8-羟基喹啉在环境样品中重金属检测中的应用与样品前处理技术

8-羟基喹啉（8-HQ）作为经典的杂环螯合试剂，凭借分子结构中氮、氧双配位原子的强螯合能力，能与绝大多数重金属离子形成稳定的、疏水性的五元环螯合物，且螯合反应条件温和、选择性可通过pH调控，成为环境样品重金属检测中核心的螯合试剂之一。其在环境检测中的应用覆盖水体、土壤、沉积物、大气颗粒物等主流环境样品，适配分光光度法、高效液相色谱法、气相色谱法、原子吸收光谱法等多种检测技术，核心作用是实现重金属离子的富集、分离与形态转化，解决环境样品中重金属含量低、基体复杂、干扰离子多导致的检测灵敏度低、准确性差等问题。而针对不同环境样品的基体特性，配套的样品前处理技术则是8-羟基喹啉发挥螯合效能的前提，通过前处理实现样品的消解、基体净化、目标离子释放，为后续螯合反应与检测提供纯净、适配的体系，二者结合形成“前处理释放离子-8-HQ螯合富集-检测技术定量”的完整检测流程，是环境重金属痕量、超痕量检测的关键技术体系。

一、在环境样品重金属检测中的核心应用基础

8-羟基喹啉的螯合特性是其应用于重金属检测的核心基础，其分子结构中羟基氧（-OH）与喹啉环氮（N）处于邻位，可同时与重金属离子形成配位键，形成稳定的1:1或1:2型螯合物，这一特性使其具备适配环境重金属检测的核心优势，同时可通过简单调控实现螯合的选择性，适配复杂基体环境样品的检测需求。

广谱螯合性与强稳定性，8-羟基喹啉能与Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Cr³⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺等几乎所有环境中常见的重金属/过渡金属离子发生螯合反应，且形成的螯合物溶度积常数（Ksp）多在10^-10~10^-30之间，在弱酸至弱碱性条件下均能稳定存在，不易受环境pH小幅波动、轻基体离子干扰，适配环境样品基体复杂的特点；同时螯合物为疏水性，易被有机溶剂萃取或固相吸附材料吸附，可快速实现与水相基体、水溶性干扰离子的分离，为后续检测实现痕量富集，大幅提升检测灵敏度，满足环境样品中重金属痕量（μg/L级）、超痕量（ng/L级）的检测要求。

pH调控的选择性螯合，8-羟基喹啉与不同重金属离子的螯合反应存在特定的pH阈值，通过调节反应体系的pH，可实现对目标重金属离子的选择性螯合，有效消除环境样品中大量存在的Ca²⁺、Mg²⁺等碱土金属离子的干扰，例如，在pH=3~4的酸性条件下，8-羟基喹啉可选择性螯合Fe³⁺、Cu²⁺，而Zn²⁺、Ni²⁺不发生反应；pH=5~6时，可螯合Zn²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺；pH=8~9的弱碱性条件下，能与Pb²⁺、Hg²⁺形成稳定螯合物，这一特性使8-HQ无需额外添加大量掩蔽剂，即可实现复杂基体中目标重金属的选择性分离，简化检测流程。

螯合物的检测适配性，8-羟基喹啉与重金属形成的螯合物多具有特征紫外-可见吸收光谱，可直接通过分光光度法实现定量检测，操作简便、成本低廉，适配基层环境检测机构的常规检测需求；同时螯合物为中性疏水性分子，易衍生化或直接进入色谱、光谱检测体系，可与高效液相色谱（HPLC）、气相色谱（GC）、原子吸收光谱（AAS）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）等联用，实现多重金属离子的同时分离与定量，适配批量环境样品的检测需求。

二、在不同环境样品重金属检测中的具体应用

环境样品的基体特性差异显著，水体样品基体相对简单，土壤、沉积物为固相复杂基体，大气颗粒物则含大量碳质、无机灰分杂质，8-羟基喹啉在各类样品中的应用需结合样品特性，选择适配的螯合方式与检测联用技术，核心实现目标重金属的富集、分离与定量，具体应用场景与技术方案高度适配样品类型。

1. 水体环境样品：地表水、地下水、工业废水

水体样品是8-羟基喹啉应用很成熟的场景，基体以水相为主，干扰离子相对较少，核心需求是实现痕量重金属的富集与定量。针对清洁地表水、地下水，可直接调节水样pH后加入8-羟基喹啉，通过液-液萃取（LLE） 或固相萃取（SPE） 实现螯合物的富集与分离：如采用三氯甲烷、乙酸乙酯等有机溶剂液-液萃取，将疏水性螯合物从水相转移至有机相，富集倍数可达100~1000倍，随后可通过分光光度法直接检测有机相吸光度，或进样至HPLC、AAS定量；针对含微量悬浮物、有机物的微污染水体，可先经0.45μm滤膜过滤去除悬浮物，再进行螯合富集，避免悬浮物吸附重金属离子导致的检测误差。

针对工业废水等高浓度干扰基体水样，可通过pH精准调控实现选择性螯合，如在pH=5.5时加入8-羟基喹啉，选择性螯合Cd²⁺、Pb²⁺，同时利用NaF、柠檬酸钠等少量掩蔽剂消除Fe³⁺、Al³⁺的干扰，再通过固相萃取小柱富集螯合物，后续联用ICP-OES实现多离子同时检测，检测限可低至ng/L级，满足废水排放标准的检测要求。

2. 固相环境样品：土壤、沉积物、底泥

固相样品基体复杂，含大量黏土矿物、有机质、硅酸盐，重金属多以结合态存在于样品晶格或有机质中，核心需求是释放结合态重金属并实现螯合富集，检测前需先完成样品的消解前处理。经消解后的样品消解液为水相，可直接借鉴水体样品的螯合检测方案：调节消解液pH至目标范围，加入8-羟基喹啉形成螯合物，通过固相萃取富集后联用AAS、HPLC定量；针对土壤中重金属的形态分析（如可交换态、碳酸盐结合态、有机结合态），可采用Tessier连续提取法分步提取不同形态重金属，各提取液调节pH后加入8-羟基喹啉螯合，再进行检测，实现不同形态重金属的定量分析，为土壤重金属污染风险评估提供数据支撑。

3. 大气环境样品：大气颗粒物（TSP、PM2.5）、降尘

大气颗粒物样品含大量碳质、无机灰分、水溶性盐类，重金属含量极低且分布不均，核心需求是实现超痕量重金属的高效富集与基体净化。样品先经滤膜采集后，通过干法灰化或湿法消解将颗粒物中的重金属释放至消解液，消解液经赶酸、定容后，调节pH至7~8，加入8-羟基喹啉与Pb²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺等形成螯合物，采用磁性固相萃取（MSPE） 富集，利用磁性纳米材料（如Fe₃O₄@SiO₂）快速吸附螯合物，在外加磁场下实现快速分离，富集倍数可达5000倍以上，后续联用ICP-MS检测，检测限可低至pg/L级，满足大气颗粒物超痕量重金属的检测要求。

此外，8-羟基喹啉还可通过分子修饰制备螯合树脂、螯合纤维等固相吸附材料，直接用于环境样品的重金属富集，如将其接枝到聚苯乙烯树脂上制备8-羟基喹啉螯合树脂，可直接装填固相萃取柱，对水体、消解液中的重金属离子进行选择性吸附与富集，简化螯合操作流程，提升检测效率，适配批量环境样品的自动化检测。

三、适配8-羟基喹啉螯合体系的环境样品前处理技术

环境样品的基体复杂性决定了前处理技术是8-羟基喹啉发挥螯合效能、保证检测准确性的关键，前处理的核心目标是释放目标重金属离子、去除基体干扰、调节体系适配螯合反应，不同类型环境样品的前处理技术差异显著，核心分为水样前处理、固相样品消解、通用净化与富集三类，所有前处理步骤均需避免重金属污染，保证检测的空白值可控。

1. 水体样品的前处理技术

水体样品前处理以基体净化、pH调节为核心，无需复杂消解，仅需根据水样清洁度进行过滤、除杂，为8-羟基喹啉螯合反应提供纯净的水相体系。

过滤除杂，针对含悬浮物、藻类、微生物的水样，采用0.45μm醋酸纤维素滤膜或聚四氟乙烯滤膜真空抽滤，去除水样中的固相杂质，避免杂质吸附重金属离子或与8-羟基喹啉发生非特异性结合，导致螯合效率下降；滤膜需提前经稀硝酸浸泡、超纯水冲洗处理，避免滤膜本身引入重金属污染。

有机质去除，针对含高浓度溶解性有机质的水样（如腐殖酸、富里酸），采用液-液萃取除杂或活性炭吸附：加入正己烷、石油醚等非极性有机溶剂，萃取去除水样中的疏水性有机质，分液后保留水相；或加入少量经酸洗的活性炭粉末，振荡吸附水溶性有机质，过滤后取上清液，避免有机质与重金属离子络合，竞争8-羟基喹啉的螯合位点。

pH精准调节，pH是8-羟基喹啉螯合反应的关键影响因素，需采用酸、碱溶液精准调节水样pH至目标范围，调节过程中避免局部pH剧烈波动。常用酸为优级纯硝酸、盐酸，常用碱为优级纯氨水、氢氧化钠溶液，调节时采用pH计实时监测，逐滴加入酸/碱并缓慢振荡，保证体系pH均匀稳定；针对含缓冲能力强的水样（如碳酸根含量高的地下水），可加入少量Tris-HCl、HAc-NaAc缓冲溶液，维持螯合反应体系的pH稳定。

2. 固相样品的消解前处理技术

土壤、沉积物、大气颗粒物等固相样品中的重金属多以结合态存在，需通过消解前处理破坏样品的晶格结构与有机质，将结合态重金属完全转化为水溶性离子态，消解液经赶酸、定容后，方可进行8-羟基喹啉螯合反应，消解技术需根据样品基体特性选择，核心分为湿法消解、干法灰化、微波消解三类，均需采用优级纯试剂与聚四氟乙烯、石英器皿，避免污染。

湿法消解，适配绝大多数固相环境样品，采用硝酸、盐酸、氢氟酸、高氯酸等混合酸体系，在加热条件下逐步破坏样品的有机质与无机晶格，释放重金属离子。针对土壤、沉积物样品，常用王水+氢氟酸体系：称取风干过筛的样品于聚四氟乙烯消解罐中，加入王水常温预消解过夜，再加入氢氟酸加热消解，破坏硅酸盐晶格，最后加入高氯酸赶酸，去除氟离子避免其与重金属离子络合；针对大气颗粒物、降尘样品，基体相对简单，采用硝酸-过氧化氢体系微波辅助湿法消解，温和高效消解有机质，避免高氯酸使用导致的易挥发重金属（如Hg、As）损失。

干法灰化，适配有机质含量高的土壤、沉积物样品，通过高温灼烧破坏有机质，使样品转化为无机灰分，再用酸浸提释放重金属离子。将样品置于石英坩埚中，在马弗炉中逐步升温至500~600℃灼烧4~6h，至样品呈灰白色无炭化残渣，冷却后加入稀硝酸加热浸提，过滤后定容得到浸提液；该方法操作简便、试剂用量少，但需注意易挥发重金属（Hg、Cd）的高温损失，可在坩埚中加入少量8-羟基喹啉或磷酸氢二铵作为固定剂，减少重金属挥发。

微波消解，适配痕量、超痕量重金属检测的固相样品，属于密闭消解技术，具有消解效率高、试剂用量少、重金属无损失、基体干扰小的优势，是目前环境检测的主流消解技术。将样品与混合酸体系置于密闭聚四氟乙烯微波消解罐中，根据样品特性设置微波功率、升温程序，在高压高温下快速消解，消解完成后冷却赶酸，定容至指定体积；该方法能有效保留Hg、As等易挥发重金属，消解液纯度高，后续8-羟基喹啉螯合效率高，适配联用ICP-MS等高精度检测技术的样品前处理。

所有固相样品消解后均需进行赶酸处理，避免消解液中过量酸导致后续螯合反应的pH调节困难，同时消除氟离子、高氯酸根等干扰离子；赶酸至消解液近干后，用稀硝酸溶解残渣并定容，得到的消解液为酸性水相，可直接用氨水调节pH至8-羟基喹啉螯合的目标范围。

3. 适配8-羟基喹啉螯合体系的通用净化与富集前处理技术

经前处理后的水样或固相消解液，加入8-羟基喹啉形成螯合物后，需通过富集技术实现螯合物与基体的分离，同时提升目标重金属的浓度，满足检测技术的灵敏度要求，这一环节也是前处理的核心，核心分为液-液萃取、固相萃取、磁性固相萃取三类，均与8-羟基喹啉的螯合物特性高度适配。

液-液萃取（LLE），经典的富集技术，利用8-羟基喹啉重金属螯合物的疏水性，采用有机溶剂将其从水相萃取至有机相，实现分离与富集。选择与水相互不相溶、对螯合物溶解度大的有机溶剂，如三氯甲烷、二氯甲烷、乙酸乙酯、正丁醇等，水样与有机溶剂体积比一般为10:1~100:1，振荡萃取10~20min，静置分层后取有机相；可采用多次萃取提升富集效率，有机相经无水硫酸钠干燥后，可直接用于分光光度法、HPLC检测，或经反萃取将重金属离子转移回水相，用于AAS、ICP-OES检测。该方法操作简便，但有机溶剂用量大、易造成二次污染，适用于基层实验室的常规检测。

固相萃取（SPE），目前环境检测的主流富集技术，采用固相吸附材料吸附水相中的8-羟基喹啉重金属螯合物，实现富集与基体净化，具有有机溶剂用量少、富集倍数高、操作可自动化的优势。选择对疏水性螯合物吸附能力强的固相吸附材料，如C18反相硅胶、聚苯乙烯-二乙烯苯树脂、8-HQ修饰螯合树脂等，将预处理后的水样调节pH后上样至固相萃取小柱，螯合物被吸附在小柱上，用超纯水冲洗小柱去除水溶性干扰离子，再用少量有机溶剂（如甲醇-三氯甲烷混合液）洗脱螯合物，洗脱液定容后进行检测；富集倍数可达50~1000倍，且可通过自动化固相萃取仪实现批量样品处理，提升检测效率。

磁性固相萃取（MSPE），新型高效富集技术，结合磁性纳米材料的强吸附性与外磁场的快速分离特性，实现螯合物的快速富集，适配超痕量重金属检测。将Fe₃O₄、Fe₃O₄@SiO₂、石墨烯/磁性纳米复合材料等磁性吸附材料加入含8-羟基喹啉螯合物的水相中，振荡吸附后，在外加磁场下实现磁性材料与水相的快速分离，无需过滤、离心，再用少量有机溶剂洗脱螯合物；该方法吸附速度快、富集倍数高（可达1000~5000倍）、操作简便，且磁性材料可回收再生，适配大气颗粒物、地表水等超痕量重金属检测的富集需求。

四、应用与前处理中的关键问题与解决策略

8-羟基喹啉在环境样品重金属检测中的应用与前处理过程中，易受基体干扰、螯合效率、污染控制、螯合物稳定性等因素影响，导致检测误差，需针对关键问题采取针对性解决策略，保证检测的准确性与精密度。

基体干扰离子的消除，环境样品中的Fe²⁺、Al²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺及氟离子、磷酸根、碳酸根等易与重金属离子络合或竞争8-羟基喹啉的螯合位点，导致螯合效率下降。除通过pH精准调控实现选择性螯合外，可加入少量专用掩蔽剂：如用NaF掩蔽Fe³⁺、Al³⁺，用柠檬酸钠、酒石酸钠掩蔽Ca²⁺、Mg²⁺，用硫脲掩蔽Cu²⁺、Ag⁺，掩蔽剂用量需严格控制，避免过量掩蔽剂与目标重金属离子络合；针对高浓度磷酸根、碳酸根水样，可加入稀硝酸酸化，使离子以酸式盐形式存在，消除其络合作用。

螯合效率的提升，8-羟基喹啉的螯合反应受反应时间、试剂用量、搅拌方式影响，需优化反应条件：它的加入量为目标重金属离子摩尔量的1.5~2.0倍，避免试剂不足导致螯合不完全；反应时间控制在15~30min，同时采用磁力搅拌代替人工振荡，保证反应体系均匀混合，提升螯合效率；针对难螯合的重金属离子（如Hg²⁺），可加入少量乙醇、丙酮等水溶性有机溶剂，增大8-羟基喹啉在水相中的溶解度，促进螯合反应。

全程重金属污染控制，环境样品重金属检测多为痕量、超痕量分析，前处理与螯合过程中的污染是导致空白值偏高的核心原因，需实施全程污染控制：所有实验器皿均采用优级纯硝酸浸泡24h以上，用超纯水反复冲洗至中性，烘干后使用；实验试剂均采用优级纯或光谱纯，超纯水为符合GB/T 6682的一级水；实验在超净工作台中进行，避免空气中的颗粒物、重金属污染；同时做空白实验，扣除实验过程中的背景污染，保证检测结果的准确性。

螯合物的稳定性保持，8-羟基喹啉重金属螯合物虽稳定性强，但在强光、高温、强氧化条件下易分解，导致富集后含量下降。螯合反应与富集过程需在避光条件下进行，采用棕色容量瓶、棕色萃取管；有机相萃取液或固相萃取洗脱液需低温避光保存，且在24h内完成检测；避免在螯合体系中引入强氧化剂（如高锰酸钾），防止8-羟基喹啉被氧化破坏，失去螯合能力。

易挥发重金属的损失防控，针对Hg、Cd、As等易挥发重金属，前处理与检测过程中需采取专属防控措施：消解时采用密闭消解技术（微波消解、密闭湿法消解），避免高温敞口消解导致的挥发损失；螯合反应选择适宜的pH，如Hg²⁺在pH=8~9时螯合，形成的螯合物稳定性强，不易挥发；富集后尽快完成检测，避免有机相中的螯合物长期放置导致的重金属挥发。

五、技术发展趋势

随着环境重金属检测向痕量/超痕量、多组分同时检测、现场快速检测、形态分析方向发展，8-羟基喹啉在环境检测中的应用与配套前处理技术也在不断优化升级，结合新材料、新技术、新设备的研发，呈现出三大核心发展趋势：

8-羟基喹啉的分子修饰与功能化改性，通过化学修饰对其分子进行改性，引入磺酸基、氨基、羧基等官能团，提升其水溶性与选择性，或制备8-羟基喹啉基螯合材料（螯合树脂、螯合纤维、磁性螯合纳米材料），直接用于环境样品的重金属选择性吸附与富集，简化螯合操作流程，提升富集效率与选择性，适配多组分重金属的同时检测。

前处理技术的微型化、自动化、绿色化，适配现场快速检测与批量样品检测需求，发展微固相萃取（μ-SPE）、分散固相萃取（d-SPE）、固相微萃取（SPME） 等微型化前处理技术，结合8-羟基喹啉螯合体系，实现样品的微体积处理、快速富集；同时结合自动化设备（自动固相萃取仪、自动消解仪），实现前处理-螯合-富集的全流程自动化，提升检测效率；减少有机溶剂的使用，采用绿色萃取剂（离子液体、低共熔溶剂）替代传统有机溶剂，实现前处理技术的绿色化，降低二次污染。

螯合体系与检测技术的高效联用，将8-羟基喹啉螯合富集与高精度、高通量检测技术联用，如8-HQ螯合-磁性固相萃取-ICP-MS联用、8-HQ螯合-固相萃取-HPLC-ICP-MS联用，实现环境样品中多重金属离子的超痕量同时检测，检测限可达pg/L级；同时结合激光诱导荧光、表面增强拉曼等新型检测技术，提升8-羟基喹啉螯合物的检测灵敏度，适配现场快速检测需求。

重金属形态分析的技术完善，结合8-羟基喹啉的pH选择性螯合特性与连续提取法，发展环境样品中重金属形态特异性螯合检测技术，实现可交换态、生物可利用态重金属的精准定量，为重金属污染的生态风险评估、修复效果评价提供更精准的检测数据，提升8-HQ它在环境重金属检测中的应用深度。

8-羟基喹啉凭借广谱、高效、可调控的螯合特性，成为环境样品重金属检测中不可或缺的螯合试剂，其应用覆盖水体、土壤、大气颗粒物等所有主流环境样品，适配从分光光度法到ICP-MS的全系列检测技术，核心通过螯合作用实现重金属离子的富集与分离，解决环境样品中重金属痕量、基体复杂的检测痛点。而配套的样品前处理技术则是8-羟基喹啉发挥螯合效能的前提，针对水体样品的过滤、除杂、pH调节，针对固相样品的湿法、干法、微波消解，及通用的液-液萃取、固相萃取、磁性固相萃取富集技术，形成了与其螯合体系高度适配的前处理技术体系，实现了目标重金属的释放、基体净化与高效富集。

在实际应用中，通过pH精准调控、掩蔽剂合理使用、全程污染控制等策略，可有效解决基体干扰、螯合效率、重金属损失等关键问题，保证检测结果的准确性与精密度。随着环境检测技术的发展，8-羟基喹啉的功能化改性与前处理技术的微型化、自动化、绿色化，及与高精度检测技术的联用，将进一步拓展其在环境重金属痕量/超痕量检测、形态分析、现场快速检测中的应用场景，为环境重金属污染监测、风险评估与治理提供更精准、高效的技术支撑，成为环境分析化学中经典且持续发展的核心技术之一。

本文来源于黄骅市信诺立兴精细化工股份有限公司官网 http://www.xnlxgroup.com/