荧光淬灭法测定锰(Ⅱ)的新方法构建

　　锰是人体必需的微量元素之一，能促进人体的发育，且具有抗癌防病作用。体内锰过多或过少都会引起不良后果，一般认为锰缺乏会影响人体的生殖功能、脂质代谢、糖代谢和免疫功能，还可能造成骨骼生成障碍等。而体内锰含量过高则会引起中枢神经系统的损害，同时，对肝脏、心血管系统、生殖系统等也有一定的损害。蔬菜是生活中不可缺少的食物，其含有大量的矿物元素，它们对人体都有重要的生理功能。因此，对蔬菜中矿物元素———锰(Ⅱ)含量的有效检测就具有重要的现实意义，有利于掌握和控制人体吸收矿物质的量。

　　目前，关于痕量锰检测的方法主要有原子吸收光谱法、电 感 耦 合 等 离 子 体-原 子 发 射/质 谱法、分 光 光 度 法、催 化 动 力 学 光 度法、化学发光法、催化示波极谱法等。

　　其中，分光光度法干扰因素较多，原子吸收光谱法和原子发射光谱法则对仪器要求较高，而且它们存在分析步骤繁琐、检测周期长及检验效率低等缺点，催化示波极谱法则会带来环境污染。尽管催化动力学光度法和化学发光法因操作简单、分析灵敏而受到广大分析化学家的青睐，但是分析中经常要使用到一些特殊化学试剂，因此，对其的应用也受到一定限制。近年来，也有利用荧光猝灭法检测痕量锰(Ⅱ)的文献报道，但是迄今为止，国内外未见利用锰(Ⅱ)对氧氟沙星荧光的猝灭作用来对锰(Ⅱ)进行定量分析的文献报道。

　　本文根据氧氟沙星具有荧光特性，而锰(Ⅱ)可以与其生成络合物使其荧光强度降低，建立了荧光淬灭法测定锰(Ⅱ)的新方法。应用该法测定蔬菜中的锰含量，具有操作简单、分析速度快、反应条件温和等优点。

　　1 实验部分

　　1. 1 仪器、试剂与材料
　　AL204-IC 型电子分析天平( 梅特勒-托利多仪器上海有限公司) ; F-4600 荧光光度计( 日本日立公司) ; DZKW-D 型恒温水浴锅( 山东化学仪器厂) ;MH-1000 型恒温电热套( 北京科伟永兴仪器有限公司) 。氧氟沙星标准贮备液( 8. 0 × 10－ 3mol / L) ，HCl( 0. 01 mol/L) ，NaOH ( 0. 01 mol/L) ，H2SO3( 0. 01mol /L) ，锰(Ⅱ)离子标准贮备液( 1. 0 × 10－ 4mol / L) ，所用试剂均为分析纯，实验所用水均为蒸馏水。小白菜、芹菜、韭菜样品均购自当地农贸市场。

　　1. 2 实验方法
　　分别在 2 只 50 mL 容量瓶中加入相同量的氧氟沙星，然后在一只容量瓶中加入一定量的锰(Ⅱ)溶液，另一只不加入，用水稀释至刻度线，摇匀，室温放置10 min 后，以 285 nm 为激发波长，459 nm 为发射波长，设置激发和发射单色仪狭缝宽度分别为 5、10，扫描速度为1 200 nm/min，分别测定未加锰(Ⅱ)溶液的荧光值 F0及加入锰(Ⅱ)标准系列溶液的荧光值 F，计算其荧光淬灭值 ΔF = ( F0－ F) ，以相对荧光强度对不同浓度的锰(Ⅱ)离子作图———绘制校准曲线。
　　
　　2 结果与讨论

　　2. 1 锰-氧氟沙星形成配合物的荧光光谱性质
　　为了考察不同反应体系对分析特性的影响，文中研究了各体系在 20℃ 下氧氟沙星的荧光光谱性质———分别对加入锰(Ⅱ)( 1. 0 × 10－ 6mol / L) 、酸( 4. 0× 10－ 3mol / L HCl) 前后氧氟沙星( 1. 0 × 10－ 5mol / L)的荧光强度进行测定。从图 1 与图 2 可以发现，氧氟沙星的最大激发波长与最大发射波长分别为 285、459 nm，且加入酸和锰后，最大激发和发射波长均不变; 在未加锰(Ⅱ)和酸时，氧氟沙星荧光强度为3 822，而加入少量锰(Ⅱ)后，荧光强度降为1 908; 但是加一定量的酸后，其荧光强度又升至3 086，这说明锰(Ⅱ)在中性条件下对氧氟沙星的荧光有很强的淬灭作用。【图1-2】


　　
　　2. 2 pH 值选择
　　在不同 pH 值条件下，进一步考察了一定浓度的锰(Ⅱ)对氧氟沙星荧光强度的影响( 如图 3 所示) 。结果发现，在酸性或碱性介质中，锰(Ⅱ)对氧氟沙星的荧光具有一般性淬灭，而在 pH 值为 7. 0 时，锰(Ⅱ)对氧氟沙星的荧光淬灭效果最好。因此，本试验选择在中性条件下实现对锰(Ⅱ)的分析测定。【图3】

　　2. 3 氧氟沙星最佳浓度的选择
　　分别在7 只不同的50 mL 容量瓶中加入不同量的氧氟沙星标准液，同时各加入一定量的锰(Ⅱ)标准使用液，在中性条件下，测定其荧光强度。图 4 表明，随着氧氟沙星浓度的增加，体系荧光淬灭强度逐渐增大，但是增大到8. 0 ×10－ 4mol / L 以后，再增加其浓度，荧光淬灭程度( ΔF) 基本保持不变。所以，在接下来的研究中选择氧氟沙星的最佳浓度为8. 0 ×10－ 4mol / L。【图4】

　　2. 4 时间的选择
　　初步研究表明，在中性条件下，锰(Ⅱ)与氧氟沙星的作用时间会影响其荧光淬灭效果。为此，考察了 5～ 35 min 之间，锰(Ⅱ)与氧氟沙星作用后的荧光强度变化情况。从图 5 上可以发现，当二者作用 20 min 后，体系荧光淬灭值 ΔF 达到最大，随后基本保持不变。故选择二者的反应时间为 20 min。【图5】

　　
　　2. 5 最佳反应温度的选择
　　在上述所选定的条件下，考察了 15 ～ 55 ℃内温度对锰(Ⅱ)淬灭氧氟沙星荧光的影响( 如图 6 所示) 。【图6】

　　结果表明体系的荧光淬灭强度随着反应温度的逐渐升高反而迅速下降，并且在 20 ℃下氧氟沙星的荧光淬灭程度最大。所以，选择体系在 20 ℃条件下进行反应与测定。

　　2. 6 线性回归方程、相关系数及检出限
　　在优化的试验条件下，锰(Ⅱ)浓度在 2. 5 ×10－ 7～1. 0 × 10－ 5mol / L ( 即 0. 014 ～ 0. 556 g / mL) 内与氧氟沙星的荧光淬灭强度( ΔF) 呈良好的线性关系，线性回归方程为 ΔF =3 484. 3C( ×105) +47. 412，相关系数 r 为0. 995 4; 同时，对 1. 0 × 10－ 6mol / L 的锰(Ⅱ)溶液进行 11次平行测定，其标准偏差为 3. 9%。根据 IUPAC 建议，计算得方法的检出限为8. 4 ×10－ 8mol / L。

　　2. 7 干扰试验
　　考察了一些常见离子对体系荧光的影响。当锰(Ⅱ)的浓度为 1. 0 × 10－ 6mol / L，允许相对误差在 ± 5%内进行测定时，结果表明加入 500 倍的 Cl－、NO3－、Ac－、K+、Na+、Mg2 +; 80 倍 的 Ca2 +、Zn2 +、Fe3 +、Ba2 +、50 倍的 Ni2 +和 10 倍的 Al3 +等，几乎不干扰测定结果; 而同倍的 Cu2 +及 Pb2 +均干扰测定。

　　2. 8 蔬菜样品锰(Ⅱ)含量测定与回收率试验
　　将 3 种蔬菜样品依次用自来水、蒸馏水洗净，自然晾干，然后取可食用部分，切碎并捣成匀浆。称取1. 0 g 试样于锥形瓶中，加入 25 mL 混合酸( HNO3∶HClO4体积比 = 4∶ 1) ，加盖浸泡 12 h。接着，在电热套上加热，并适时控制火力，至溶液变清并冒白烟为止。冷却后，在消解液中滴加一定量的 KF 以掩蔽Al3 +，加适量 NaOH 溶液控制溶液的 pH 值使 Pb2 +与Cu2 +离子沉淀而 Mn2 +不沉淀，过滤后再用稀 H2SO4溶液调节滤液酸度至中性，接着将其转入50 mL 容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线备用。为了考察该方法的可靠性，同时对 3 种蔬菜样品中锰(Ⅱ)含量做了加标回收试验。从表 1 中可以看出，各蔬菜样品中锰(Ⅱ)含量测定的回收率在 99. 00% ～ 107. 5%，相对标准偏差均小于 4%，这说明本文建立的方法具有较好的准确度和精密度。3 结论本文在 pH =7. 0 的条件下，基于锰(Ⅱ)对氧氟沙星荧光的猝灭效应而建立起了一种检测锰(Ⅱ)的新方法。该法操作方便、反应条件温和、环境污染小且分析成本较低，能用于对小白菜、芹菜、韭菜中微量锰(Ⅱ)的准确测定，其回收率在 99. 00% ～107. 5%，期望为蔬菜中微量锰(Ⅱ)的快速检测提供一种参考。【表1】

　　参 考 文 献
　　
　　［1］ 蔡同建，陈景元，李妍，等． 锰对 PCl2细胞增殖及蛋白酶体活性的抑制作用［J］． 现代预防医学，2006，33( 3) : 257 －260．
　　［2］ 宋桂兰，任白皋，李国保，等． 催化动力学光度法测定锰［J］． 分析试验室，2006，25( 4) : 54 －57．
　　［3］ 郭良洽，林旭聪，谢增鸿，等． B-环糊精增敏催化动力学法测定痕量锰的研究［J］． 光谱学与光谱分析，2005，25( 10) : 1 662 － 1 666．
　　［4］ 王元忠，李涛，方波，等． 半夏中铜和锰的原子吸收光谱直接测定方法［J］． 光谱学与光谱分析，2008，28( 3) :690 － 692．