样品使用Edinburgh Instruments 公司生产的FS-920荧光分光光度计进行测试, 测定波长范围200~900 nm; 克百威农药(北京凯利农生物科技有限公司)作为溶液, 乙腈(武汉江北试剂有限公司)为溶剂。

实验所用的克百威标准溶液采用乙腈作为溶剂进行配置, 具体方法为: 先配置标准浓度为200 μ g· mL^-1的克百威溶液, 使用电子分析天平准确的称取0.050 0 g的克百威标准样品, 再用无水乙腈进行溶解, 最后将溶解的克百威-乙腈溶液转移到250 mL的容量瓶中, 定容后进行摇匀, 放于冰箱中保存。 使用时取一定量的该溶液, 以乙腈为溶剂, 分别将其稀释成为浓度为4.0, 3.0, 2.0, 1.0, 0.50, 0.30, 0.20, 0.10, 0.05和0.025 μ g· mL^-1这十组不同浓度的溶液。

实验主要采用三维荧光光谱分析法, 是一种三维的立体荧光矩阵。 光谱曲线图中X轴代表该物质荧光的发射波长, Y轴代表该物质荧光的激发波长, Z轴代表对应的荧光光谱的强度。 该荧光光谱图主要描述了物质荧光强度随发射波长和激发波长变化的三维变化关系。 通过该三维图, 可以直观的看出不同物质的荧光特征峰的高度、 峰面积、 峰位置和峰斜度等荧光信息。 而等高图则是三维荧光光谱的另外一种表达方式, 该表示方式是用线将荧光强度相等的点连接起来, 从而形成一个在以发射波长为X轴、 激发波长为Y轴的二维平面上的闭合曲线, 该闭合等高曲线的内层代表荧光光谱特征峰所在的位置, 曲线由内向外, 代表对应荧光强度的逐渐减小。 较之二维的荧光光谱, 三维荧光光谱具有选择性好、 灵敏度高、 重现性更好的优点, 并且在光谱重叠的情况下可以进行多组分的分析。

进行荧光测试的具体步骤为: 分别将不同浓度的克百威溶液滴入规格为1 cm× 1 cm的石英比色皿当中, 再放进荧光分光光度计中测量。 测试波长范围为200~900 nm, 仪器的发射和激发狭缝设定为0.25 nm, 测试时实验温度控制在20 ℃左右。

分别将浓度为3.00 μ g· mL^-1和浓度为0.025 μ g· mL^-1的克百威溶液置于荧光分光光度计中进行测量, 并将测试的数据采用MATLAB软件进行绘制, 如图1和图2所示。

图1

Fig.1

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	图1 浓度为3.00 μ g· mL-1克百威溶液三维荧光光谱图Fig.1 Three dimensional fluorescence spectrum of carbofuran solution with concentration of 3.00 μ g· mL-1

图2

Fig.2

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	图2 浓度为0.025 μ g· mL-1克百威溶液三维荧光光谱Fig.2 Three dimensional fluorescence spectrum of carbofuran solution with concentration of 0.025 μ g· mL-1

每组图的(a)为三维立体图, (b)为等高图。 在三维立体图中, 激发波长为x轴, 发射波长为y轴、 荧光强度为z轴。 在等高线图中, 则通常是采用平面图来进行表示的, 其中激发波长为x轴, 发射波长为y轴。 两种克百威溶液虽然浓度不同, 但它们在特征吸收峰上都存在相同的地方。 从x轴的激发波长来看, 随着激发波长的不断增加, 荧光强度先增大后减小, 在280 nm处, 其对应的物质的荧光光谱强度出现最大; 从y轴的发射波长来看, 同样随着发射波长的不断增加, 其荧光强度也呈现先增大后减小的趋势, 在波长为305 nm处对应荧光光谱强度最大, 所以实验选用激发波长为280 nm、 发射波长为305 nm作为最佳吸收波长。

克百威的名称为2, 3-二氢-2, 2-二甲基-7-苯并呋喃, 该物质属于典型的甲氨基甲酸酯类物质, 其结构为典型的芳香化合物结构, 故存在π → π ^* 的跃迁, 再加上酚酯结构的存在, 故同样也存在n→ π ^* 的跃迁。 同时该分子中存在一个刚性的平面和给电子基— OR等的影响, 能极大的增强该物质对应的荧光光谱强度。

实验所用克百威废水是配置浓度不同的标准克百威溶液, 以便验证克百威溶液浓度与荧光光谱的关系。 分别将浓度不同克百威溶液置于荧光分光光度计当中, 并以280 nm的最佳激发波长和305nm左右的最佳发射波长来进行实验测试, 其相关的测试数据如表1所示。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 克百威溶液浓度及其测定的荧光强度 Table 1 Concentration of carbofuran solution and the fluorescence intensity Concentration/(μ g· mL-1) Fluorescence intensity/(a.u) 4.00 245 600 3.00 193 200 2.00 131 600 1.00 77 420 0.50 39 250 0.30 25 410 0.20 21 940 0.10 12 790 0.05 7 708 0.025 3 603

表1 克百威溶液浓度及其测定的荧光强度 Table 1 Concentration of carbofuran solution and the fluorescence intensity

将表1中的数据用Origin 8.0软件将其绘制出以乙腈作为溶剂、 克百威荧光强度随该溶液浓度变化的关系曲线图(图3), 可以清楚的看出在测试的浓度范围中, 克百威的荧光强度基本上与其浓度呈线性关系。

图3

Fig.3

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	图3 荧光强度与浓度之间的关系Fig.3 Relationship between fluorescence intensity and concentration

与其他的分光光度法测量一样, 在进行荧光光谱分析时, 也要求溶剂对实验的影响较小。 由于克百威是典型的芳香烃有机物, 分子量大, 分子的极性小, 而水为强极性分子, 按照“ 相似相溶” 规律, 其在水中的溶解度较小, 故通常在溶解克百威物质时使用的是有机溶剂, 在查阅大量的文献资料的基础上, 确定选用乙腈作为本实验中的溶剂。 不加除荧光物质克百威之外的所有物质, 在荧光分光光度计中对该溶剂进行荧光光谱测试, 测试的数据使用MATLAB软件进行绘制, 如图4所示。

图4

Fig.4

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	图4 乙腈溶液的三维荧光光谱图Fig.4 Three dimensional fluorescence spectra of acetonitrile solution

乙腈在发射波长为380 nm左右, 激发波长为350 nm左右, 其对应的荧光光谱强度为310, 而在其他的位置则其荧光强度相对较低, 其中在激发波长为280 nm左右, 发射波长为305 nm左右处, 乙腈的荧光强度为205。 乙腈的荧光吸收对实验的影响干扰较小, 因此选用乙腈作为溶剂。

扣除掉溶剂乙腈的荧光吸收后得到表2中的数据, 采用Origin软件进行作图, 绘制出克百威— 乙腈的标准工作曲线图, 如图5所示。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 消除空白后克百威溶液浓度及其对应的荧光强度 Table 2 The concentration of carbofuran solution and the corresponding fluorescence intensity after elimination of blank Concentration/(μ g· mL-1) Fluorescence intensity/(a.u) 4.00 245 395 3.00 192 995 2.00 131 395 1.00 77 215 0.50 39 045 0.30 25 205 0.20 21 735 0.10 12 585 0.05 7 503 0.025 3 398

表2 消除空白后克百威溶液浓度及其对应的荧光强度 Table 2 The concentration of carbofuran solution and the corresponding fluorescence intensity after elimination of blank

图5

Fig.5

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	图5 克百威的标准工作曲线图Fig.5 Standard operating curve of carbofuran

乙腈作为溶剂, 克百威溶液的回归方程式为

y=60785x+7719.6

经过分析, 该回归方程的线性相关系数为

r=0.9974

该线性系数R²非常接近于1, 符合朗伯-比尔定律。