高效毛细管电泳电导检测法分离检测矿泉水中的阳离子

2010年11月高效毛细管电导检测法分离检测矿泉水中阳离子
高效毛细管电导检测法分离检测矿泉水中阳离子
中山大学化学与化学工程学院广州 510275
摘要本文介绍了高效毛细管电导检测法分离检测矿泉水中阳离子. 结果表明: 样品中K+、Na+、Mg2+、Ca2+四种离子的含量分别为12.54 mg·L-1，20.38 mg·L-1，2.44 mg·L-1，5.27 mg·L-1. 本方法操作快速、简便、灵敏度高、重现性好、测定成本低, 是一种快速检测水体样品中阳离子含量的优越方法.
关键词高效毛细管电导检测法; 矿泉水; 阳离子
水是生物赖以生存的必要条件之一,水质好坏直接影响到生物的生存和发展, 随着人们生活质量的不断提高,对饮用水的水质不断提出更高的要求.矿泉水是指含有一定量的矿
物质或微量元素或二氧化碳气体以及温度为特征, 在通常情况下, 其化学成分、流量、温度等动态因素应保持相对稳定[1] . 矿物质主要是钾、钠、钙、镁等离子. 矿泉水中的钾、钠、钙、镁等离子对人体有益,若摄入不足或者过量,则对健康有害[2] . 例如摄入过量的钠离子
会导致高血压, 摄入过量的钙离子增加患结石的可能性. 因此我们要控制这些离子合理的摄
入量以保护自身健康.
目前, 矿泉水中的钾、钠、钙、镁离子的测定主要使用的是原子吸收分光光度法、离子色谱法[3]、高效毛细管电泳法[4]等. 高效毛细管电泳是离子或物质以电场为驱动力,在毛细
管中按其淌度或分配系数不同进行高效、快速分离的一种电泳新技术.在应用广泛的毛细管
区带电泳中,用谱峰的迁移时间作为定性分析的依据,用谱峰的高度或峰面积作为定量分析的依据[5]. 由于多数阳离子在紫外波段没有吸收, 因此采用电导法检测阳离子. 本实验用高效毛细管电导检测法分离检测矿泉水中钾、钠、钙、镁离子, 该方法具有快速、简便、灵敏度高、重现性好、测定成本低的特点.
1 实验部分
1.1 仪器试剂
1.1.1仪器
CES2003毛细管电泳仪（中山大学化学与化学工程学院研制）、熔融石英毛细管（50 cm×50 μm）、微量移液器、聚乙烯塑料瓶.
1.1.2试剂
（1）0.1 mol·L-1 NaOH溶液; 0.2 mol·L-1乙酸溶液; 0.1 mol·L-1 Tris溶液; 0.1 mol·L-1 Cit 溶液.
（2）电泳运行液：准确移取10 mL 0.1 mol·L-1 Tris 溶液、1 ml 0.2 mol·L-1HAc、0.2 ml 0.1 mol·L-1Cit溶液于100 mL容量瓶中, 加超纯水定容至刻度.
（3）1.0×10-4 mol·L-1 K+、Na+、Ca2+、Mg2+单一标准溶液：分别称取相应量的K、Na、Ca、Mg氯化物于塑料烧杯中, 用超纯水溶解和定容后储存在100 mL聚乙烯塑料瓶中备用.
（5）样品溶液：直接移取市售饮用矿泉水（本实验采用“中大逸仙泉”）进样分析.所用试剂为分析纯, 水为超纯水.
1.2 实验步骤
1.2.1 准备
（1）将电导检测池的工作电极、辅助电极和高压地电极与电泳平台上的接线端准确联接.依次打开计算机, 检测器（电导检测,“输出调节”旋钮处于最小位置）和高压电源（“进样
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/分离”按钮须处于“进样”位置）的电源. 检测器预热10 min. 双击Windows桌面上的“CES2003”图标, 待出现毛细管电泳数据工作站CES2003界面后, 点击工具栏中的“设置”图标, 在弹出的对话框中对参数作如下设置：
速率：3
增益：25
补偿：（缺省值）
点击“确认”, 设置完毕, 准备进行样品测试工作.
（2）在储液瓶和检测池中各加入约2/3体积的电泳运行液. 毛细管柱依次用0.1 mol·L-1 NaOH溶液、超纯水和运行液各冲洗约3 min. 毛细管柱的一端插入储液瓶中, 另一端插入检测池的不锈钢导引针管中并与检测电极保持接触. 将高压电源的“分离/进样”按钮按向“分离”位置, 这时可观察到显示高压的数码表上显示电压值-15 kV（如不是，需用“分离电压”旋钮调节到该电压值）, 同时显示电泳电流的数码表上显示电流值2.0 A左右. 点击“毛细管电泳数据工作站”工具栏中的“背景”图标, 背景测试完毕后弹出一个结果框显示当前的背景值, 按“确认”键后该值自动作为“参数设置”中的“补偿”值, 进行背景扣除.点击工具栏中的“启动”图标, 这时记录开始, 可观察到屏幕上显示出基线. 待基线稳定后（一般需要20 min）, 将“分离/进样”按钮按向“进样”位置, 准备进样测试.
1.2.2测量
1样品：用超纯水清洗进样瓶, 注意手不要碰到进样瓶上半部, 同时不要将进样瓶上半部弄湿, 然后用微量移液器吸取3000 μL水样于进样瓶中.
2进样：将高压电源的“分离/进样”按钮按向“进样”位置, 小心取下储液瓶, 换成盛有样品的进样瓶, 注意不要让毛细管触碰进样瓶壁, 采用电动进样方式, 进样时电压先增大后减小, 进样结束后, 取下进样瓶, 换回储液瓶.
3分离：将高压电源的“分离/进样”按钮按向“分离”位置. 待电压稳定后点击工具栏中的“启动”图标, 开始记录电泳谱图. 待K+、Na+、Mg2+和Ca2+电泳峰出现后再运行片刻, 点击工具栏中的“停止”图标, 停止记录. 随后将高压电源的“分离/进样”按钮按向“进样”位置, 结束电泳测定. 手动寻找谱峰两侧拐点上的切线在基线上的截距，点击工具栏中的“峰高”图标, 将给出电泳峰的“峰高”数据；点击谱峰最高点将给出“迁移时间”. 点击“保存”图标可将电泳图谱保存在指定的目录下. 记录迁移时间于表1中.
4鉴定与测量：吸取3000 μL水样于进样瓶中, 用微量移液器吸取100 μL单一标准溶液到样品溶液中, 摇匀，按（2）和（3）的操作步骤, 用标准加入法依次测定水样K+、Na+、Mg2+和Ca2+的含量. 比较谱图并分析各个峰所代表的离子, 结果记录于表1和表2中. 每次测量完毕要冲洗毛细管3 min后方可进行下一种离子的测量.
2结果与讨论
2.1实验结果
表1 水样中K+、Na+、Mg2+和Ca2+的HPCE/CD分离检测结果电泳峰序号迁移时间/s鉴定离子
胡启彬 高效毛细管电导检测法分离检测矿泉水中阳离子
1 11
2 K + 2 168 Na +
3 203 Mg 2+
4 247 Ca 2+
实验谱图如下：
图1 样品（“逸仙泉”矿泉水）
图2 加入Na +的单一标准溶液
图3 加入K +
的单一标准溶液
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图4加入Mg2+的单一标准溶液图5加入Ca2+的单一标准溶液表2水样中K+、Na+、Mg2+和Ca2+的HPCE/CD分离检测结果
K+219 278 12.54
Na+234 252 20.38
Mg2+86 166 2.44
Ca2+64 109 5.27
表3. 测定结果汇总
离子K+Na+Mg2+Ca2+参考含量/ mg·L-1 1.0-4.0 2.0-7.52 0.15-0.45 0.51-18.90 浓度/mmol·L-10.32 0.89 0.10 0.13
测定结果/ mg·L-112.54 20.38 2.44 5.27
比较可以发现, 测定结果与包装上的参考含量相差较大, 除Ca2+外，其余三种离子含量均超过标识值. 由于不清楚商家测量阳离子的方法, 因此实验结果与标识值不具可比性, 但是仍有一定的参考价值.
2.2思考题
2.2.1接触式电导与非接触电导的主要区别是什么？
接触式电导检测法是将电导电极浸入待测体系中进行测量, 非接触式电导检测法的电极与待测溶液隔离. 非接触式电导检测法的电极与待测溶液隔离, 避免了因电极与溶液接触而造成的电极老化和“记忆效应”, 从而使得测定结果更加准确可信.
2.2.2 影响K+、Na+、Mg2+和Ca2+离子的出峰顺序（即迁移时间）的因素是什么？
影响K+、Na+、Mg2+和Ca2+离子的出峰顺序的因素有:
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1．离子本性, 包括离子半径、电荷、水化程度等.
2．溶剂
3．电位梯度
2.2.3高效毛细管电泳中定量分析的方法有哪几种？本实验为何要采用标准加入法定量？
定量方法有根据浓度与电泳峰的高度或峰面积的线性关系为依据来计算. 采用标准加入法的原因是首先使用该法可以对电泳峰的离子归属进行确定, 另外由于待测溶液的基体组成复杂, 无法使其与标准溶液一致, 标准加入法可以克服这方面的困难. 单标对比法只能进行定性, 而无法定量. 另外如果组分的分离度不高, 用单标对比可能得不出正确结果.
2.2.4电动进样的优缺点？本实验为何采用电动进样？
电动进样的缺点为:（1）进样不均匀, 淌度大的离子比淌度小的离子进入检测装置的量要大; （2）容易发生离子丢失, 淌度大而且与电渗流方向相反的离子无法进入检测装置,因此具有歧视效应.电动进样适合粘度大的试样, 同时可以形成样品堆积作用,使检测更灵敏, 这在很多文献中也被用来提高灵敏度.
3 结论
实验结果表明，中大逸仙泉中K+、Na+、Mg2+、Ca2+四种离子的含量分别为12.54 mg·L-1, 20.38 mg·L-1, 2.44mg·L-1, 5.27 mg·L-1. 高效毛细管电泳法具有快速、简便、灵敏度高、重现性好、测定成本低的特点, 因此可以广泛应用于环境和食品检测领域.
参考文献
[1] 吕薛锋.矿泉水与人体健康[J].科技情报开发与经济, 2009,19( 17) :142-143.
[2] 刘耀华, 杨文武.离子色谱法测定矿泉水中K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Cl—、SO42—离子作用[J]. 环境监
测管理与技术, 2010,22(4) :53-54.
[3] 陈静.离子色谱法测定矿泉水中钾、钠、钙、镁离子[J].中国城乡企业卫生, 2010,1: 85.
[4] 王清萍,陈国南, 林金明.毛细管电泳法间接测定茶水_矿泉水中金属离子[J]. 析测试技术与仪器,
2009.15( 3 ): 135-139.
[5] 陈义.毛细管电泳技术及应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 2000: 1- 3.。