摘要：在活化剂Ｔｗｅｅｎ－２０的存在下和六次甲基四胺－盐酸缓冲溶液（ｐＨ ５．０），痕量Ｐｂ（ＩＩ）催化高碘酸钾氧化愈创木酚这一新的指示反应及其动力学参数，建立了催化动力学光度法测定痕量Ｐｂ（ＩＩ）的新方法。该方法的线性范围为０～０．９ μｇ／ｍＬ，检出限为９．９×１０－３ μｇ／ｍＬ，相对标准偏差（RSDs）为１．３％～３．９％，标准加入法的回收率为９１．８％～１０８．２％，该方法具有快速、灵敏、简便等优点，应用于实际烟草样品中痕量铅的测定，结果与ＩＣＰ－ＭＳ法相吻合，为检测烟草中痕量铅提供了新的技术手段。 
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　　关键词：愈创木酚；催化光度法；痕量；铅；烟草 
　　中图分类号：Ｏ６５７．３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０12）07－1447-03 
　　 
　　Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｃｅ Ｌｅａｄ by Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ 
　　 
　　ＷＡＮＧ Ｗｅｎ－ｙｕａｎ１，ＺＨＥ Ｗｅｉ１，ＤＵＡＮ Ｙａｎ－ｑｉｎｇ１，ＸＩＡ Ｊｉａｎ－ｊｕｎ１，ＬＩＵ Ｙａ１，ＸＩＡ Ｘｉａｎｇ－ｗｅｉ１，２，ＬＩＡＯ Ｙｕ－ｑｉ１，３，ＷＵ Ｘｉａ４ 
　　（１．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｏｎｇｙｕｎ－Ｈｏｎｇｈｅ Ｔｏｂａｃｃｏ Ｇｒｏｕｐ， Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２０２， Ｃｈｉｎａ； 
　　２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｎｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｙｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００９１， Ｃｈｉｎａ； ４． Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２２４， Ｃｈｉｎａ） 
　　 
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｎｅｗ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｋｉｎｅｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｃｅ ｌｅａｄ（ＩＩ） ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ on ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ Ｐｂ（ＩＩ） ｃｏｕｌｄ ｃａｔａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｇｕａｉａｃｏｌ ｂｙ ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｍｉｎｅ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｍｅｄｉｕｍ ａｔ ｐＨ ５．０ ａｎｄ ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｗｈｅｎ Ｔｗｅｅｎ－２０ waｓ ｕｓｅｄ ａｓ the ａｃｔｉｖａｔｏｒ． Ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｗａｓ ０～０．９ μｇ／ｍＬ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔ ｗａｓ ９．９×１０－３ μｇ／ｍＬ． Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｈａd ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｒａｃｅ Ｐｂ（ＩＩ） ｉｎ ｔｏｂａｃｃｏ ｗｉｔｈ ｔｈｅ RSDs ｏｆ １．３％～３．９％ ａｎｄ recoveries ｏｆ ９１．８％～１０８．２％ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃｏｉｎｃｉｄｅd ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＩＣＰ－ＭＳ， ｃould ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ Ｐｂ（ＩＩ） ｉｎ ｔｏｂａｃｃｏ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｆａｓｔ， ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｎｄ ｓｉｍｐｌｅ． 
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｇｕａｉａｃｏｌ； ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ； ｔｒａｃｅ； ｌｅａｄ； ｔｏｂａｃｃｏ 
　　 
　　铅是一种具有蓄积性、多亲和性的物质，可与体内一系列蛋白质、酶和氨基酸中的官能团（巯基）结合，干扰机体的生化和生理活动引起中毒，对肝和肾的危害尤为严重。铅是烟草中毒性最大的重金属之一，并且易进入烟气，危害人的身体健康［１］。因此，对烟草中铅含量的监测及其分析方法的研究具有重要意义。目前重金属的检测方法多为等离子发射光谱法［２，３］和分光光度法［４，５］，前者需要较为昂贵的测试仪器，分析成本较高，不利于推广应用；后者所需仪器价格低廉，但灵敏度较低，需对样品进行分离富集，操作繁杂，而且所用的有机萃取试剂通常对操作人员健康有害。催化动力学光度法是在普通分光光度法的基础上发展起来的新型高灵敏度分光光度法，具有仪器价廉、操作简单、灵敏度高、便于推广运用等优点，弥补了等离子发射光谱法和分光光度法的缺陷，尤其是在痕量金属元素测定领域中倍受关注。本文根据铅催化高碘酸钾氧化愈创木酚的指示反应，对烟草样品中的痕量铅进行了研究，其相对标准偏差为１．３％～３．9％，标准加入法的回收率为９1．8％～１０8．2％，线性范围为０～０．９ μｇ／ｍＬ，本方法操作简便，结果满意。到目前为止尚未见到利用该反应体系测定痕量铅的报道。 
　　１ 材料与方法 
　　１．１ 主要仪器及试剂 
　　７２２型分光光度计（上海第三分析仪器厂）；电子分析天平（湘仪天平仪器厂）；ＰＨＳ－２Ｃ型精密酸度计（上海雷磁仪器厂）；电热恒温水浴锅（北京长安科学仪器厂）；自动双重纯水蒸馏器（上海玻璃仪器一厂）；电热干燥箱（上海市实验仪器总厂）；冰箱（广州市万宝电器工业公司）；电子调节万用电炉（长沙实验电炉厂）；电热板（湖南长沙市华光电炉厂）；秒表（上海秒表厂）。 
　　Ｐｂ２＋标准储备溶液：１００ μｇ／ｍＬ，准确称取０．１６１ ５ ｇ Ｐｂ（ＮＯ３）２溶于少量水及１ ｍＬ ＨＮＯ３中，移入１ ０００ ｍＬ容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，用时稀释至所需浓度；０．３０ ｍｏｌ／Ｌ愈创木酚（ＧＡ）溶液；０．０３ ｍｏｌ／Ｌ ＫＩＯ４溶液；六次甲基四胺－盐酸缓冲溶液（ｐＨ ５．０）；２％吐温－２０（Ｔｗｅｅｎ－２０）溶液。所用试剂均为分析纯以上，水为去离子水。 
　　１．２ 试验方法 
　　取两支２５ ｍＬ具塞比色管，分别加入１ ｍＬ ＧＡ溶液、１．５ ｍＬ六次甲基四胺－盐酸溶液；在第一支比色管中加入一定量Ｐｂ２＋溶液，第二支比色管中不加Ｐｂ２＋溶液；最后在两支比色管内加入３ ｍＬ ２％ Ｔｗｅｅｎ－２０溶液、４．５ ｍＬ ＫＩＯ４溶液，加水定容至刻度后摇匀，置于７０ ℃±０．５ ℃恒温水浴中加热１８ ｍｉｎ后取出，冷却后以水作参比，用１ ｃｍ比色皿，于４８０ ｎｍ处测定第一支比色管内反应液的吸光度Ａ，第二支比色管内反应液的吸光度Ａ０，计算ΔＡ＝Ａ－Ａ０的值。 
　　２ 结果与分析 
　　２．１ 吸收光谱 
　　按上述方法，在 ３８０～５６０ ｎｍ范围内对试剂进行测定，各溶液的吸收曲线见图１。各溶液在４８０ ｎｍ波长处有最大吸收，且在４８０ ｎｍ处吸光度差值ΔＡ最大。试验选择４８０ ｎｍ作为测定波长。 
　　２．２ 试验条件的选择 

　　２．２．１ 缓冲溶液 分别考察了邻苯二甲酸氢钾－盐酸（ｐＨ ２．６）、磷酸二氢钾－氢氧化钠（ｐＨ ６．０）、柠檬酸钠－盐酸（ｐＨ ３．９）、六次甲基四胺－盐酸（ｐＨ ５．０）、ＨＡｃ－ＮａＡｃ（ｐＨ ６．２）、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７－Ｎａ２ＣＯ３（ｐＨ ９．４）等不同浓度的缓冲溶液对催化反应和非催化反应的影响，结果表明，六次甲基四胺－盐酸效果最好。六次甲基四胺－盐酸缓冲体系（ｐＨ ５．０）其用量在１．０～２．０ ｍＬ之间，ΔＡ值较大且比较稳定，本试验选择缓冲溶液的用量为１．５ ｍＬ。 
　　２．２．２ 氧化剂 考察了Ｈ２Ｏ２，Ｋ２Ｓ２Ｏ８、ＫＢｒＯ３、ＫＩＯ４、ＫＣｌＯ３等不同的氧化剂对反应的影响。结果表明，以Ｈ２Ｏ２、ＫＢｒＯ３为氧化剂时，ΔＡ都比较小；以Ｋ２Ｓ２Ｏ８、ＫＣｌＯ３、ＫＩＯ４为氧化剂时，反应体系的ΔＡ比较大，其中以高碘酸钾为氧化剂时ΔＡ最大。当高碘酸钾用量在３．５～４．７ ｍＬ之间时，ΔＡ值比较稳定，且出现最大值。本实验选择４．５ ｍＬ ０．０３ ｍｏｌ／Ｌ ＫＩＯ４溶液为氧化剂。 
　　２．２．３ 显色剂 按照１．２中的试验方法进行显色剂用量考察，结果表明，显色剂用量在１ ｍＬ时ΔＡ值较大，故选用加入１ ｍＬ ０．０３ ｍｏｌ／Ｌ愈创木酚（ＧＡ）溶液。 
　　２．２．４ 活化剂的影响 分别考察了邻菲�啉（Ｐｈｅｎ）、吡啶、十二烷基苯磺酸钠（ＳＤＢＳ）、聚乙二醇辛基苯基醚（ＯＰ）、溴代十六烷基吡啶（ＣＰＢ）、吐温－２０（Ｔｗｅｅｎ－２０）共６种活化剂的效果，试验发现Ｔｗｅｅｎ－２０为活化剂时ΔＡ值最大；对催化反应的影响，试验选择３ ｍＬ ２％Ｔｗｅｅｎ－２０溶液。 
　　２．２．５ 反应温度 固定其他条件不变，改变水浴温度进行试验。结果表明，当温度在３０～９０ ℃之间时，ΔＡ随温度升高而增加，且温度为７０℃时ΔＡ值最大。试验选择反应在７０ ℃水浴中进行。 
　　２．２．６ 反应时间 固定水浴温度７０ ℃，改变反应时间，进行一系列试验，结果发现，９～１８ ｍｉｎ时，ΔＡ与时间基本呈直线关系，且ΔＡ出现最大值；１８ ｍｉｎ后ΔＡ开始减小。选择反应时间为１８ ｍｉｎ。 
　　２．３ 共存离子的影响与消除 
　　按试验方法对０．４ μｇ／ｍＬ Ｐｂ（ＩＩ）标准溶液进行测定，当相对误差在±５％时，以下共存物质不干扰测定（共存离子的允许量均为２５ ｍＬ溶液中存在的重量（以ｍｇ计）：氟化铵（１２）、硫脲（８）、Ｋ＋（５）、Ｎａ＋（５）、Ｃｌ－（５）、ＮＯ３－（５）、Ｃａ２＋（１．５）、Ｍｇ２＋（１．２）、Ｚｎ２＋（１）、Ｍｎ２＋（１）、Ｂａ２＋（１）、ＮＯ２－（１）、Ｆ－（１）、ＣＨ３ＣＯＯ－（０．５）、Ｃｏ２＋（０．２） 、 Ｓｎ２＋（０．０８） 、 Ｃｒ２Ｏ７２－（０．０５） 、 Ａｇ＋（０．０５） 、Ａｌ３＋（０．０５）、Ｃｕ２＋（０．０４）、Ｆｅ３＋（０．０２）；Ｃｕ２＋、Ｆｅ３＋干扰比较严重，分析实际样品时，以４．０ ｇ／Ｌ的ＮＨ４Ｆ溶液和１．０ ｇ／Ｌ的硫脲溶液为掩蔽剂时，可使Ｆｅ３＋的允许量提高到１ ｍｇ／Ｌ，Ｃｕ２＋的允许量提高到２．４ ｍｇ／Ｌ。 
　　２．４ 工作曲线和灵敏度 
　　按照上述方法，对Ｐｂ２＋标准溶液系列进行测定，Ｐｂ２＋的质量浓度在０～０．９ μｇ／ｍＬ时呈线性关系：△Ａ＝２．８５６ ３×１０－３＋０．０１２ ７ＣＰｂ（Ⅱ），ｒ＝０．９９９ ６；检出限为９．９×１０－３ μｇ／ｍＬ。 
　　２．５ 样品分析 
　　准确称取０．２ ｇ烟样于聚四氟乙烯消化罐中，加入５．０ ｍＬ ６５％ＨＮＯ３和２．０ ｍＬ ３０％Ｈ２Ｏ２，于微波消化炉中消化４０ ｍｉｎ，加热蒸发至近干（约０．５ ｍＬ），用纯水定容于２５ ｍＬ容量瓶中，按照上述方法进行测定，并与等离子体发射光谱质谱法（ＩＣＰ－ＭＳ）［６］的测定结果进行对比，见表１。 
　　 
　　２．６ 对反应机理的探讨 
　　２．６．１ 反应级数和速度常数 本实验的显色反应可表示为： 
　　ＧＡ Ｐ式中：Ｐ为 
　　 
　　反应的速率方程为：■＝ｋ１ＣαＲＣ■■C■■＋Ｃ■Ｃｔｗｅｅｎ－２０。反应中对于痕量Ｐｂ２＋，ＩＯ４－、ＧＡ、Ｈ＋和Ｔｗｅｅｎ－２０是远远过量的，其浓度变化很小可视为常数，则■=ｋ２C■■。 
　　求出不同浓度Ｐｂ２＋ΔＡ-ｔ曲线的斜率，以－ｌｇｍ对－ｌｇＣＰｂ（ＩＩ）用最小二乘法进行线性回归（见表２），求的直线斜率为γ=0。故该催化反应对Ｐｂ（ＩＩ）为零级反应。 
　　 
　　 
　　在反应时间１０～１８ ｍｉｎ内，ΔＡ与ｔ呈线性关系，得到回归方程为ΔＡ=-0.155 2+0.011 4 t，r＝０．９９８ ９，计算出活化体系的表观反应速率常数为：Ｋ＝１．９１×１０－４ ｓ－１。 
　　２．６．２ 表观活化能 当温度范围在５５～７０ ℃时，求得－ｌｎ△Ａ与１／Ｔ （Ｋ）的回归方程为：－ｌｎ△Ａ＝１．２７６ ５×１０３／Ｔ－２．０６３ ４，相关系数为０．９９５ ７。由Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ公式，求得表观活化能为：Ｅａ＝１０．６１ ｋＪ／ｍｏｌ。 
　　由于反应对Ｐｂ（Ⅱ）为零级反应。铅离子在溶液中具有一定的吸附能力，因此，此处可假设活化剂Ｔｗｅｅｎ－２０的存在下，ＩＯ４－对ＧＡ的氧化显色反应是被吸附在铅的水合离子的表面进行的，从而比没有铅参与时更容易。 
　　３ 小结与讨论 
　　本方法与其他常见测铅的催化动力学光度法相比较，具有试剂易得，条件易于控制，受常见离子干扰少、操作简便、灵敏度较高的特点。将试验方法应用于实际烟草样品中痕量铅测定，结果与ＩＣＰ－ＭＳ法基本相吻合。 
　　参考文献： 
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　　［２］ 石 杰，李 力，胡清源，等． ＩＣＰ－ＭＳ法同时测定烟草中的铬、镍、砷、硒、镉、汞、铅［Ｊ］． 烟草科技，２００６（１２）：２９－３１． 
　　［３］ 张 华，郭国宁，王 娟，等． 微波消解－电感耦合等离子体原子发射光谱法测定烟叶中多种元素［Ｊ］．中国烟草学报，２００９，１９（１）：１２－１４． 
　　［４］ 阮 琼，迟绍明，王 锐，等． ＳＢＤＲ显色剂固相萃取光度法测烟草中的铅［Ｊ］． 云南大学学报（自然科学版），２００８，３０（１）：７９－８２． 
　　［５］ 王照丽，肖新峰，罗娅君，等． 螯合树脂浓缩柱预富集低压离子色谱分光光度法测定海水中痕量铅［Ｊ］． 分析测试学报，２００７， ２６（２）：２２１－２２４． 
　　［６］ ＹＣ／Ｔ３８０－２０１０烟草及烟草制品铬、镍、砷、硒、镉、铅的测定 电感耦和等离子体质谱法［Ｓ］．