微型全化学分析芯片分析毒性重金属离子

4 环境水、汽油中的Pb的测定 4.1前言铅是重要的工业原料，也是一种蓄积性毒物，过量铅的摄入会严重影响人体健康。水、大气、土壤和地表中的铅主要是工业生产、汽车尾气排放所致，环境水中铅存在着有机铅化合物及无机铅离子的形式[79]。

尽管有机铅的存在形式很多，但环境化学家一般只关心种类有限的四烷基铅(TAL)、盐类及其分解产物。TAL在水中会降解得到R3Pb+、R2Pb2+、Pb2＋，其中三甲基铅离子和三乙基铅离子在水中很稳定；汽油中铅的主要来源是加入了抗爆剂四乙基铅。四乙基铅可由呼吸道、皮肤进入人体内，在体内转化为剧毒的三烃基铅衍生物，其剧毒引起人们的广泛关注。

测定铅含量的方法[78]主要有滴定分析方法，以及各种仪器分析方法，如火焰原子吸收光谱法、X-射线荧光光谱法、反相高效液相色谱-汞电极检测等。化学发光分析法(CL)作为一种高灵敏度检测手段，具有检出限低和检测范围宽的优点，是一种测定速度快和自动化程度非常高的痕量分析技术。

目前已有没食子酸化学发光体系、光泽精化学发光体系以及间接催化Luminol-H2O2发光体系对Pb2+进行检测的方法，这些方法存在检出灵敏度不够或操作条件难于控制等缺点。本文在前期应用流动注射化学发光方法研究Pb(II)催化Luminol-KmnO4以及催化Luminol-H2O2化学发光的方法测定汽油中铅的基础上，进一步研究了该体系在制作的有机玻璃微芯片上的测定。同时以巯基棉分离富集了环境水中Pb2+，以该体系使用本系统测定了Pb2+的含量，并且和原子吸收方法进行了对比。同时通过消解水样测定了总铅的含量，间接算出水中有机铅的含量。

 4.2实验 4.2.1试剂与仪器鲁米诺储备液(Luminol, 1.0×10-2 mol/L)：使用时移取不同量的鲁米诺储备液，稀释到pH 13的氢氧化钾缓冲溶液中，H2O2(33%)；KMnO4溶液(1.0×10-4mol/L)；铅标准溶液(1 000 mg/L)，使用时逐级稀释；EDTA标准溶液(1.0×10-4 mol/L)；乙醇溶液(体积分数50%)；浓盐酸；浓硝酸；高氯酸；所有试剂均为分析纯，水为重蒸水。 PHS-3C酸度计(上海第二分析仪器厂)；WFX-110原子吸收分光光度计(北京瑞利分析仪器公司，测定波长283.3 nm,灯电流2 mA，燃烧器高度5 mm，乙炔用量90 L/h，狭缝宽度0.2 nm)；CR105光电倍增管(PMT)(日本HAMAMATSU公司)；MCDR-A型多功能化学分析数据处理系统(西安瑞迈电子科技有限公司)；IFFL-DM多功能流动注射化学发光/光谱/光度分析系统软件；微型全化学分析芯片分析系统(图4.1)。

 4.2.2实验方法使用如图4.1所示的化学分析芯片系统，虚线部分为芯片示意图，其中C1、C2为载流与试剂，S为样品入口，R为混合反应室及检测窗口，W为废液出口，PMT为检测化学发光信号的光电倍增管，检测的信号通过信号转换器输入到计算机进行处理。PMT、信号转换器型号、分析软件以及系统的组装方法和本文前述方法相同。C1和C2通过柱塞泵P1和P2泵入Luminol和KMnO4，Luminol和KMnO4在管道中混合反应后，再与由泵P3泵入的样品S混合反应。样品和试剂混合流动到混合室R后进一步混合反应，检测器PMT检测到光信号后，通过转换器输入到计算机进行处理。废液从W流出。 a b 图4.1 Luminol-KMnO4测定Pb2+的微芯片系统 Luminol-H2O2测定Pb2+的分析系统 Fig.4.1 Scheme of microchip system for Luminol-KMnO4-Pb2+. Scheme of microchip system for Luminol-H2O2-Pb2+. IFFL-DM多功能流动注射化学发光/光谱/光度分析系统软件的测定参数见附录A 4.2.3汽油样品预处理 按文献方法[78]分解样品，取汽油样品20 mL于100 mL烧杯中，加入浓盐酸20 mL，加盖，水浴加热分解后，取水层清液，加入氨水调节至pH值为4.5，定容到50 mL，按实验方法进行测定。

 4.2.4巯基棉的制备巯基化合物在分析化学上早有应用，但因多数巯基化合物不稳定、味臭，故在分离富集上一直未能广泛应用。20世纪70年代初，西末雄、小林力夫等制备了巯基棉纤维(简称SCF)，用来富集了水中痕量甲基汞。俞穆清等[80]在20世纪80年代初对巯基棉的制备条件，对重金属痕量元素的定量吸附条件、吸附速度、吸附量、吸附强弱条件和洗脱条件都进行了详细的研究。巯基棉纤维是一种良好的固体吸附剂，可以定量吸附水溶液中多种微量重金属和某些非金属离子；富集倍数大，富集效率高，吸附速度快，不同条件下选择性高，解脱性能好，制备简单等优点。巯基棉没有商品供应，因此一般在分析化学中都是直接制备，巯基棉的制备分为液相法和气相法。液相法是把巯基棉纤维浸泡在巯基乙酸(硫代乙醇酸)溶液中加热反应，气相法是使巯基酸的蒸汽与棉纤维接触而得。本分离系统中应用的巯基棉采用液相法制备，使用了两种方法制备。方法一为：在广口瓶中，依次加入巯基乙酸10 mL，乙酸酐7 mL，乙酸(36％)3.2 mL，浓硫酸1滴及蒸馏水2 mL，放入脱脂棉3 g并搅拌浸泡完全。加盖后在40～45℃的烘箱中保温4天。取出后用漏斗抽滤，蒸馏水洗至中性，取出棉纤维放于滤纸上于40～45℃的烘箱中烘干，成品放于棕色磨口瓶中保存。方法二为：于广口瓶中依次加入巯基乙酸20 mL，乙酸酐14 mL，浓硫酸2滴，浸入脱脂棉4 g，在25℃下保持24 h。后续步骤和方法1相同。巯基棉的分离富集装置由250 mL的分液漏斗，下端垂直接φ6 mm，L10 cm的玻璃管，玻璃管内均匀装填0.1 g巯基棉。

 4.2.5环境水中铅的分离与富集使用上述装填好的巯基棉分离富集装置，注入水使装有巯基棉的玻璃管部分湿润。用0.1 mol/L盐酸(硝酸)溶液4 mL洗涤巯基棉，再用重蒸水洗至中性。根据富集倍率要求，将一定体积的铅的水样用稀硝酸和氢氧化钠调至pH=4.5，注入分液漏斗，抽滤并控制流速4 mL/min左右，使溶液全部通过巯基棉。以pH=3.5的盐酸液2 mL冲洗，再用6 mL重蒸水分3次冲洗漏斗和巯基棉。最后用0.1 mol/L盐酸(硝酸)溶液4 mL洗脱吸附在巯基棉上的铅。洗脱液在巯基棉管中截留数分钟，可提高洗脱效率。洗脱液收集在容量瓶中，继续水洗至收集液为15 mL。 4.3结果与讨论

4.3.1微芯片系统参数的确定 1)样品与试剂混合点在连续流动的反应池中，测定位置应设在反应管路的t= tmax处以获得最大信号。根据第二章缩微化的理论分析，由于管道的缩微，流体的流动状态为层流，分子扩散对流体混合将会占据重要地位。该体系的测定是在Luminol和KMnO4反应最大峰值过后(混合完全)再加入Pb2+进行的二次化学发光反应的测定，因此加入铅的时间应该为在第一次化学发光反应最大峰值之后。Luminol和KMnO4在管道中流动属于两管道的混合，由公式2-43，则其所需的时间为： ，假设分子扩散系数D为10-9m2/s，在本系统中，d=200 mm，n=2，则t=5 s。即加入Pb2+的时间应该在Luminol和KMnO4开始混合后的5 s后。假如改变驱动流体的压力，控制流体在微管道中的线流速为20 mm/s，则让Luminol和KMnO4第一次发光峰值过后的时间内，流体应该流动的距离为 10 cm，即样品Pb2+的入口应该在距离Luminol和KMnO4混合处的10 cm以后的地方，这样才不会让第一次发光信号干扰Pb2+催化产生的信号。实际上，由于Luminol和KMnO4进行化学反应的加剧，管道内壁对流体的扰动以及芯片上管道折叠处使流体运动变向产生的二次流，管道变向使流体混合的加剧可由第三章的流体混合实验可看出。因此，实际上最大发光峰值出现的时间会大大提前。使用化学发光检测系统测试了从混合开始不同的距离点的化学发光强度，如图4.2所示。由于还要考虑加入Pb2+后的第二次化学发光反应的混合，因此在本系统中，Pb2+的进样口设在微管道的第二个转角处，此处的距离大于7 cm。由图中看出，这已经过了第一次化学发光的峰值处，后续也有足够管道长度使样品和试剂充分混合。 图4.2 化学发光强度随微管道中流动距离的变化 (c(Pb2+)=10-5mol/L，PMT负高压500V) Fig.4.2 Relation of CL intensity and microconduit length 2) 流体流动参数的确定由第二章的理论分析及第三章的流体简单混合试验知，在微芯片中，样品和试剂在管道中自然流动时是呈层流状态，此时流体的混合主要来自样品和试剂的分子扩散作用。当存在化学反应时会加剧混合的程度，微管道的折叠会使流体在转角处绕流，趋向湍动，加速混合。以上促进流体混合的因素与体系相关，当分析体系和测试所用的芯片确定后，则以上改变流体混合的因素也就固定了。此时改变流体的混合程度就只有靠改变载流、试剂及样品的流速等条件，前述已知，改变压力会改变流体的流动速度，从而改变其混合程度，增强化学反应的程度。图4.3为在不同流体驱动压力下Luminol-KMnO4体系测定Pb2+的化学发光强度，从图中可看出，当压力较低时，样品和试剂的混合程度很差，化学反应程度弱，发光信号小，而且峰型拖尾严重(不对称)。随着压力的增大，样品和试剂的混合加强，发光信号增强，峰型也逐渐变得对称。当压力达到1.0 MPa后，再增加压力对化学发光反应的光信号的增强已没有太大的作用，表明在此时，样品和试剂的混合已经比较好。同时考虑到系统的耐压程度，因此选定流体驱动压力为1.0 MPa，测定此时的试剂与载流的流速为42.4 mL/min。 图4.3 不同压力下Luminol-KMnO4体系测定Pb2+(c(Pb2+)=5.0´10-4mol/L )的光谱图(a 四个峰的压力分别为200、400、600、800 kPa，b 四个峰的压力分别为1.0、1.2、1.4、1.6 MPa)(纵坐标I：化学发光强度值，横坐标t：时间) Fig.4.3 Spectrography of CL intensity with diverse pressure(Y-coordinate: intensity of CL, X- coordinate: time, t) 3)样品注入以连续流动体系分析测试样品时，样品的注入方式，注入量极其重要，因为这不仅与产生的分析信号大小相关，而且还会决定结果的稳定性、重复性等。在压力驱动的流动体系中，要控制每次进样的精度，对系统中泵的要求要高，因为很多机械泵都具有一定的脉动性，电渗流泵是一种较好的进样泵。在体系中，分别试验了定容进样和定时进样的方法。定容进样直接与注入的样品塞的长度(体积)相关，首先考虑使其达到检测器有一定的检出信号，注入样品过低，影响信号的获取，灵敏度低。

其次，过高的注入样品体积使样品消耗过多，同时如果实现的是点检测的话，样品体积注入过多，那么通过检测器时样品没有和试剂充分混合，则样品塞将会呈两端试剂多，中间无试剂的状态，由于此时实现的不是区域检测，因此，检测器将会检测到样品塞的每一小段的信号，故而峰型会出现凹峰，如图4.4所示。中间的凹峰即是过多的注入样品，样品塞在流动过程中和试剂不断的渗透混合，但是在到达检测点时，中间的样品并没有和试剂充分混合，到达中间试剂少，出现了凹峰。

同时还可从图中看出，改变样品塞的体积对化学发光的峰高并没有多大影响，这是因为实现点检测，化学发光峰高信号与试剂和样品的渗透情况有关，而与过多的中间段样品无关。过多的中间段样品只会增加峰宽，如图所示，当样品逐渐减少直到到达检测器能混合完全刚好只有一个单峰时，谱图的峰高并没有因此而明显损失，但是峰宽却是越来越来窄。 图4.4 定容进样点检测对不同体积的样品的化学发光谱图(纵坐标I：化学发光强度值，横坐标t：时间/s) Fig.4.4 Spectrography of CL intensity for changing sample volume (Y-coordinate: intensity of CL, X- coordinate: time, t/s) 图4.5 定时进样点检测对不同进样时间的化学发光谱图(纵坐标I：化学发光强度值，横坐标t：时间/s) Fig.4.5 Spectrography of CL intensity for changing sampling time (Y-coordinate: intensity of CL, X- coordinate: time, t/s) 定时进样时，样品和试剂的混合方式与定容进样不一样，过多或过少的样品会出现另一种情况。由于定时进样时，样品和试剂是流体的两支流混合方式，是径向扩散方式的混合，不同于定容进样中的轴向相互渗透混合方式。根据前述讨论和理论与试验，在本体系废液出口端区域，两支流流体的径向混合是完全的。因此，在这段区域对定时进样进行点检测，信号的大小与样品的注入时泵的压力有关，因为压力的大小将会决定样品支流在混合管道中所占的流体分数大小。如图4.5所示，右边的四个峰是在不同压力下化学发光谱图，随着压力的增大，样品支流在管道中所占的体积逐渐增大，化学发光信号越来越强。当样品超过和试剂反应的化学计量点时，化学发光信号又会逐渐降低。图4.5中，还出现两个凹峰，这同样是和定容进样中出现的情况一样，样品塞过长，中间试剂量少。

因为压力过大时，样品的强行注入会使试剂支流逐渐减少直到消失，此时的样品和试剂不再是两支流的混合，而是又成了定容进样时的情况。在本系统中，根据理论计算以及试验发现，定容进样时，控制注入体积为62.8 nL(样品塞长度2 mm)左右得到的信号较好。而定时进样控制压力和载流压力相等，进样时间1 s得到的信号较好。

 4.3.2 Luminol-KMnO4体系测定环境样品中铅由于催化Luminol-KMnO4化学发光反应的是Pb2+，故该体系不能对各种形态的有机铅化合物进行直接测定，因此，本文在对有机铅化合物的测定上采用了HNO3-HClO4进行消解，把有机铅转化为Pb2+再测定。测出总铅含量，然后减去直接测定出的Pb2+量，得到有机总铅的含量。至于细分各种有机铅的形态，由于分离方法及体系的限定，还需要进一步的工作。 1) Luminol-KMnO4-Pb2+化学发光反应的动力学分析在碱性条件下，Luminol-KMnO4体系本身会产生很强的CL信号。

常规化学发光反应A+B → Light 较常采用一维模型描述，反应常数k(L﹒mol-1﹒s-1)，通常浓度[B]过量，单位体积和时间内的发光强度E(t)=d[light(t)]/ dt=[A]/τ[exp(-t/τ)] ，[A]为以mol﹒L-1表示的浓度，τ是反应时间常数[s]；因此对发光信号进行峰值测定，时间常数确定十分重要，此反应动力学曲线表明：该过程达到最大发光信号时间tmax很小且信噪比高，但在该处铅离子加入后CL信号相对变化不大，且极易超出仪器检测限，不能用作铅测定。 图4.6 化学发光动力学曲线(纵坐标I：化学发光强度值，横坐标：时间，t/´0.2 s) Fig. 4.6 Kinetic curve of chemiluminescence process. (Y-coordinate: intensity of CL, X- coordinate: time, t/´0.2 s) 我们以前以流动注射分析系统对该体系的研究表明，高锰酸钾和鲁米诺反应产生很强的光信号后，在大约20 s时，反应趋于平稳，发光信号稳定在一定值范围内。此时加入Pb(II)，残留的高锰酸钾或还原生成的锰酸钾和鲁米诺在Pb(Ⅱ)的催化下会进一步发生了反应；从高锰酸钾和鲁米诺反应后溶液呈绿色状态，判断极有可能是第一步反应后生成了锰酸钾，与鲁米诺在Pb(Ⅱ)的催化下发生了第二次化学发光反应，这步反应达到最大发光信号时间tmax也很小，并具高的信噪比，可以有效地用于Pb(Ⅱ)的定量测试。为了使平稳区提前到达以提高分析速度，预先在鲁米诺溶液中加入少量EDTA和乙醇能有效消除背景，使平稳区前移至8 s 左右。由于微芯片上管道内径的降低，流体的混合的加强。因此，化学发光反应的最大值将会提前，而同时，发光信号的平稳区也会提前到来，根据研究，大约混合3～4 s的时间，平稳区即出现。

 2) Luminol-KMnO4-Pb2+化学发光条件试验 a. 鲁米诺浓度及pH值的影响鲁米诺的化学发光反应要求在碱性介质中进行，故鲁米诺溶液中应含有足够的碱保证化学发光反应的进行。通过分别改变鲁米诺浓度和pH值进行试验，绘制ICL-CLu和ICL-pHLu曲线，发现在pH值为13的KOH介质中，鲁米诺浓度为1.0×10-4mol/L时，空白较低，发光信号最强。Pb(Ⅱ)溶液的pH值为4.5。 图4.7 鲁米诺浓度对化学发光强度的影响 图4.8 pH对化学发光强度的影响 Fig.4.7 Effect of luminol concentration on CL intensity Fig.4.8 Effect of pH on CL intensity b. KMnO4浓度的影响 高锰酸钾的氧化性很强，其浓度将会影响测定结果的精度。以浓度为1.0×10-4mol/L的鲁米诺在pH=13的条件下试验，比较一系列高锰酸钾浓度对发光强度的影响，发现高锰酸钾浓度过高时，第一个峰很强，第二个被测峰的背景高；浓度太低时，虽然背景低，但被测峰不明显而影响结果准确性。最终选定浓度为1.0×10-4mol/L，此时信噪比最大。

 3) 汽油中金属元素的化学发光干扰 取未分解的汽油样品进行化学反应的测定，未发现有化学发光信号，初步说明汽油中游离的其它金属离子不干扰测定以及没有Pb2+。对Pb含量为16 mg/mL的汽油样品，用原子吸收分光光度法测定了其中各金属元素含量，测定结果如下：Cr 0.28 mg/mL，Cd 0.11 mg/mL，Ni 0.32 mg/mL，Co 0.16 mg/mL，Fe 5.87 mg/mL，Cu 0.41 mg/mL，其含量都在文献[78]讨论的允许的干扰存在限内，不会干扰测定。

 4) Luminol-KMnO4-Pb2+化学发光反应标准曲线的绘制按实验方法，在上述讨论的条件下，调节光电倍增管负高压600V， 蠕动泵 图4.9 不同浓度Pb2+的化学发光强度谱图(纵坐标I：化学发光强度值，横坐标t：时间/s) (从左至右c(Pb2+)分别为7.0´10-5、4.5´10-5、2.0´10-5、1.0´10-5mol/L) Fig 4.9 Spectrography of CL intensity for Pb2＋ of deferent concentration (Y-coordinate: intensity of CL, X- coordinate: time, t/s) 图4.10 对单个Pb2+标准样品(5.0×10-4mol/L)连续测定9次的化学发光强度图(纵坐标I：化学发光强度值，横坐标t：时间/s) Fig 4.10 Spectrography of CL intensity of Pb (c(Pb2+)=5.0×10-4mol/L) standard sample(n=9) (Y-coordinate: intensity of CL, X- coordinate: time, t/s) 图4.11 连续测定4次的结果图(纵坐标I：化学发光强度值，横坐标t：时间/s) Fig 4.11 Spectrography of continuous detection for 4 times. (Y-coordinate: intensity of CL, X- coordinate: time, t/s)(c(Pb2+)=3.0´10-5mol/L) 进样时间为1 s。在Luminol中加入体积比为5％的EDTA，在优化的条件下，加入一定量的氯化钠作基底，绘制化学发光强度和铅浓度的工作曲线，从浓度为0.01mg/mL一直测定到1.0´10-2mol/L，发现化学发光强度值与Pb2+的浓度在1.0×10-7～1.0×10-3mol/L范围内成良好线性关系。工作曲线的回归方程为y=1.0×107x+112.53，y：化学发光强度值；x：Pb2+的浓度(mol/L) ，相关系数 R=0.9 993。对1.0×10-5mol/L的标准溶液平行测定9次，相对标准偏差2.7%，检出限达0.01mg/mL。这比前述的线性范围宽了一个数量级，这可能是由于反应及流路条件的优化以及加入EDTA后有效消除了基底的干扰，使反应变得更加平稳。

 5) 测定汽油中Pb含量的结果将分解后的汽油样品1和汽油样品2按上述试验方法进行测定，并且和原子吸收分光光度法进行了比较。结果如表4.1所示，由于汽油未发现有离子态的铅，故可以认为测定出的铅可表达有机铅化合物，且根据汽油的性质，应为四乙基铅的量。表4.1 测定汽油中铅含量的结果 Tab.4.1 Determination results of Pb in gasoline samples 样品号No.AAS测定值mg/mLFIA测定的平均铅量mg/mL本法测定平均值mg/mLRSD % 15.005.024.73.2 216.00 15.9416.32.1 6) 测定环境水中Pb含量的结果 a.巯基棉的分离富集条件及性能评价由于本方法的检出限为0.01 mg/mL，而多数环境中的铅含量很低，同时一些金属离子会干扰测定，所以有必要对铅进行分离富集。本文选定的巯基棉分离富集条件根据文献[80]而定，巯基棉对金属离子的吸附是选择性吸附，较高浓度的碱金属、碱土金属、Fe2+、Mn2+、Co2+、Ni2+、Cr3+等不会干扰重金属离子的定量吸附。而且重金属离子和巯基的结合能力有差异，在较高含量时存在规律性的竞争吸附和置换吸附，产生的干扰离子可以通过控制溶液的酸度来有效的消除。因此，分离富集的样品已经消除了大部分干扰离子，可对分离富集的样品直接测定。根据文献[80]及本实验的条件，选定富集的pH值为4.5，洗脱酸度为0.1 mol/L的盐酸(或硝酸)。在所给条件下，控制流速为4 mL/min分别对含铅水样和不含铅的水样进行回收率实验，对本方法制作的巯基棉进行性能评价，以原子吸收方法测定，结果如表4.2。结果表明，以本法制备的巯基棉对铅的富集效率较好，同时在上述加标样品中加入相同量的Cr3+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cu2+等离子，以原子吸收分光光度法均未检出这些离子，而铅的回收率均在95％以上。故可以使用自制的巯基棉对痕量铅进行分离富集。表4.2 水样中加标铅样测定的回收率 Tab. 4.2 Recovery test of Pb2+ 样品加入铅量mg/100mL测定铅量mg/100mL平均铅量mg/100mL回收率% 无铅水样0.02.05.00.02.10, 2.21, 1.80, 2.02, 1.76, 1.944.75, 4.97, 5.14, 5.02, 4.88, 5.241.975.00 98.5100 含铅水样1mg/mL0.02.05.01.02, 0.93, 0.86, 1.02, 1.04, 0.982.94, 2.93, 3.06, 3.10, 3.12, 3.035.80, 6.02, 5.94, 5.92, 6.00, 5.90 0.98 3.03 5.9398101 98.8 b.水中Pb的测定取重庆大学民主湖中水样1 000 mL，过滤除去固体不溶物后，以巯基棉分离表4.3 水样分析结果(测定9次的平均值) Table Determination results of water samples 样品(sample)Pb2+测定值(mg/mL)mTAS AAS加入Pb2+量(0.05mg/mL)mTAS AAS回收率％mTAS AAS 10.057 0.0630.102 0.1190 94 离子态铅 20.10 0.0980.151 0.146102 96 30.045 0.0490.092 0.101 94 104 1 0.075 0.12 90 总 铅 2 0.12 0.161 82 3 0.07 0.11 80 1 0.018mg/mL 有机铅 2 0.02mg/mL 3 0.025mg/mL 富集Pb2+。本系统进行测定，并和原子吸收分光光度方法测定比较。

同时另取等体积水样采用HNO3-HClO4消解水样方法进行消解，把各种形态的铅转化为离子态的铅，再按实验方法用巯基棉进行分离富集，以本系统进行测定。结果如表4.3所示。结果表明本法测出的结果和AAS方法的结果较为一致。在自来水和蒸馏水中加入一定量的Pb2＋采用本系统进行了测定，测定结果如表4.4所示。表4.4 自来水和蒸馏水中加入一定量的铅的测定结果 Tab.4.4 Determination results of standard addition 样品(samples)Pb2+平均值mg/100mLRSD%回收率％蒸馏水<0.1 加入1 mg Pb2+、Cu2+、Bi3＋、Cr3＋、Cd2+、Fe3＋0.943.794 自来水<0.1 加入1 mg Pb2+、Cu2+、Bi3＋、Cr3＋、Cd2+、Fe3＋1.035.3103 c.合成水样的分析合成水样按国家地面水质要求加以放大配制，水样中含Hg2＋、Co2＋、Ni2+、Cr3+各0.2 mg/L；Mn2+、Cu2+、Fe3+各0.5mg/L；Zn2+、Pb2+、Cd2+各1.0 mg/mL；Mg2+、Ca2+各50 mg/L。调节溶液pH值为4.5，按前述方法经巯基棉进行分离，然后测定，结果如表4.5所示。表4.5 人工水样中Pb2+含量的测定结果(n=9) Tab.

4.5 Determination results of in artificial water samples(n=9) 样品(Sample)样品量(Original)mg/L加入量(Added)mg/L测定值(Found)mg/L回收率RecoveryR/%RSD% 11.001.002.031032.4 21.002.002.94973.1 4.3.3 Luminol-H2O2体系测定Pb2＋的结果 1) Luminol-H2O2-Pb2+ 化学发光条件试验 Luminol与H2O2在碱性条件下混合后会产生缓慢的弱发光信号，试验表明，该发光信号在较长时间内都保持较稳定的基线平台，如图4.12所示。因此，在这期间加入催化剂金属离子都可以产生较好的重复信号。该体系的最大发光值条件的试验结果为，Luminol浓度为5.0´10-4mol/L，H2O2浓度为体积比1:200，要严格控制过氧化氢的浓度，过氧化氢在载流测定体系中分解，管道中产生气泡会使发光曲线出现负峰，如图4.13所示。

载流为pH=13的KOH缓冲溶液，样品Pb2+溶液的pH值为4.5，在载流中加入体积比为1:20的EDTA或乙醇能增敏化学发光的强度。 图4.12 Luminol-H2O2化学发光基线图示 图4.13 在气泡存在下的化学发光峰型 Fig 4.12 Baseline of CL for Luminol-H2O2 Fig 4.13 spectrography of CL with air bubble 2) 微芯片系统参数的确定由于Luminol与H2O2自身混合会产生较为平稳的化学发光信号，而且维持时间较长，不同于KMnO4与Luminol混合会产生强发光，维持时间极短。因此，在该体系中，采用Luminol与H2O2在片外混合的方式，这就避免了试验Luminol与H2O2混合完全所需的管道长度以及加入样品的位置。此时，只考虑样品与试剂混合程度，因此将样品注入口提前，芯片如图4.1a所示。Luminol-H2O2-Pb2＋的反应较Luminol-KMnO4-Pb2+缓慢，注样口提前能使到达检测器时尽可能收集到化学发光的最大信号。通过试验，确定的该体系的流路参数为，样品注入口离载流进入口18 mm，载流流速为56.4 mL/min，C1和C2分别通入缓冲溶液和Luminol-H2O2的混合溶液，采用定时进样，进样时间1 s，以全检测的方式，因为这里没有Luminol-KMnO4-Pb2+体系中的前信号，不用点检测，避免了试验最大信号检测点的工作量。分析软件的参数设置与Luminol-KMnO4-Pb2+相同。 3)标准曲线的绘制及检出限的确定在试验条件下，绘制化学发光强度值和铅浓度的工作曲线，化学发光强度值与Pb2+的浓度在0.5-500 mg﹒mL-1范围内成良好线性关系，工作曲线的回归方程为y=78.45×106x＋11.56，y:化学发光强度值，x：单位为mol/L的浓度。相关系数R=0.9 986。

对1.0×10-5mol﹒L-1的标准溶液平行测定10次，相对标准偏差2.9%，检出限达0.1 mg﹒mL-1。 4)样品分析许多金属离子都会催化Luminol与H2O2的化学发光反应，该体系的干扰较大，因此，汽油中的铅采用前述方法分解后，氨水调节pH值为4.5，以巯基棉分离的方法进行分离后测定，测定结果如表4.6。表4.6 样品分析结果 Tab.4.6 Determination results of samples 样品号AAS测定值mg/mLFIA测定的平均铅(Ⅱ)量mg/mL本法测定平均值mg/mLRSD % 15.005.024.854.2 216.00 15.9415.743.5 4.4 结论 以自制巯基棉对Pb2+进行了分离富集，分离富集的效果较好，回收率在95％以上。在制作的有机玻璃微化学芯片上进行了Luminol-KMnO4-Pb2＋以及Luminol-H2O2-Pb2＋化学发光体系的试验研究，和前期以流动注射方法(FIA)的研究进行了比较。以前一体系直接测定了汽油中分解前和分解后的Pb2+含量，并且和原子吸收分光光度法进行了对比，结果较好。

通过微芯片上化学发光反应测定Pb2+的含量间接表征了汽油中四乙基铅的含量，这可以为汽油中铅的测定建立一套简单、快速的方法；同时以巯基棉分离富集环境水中痕量Pb2+，然后进行测定，与原子吸收分光光度法对比，结果较好。

通过消解水样把有机铅转化为无机铅离子，测定了总铅的含量，进而可以获得总有机铅的含量。由于后一化学发光体系的干扰严重，因此采用巯基棉分离后再测定的方法测定了汽油中的铅含量。两种方法测定的值与原子吸收分光光度法测定的值都较为接近，单次测定的相对标准偏差(RSD)均在2～5％之间。线性范围较宽。检出险低，适合痕量Pb2+的测定。通过化学反应的转化，可以间接获得不同形态的铅含量测定数据。