巯基葡聚糖凝胶分离富集催化荧光法测定痕量铜

巯基葡聚糖凝胶分离富集催化荧光法测定痕量铜
葛慎光;张丛丛;万夫伟;葛磊;于京华;袁碧贞
【摘要】在pH5.0邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠介质中,痕量铜具有明显催化高碘酸钾氧化3-间氯基苯基-5-(4'-甲基-2'-磺酸酸基苯偶氮)若丹宁的作用,由此建立了催化动力学荧光法测定痕量铜的新方法.该体系的激发和发射波长(λes和λem)分别为310 nm和404 nm.通过实验测定反应表观活化能为165.06 kJ/mol,反应速率常数为0.47/s,线性范围为0.45～12.0μg/L,检出限为1.5×10-7g/L.采用巯基葡聚糖凝胶分离富集,消除了共存离子的干扰,显著提高了方法的选择性和灵敏度.该方法应用于喷泉水、人工湖水和管网水中铜的测定,相对标准偏差小于4.5%,测定结果与原子吸收光谱法测得的结果相符.
【期刊名称】《冶金分析》
【年(卷),期】2010(030)005
【总页数】5页(P49-53)
【关键词】铜;催化动力学荧光法;3-间氯基苯基-5-(4'-甲基-2'-磺酸酸基苯偶氮)若丹宁;巯基葡聚糖凝胶
【作者】葛慎光;张丛丛;万夫伟;葛磊;于京华;袁碧贞
【作者单位】济南大学化学化工学院,山东济南,250022;济南大学化学化工学院,山东济南,250022;济南大学化学化工学院,山东济南,250022;济南大学化学化工学院,山东济南,250022;济南大学化学化工学院,山东济南,250022;济南大学化学化工学院,山东济南,250022
【正文语种】中文
【中图分类】O657.31
铜是人体所必需的微量元素之一[1],人和动物都需要铜创造红细胞和血红蛋白,铜缺乏时发生贫血。

因此,测定人们日常生活中饮用水中痕量铜显得尤为重要。

目前,用
于痕量铜的测定方法主要有光度法[2-4]、原子吸收光谱法[5,6]及电化学法[7,8]等。

光度法是一种广泛用于测定微量组分的方法,但分析含量较低的痕量组分时灵敏度
不够,相对误差较大;原子吸收光谱法灵敏度和准确度较高,但使用费用较高,预备工作繁琐且费时;电化学方法应用较广泛,但对于痕量组分的测定,稳定性受到一定的限制;荧光分析法进行金属离子的测定时,常采用形成荧光络合物的方法进行。

本实验采
用了催化荧光动力学方法进行测定,不是直接对被测物进行测定,而是经过“化学放大”后测定。

该方法具有高的灵敏度,但选择性受到限制。

采用性能优于巯基棉的
巯基葡聚糖凝胶[9-10]对铜与共存离子进行分离,同时富集铜,达到了良好的分离富
集效果,显著提高了方法的选择性和灵敏度。

1.1 主要仪器和试剂
LS55型荧光光度计(美国P-E公司);p HS-3C精密p H计(上海雷磁仪器厂);SYZ-550型石英亚沸高纯水蒸馏器(江苏金坛医疗器械厂);超级恒温水浴(江苏省金坛市
医疗仪器厂)。

铜标准储备溶液:1.0 mg/mL,称取1.000 0 g金属铜置于400 mL烧瓶中,加入20 mL硝酸(1+1)溶解,在沙浴加热蒸至近干,然后加入10 mL硝酸,小心蒸至冒三氧化
硫白烟,冷却后加水使全部盐类溶解,冷却,移入1 L容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀;
铜标准工作溶液:0.1μg/L,用铜标准储备溶液逐一稀释而得;3-间氯基苯基-5-(4′-甲
基-2′-磺酸酸基苯偶氮)若丹宁(M3ClRASP)[11]溶液:2.0×10-5mol/L,先配制
浓度为2.0×10-4mol/L乙醇溶液,然后再用二次去离子水稀释而成;邻苯二甲酸氢
钾-氢氧化钠缓冲溶液(BS);p H 5.0;氧化剂(KIO4)溶液:2.0 ×10-3mol/L。

巯基葡聚糖凝胶的制备和吸附柱的安装见文献[9]。

所用试剂纯度均为分析纯以上,水为二次去离子水。

1.2 实验方法
取一定量Cu2+标准工作溶液于10 mL具塞比色管中,依次加入1.0 mL 2.0×10-3mol/L高碘酸钾溶液,2.0 mL p H 5.0的邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠缓冲溶液,1.0 mL 2.0×10-5mol/L的M3ClRASP溶液,稀释至约8 mL。

在沸水浴中加热16 min,取出迅速流水冷却5 min,用水稀释至刻度。

在荧光光度计上,于
λex/λem=310 nm/ 404 nm(Slit=10/5)处分别测量非催化溶液的荧光强度 F0和催化溶液的荧光强度 F,并计算荧光生成值ΔF=F-F0。

2.1 荧光光谱
按照实验方法配制溶液,在荧光光度计上绘制激发光谱和发射光谱曲线,见图 1。

M3ClRASP荧光强度较小,最大强度值的波长在302 nm/377 nm处;在加入氧化剂和缓冲溶液后,荧光强度有很大的增加,激发波长和发射波长在λex/λem=310
nm/404 nm处有最大的荧光强度值,激发和发射波长发生红移。

在
M3ClRASPKIO4-缓冲溶液体系中加入一定量的Cu2+,荧光强度增强,且荧光强度的增强与Cu2+的浓度成正比。

2.2 酸度的影响
体系受酸度的影响较大,酸性太强或太弱均使得荧光强度下降,且波长向短波方向移动。

M3ClRASP试剂在一定的酸性环境中存在以下的平衡[12-13]:
当p H<4.0和p H>6.0时,M3ClRASP及其反应体系的荧光强度变小而且最大激发波长和发射波长蓝移。

从以上两个反应式可以看出,当体系的酸性太强
时,M3ClRASP不易发生酮式与烯醇式互变,这时分子的共轭程度不好,共平面性也不好,因此荧光强度值不大;而酸度太弱时,溶液中氢离子浓度减小,偶氮若丹宁分子内
不易形成氢键,而与水分子共同形成分子间氢键,产生带水的大环,导致了激发和发射波长的蓝移。

实验分别在邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠缓冲体系、乙酸-乙酸钠缓冲体系、磷酸氢二钾-磷酸二氢钠缓冲体系、酒石酸-酒石酸钠体系中进行。

在2.0 mL p H 5.0的邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠缓冲介质中,体系荧光生成值最大且稳定。

2.3 试剂用量的影响
在氧化剂 H2O2、KMnO4、KIO4、KIO3中,使用1.0 mL的 KIO4效果好,荧光强度值大且稳定。

增加 KIO4的用量可以加快反应速度,但用量过大时,非催化溶液的反应速度也加快,使得体系的相对荧光强度降低。

当2.0×10-5mol/L M3ClRASP 溶液的用量在0.8～1.2 mL之间时,荧光强度值变化比较平稳,最佳用量为1.0 mL。

2.4 温度和加热时间对反应速度的影响
在低于80℃时反应缓慢,高于80℃时反应速度随温度的升高加快。

研究了80～100℃之间温度对反应体系的影响。

结果表明,随着温度的升高,反应速度不断加快,ΔF也随之增加。

实验选用沸水加热。

以lnΔF～1 000/T作图,线性回归方程为 -lnΔF=19.85×103/T-59.00,相关系数 r=0.990 4,本反应的活化能Ea=19.85× 8.314=165.06 kJ/mol。

反应在初始阶段时ΔF～t呈现良好的线性关系,得出回归方程:ΔF=28.02t(min)-35.17,其相关系数 r=0.988 2,反应速率常数k=ΔF/t =0.47/s,说明反应属于准零级反应。

在15～22 min时溶液的荧光值ΔF趋于稳定,当加热时间超过22 min后,溶液的荧光值ΔF开始降低。

选择于沸水浴中加热16 min,反应进行完全后,在室温下放置,至少可以稳定存在10 h。

2.5 校准曲线
M3ClRASP催化荧光法测定Cu2+的线性范围为0.45～12.0μg/L,其线性回归方程为:ΔF =-14.35+34.43ρ(μg/L),相关系数为 r= 0.992 2。

在最佳条件下进行11次
非催化溶液的测定,标准偏差为2.84,相对标准偏差为3.14%。

根据IUPAC规定计
算检出限,得到测定Cu2+的检出限为1.5×10-7g/L。

2.6 共存离子的影响
在5μg/L Cu2+浓度下,当相对误差小于± 5%时,大量 K+、Na+、NH4+、F-、Cl-、NO3-对测定不存在干扰,其他离子在分离前后允许存在量(倍数)见表1。

Au(Ⅲ),Ag+,Pt2+和 Hg2+等离子干扰严重。

试液通过巯基葡聚糖凝胶柱后,采用
p H 1.00的缓冲溶液进行洗脱,只有Cu2+,Sn(Ⅳ)和 Hg2+被吸附,而常见的共存离子Pb2+,Zn2+, Co2+,Ni2+,Mn2+,Ca2+,Mg2+,Au(Ⅲ),Ag+, Pt2+,Cd2+等不被吸附,从而消除了Au(Ⅲ), Ag+,Pt2+,Cd2+离子的干扰。

当采用 4 mol/L HCl进行洗脱时,Sn(Ⅳ)被洗脱下来,弃掉该洗脱液,再用6 mol/L HCl将Cu2+洗脱下来用于测定,此时 Hg2+仍留在吸附柱上,不干扰铜的测定,从而达到分离干扰离子和富集
Cu2+的目的。

另外,还进行了SDG对铜吸附回收试验,15次测定结果表明,铜的回
收率在96.8%～104%之间,说明所选择的吸附和洗脱酸度较为合适。

移取喷泉水、人工湖水和管网水水样,加入适量HCl(1+1)酸化,加热煮沸,冷却后将
样品溶液分次移入分液漏斗中,流速控制在5 mL/min,经巯基葡聚糖凝胶吸附柱分
离富集 Cu2+后,用3 mL 4.0 mol/L HCl将Sn(Ⅳ)等其他离子一并洗脱,弃掉洗脱液,最后用3 mL 6 mol/L HCl分2次洗脱于10 mL的比色管中,调整溶液至p H 3左右,按实验方法测定,结果见表2。

本法也可用于茶叶、小麦粉、大米粉中铜的测定,测定值的相对标准偏差小于4%,
回收率在95%～103%间。

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