分光显色法和反相色谱法测定大气羟基自由基的比较

分析测试

黄敏晴，刘晓冰，曾嘉敏，成茵茵，柯德森*

(广州大学 生命科学学院，广东 广州 510006)

[摘 要]本研究采用分光显色法和反相色谱法测定大气中的羟基自由基。该次实验结果表明，分光显色法和反相色谱法在芬顿反应中均有良好的检测结果，且有良好的标准曲线，对实样测定结果标准误差小于1 %。反相色谱法适用于微量精准分析；但鉴于羟基自由基对环境影响具有持续性，可选择分光显色法进行长时段监测，操作相对便捷。

[关键词]分光显色法；反相色谱法；羟基自由基

[中图分类号]X831 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2020)10-0135-02

分光显色法和反相色谱法 测定大气羟基自由基的比较

Comparison of Determination of Atmospheric Hydroxyl Free Radicals by

Spectrophotometric and Reverse Phase Chromatography

Huang Minqing, Liu Xiaobing, Zeng Jiamin, Cheng Yinyin, Ke Desen* (School of Life Science Guangzhou University, Guangzhou 51006, China)

Abstract: In this study, hydroxyl radicals in the atmosphere were determined by spectrophotometric and reverse phase chromatography. The results of this experiment show that both the spectrophotometric and reverse-phase chromatography have good detection results in Fenton reaction, and there is a good standard curve, and the standard error of the determination results of real samples is less than 1 %. Anti-chromatography is suitable for micro-accurate analysis, but in view of the persistence of hydroxyl radical on the environment, it can be selected to be monitored by spectrophot in the long period, and the operation is relatively convenient.

Keywords: spectroscopic colorimetry；inversed phase chromatography；hydroxyl radical

大气光化学过程可以产生许多具有高反应活性的自由基(Free radicals,FRS)，在这些FRS中羟基自由基(hydroxyl radicals,•OH)因其活性强而一直备受关注[1]。•OH是环境大气中最重要的氧化剂，它控制了绝大多数大气痕量组分的氧化去除[2]，因此对其大气化学行为的研究尤其是对其大气浓度的测量具有重要意义。

但基于•OH的半衰期短，目前对•OH的定量检测中一般使用间接测量法。例如，姚波等(2006)[3]通过水杨酸(salicylicacid,SA)浸渍膜捕捉大气•OH，并采用硅烷化衍生对化合物进行GC-MS分析，能得到产率较高的主要产物。王彤彤等(2018)[4]通过电化学印迹的方式，利用对羟基苯甲酸为分子探针来捕捉大气•OH，间接测定大气•OH的浓度变化。

分光显色法是基于•OH跟亚甲基蓝(Methylene blue,MB)发色基团(巯基)反应生成亚甲基白造成MB溶液褪色[5]，利用紫外－可见分光光度计测定大气捕捉后的MB溶液的吸收光谱，根据捕捉的大气•OH含量为MB与•OH含量反应的消耗量，根据MB的含量变化和反应公式来计算捕捉的大气•OH含量。

反相色谱法[6]主要采用SA浸渍膜捕捉•OH，•OH与SA反应生成2,5-二羟基苯甲酸，根据单个标准液和混合标准溶液中各成分出峰的保留时间以及峰高可进行定性和定量测定各种成分，根据HPLC检测出的2,5-二羟基苯甲酸含量进而计算捕捉的大气•OH含量。反相色谱法及其使用的捕捉剂都是传统检测大气•OH含量方法中较为常见的。

在氧化实验中，通过MB的脱色和SA的耗尽可以计算•OH的参与反应量[7]。本文主要比较大气•OH传统捕捉方式(反相色谱法)和新型捕捉方式(分光显色法)的稳定性和两者差异，从而探究分光显色法在实际监测大气•OH的稳定性和可靠性。。

醇，以上试剂均为分析纯，使用前没有经过纯化。

2 方法与结果

2.1 实验方法

2.1.1 芬顿反应稳定性

将过氧化氢标准溶液(30 %)用纯水配制成0.15 %的过氧化氢溶液，配制1.8 mmol/mL的硫酸亚铁，2 g/L SA溶液，0.4 mg/L MB溶液，待用。芬顿反应中分别往6支空试管中加入0/20/40/60/80/100 μL的0.15 %过氧化氢溶液，以纯水补足100 μL体积，再加入3 mL浓度为1.8 mmol/mL硫酸亚铁溶液。

分光显色法中使用的捕捉剂为MB溶液，设置5个平行样，取反应好的芬顿溶液，各加入5 mL浓度为0.1 mg/L MB溶液，测量其吸光值变化，并计算其参与反应浓度。

反相色谱法的色谱条件为流动相pH=3.5的35 %乙醇溶液、流速设定0.5 mL/min，进样量14 μL，检测波长280 nm，进样时间30 min，色谱柱柱温30 ℃，压强上限20 MPa；使用的捕捉剂为SA溶液，设置平行样5个，取反应好的芬顿溶液，各加入5 mL浓度为2 g/L SA溶液，通过液相色谱仪测量产生的2,5-二羟基苯甲酸峰面积，并计算参与反应浓度。 2.1.2 实际测量方法

分光显色法是取浓度为0.4 mg/L MB溶液150 mL，通过充气泵鼓气的方式，将空气连续以20 mL/min的速度鼓泡进入捕捉剂水体中，暴露于空气中1小时，借以捕捉空气中的•OH。

反相色谱法的色谱条件与2.1.1相同，以浓度为2 g/L的SA溶液浸泡规格为5×5 cm的称量纸，每个时期各取9张进行捕样，每3张作为一个样品，共3个样品，再以铁丝作为催化媒介，暴露于空气中1小时，从而捕捉空气中的•OH。 2.2 标准曲线的配制及测定 2.2.1 分光显色法标曲配制

实验表明，MB溶液在低浓度范围内时其浓度与吸光度呈良好的线性关系。配备浓度分别为0.1、0.2、0.3、0.4和0.5 mg/L的MB溶液，检测其在波长668 nm下的吸光变化。以MB的浓度为横坐标，以MB的吸光值为纵坐标，用Excel绘制标准曲线，得到该曲线的线性拟合方程(图1)为y = 0.322x-0.0036，R2=0.9911。

1 仪器与试剂

1.1 仪器

液相色谱仪(日本岛津LC20A。包括SIL-10AF自动进样器、两台LC-20AD的输液泵、CTO-20AC柱温箱、SPD-20A紫外检测器、C18色谱柱(InertSustain，5 μm 4.6×250 mm)以及配套的LC-SOLUTION色谱工作站。)，紫外可见分光光度计(上海美谱达，UV-1100)，意牌氧气泵(型号YE001，功率1-3 W)。 1.2 试剂

SA，MB，2,5-二羟基苯甲酸，过氧化氢，硫酸亚铁，无水乙

[收稿日期] 2020-04-23

[基金项目] 广东省自然科学基金（2014A030313531）；广州大学省级大学生创新训练项目（探究有氧与缺氧条件下圣女果的各项生理变化，201811078097）[作者简介] 黄敏晴(1992-)，女，广东人，硕士研究生，主要研究方向为应用生物化学。*为通讯作者：柯德森（1966-），男，博士，教授。

广 东 化 工 2020年 第10期

· 136 · www.gdchem.com 第47卷总第420期

图1 标准亚甲基蓝溶液吸光度标准曲线

Fig.1 Standard absorbance curve of standard methylene blue

solution

1.2.2 反相色谱标曲配制

分别精确称取2,5-二羟基苯甲酸粉末，使其充分溶解于35 %乙醇溶液中，配制成一系列浓度在0.08~29 μg/mL范围内的2,5-二羟基苯甲酸梯度浓度标准溶液。

利用高效液相色谱法分离测定各梯度标准样品中2,5-二羟基苯甲酸的峰面积，方法与2.1.1一致，以2,5-二羟基苯甲酸的含量为横坐标，以峰面积为纵坐标，用Excel绘制标准曲线(图2)，得到该曲线的线性拟合方程为，y=239.35x-394.92，R2=0.9998。

图2 标准样品2,5-二羟基苯甲酸峰面积及工作曲线

Fig.2 Peak area and working curve of standard sample

2,5-dihydroxybenzoic acid

2.3 捕捉剂稳定性分析

表1 分光显色法 MB捕捉剂稳定性

Tab.1 Stability of MB captor in spectroscopic chromogenic method

平行样 样品浓度 /(mg/L) 均值X/(mg/L)

标准偏差

变异系数/%

1 0.328 2 0.343 3 0.326 0.3378

0.011303097

3.3460915

4 0.335 5

0.357

表2 反相色谱法 SA捕捉剂稳定性

Tab.2 Stability of SA captor in inversed phase chromatography

平行样 样品浓度 /(mg/L) 均值X/(mg/L)

标准偏差

变异系数/%

1 0.334 2 0.328 3 0.338 0.3366

0.009329523

0.698

4 0.345 5

0.348

芬顿法是过氧化氢被亚铁离子催化后分解生成•OH，通常是利用•OH的活性对有机物进行无选择降解[8]。设计SA与MB在芬顿反应中的实验，主要是为了验证两种捕捉剂的反应稳定性。

检验结果如表1和表2所示，两种捕捉剂的变异系数均低于5 %，稳定性较好。对比分光显色法和反相色谱法的测量结果，在

测定捕捉剂的稳定性时，无显著差别，均能满足捕捉剂与大气•OH。且在变异系数比较中，可以看出反相色谱法的测量结果更为稳定。

2.4 实际测定比较

在7月4~9日的10点、14点、18点分别测量捕捉的大气•OH，每个点位设平行样3个。

由表1和图1可知利用分光显色法检测MB褪色度具有一定的稳定性，可利用等梯度MB浓度关系推断反应消耗的MB量，进而计算大气

•OH，实际结果如表3所示。 表3 分光显色法实样检测结果

Tab.3 Results of sample detection by spectometry

检测时段 平均测定结果/(ng/L/h)

标准误差/%

10点 0.148 0.56 14点 0.157 0.37 18点

0.158

0.18

由图2和表2可知利用高效液相色谱法检测2,5-二羟基苯甲酸的含量具有一定的稳定性，且其与液相色谱峰的面积具有非常强的相关性，因此可以利用此相关性关系根据样品的色谱峰面积计算出其对应的2,5-二羟基苯甲酸的含量。实际结果如表4所示。表4 反相色谱法实样检测结果

Tab.4 Results of sample detection by inversed phase

chromatography

检测时段 平均测定结果/μg

标准误差/%

10点 1.062 0.47 14点 1.328 0.17 18点

1.332

0.31

在实际测量中，两者均能测定大气中的•OH，且在同一时段的测量较为稳定，捕捉样品标准误差均低于1 %。由表3和表4对比可以看出，在实际测量中，分光显色法更适宜长时间测量，反相色谱法的微量检测精确而稳定。

3 结论

本研究主要通过芬顿反应检测其稳定性和实际采样对照分光显色法和反相色谱法测定大气•OH的检测结果。由于计算方式以及反应原理的差异，且在同一捕捉时段中，前者接触大气的面积以及接触时间均大于后者，研究对两者测量的结果不能进行组间数据统计学分析。且基于•OH的瞬时反应和捕捉剂用量，反相色谱法采取水杨酸浸渍膜中捕捉的•OH比分光显色法采取的亚甲基蓝溶液气水交换中的参与反应总量要低。在实验中，分光显色法不能达到微量检测，过于少量的•OH不能引起明显的显色反应。反相色谱法相对精准，在微量检测时能较为精准分析；但单个在线检测样品耗时长，当需要连续测样时不能及时反映样品情况。且鉴于羟基自由基对环境影响具有持续性，在连续检测羟基自由基对环境影响时，最好选择分光显色法进行长时段监测，操作便捷，能满足

24 h及时分析。

参考文献

[1]李云凤．甲基毒死蜱、氟乐灵、佳乐麝香和氯氰菊酯的大气氧化机理研究[D]．中国山东：山东大学，2016． [2]Hellack B，Quass U，Beuck H．Elemental composition and radical formation potency of PM10 at an urban background station in Germany in relation to origin of air masses[J]．Atmos Environ，2015，105：1-6．

[3]姚波，朱彤，林伟立．二羟基苯甲酸的硅烷化及其在气质联用测量气相OH自由基的应用[J]．环境化学，2018，25(6)：772-775．

[4]王彤彤，倪青青，黄志凌，等．分子印迹电化学传感器测定大气中的羟基自由基[J]．分析化学，2018，46(6)：8-5．

[5]张锐，朱孟府，邓橙，等．水力空化对亚甲基蓝的去除研究[J]．应用化工，2018，47(4)：651-655．

[6]薛娟琴，蒋朦，于丽花，等．捕捉剂对电化学氧化体系中羟基自由基检测的影响特性[J]．分析科学学报，2015(5)：606-610．

[7]Schönherr J，Buchheim J，ScholzP，et al．Oxidation of carbon nanotubes with ozone and hydroxyl radicals[J]．Carbon，2017，111：631–0． [8]张洋，赵静．芬顿反应控制条件研究进展[J]．化学工程与装备，2019(12)：206-207

． (本文文献格式：黄敏晴，刘晓冰，曾嘉敏，等．分光显色法和反相色谱法测定大气羟基自由基的比较[J]．广东化工，2020，47(10)：135-136)