Pb²⁺是一种不易分解，环境持久性的有毒重金属，可通过食物链富集危害人体健康，慢性铅中毒已经成为危害人类健康的重大公共卫生问题^[1-2]。含铅杀虫剂通过雨水冲刷农田进入湖水、肥料通过土壤渗透进入湖水、城市排放废水和垃圾填埋场渗滤液污染地下水进而污染周围湖水^[3]。目前，我国部分湖泊受农业污染湖水铅含量较高^[4-5]。Pb²⁺对湖泊生态系统和人类健康构成潜在威胁，不容忽视。为保护水环境和维持生态平衡，采取有效的监测与治理措施至关重要。

目前，Pb²⁺检测方法有很多种，其中包括原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法^[6-7]。但这些方法面临仪器成本高、操作复杂、易受环境干扰等问题。荧光分光光度法具有操作简单快捷、选择性好、设备易得等优势，在化学研究中被广泛使用^[8]。罗丹明B分子中含有羧基(C=O)，能够与Pb²⁺通过配位键形成稳定络合物，从而导致荧光强度的变化。近年来，罗丹明B已被广泛用于重金属离子的检测，显示出良好的选择性和灵敏度。本研究利用罗丹明B，建立了快速灵敏检测湖水中Pb²⁺的荧光法，系统研究其选择性、抗干扰性和实际应用性能。

F-320荧光分光光度计(天津港东科技股份有限公司)；TU-1901双光束紫外分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)；高速冷冻离心机(赛默飞世尔科技有限公司)；针式过滤器(泰美生物科技有限公司)。

罗丹明B(Rhodamine B，Rh B, 分析纯，上海麦克林生化科技有限公司，81-88-9)；铅、钾、镁、锰、钠、锶、锌离子标准溶液(Pb²⁺，K⁺，Mg²⁺，Mn²⁺，Na⁺，Sr²⁺，Zn²⁺，1 000 μg/mL，天津傲然精细化工研究所，GB/T602-2002)；分析实验用水均为超纯水。

准确称量罗丹明B固体粉末0.0 050 g用超纯水溶解并定容至100 mL容量瓶中，配制得到50 μg/mL的罗丹明B储备液。

湖水收集后置于50 mL离心管中8 000 r/min离心10 min去除水中较大颗粒物，在用0.22 μM的水系滤膜过滤去除悬浮物和微生物，Pb²⁺在水中以颗粒态存在，用滤膜过滤后可得到溶解态金属离子，避免颗粒态离子影响测定。

取20 μL罗丹明B溶液(50 μg/mL)于5 mL的容量瓶中，分别加入175、200、225、250、275 μL Pb²⁺标准溶液(1 000 μg/mL)，加入超纯水定容至刻度，涡旋摇匀分别得到35、40、45、50、55 μg/mL浓度的Pb²⁺。放置1 min，在荧光分光光度计计上设置激发波长为500 nm，测定其在520~690 nm的荧光强度，绘制Pb²⁺荧光强度-摩尔浓度的标准曲线。

如图 1a所示，测量罗丹明B在450~520 nm不同激发波长下的荧光光谱，结果显示500 nm时荧光强度最强，所以后续实验采用500 nm为激发波长。罗丹明B在260、310、355、415、553 nm处有吸收，其中，在553 nm处吸收最强，结果见图 1b。把20 μL罗丹明B溶液加入20 μL Pb²⁺，记录其在0~4 min的荧光强度，1 min时荧光强度最强，那1 min作为后续实验的响应时间(图 1c)。

图 1

图 1 罗丹明B的表征及对Pb2+的响应时间 注：a.罗丹明B在不同激发波长下的荧光光谱；b.罗丹明B的可见紫外吸收光谱；c.罗丹明B溶液中加入Pb2+后的响应时间。

首先，罗丹明B在不同浓度的Pb²⁺相互作用后的荧光光谱。结果如图 2a所示，罗丹明B的荧光强度较强，然而，随着Pb²⁺浓度的增加，577 nm处的荧光强度逐渐减弱。如图 2b所示，其荧光强度与Pb²⁺浓度(35~55 μg/mL)之间呈现良好的线性关系，线性方程为y=-25.8761x+3265.9653，相关系数(R²)=0.9746，实验中的测量误差、仪器扫描速度过低以及重现性尚有提升空间，降低了其线性相关系数。根据公式“LOD=3σ/K”，计算出罗丹明B对Pb²⁺的检测限(limit of detection, LOD)为1μg/mL。

图 2

图 2 罗丹明B对Pb2+的荧光检测 注：a.罗丹明B与不同浓度Pb2+作用后的荧光光谱图; b.罗丹明B(0.2 μg/mL)在577 nm处荧光强度与Pb2+浓度的线性关系图。

将K⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Na⁺、Si²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺等金属离子分别与罗丹明B溶液混合，并进行光谱测试。未添加Pb²⁺时，荧光强度在577nm处无明显变化，而加入Pb²⁺后，该波长的荧光强度显著降低，表明罗丹明B对Pb²⁺具有较强的选择性(图 3a)。随后，进一步考察了罗丹明B在竞争环境下对Pb²⁺的检测能力。存在其他金属离子的情况下，测定混合体系中Pb²⁺的荧光强度。其它金属离子对Pb²⁺的检测结果影响较小，罗丹明B具备良好的抗干扰能力。根据软硬酸碱理论(HSAB)可以得出除了Pb²⁺的其它金属离子属于硬酸，罗丹明B更易与软酸中的Pb²⁺反应(图 3b)。

图 3

图 3 罗丹明B对Pb2+检测的选择性 注：a罗丹明B(0.2 μg/mL)与不同金属离子(100 μg/mL) 作用后在577 nm处的荧光强度; b罗丹明B(0.2 μg/mL)与Pb2+(50 μg/mL)作用后，再与不同金属(100 μg/mL)作用后在577 nm处荧光强度。

选用济宁太白湖湖水来考察罗丹明B在实际应用中对Pb²⁺检测的性能。通过将罗丹明B溶液与湖水混合并加标浓度45 μg/mL和55 μg/mL，使用荧光分光光度计记录577 nm处的荧光强度值，并根据图 2b中建立的荧光强度与Pb²⁺浓度的线性关系方程“y =-25.8761x+3 265.9653”计算湖水中Pb²⁺的浓度。湖水样本中，当加标浓度为0时，实测浓度为0。当加标浓度为45 μg/mL时，实测浓度为42.03 μg/mL，相对标准偏差(RSD)为0.99%，回收率为93.40%。当加标浓度为55 μg/mL时，实测浓度为54.78 μg/mL，相对标准偏差(RSD)为2.33%，回收率为99.60%。

本研究用罗丹明B对Pb²⁺的检测具有响应速度快，1 min反应完成，选择性良好，抗干扰能力强。此外，罗丹明B的荧光强度与Pb²⁺浓度呈良好的线性关系，因此可通过荧光强度的变化测定Pb²⁺浓度。最终，罗丹明B成功应用于太白湖湖水中Pb²⁺的检测，结果显示其具有较高的回收率和较低的相对标准偏差。综上，本研究用罗丹明B检测了Pb²⁺，该方法具有操作简单、选择性好、特异度高、试剂用量少等优点，为湖水中Pb²⁺的快速灵敏检测提供了一种新方法。

利益冲突：所有作者均申明不存在利益冲突。