共振光散射光谱研究及在三元离子缔合体系中的分析应用

摘要

共振光散射（RLS）光谱法是二十世纪九十年代发展起来的一种新兴的痕量分析测试新方法，因其简便、快速、灵敏度高，在生命科学、环境科学以及纳米材料研究等方面已经得到了越来越多的应用，但在无机物的测定方面还不够广泛，特别是利用三元离子缔合体系产生强烈的共振光散射对环境污染物和食品中的一些无机痕量离子的定量分析的研究较少。同时由于目前共振光散射技术在基础理论方面尚不很完善，还需做大量的实验研究和理论探索工作，本文也在共振光散射技术理论方面进行了初步探讨。
　　 本论文首先利用普通荧光分光光度计同步扫描技术，对三元离子缔合体系的共振光散射光谱进行了研究及在定量测定痕量金属离子镉（II）和锌（II）方面的应用，建立了测定痕量镉（II）和锌（II）含量的新的分析方法，方法简便、快速、灵敏度高。同时，以共振光散射光谱、荧光光谱、吸收光谱、光偏振等方法对荧光染料(荧光素（Flu）)水溶液、非荧光染料(结晶紫（CV）)水溶液的共振光散射光谱的产生机理进行了初步探讨，为其在生化、环境等领域的应用提供理论和实验依据。本论文研究的主要内容如下：
　　 1.研究了镉（II）-邻菲罗啉-溴酚蓝体系在碱性条件下的共振光散射光谱特征，考察了体系的影响因素和最佳反应条件，研究表明，在pH=9.60的Tris-HCl介质中，镉（II）与邻菲罗啉(Phen)形成络阳离子，再与酸性染料溴酚蓝(BPB)形成离子缔合配合物，在疏水力等分子间作用力下，缔合物分子聚集形成缔合微粒，溶液的共振散射光显著增强；在638nm处RLS增强程度与镉（II）浓度成线性关系，线性范围为0-3.20mg/L，检出限为4.50ug/L。据此建立了一种测定镉（II）含量的共振光散射光谱法，用于合成样和水样中镉（II）的测定，结果令人满意。
　　 2.研究了锌（II）-硫氰酸盐-结晶紫体系的共振光散射光谱，考查了其光谱特征、影响因素和适宜的反应条件。研究表明，在酸性溶液中，碱性染料结晶紫（CV）呈紫色的一价阳离子（CV+），由于静电引力和疏水作用力，再与Zn2+和SCN-形成的配阴离子形成离子缔合配合物，在疏水力等分子间作用力下，进一步聚集形成缔合微粒体系，在334nm处的RLS强度较空白溶液的RLS显著增强，其增强程度与锌（II）浓度成线性关系，线性范围为64ug/L-1920ug/L，检出限为0.62ug/L。据此建立了一种测定锌（II）含量的新的分析方法，用于奶粉中锌含量的测定获得了满意结果。
　　 3.研究了荧光素的共振光散射光谱的形成机理与影响因素。在中性和碱性条件下，Flu溶液的共振散射光显著增强。实验发现，随着溶液pH的增加，Flu溶液的RLS光谱与其荧光光谱、吸收光谱在强度大小、最大峰位移上变化趋势一致。荧光素的荧光激发光谱与发射光谱有部分重叠，共振散射峰处于荧光激发峰与荧光发射峰之间。在光偏振实验中，测得共振散射光的偏振度P≈0.020。还实验了在碱性环境中，随Flu溶液浓度的增加，其RLS光谱和荧光光谱的变化情况，同样表明两者之间有密切联系。上述实验结果揭示Flu的共振散射光就是共振荧光。
　　 4.研究了结晶紫水溶液的共振光散射光谱的形成机理与影响因素。当溶液pH＜11时，光散射强度随pH值的增大而增强，pH约11时达到最大，并基本保持不变。酸度影响溶液的酸碱平衡和其存在状态，分子聚集体的形成是共振光散射增强的内在原因。实验了在碱性环境中，随CV溶液浓度的增加，其RLS光谱和吸收光谱的变化情况，表明两者之间有密切联系。光偏振实验表明结晶紫的散射光基本上是完全偏振光。
　　 本文对共振光散射光谱增强的机理进行了试验研究和理论探讨工作。建立了新的痕量镉、锌含量分析的共振光散射光谱法并将所研究的方法用于实际样品分析，本文研究的这些新方法灵敏度高、操作简便、快速、成本低廉，具有实际应用价值。