化学发光法测定海水中的痕量-博迅工作台的使用

Fe( II) 是溶解态铁的重要组成部分，参与海 洋多种生物酶的合成，进而影响海洋初级生产 力及全球 C、N 等物质循环。海水中 Fe( II) 比 Fe ( III) 溶解度更高，且与有机配体的络合常数在 105 ～ 108 之间，更有利于生物吸收。然而 FeII) 在海水中的氧化半衰期仅为 2 ～ 3 min，氧 化产生的 Fe3 + 进一步水解形成沉淀而被去除，使 其含量极低且分析困难。因此，分析海水中 Fe ( II) 的关键在于如何减少氧化及降低方法的检出 限，提高测量灵敏度并实现现场测量。

1 材料与方法

1． 1 实验装置

Fe( II) 分析系统由蠕动泵( Ismatec，瑞士) 、暗 盒 式 化 学 发 光 仪 ( waterville analytical，WA ) 、 “WA”软件信号接收仪( 计算机) 和样品管组成。 样品管将试剂及样品瓶、蠕动泵、暗盒发光仪、废 液缸连接起来( 图 1) 。WA 发光仪密闭不透光， 内部由样品混合池( A) 和正对混合池的光电倍增 管( photomultiplier tube，PMT) ( B) 组成。测定时， 海水样品和 luminol 试剂按 1∶ 1 的体积比分别流 入混合池后反应发光，由正上方 PMT 检测光信号 并发射蓝牙信号，随后被计算机接收并记录。样 品流速、积分时间、数据点频率等参数通过蠕动泵 开关及“WA”软件进行设置。

1． 2 主要试剂

本实验中所使用药品、试剂及树脂均来自 Sigma 公司，药品及试剂纯度为痕量金属级。 Fe( II) 储备液( 3 mmol /L) : 根据 Elrod 等的研究，当 pH ≤2 时，水 体 中 的 Fe ( III) 会 向 Fe( II) 转化，因此参考文献步骤，称取一定质 量的( NH4 ) 2Fe( SO4 ) 2·6H2O 固体于 0． 2 mol /L 的 HCl 中溶解，得到 3 mmol /L 的 Fe( II) 储备液， 使 pH 在 2 以下，以维持 Fe( II) 储备液的稳定， 4℃下避光保存且每月更换。 Fe( II) 使用液( 1 μmol/L) : 由 pH = 2 的 Milli-Q 水稀释上述 Fe( II) 储备液得到，于使用前新配制。 MOPS 使用液( 0． 1 mol /L) : MOPS 是一种酸 性有机缓冲试剂，有效缓冲范围为 pH 6． 5 ～ 7． 9， 在此 pH 范围内可以在 5 min 内避免 Fe( II) 的氧化。与 HCl 相比，MOPS 自身性质稳定，不与海 水中活性物质及有机质反应，适 用 于 海 水 中 Fe( II) 的研究。将 MOPS 固体溶解于纯水中，用 1 mol /L 的 NaOH 调节至所需 pH，得到 0． 1 mol /L 的 MOPS 溶液，然后用 Chelex-100 树脂除去其中 的金属杂质进行纯化。Chelex-100 树脂的清洗参 照 Price的步骤。空白海水: 使用酸洗的特氟龙涂层 GOFLO 瓶 采样器采集东海海水( 29． 21511° N，125． 40556° E) ，洁净工作台（上海博迅SW-CJ-1FD单人单面垂直净化工作台）中过滤( 0． 2 μm) 并冷冻保存，该 条件下能够维持海水中有机质的稳定。使用前恢 复至常温并在黑暗条件下放置 10 h 以上，以保 证海水中可能存在的 Fe ( II) 被 全 部 氧 化 为 Fe( III) 且不存在其他 Fe( II) 来源，作为条件实验 中 Fe( II) 的空白海水备用。

2 结果与讨论

为研究各试剂、空白海水的发光信号对测定 灵敏度的影响，分别: ( a) 测定未添加 Fe( II) 时的空白信号值，即各试剂及空白海水的发光信号; ( b) 测定添加 Fe( II) 后的信号值，在上述各试剂 和空白海水中分别添加 4 nmol /L Fe( II) 后，其信 号值如何变化，并计算与( a) 步骤所得信号的比 。试剂流速影响样品、试剂从进样到混合池的 时间间隔，流速太小会增大 Fe( II) 的氧化损失。 综合考虑混合池体积、Fe( II) 氧化损失、试剂成本 等因素，我们设置蠕动试剂流速范围在 1 ～ 8 mL / min 之间，测定含相同 Fe( II) 浓度的海水中发光 信号随流速的变化情况，并利用曲线方程计算 Fe( II) 浓度数值，比较其精密度。结果表明发光 灵敏度随流速的增大而增加，二者呈现一元二次 函数关系。检验流速( 1、3、5、7、8 mL /min) 对发 光信号 I-Fe( II) 浓度工作曲线拟合度的影响，结 果表明工作曲线的相关系数( Ｒ2 ) 均在 0． 999 以 上。

3 结论

( 1) 条件探究实验表明 MOPS 加入量、缓冲 pH、luminol 浓度、试剂流速、积分时间等因素对Fe( II) 的测定影响较小，但会显著改变发光灵敏 度的 大 小。本文最佳实验条件为: 缓 冲 pH 为 7． 2、MOPS 加 入 量 为 2 mmol /L，流 速 为 3 mL / min、信号积分时间为 200 ms、luminol 浓度为 1mmol /L。该方法测得东海海水的检出限为 116 pmol /L，线性范围为 0． 116 ～ 150 nmol /L。重复 7 次测定 Fe( II) 浓度为 4． 0000 nmol /L 的海水的平 均 浓 度 为 4． 0543 nmol /L，回 收 率 为 96% ～ 107% ，测定的精密度 ＲSD 为 3． 58% ( n = 7) ，t 检 验结果表明平均值与标准值之间无显著性差异 ( P = 0． 95) 。
( 2) 本文在现有方法基础之上，采用有机缓 冲试剂 MOPS 代替无机 HCl 加入到海水样品中以 延缓 Fe( II) 的氧化，并测得中国近海中 Fe( II) 的 含量分布。主要改进如下: ( a) 首次对有机缓冲 试剂 MOPS 的用量及缓冲 pH 进行详细探讨，研 究其对不同 Fe( II) 浓度的海水的测定影响; ( b) 优化各实验条件，包括 MOPS 的用量及缓冲 pH、 luminol 浓度、试剂流速、积分时间等，以满足中国 近海海水中 Fe( II) 的分析要求。
( 3) 本文将该系统应用到中国近海青岛沿岸 Fe( II) 的实际测定中，验证了该方法在中国近海 研究中的可行性，且丰富了中国近海 Fe( II) 的数 据，为进一步研究中国近海溶解态铁的形态及生 物化学过程奠定了基础。