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百菌清于色素中的光学探析

 论文栏目:光化学论文     更新时间:2012-12-27 17:12:12   

作者:刘静 董理文 徐勇 史陶中 花日茂 李学德 唐俊 吴祥为 单位:安徽农业大学资源与环境学院

1材料与方法

1.1药品与试剂百菌清(纯度>98%),乙腈(色谱纯),正己烷(分析纯),重蒸水,无水硫酸酸钠,氯化钠;试验中使用的辣椒色素分别为:辣椒红色素,辣椒黄色素(天然辣椒色素)。1.2仪器和光源仪器:气相色谱仪(Agilent6890Plus,ECD检测器);走马灯式石英水冷光解仪(安徽农业大学环境光化学实验室制,通过冷水回流及加热装置,将光解仪内反应液的温度控制在设定的温度);电子天平(FA1104型,上海天平仪器厂);光照度计(TES-1330A,泰任电子工程有限公司生产);高压汞灯(150W,上海电光器件厂),光强度:13000lx,光解仪反应液温度为(15±1)℃。1.3实验方法1.3.1标准溶液的配制称取一定量的百菌清标准品配制成1000mg•L-1左右的母液(乙腈定容至10mL容量瓶),再移取适量的母液稀释至100mg•L-1(正己烷定容至10mL容量瓶),再分别配制1、0.5、0.2、0.1和0.05mg•L-1的标准溶液。1.3.2百菌清在辣椒色素水溶液的光解色素水溶液的配制。设置红、黄两种颜色的辣椒色素,以超纯水将每种色素配制成20mg/L、50mg/L、100mg/L的水溶液。百菌清在色素水溶液中的光解试验。分别取每种色素不同浓度的水溶液10mL分别与100mg•L-1百菌清标液0.5mL配制成10mL,0.5mg•L-1百菌清光解液,并设置黑暗对照,以上试验每处理均设2次重复,以锡箔纸包裹的处理为黑暗对照,在高压汞灯下15℃下光照,分别于4h、8h、12h、16h和20h,取样待测。1.3.3样品的提取将样品倒入50mL离心管,加入5mL正己烷和6g氯化钠,机械振荡10min,超声波提取5min,取上层溶液过无水硫酸钠。重复提取2次,合并滤液,用正己烷定容至5mL待测。1.3.4样品的检测分析条件为Agilent6890气相色谱仪,带电子捕获检测器(ECD);毛细管柱30m×250μm×0.25μm;进样口温度260℃,检测器温300℃,柱箱升温程序以15℃•min-1从初始175℃升温至190℃保持1min,再以10℃•min-1程序升温至260℃,保持30min。载气(N2)流速1mL•min-1。进样体积:1μL。百菌清相对保留时间在5.9min左右。1.3.5结果计算根据一级反应动力学方程Ct=Co•e-kt,得光解半衰期T1/2=In2/k。光解率(%)=(黑暗对照残存量-光照后残存量)/黑暗对照残存量×100光敏(猝灭)效率(%)=(混合照光处理的光解率-单独照光处理的光解率)/单独照光处理的光解率×100。

2结果与分析

2.1不同种类辣椒色素对百菌清光解的影响辣椒红素是属于类胡萝卜素中的复烯酮类,是维生素A的前体。辣椒红素、辣椒玉红素不仅色价高,安全无毒,而且具有抗癌美容的功效,已被FAO、英国、日本、EEC和WHO等审定为无限性使用的天然食品添加剂,因此被广泛应用于食品、医药、化妆品和儿童玩具等领域[15]。由于其应用范围广,因此在环境水体中一定浓度的辣椒色素广泛存在,这对于百菌清在水环境中的光解有着重要的意义。看出,不同浓度色素对百菌清在水溶液中的光解影响各不相同。辣椒红色素在50mg•L-1浓度时光敏化效率值到达最大为2.43,20和100mg•L-1时的百菌清光解效率低于空白对照组,20mg•L-1时影响相对较小,光猝灭效率值只有-4.48;但100mg•L-1时影响强烈,光猝灭效率值为-51.05。这可能是由于色素浓度引起反应体系吸收光谱变化,在100mg•L-1时产生光屏蔽,引起光猝灭作用。辣椒黄色素对百菌清的光解效率值与色素浓度值成反比,色素浓度为20mg•L-1时发挥光敏化作用,光敏化效率值为23.29;但当浓度达到50mg•L-1时百菌清光解效率几乎等于空白对照组;在100mg•L-1时转为光猝灭作用,光猝灭效率值达到了-3.40。在高压汞灯下,添加不同浓度的百菌清后,百菌清的光解率随着辣椒红色素浓度增大光解效率先增大后减小,整体体基本呈现猝灭效应。随着辣椒黄色素浓度的增加而减小,在20mg•L-1时光解效率最大并有明显的光敏化作用。这可能是由于辣椒黄色素在高浓度时对百菌清的光解有猝灭作用,但浓度减小到一定程度后,由于浓度过小而促进了光的通透[16],产生光敏化作用。大多数有机化学物质可敏化、诱导和促进农药的光化学反应,而另一些则可以延缓或猝灭光解作用的进程,尤其是在光氧化反应过程中【17】。,随着色素浓度的不同,对百菌清光解的影响也不同,在不同浓度下不仅是光敏(猝灭)效率值的大小不同,而且浓度的变化会导致光敏(猝灭)作用相互转化。色素浓度变化引起吸光度的改变,反应体系的吸收光谱发生变化,可能进而影响色素浓度影响光敏(猝灭)效率。2.2不同种类辣椒色素对百菌清光解的影响辣椒中的色素按颜色可分为2种其中极性较大的红色组分主要是辣椒红素和辣椒玉红素,占总量的50%~60%,另一类是极性较小的黄色组分,主要成分是β-胡萝卜素和玉米黄质。不同种类色素在同一浓度下对百菌清在水溶液中光解的影响各不相同,在50mg•L-1浓度下,两者作用差异不明显,光降解率与空白组差异不大。当浓度到达100mg•L-1时辣椒红色素对百菌清光解的抑制作用达到最大,百菌清的光解效率仅为36.68%,降到最低,辣椒黄色素虽然发挥光猝灭作用,但作用不明显。当浓度为最小的20mg•L-1时辣椒黄色素的光解效率达到最大为92.21%,为光敏化作用,辣椒红色素的光解效率值却仅比50mg•L-1时的略小,远小于辣椒黄色素。不同色素极性不同,性质组成各有差别。实验使用的高压汞灯主要辐射波长为365nm,研究表明辣椒黄色素和辣椒红色素在此波长下吸光值有所不同,此波长下辣椒黄色素吸光值大于辣椒红色素[18],反应体系的吸收光谱不同,光的吸收值影响了百菌清的降解,因此在环境水体污染治理中要注意区分色素种类。

3结论

不同种类辣椒色素对百菌清光解的影响差异很大。辣椒黄色素光降解率高于辣椒红色素。不同浓度辣椒黄色素对百菌清降解的呈下降趋势,先敏化后轻微猝灭。不同浓度辣椒红色素对百菌清降解呈先上升后下降的趋势,浓度最大是光猝灭作用最强,中间浓度时呈现轻微的光敏化作用。


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