铁是人体中不可缺少的微量元素,是活细胞的一种组分,是多种酶的活化部位,对人体新陈代谢非常重要。测定痕量铁的方法很多,主要有分光光度法、荧光光度法和化学发光法等。其中化学发光法具有简便快速和灵敏度高等优点,但该方法的选择性不高。
　　电化学发光分析法是近年来发展较快的一种发光分析方法,已广泛用于许多无机物和有机物的分析测定,然而,至今为止,很少有电化学发光方法涉及铁离子的分析测定。本文发现,铁(Ⅲ)和邻菲口罗啉形成的配合物(Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)33+)对碱性介质中鲁米诺在印刷电极上的电还原发光信号有强的增敏作用,据此,首次建立了一种新的测定铁(Ⅲ)的电化学发光方法。该方法与已经报道的化学发光分析方法相比具有较好的选择性。
1　　　实验部分
1.1 　　仪器与试剂
　　鲁米诺(Ｌｕｍｉｎｏｌ)储备液:1.0×10-2ｍｏｌ/Ｌ,称取鲁米诺1.100%0ｇ用1ｍｏｌ/ＬＮａＯＨ溶液溶解后,配制成1Ｌ溶液,储于棕色瓶中避光保存。铁(Ⅲ)储备液:4.1×10-2ｍｏｌ/Ｌ,用时稀释至所需浓度。1.0ｍｏｌ/ＬＮａＨＣＯ3溶液。邻菲口罗啉溶液:5 0×10-3ｍｏｌ/Ｌ。所用试剂均为分析纯,水为二次蒸馏水。
　　ＤＪＳ292恒电位仪(上海雷磁仪器厂);Ｒ456光电倍增管;配有ＩＦＦＬＥ软件的ＰｅｔｉｎｕｍＩＩ计算机;电解池结构采用三电极系统,其中工作电极为印刷电极,对极为铂片电极,参比电极为Ａｇ ＡｇＣｌ电极;ＬＫ98微机电化学分析系统(天津市兰力科化学电子高技术有限公司)。印刷电极的制备见文献。
1.2 　　实验方法
　　将印刷电极置于含有铁(Ⅲ)的样品溶液的电解池中,施加阶跃电位0～-1.0Ｖ于工作电极,记录体系的空白电化学发光强度值和样品的增强电化学发光强度值。并以相对电化学发光强度的峰值高度进行样品的定量分析。
2　　　结果与讨论
2.1 　　电化学发光反应介质的选择
　　介质的选择不仅是影响铁(Ⅲ)增敏鲁米诺电化学发光信号的重要条件,也是影响电化学发光分析法稳定性的重要因素。试验考察了硼砂缓冲溶液、Ｎａ2ＣＯ3、ＮａＨＣＯ3等溶液为电解液介质时,Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)33+对电化学发光强度的增敏作用。结果如表1所示,以ＮａＨＣＯ3溶液为介质时,Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)33+的增敏电化学发光信号与鲁米诺的空白电化学发光信号的信噪比最大,且重现性较好,因此采用ＮａＨＣＯ3溶液为介质。
　　进一步试验考察在不同浓度的ＮａＨＣＯ3溶液中,Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)33+对发光强度的增敏作用,结果表明当ＮａＨＣＯ3浓度为0.1ｍｏｌ/Ｌ时,Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)33+对发光强度的增敏作用最强且稳定。所以选择ＮａＨＣＯ3的浓度为0.1ｍｏｌ/Ｌ。

　　

2.2 　　终止电位的选择
　　在不同的终止电位下测定Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)33+增敏的电化学发光信号与鲁米诺的空白电化学发光信号的信噪比。结果如图2。当终止电位为-1.0Ｖ时,增敏的电化学发光信号的信噪比最大,所以选择终止电位为-1.0Ｖ。

　　

2.3 　　鲁米诺浓度的选择
　　鲁米诺的浓度决定着Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)33+增敏电化学发光信号与鲁米诺的背景电化学发光信号强度的信噪比。实验考察了不同浓度鲁米诺对电化学发光强度的影响,结果表明在1.0×10-6ｍｏｌ/Ｌ的鲁米诺溶液中,Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)33+的电化学发光增敏作用最强。
2.4 　　邻菲口罗啉浓度的选择
　　研究结果指出,虽然铁离子自身对鲁米诺在印刷电极表面的电化学还原发光信号有增敏作用,但其增敏作用较弱(见表2实验结果),难以据此现象建立灵敏的铁离子电化学发光分析方法。为提高铁离子的增敏作用,我们进一步研究发现,在溶液中加入少量邻菲口罗啉时,鲁米诺的背景电化学发光信号并无明显变化,而铁离子的增敏电化学发光作用却因其存在形态的变化(铁离子以Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)33+配离子形式存在)而得到了强烈的增加,据此,可灵敏的测定铁离子。为优化实验条件,对邻菲口罗啉的浓度进行了进一步的考察。研究结果指出,当邻菲口罗啉的浓度在4.0×10-3～1.0×10-4ｍｏｌ/Ｌ范围内变化时,2.5×10-3ｍｏｌ/Ｌ的邻菲口罗啉可有效的与铁离子生成配合物而呈现出最大的铁离子的增敏鲁米诺电化学发光作用,所以,选用2 5×10-3ｍｏｌ/Ｌ的ｏ Ｐｈｅｎ进行铁离子的测定。

　　

2.5 　　分析特性
　　在最佳实验条件下,获得增敏电化学发光信号强度与Ｆｅ(Ⅲ)的浓度的校准曲线,结果表明Ｆｅ(Ⅲ)浓度在4.1×10-7～4.1×10-6ｍｏｌ/Ｌ范围内与电化学发光信号强度呈线性关系,检出限为1.8×10-7ｍｏｌ/Ｌ。回归方程为Ｆ=1.9ｃ(10-7ｍｏｌ/Ｌ)+0 2,相关系数ｒ=0.9947。
2.6 　　干扰试验
　　在固定Ｆｅ(Ⅲ)浓度为4.1×10-6ｍｏｌ/Ｌ,测定误差≤5%的条件下,考察了10多种共存离子的干扰影响。结果表明,1000倍的Ｋ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+、ＮＯ3-、ＣｌＯ3-、草酸无干扰;100倍的柠檬酸、Ｇｌｕ ｃｏｓｅ、ＥＤＴＡ不干扰;而同量的Ｃｕ2+对测定有干扰。
2.7　　　分析应用
　　为了考察本方法的可靠性,我们对自来水中的Ｆｅ(Ⅲ)进行测定,结果见表3。

　　

2.7 　　电化学发光反应机理的研究
　　虽然Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)33+与鲁米诺不发生化学发光反应,但是,Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)33+可还原溶解氧产生超氧负离子自由基,而超氧负离子自由基可与鲁米诺产生强的化学发光反应。据此,我们认为,该体系的发光机理为:Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)33+可被电还原产生Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)32+,而Ｆｅ(ｏ Ｐｈｅｎ)32+具有很低的还原电位,能够将溶解氧还原为自由基Ｏ2-,而不稳定的Ｏ2-能够与鲁米诺反应产生化学发光。