丁二酮肟分光光度法測定生物浸礦培養基中的鎳含量

盧嗣嚴 石倩倩

(1.阜新實驗中學；2.遼寧省礦物加工利用重點實驗室；3.遼寧工程技術大學礦業學院)

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丁二酮肟分光光度法測定生物浸礦培養基中的鎳含量

盧嗣嚴1石倩倩2,3

(1.阜新實驗中學；2.遼寧省礦物加工利用重點實驗室；3.遼寧工程技術大學礦業學院)

通過設置不同波長、不同顯色時間、不同酒石酸鉀鈉含量、氫氧化鈉含量、過硫酸銨含量和丁二酮肟含量等試驗條件，確定了丁二酮肟分光光度法測定生物浸礦培養基中鎳含量的最佳條件。試驗結果表明：丁二酮肟光度法測定生物浸礦培養基中鎳含量的最佳波長為460 nm，400 g/L酒石酸鉀鈉的最佳用量為10 mL，50 g/L氫氧化鈉的最佳用量為20 mL，30 g/L過硫酸銨的最佳用量為8 mL，10 g/L丁二酮肟的最佳用量為10 mL，顯色時間最佳為20 min，得到標準曲線Abs=0.264 17c-0.010 3，R2=0.998 4；該測定方法操作簡便，穩定性好，適合用于生物濕法冶金中鎳含量的快速準確測定。

鎳 生物浸礦 分光光度法 丁二酮肟

鎳被稱為“鋼鐵工業的維生素”[1]，其主要被應用于化學、電鍍、制造、電池等行業[2]。鎳的測定方法有很多，有X射線熒光光譜法(XRF)[3]、電感耦合等離子體發射光譜法(ICP—AES)[4-5]、原子吸收光譜法(AAS)[6]和分光光度法[7-8]等。其中XRF、ICP-AES和AAS設備比較昂貴，分析成本高，而分光光度法設備價格相對低廉，使用方便，受到研究人員的青睞。但是，目前尚無文獻報道分光光度法測定生物浸礦培養基中鎳含量的方法。為此，使用丁二酮肟分光光度法測定生物浸礦培養基中的鎳含量[9]，其原理是在堿性介質中，以酒石酸鉀鈉為掩蔽劑，以過硫酸銨為氧化劑，將Ni2+氧化成Ni4+，使Ni4+與丁二酮肟反應，生成酒紅色絡合物[10]。測定結果表明，該法具有顯色穩定，操作簡單的優點，適用于生物濕法冶金中鎳含量的快速準確測定。

1 研究方法

1.1 主要儀器和試劑

試驗儀器：FA2004型電子天平(上海舜宇恒平科學儀器有限公司)，7230G型可見分光光度計(上海佑科儀器儀表有限公司)，THZ-98A恒溫振蕩箱(上海一恒科學儀器有限公司)，SW-CG-1A單人凈化工作臺(哈爾濱市東聯電子技術開發有限公司)。

試驗試劑：硫酸鎳、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、過硫酸銨、丁二酮肟、FeSO4·7H2O、升華硫、分析純；蒸餾水，自制。

鎳標液(100 μg/mL)的配制：用電子天平準確稱取0.044 8 g的NiSO4·6H2O置于100 mL的容量瓶中，用事先過濾好的細菌培養液溶解，最后定容。

1.2 菌株和培養基

菌株：氧化亞鐵微螺菌(Leptospirillum ferriphilum)與喜溫嗜酸硫桿菌(Acidithiobacillus caldus)混合菌，由中南大學生物冶金實驗室贈送。

浸礦菌培養：取無鐵9K培養基90 mL置于250 mL的錐形瓶中，用1∶1硫酸調節pH值為2.0，加入10 g FeSO4·7H2O和1 g S，然后加入10 mL菌種，放入溫度為45 ℃、轉速為200 n的恒溫振蕩箱中培養6 d后，取培養液過濾，用于配制鎳標液。無鐵9K液體培養基[11]成分見表1。

表1 無鐵9K培養基成分含量 g/L

注：蒸餾水含量單位為mL。

1.3 分析方法

取鎳標液2 mL置于100 mL的容量瓶中，依次加入10 mL 400 g/L的酒石酸鉀鈉溶液、20 mL 50 g/L的NaOH溶液、8 mL 30 g/L的過硫酸銨溶液、10 mL 10 g/L的堿性丁二酮肟溶液(50 g/L NaOH介質)，混勻，定容，靜置20 min后，以隨同試樣為參比，在波長為460 nm的可見分光光度計上測定吸光度。

2 試驗結果與討論

2.1 波長的影響

取2 mL鎳標液按照標準分析方法操作后，在不同波長下測定其吸光度，結果見圖1。

圖1 波長對吸光度的影響

由圖1可見，在波長為410～460 nm內，隨波長的增大，吸光度增大；當波長為460 nm時，吸光度達到最大；波長為460～510 nm時，隨著波長的遞增，吸光度降低；所以分光光度法測定生物浸礦中鎳含量的最佳波長為460 nm。

2.2 酒石酸鉀鈉用量

氧化亞鐵微螺菌(Leptospirillum ferriphilum)可以把培養基中的Fe2+氧化成Fe3+，所以生物浸礦培養基中含有大量的Fe3+，NaOH會和Fe3+反應生成沉淀，所以加入NaOH之前，需要先加入酒石酸鉀鈉，生成相應的絡合物，防止沉淀生成。酒石酸鉀鈉加入量會對吸光度有影響，所以有必要確定酒石酸鉀鈉的最佳用量。

分別加入濃度為400 g/L的酒石酸鉀鈉溶液5、10、15、20、25、30mL，其他條件不變，測定其吸光度，結果見圖2。

圖2 酒石酸鉀鈉用量對吸光度的影響

由圖2可見，當酒石酸鉀鈉的加入量少于10 mL時，Fe3+掩蔽的不完全，而大于10 mL時，吸光度基本恒定，變化不大；所以，酒石酸鉀鈉的最佳加入量為10 mL。

2.3 NaOH用量

丁二酮肟分光光度法測定鎳含量的原理是在堿性介質中，以酒石酸鉀鈉為掩蔽劑，以過硫酸銨為氧化劑，將Ni2+氧化成Ni4+，使Ni4+與丁二酮肟反應，生成酒紅色絡合物。生物浸礦在強酸性條件下進行，丁二酮肟分光光度法測定生物浸礦培養基中的鎳含量時，需要加入適量NaOH，使溶液呈堿性，提高過硫酸銨的氧化能力，使溶液當中的Ni2+氧化成Ni4+，從而使Ni4+與丁二酮肟顯色完全，否則會影響鎳含量測定的準確性。

分別加入濃度為50 g/L的NaOH溶液5、10、15、20、25、30 mL，其他條件不變，測定其吸光度，結果見圖3。

圖3 氫氧化鈉用量對吸光度的影響

由圖3可見，隨NaOH加入量的增多，溶液的吸光度增大，這是因為隨著堿性的增強，過硫酸銨的氧化能力越來越大，有更多的Ni2+被氧化成Ni4+，進而有更多的Ni4+與丁二酮肟反應，所以吸光度增大；當加入量大于20 mL時，吸光度基本恒定；所以，NaOH的最佳加入量為20 mL。

2.4 過硫酸銨用量

過硫酸銨具有很強的氧化性，可以把Ni2+氧化成Ni4+，從而使鎳離子顯色完全。如果過硫酸銨加入量不足，只能使部分Ni2+被氧化為Ni4+，如果過硫酸銨加入量過多，生成的絡合物會被破壞，影響鎳含量的準確測定。分別加入濃度為30 g/L的過硫酸銨溶液2、4、6、8、10、12、14 mL，其他條件不變，測定結果見圖4。

圖4 過硫酸銨用量對吸光度的影響

由圖4可見，隨過硫酸銨加入量增加，吸光度升高，這是因為越來越多的Ni2+被氧化為Ni4+，Ni4+與丁二酮肟反應，顏色越來越深，吸光度增大；當過硫酸銨加入量大于8 mL時，生成的絡合物被破壞，導致吸光度降低；所以，過硫酸銨的最佳加入量為8 mL。

2.5 丁二酮肟用量

在丁二酮肟光度法測定生物浸礦培養基中的鎳含量時，丁二酮肟是顯色劑，可以與Ni4+反應，生成相應的絡合物。丁二酮肟加入量過少，顯色不完全，所以適量的丁二酮肟顯得尤為重要。分別加入2、4、6、8、10、12 mL濃度為10 g/L的丁二酮肟溶液，其他條件不變，測定其吸光度，結果見圖5。

圖5 丁二酮肟用量對吸光度的影響

由圖5可見，隨丁二酮肟加入量的增加，吸光度增大，這是因為越來越多的丁二酮肟與Ni4+反應，顯色越來越完全，表現為吸光度增大；由于氧化Ni4+所需的丁二酮肟的量是一定的，當加入量大于8 mL時，表現為吸光度趨于穩定；為保險起見，丁二酮肟的最佳加用量確定為10 mL。

2.6 顯色時間及其穩定性

由于溶液顏色完全顯現需要一定的過程，所以需要確定溶液完全顯色的時間。設置5、10、15、20、25、30 min后測定溶液的吸光度，結果見圖6。

圖6 顯色時間對吸光度的影響

由圖6可見，隨時間的增加，吸光度增大，20 min后趨于穩定，說明20 min后溶液顯色完全，所以在用丁二酮肟光度法測定生物浸礦培養基中的鎳含量時，應在加入丁二酮肟20 min后測定為宜。

2.7 鎳標準曲線的繪制

用移液管依次吸取0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL鎳標液，置入100 mL的容量瓶中，在最佳試驗條件下測定繪制標準曲線，結果見圖7。Ni的質量濃度在0～3 μg/mL吸光度與其質量濃度呈線性關系，線性回歸方程為Abs=0.264 17c-0.010 3，相關系數為0.998 4。

圖7 鎳標準曲線

2.8 準確度和回收率

取鎳標液2 mL(鎳質量濃度2.000 μg/mL)，進行5次平行測定，測定結果見表2。取已知鎳質量濃度(1.000 μg/mL)5個樣品，分別如表3加標量，進行回收率試驗，結果見表3。由表2、表3可知，該分析鎳含量的方法準確度很高。

μg/mL

表3 回收率試驗結果

3 結 論

(1)試驗確定了丁二酮肟光度法測定生物浸礦培養基中鎳含量的最佳條件為波長460nm，反應時間20min，400g/L的酒石酸鉀鈉溶液10mL，50g/L的NaOH溶液20mL，30g/L的過硫酸銨溶液8mL，10g/L的堿性丁二酮肟溶液10mL(在100mL的容量瓶中反應)；建立了鎳濃度與吸光度的關系曲線：Abs=0.26417c-0.0103，R2=0.9984，檢測范圍為0～3μg/mL。

(2)該測定方法具有快速、簡便、成本低等優點，適用于生物濕法冶金中鎳含量的測定。

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2016-07-28)

盧嗣嚴(1998—)，女，123000 遼寧省阜新市。