

二、实验结果

实验结果表明，在B-R缓冲溶液中，体系的标准曲线的线性最好，斜率最大，共振瑞利散射强度较大且稳定。故选择B-R缓冲溶液作为体系的缓冲介质。

实施例3pH对基于共振瑞利散射法定量检测Al(III)的影响

一、实验方法

按照实施例1的方法，取两组10.0mL比色管(标准组和空白组)，在固定其他条件“10.0mL体系(标准组和空白组)中含有铝试剂0.20mg/mL、SDBS 6.00×10

二、实验结果

结果表明(图2)，在pH 2.50～5.50的B-R缓冲溶液中，体系的ΔI值随着pH值的增大总体呈减小趋势，在pH 5.50时标准曲线的线性最好。原因在于pH<3.70时，铝试剂以分子态居多，会发生自聚作用，形成分子态刚性平面，由于分子聚集导致的空间位阻，影响铝试剂跟Al(III)之间的配位，致使pH较低时，标准曲线的线性关系较差。但是，当pH太大，铝离子会水解，反应都会不充分。所以选取pH 5.50为最适pH。

实施例4缓冲溶液加入量对基于共振瑞利散射法定量检测Al(III)的影响

一、实验方法

按照实施例1的方法，取两组10.0mL比色管(分别用于标准组和空白组)，在固定其他条件“10.0mL体系(标准组和空白组)中含有铝试剂0.20mg/mL、SDBS 6.00×10

二、实验结果

结果表明(图3)，在缓冲溶液加入量为0.50～1.00mL的范围内，体系的ΔI值随着缓冲溶液加入量的增加总体呈增大趋势，在缓冲溶液加入量为1.00～4.00mL时，体系的ΔI值随着缓冲溶液加入量的增加总体呈减小趋势，并在加入量为1.00mL时ΔI为最大值。因此，后续将B-R缓冲溶液的加入量确定为1.00mL。

实施例5铝试剂加入量对基于共振瑞利散射法定量检测Al(III)的影响

一、实验方法

按照实施例1的方法，取两组10.0mL比色管(分别用于标准组和空白组)，在固定其他条件“10.0mL体系(标准组和空白组)中含有：SDBS 6.00×10

二、实验结果

结果表明(图4)，当体系中存在0.35mg/mL铝试剂时，ΔI达最大值。铝试剂的加入量过多或过少均会导致ΔI值减小，可能由于加入量过少时，铝试剂仅与体系内部分Al(III)结合，未能充分反应；加入量过多时，铝试剂因本身的自聚作用产生沉淀。综上所述，所以将铝试剂溶液的加入浓度确定为0.35mg/mL。

实施例6SDBS加入量对基于共振瑞利散射法定量检测Al(III)的影响

一、实验方法

按照实施例1的方法，取两组10.0mL比色管(分别用于标准组和空白组)，在固定其他条件“10.0mL体系(标准组和空白组)中含有：铝试剂0.35mg/mL、曲拉通X-100 7.50mg/mL、1.00mL pH5.50的B-R缓冲溶液，标准组Al(III)标准溶液为0.030μg/mL，加入顺序为Al(III)+铝试剂+SDBS+曲拉通X-100+B-R缓冲溶液”不变的前提下，仅仅改变SDBS的加入量，使得在标准溶液检测体系或试剂空白体系(10.0mL体系)中的其终浓度为0.00～8.00×10

二、实验结果

结果表明(图5)，当在标准溶液检测体系或试剂空白体系中SDBS浓度为0.00～2.00×10

因为SDBS有亲、疏水两性，其疏水作用力会使SDBS浓度达到一定值时，在体系中形成胶束，使铝-铝试剂螯合物进去疏水胶束内部，并以疏水作用力相结合，形成体积更大的超分子复合物，进而导致RRS增强。而当体系中SDBS溶液浓度较小时，SDBS未形成胶束，且铝试剂上的NH

实施例7曲拉通X-100加入量对基于共振瑞利散射法定量检测Al(III)的影响

一、实验方法

按照实施例1的方法，取两组10.0mL比色管(分别用于标准组和空白组)，在固定其他条件“10.0mL体系(标准组和空白组)中含有：铝试剂0.35mg/mL、SDBS2.00×10

二、实验结果

实验研究发现，铝试剂上的NH

加入曲拉通X-100后，体系的浑浊现象消失，线性关系明显改善。出现这种现象的原因是体系中存在无机盐，而SDBS作为离子型表面活性剂受无机盐和离子强度的影响较大，曲拉通X-100作为非离子型表面活性剂，分子存在多羟基结构，曲拉通X-100的加入，所形成的超分子复合物与水分子可形成大量的氢键，增加复合物在水溶液中的溶解性，致使浑浊现象消失，且显著提高了该体系的稳定性。

结果表明(图6)，当体系中曲拉通X-100浓度为3.00～10.50mg/mL时，体系的ΔI值随着曲拉通X-100浓度的增加而逐渐增大，在曲拉通X-100加入浓度为10.50mg/mL时，为体系ΔI的最大值，而后随着浓度继续增加，ΔI值明显减小，后续实验均采用此浓度作为曲拉通X-100的加入量。

实施例8各试剂加入顺序对基于共振瑞利散射的定量检测Al(III)的的影响

一、实验方法

按照实施例1的方法，取两组10.0mL比色管(分别用于标准组和空白组)，在固定其他条件“10.0mL体系(标准组和空白组)中含有：铝试剂0.35mg/mL、SDBS2.00×10

由于对五种物质的加入顺序进行全排列种类太多，所以，先确定B-R缓冲溶液、铝试剂、Al(III)、及SDBS这四种物质的最佳加入顺序，得出最佳加入顺序为“Al(III)+SDBS+铝试剂+B-R缓冲溶液”和“SDBS+Al(III)+铝试剂+B-R缓冲溶液”。

在确定了B-R缓冲溶液、铝试剂、Al(III)、及SDBS这四种物质的最佳加入顺序为依次加入“Al(III)+SDBS+铝试剂+B-R缓冲溶液”和“SDBS+Al(III)+铝试剂+B-R缓冲溶液”基础上将这四种物质的顺序固定，仅改变曲拉通X-100的加入顺序进行对比，具体加入顺序见表3。

表3不同加入次序测定结果

二、实验结果

结果见图7，比较几种加入次序，当SDBS先与曲拉通X-100作用，再与Al(III)发生配位反应，最后与铝试剂结合形成的超分子配位化合物的RRS信号最强，而当SDBS先与Al(III)发生反应时，体系的RRS信号偏弱，最佳加入次序为：“SDBS+曲拉通X-100+Al(III)+铝试剂+B-R缓冲溶液”，此种加入次序，ΔI值最大且最为稳定，故后续实验按照此加入顺序进行。

实施例8反应温度对基于共振瑞利散射法定量检测Al(III)的影响

一、实验方法

按照实施例1的方法，取两组10.0mL比色管(分别用于标准组和空白组)，在固定其他条件“10.0mL体系(标准组和空白组)中含有：铝试剂0.35mg/mL、SDBS2.00×10

二、实验结果

实验结果见图8。反应温度对体系存在一定影响，大体表现为随着反应温度的升高，ΔI值先增大后减小，ΔI变化拐点对应的反应温度为60℃。但是25℃和60℃的ΔI相差不大，且在25℃下，体系的共振瑞利散射强度具有较好的重现性和稳定性，为了节约成本和时间，故选取体系最佳反应温度为25℃。

实施例9反应时间对基于共振瑞利散射的定量检测Al(III)的的影响

一、实验方法

按照实施例1的方法，取两组10.0mL比色管(分别用于标准组和空白组)，在固定其他条件“10.0mL体系中含有：Al(III)标准溶液0.030μg/mL、铝试剂0.35mg/mL、SDBS 2.00×10

二、实验结果

结果见图9，在0～40min，ΔI随着时间的增加而增加，在40min后，随着反应时间的增加，体系的ΔI值的变化幅度较小，说明体系较为稳定，ΔI值受反应时间的影响较小。所以，选取室温下反应40min再进行测定。但空白组和标准组的散射强度均有随着反应时间的增加而增大的趋势，所以实验过程中，应同时制备标准溶液检测体系和试剂空白体系，保证两者的反应时间一致。

实施例10离子强度对基于共振瑞利散射的定量检测Al(III)的的影响

一、实验方法

按照实施例1的方法，取两组10.0mL比色管(分别用于标准组和空白组)，在固定其他条件“10.0mL体系(标准组和空白组)中含有：铝试剂0.35mg/mL、SDBS2.00×10

二、实验结果

结果见图10，NaCl浓度在0.00～0.06mol/L时，ΔI相对平稳；当浓度继续增加，在0.06～0.20mol/L时ΔI明显上升，而NaCl浓度到达0.08mol/L时，空白管显著增大，标准管的I值以及体系的ΔI均有所增长。结果表明，当体系中NaCl浓度超过0.06mol/L时，将对测定结果将产生较大的影响。因此，实验用水为去离子水，实验用试剂均以去离子水配制。

实施例11共存物质对基于共振瑞利散射的定量检测Al(III)的的影响

一、实验方法

在Al(III)浓度为0.030μg/mL的溶液体系中，按照实施例1的方法所述操作对SDBS-曲拉通X-100-Al(III)-铝试剂体系受共存物质的影响情况进行比较，针对17种共存物质，比较了未加入共存物质的Al(III)标准溶液与加入共存物质后的测定结果，在相对误差(RE)约±5％的条件下，得出可允许加入共存物质的最大倍数。

二、实验结果

结果见表4，结果显示绝大多数阴、阳离子不干扰测定结果，故方法具有良好的选择性。

表4：体系抗干扰实验结果

实施例12一种基于共振瑞利散射法定量检测Al(III)的方法结果

一、实验方法

取一系列10.0mL比色管，依次加入各试剂，各管内(10.0mL体系)各物质的含量为：SDBS溶液2.00×10

测定并记录标准溶液检测体系和试剂空白体系相应管溶液的共振瑞利散射强度，计算ΔI，以Al(III)浓度为横坐标，ΔI为纵坐标，绘制出标准曲线，对其进行线性回归分析，同时计算其检出限。

二、实验结果

结果显示SDBS-曲拉通X-100-Al(III)-铝试剂体系测定Al(III)的RRS法线性范围为0.01～0.20μg/mL，回归方程为ΔI＝1429.2lnc+8142(c：μg/mL)，R

实施例13基于共振瑞利散射法定量检测河涌水样中Al(III)含量

一、实验方法

1、分别取不同河涌(龙潭涌和黄埔涌)的水样500mL，用0.22μm的滤膜过滤，弃去初滤液，收集后续的滤液，用移液管量取50.00mL的水样到100.0mL的容量瓶中，然后用5％的盐酸定容至刻度，摇匀备用。

2、样品测定

取一系列10.0mL比色管，依次加入2.00×10

按上述实验方法对样品进行测定，加入样品应用液1.50mL，平行制备6份，将样品组和空白组在368nm处的共振瑞利散射值分别记为I

二、实验结果

龙潭涌水样中Al(III)总含量为0.352μg/mL、黄埔涌中Al(III)总含量为0.365μg/mL。同时进行加标回收率实验，其结果见表5，平均加标回收率为93.2％～101.1％，RSD为1.5％～3.2％，结果较为满意。

表5水样测定结果及加标回收实验：

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。