錳(II)- 酸性鉻藍K體系吸收光譜研究及其分析應用

楊卓,李文秀

(洛陽師范學院 化學化工學院,河南 洛陽 471934)

錳參與構成人體若干具有重要生理作用的酶,具有促進骨骼正常生長發育、維持糖及脂肪代謝、抗衰老、抗氧化、增強免疫力、預防貧血等作用,是人體必需的微量元素之一,錳缺乏或過量時,均會危害人體健康[1],因此錳離子含量的測定與研究具有非常現實的意義。基于痕量錳(II)對強氧化劑氧化指示劑的反應具有明顯的催化或阻抑作用,目前已建立雙波長雙指示劑[2-4]、單波長單指示劑[5-14]、阻抑[15]、流動注射[16]等催化動力學光度法,該法因具有高靈敏度、高選擇性、儀器廉價等優點而成為測定錳離子含量的主要方法,但催化或阻抑作用通常需在高于常溫的水浴中反應,且反應后需快速冷卻至室溫進行測定,操作略顯繁瑣,且精密度受到一定程度的影響。因此,尋找靈敏度高、選擇性好、準確度高、操作簡便、分析效率高的方法測定錳含量是一件很有意義的工作。研究發現:在最佳實驗條件下,pH值9.15 的Britton-Robison(BR)緩沖溶液中,錳(II)與酸性鉻藍K(ACBK)共存時生成新的化合物,溶液由藍色變成玫紅色,在506,537 nm處產生新的吸收峰,596 nm處產生明顯的褪色現象,上述三波長處體系的△A與錳(II)的濃度均具有良好的線性關系,其中596 nm處的靈敏度最高,相關系數r為0.998 4,標準曲線方程為△A= 8.34×104c-0.018 2,物質的量吸收系數為8.34 × 104L·moL-1·cm-1;除鈣、鎂、鎳離子的允許倍量較小外,體系對大多數離子允許倍量較大,具有良好的選擇性,用于人發中錳(II)含量的測定,回收率達98.8%～103.2%,相對標準偏差為2.1%～2.5%,結果可靠,據此建立了一種測定錳離子含量的褪色光度法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

UV 3200型紫外可見分光光度計,上海美譜達儀器有限公司;DF101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,鄭州杜普儀器廠。

1.00×10-3mol·L-1酸性鉻藍K溶液,1.00 mg·mL-1硫酸錳標準儲備液(按實驗要求進行稀釋后使用),1.0 mol·L-1NaCl溶液,50%丙酮,50%乙醇,2.0×10-4mol·L-1十二烷基苯磺酸鈉(SDBS),2.0×10-4mol·L-1氯代十六烷基吡啶(CPC),不同pH值的BR緩沖溶液。實驗試劑均為分析純,實驗用水均為蒸餾水。

1.2 實驗方法

依次準確移取1.00 mL ACBK溶液、1.0 mL緩沖溶液及適量的硫酸錳溶液于10 mL比色管中,蒸餾水定容,于紫外可見分光光度計上掃描體系的吸收光譜,并在596 nm處,測定體系的吸光度A及空白溶液吸光度A0,ΔA=A-A0。

2 結果與討論

2.1 吸收光譜

探究了體系的吸收光譜特征(圖1和圖2),在pH值9.15的BR緩沖溶液中,藍色的ACBK溶液在564 nm處有一個吸收峰。當硫酸錳和ACBK共存時,溶液由藍色變為玫紅色,在506,537 nm附近各產生一個新的吸收峰。隨著Mn2+濃度的增大,體系在506,537 nm處吸收逐漸增強,在596 nm處吸收明顯減弱(圖2),且在506,537,596 nm處體系的ΔA與Mn2+的濃度均具有良好的線性關系,由于在596 nm處具有最高的靈敏度,因此,選擇596 nm作為本實驗的測量波長。

1.Mn2+; 2.ACBK; 3～7.ACBK+ Mn2+;Mn2+的質量濃度:1.6.0 μg·mL-1;3.0.050 μg·mL-1;4.0.10 μg·mL-1;5.0.15 μg·mL-1;6.0.20 μg·mL-1;7.0.25 μg·mL-1;ACBK濃度為1.00 × 10-4 mol·L-1,pH值= 9.15。

Mn2+的質量濃度:1.0.050 μg·mL-1; 2.0.10 μg·mL-1; 3.0.15 μg·mL-1; 4.0.20 μg·mL-1;5.0.25 μg·mL-1;ACBK濃度為1.00 × 10-4 mol·L-1,pH值= 9.15。

2.2 酸度的影響

研究了BR緩沖溶液對體系吸收情況的影響,如圖3所示。

■,ACBK(A0); ●,ACBK + Mn2+(A); ▲,ACBK + Mn2+(ΔA);[Mn2+]=0.3 μg·mL-1,ACBK濃度為1.0×10-4 mol·L-1。

當pH值<6時,ACBK溶液顏色為玫紅色,加入Mn2+后,溶液顏色不變,吸光度無變化;當pH值為6～9時,隨著pH值的增加,ACBK溶液顏色由玫紅色變為藍色,吸收顯著增強,加入Mn2+后,溶液顏色變為玫紅色,體系的吸收逐漸增強,但明顯低于單獨ACBK溶液的吸收;當pH值為9～10時,ACBK溶液顏色為藍色,吸收趨于平緩,加入Mn2+后溶液顏色變為玫紅色,吸收相對較穩定。說明:ACBK的酸型體是玫紅色,堿型體是藍色,596 nm處堿型體的吸收遠高于酸型體,僅堿型體與Mn2+反應生成新的化合物。因此,本實驗選用pH值 9.15的BR緩沖溶液來維持體系酸度。

2.3 ACBK用量的影響

研究了ACBK用量對體系的影響,如圖4所示。隨著濃度的增加,ACBK溶液的吸收呈直線增加,在用量大于2.0 mL時,吸收增加逐漸緩慢;ACBK-Mn2+體系的吸收先緩慢增加、再快速線性增加、然后緩慢增加。扣除試劑空白的吸收后,ACBK-Mn2+體系的褪色現象呈先增大后減小趨勢,其用量在1.0～2.0 mL(1.00×10-4～2.00×10-4mol·L-1)之間時有較明顯的褪色現象。因此,本實驗1.00×10-3mol·L-1ACBK溶液的最佳用量為1.0 mL。

■,ACBK(A0 ); ●,ACBK-Mn2+(A); ▲,ACBK-Mn2+(ΔA);Mn2+的質量濃度:0.30 μg·mL-1,ACBK濃度為1.00×10-3 mol·L-1,pH值=9.15。

2.4 離子強度的影響

研究了離子強度對體系的影響,結果如圖5所示。用1.0 mol·L-1NaCl溶液調節體系的離子強度,隨著離子強度的增大,ACBK溶液的吸收基本不變,ACBK-Mn2+體系的吸收略微增加,但變化不大,因此本實驗可忽略離子強度的影響。

■,ACBK(A0 ); ●,ACBK+Mn2+(A ); ▲,ACBK+Mn2+(ΔA);Mn2+的質量濃度:0.30 μg·mL-1,ACBK濃度為1.00 × 10-4 mol·L-1,NaCl濃度為1.0 mol·L-1,pH值= 9.15。

2.5 有機溶劑的影響

分別研究了0%～20%乙醇、丙酮對體系的影響,結果如圖6所示。當乙醇含量< 15%、丙酮含量 <12.5%時,ACBK溶液、ACBK-Mn2+體系幾乎不受其影響,基于此,在實際樣品測定時,要注意使用乙醇、丙酮的量不宜過大。

■,ACBK+乙醇(A0); ●,ACBK+Mn2++乙醇(A); ▲,ACBK+Mn2++乙醇(ΔA ); ▼,ACBK+丙酮(A0 ); ◆,ACBK+Mn2++丙酮(A);★,ACBK+Mn2++丙酮(ΔA );Mn2+的質量濃度:0.30 μg·mL-1,ACBK濃度為1.00 × 10-4 mol·L-1,pH值=9.15。

■,ACBK+CPC(A0); ●,ACBK+Mn2++CPC(A); ▲,ACBK+Mn2++CPC(ΔA );▼,ACBK+SDBS(A0 ); ◆,ACBK+Mn2++ SDBS (A); ★,ACBK+Mn2++ SDBS (ΔA )

2.6 表面活性劑的影響

分別研究了表面活性劑SDBS和CPC對體系吸收情況的影響,結果如圖7所示。隨著SDBS濃度的逐漸增大,ACBK和ACBKM n2+體系的吸收基本不變,說明其不受SDBS的影響。隨著CPC濃度的逐漸增大,ACBK體系的吸收基本穩定,但當CPC濃度大于4.0 × 10-5mol·L-1時,ACBK Mn2+體系的吸收逐漸增大,說明CPC的存在不影響ACBK的吸收,但會使ACBK Mn2+體系的褪色現象減弱。因此,在實驗中需注意CPC用量對ACBK Mn2+體系的影響。

2.7 體系的穩定性

分別研究了體系在20,25和30 ℃時的穩定性,結果如圖8所示。20 ℃時,ACBK溶液穩定40 min后吸光度逐漸減小;25 ℃時,ACBK溶液穩定50 min后吸光度逐漸減小;30 ℃時,ACBK溶液吸光度隨時間增加逐漸減小,穩定性較差。在20,25和30 ℃時,ACBK Mn2+體系較穩定,吸光度基本不變。因此,本體系的最佳反應溫度為20～25 ℃。

ACBK (A0):■,20 ℃; ▼,25 ℃; ★,30 ℃;ACBK+Mn2+ (A):●,20 ℃; ◇,25 ℃; ╳,30 ℃;ACBK+Mn2+ (ΔA ):▲,20 ℃;▽,25 ℃; ☆,30 ℃;Mn2+的質量濃度:0.30 μg·mL-1,ACBK濃度為1.00×10-4 mol·L-1,pH值=9.15。

2.8 方法的選擇性

研究了共存離子對體系Mn2+的質量濃度為0.30 μg·mL-1的影響,結果如表1。可得:K+、Na+、NH+、Cl-、SO42-等干擾較小,而Ca2+、Mg2+、Ni2+、Fe2+、Fe3+等離子干擾較大,因此進行測樣時,需先采用NaF對上述離子進行掩蔽后再進行測定。

表1 共存離子的影響

2.9 方法的靈敏度

在最佳的實驗條件下,按1.2實驗方法操作,以試劑空白為參比,分別在506,537,596 nm處測量體系的吸光度,并繪制標準曲線,結果如表2,三波長處均具有良好的線性關系和較高的靈敏度,其中596 nm處線性關系最好且靈敏度最高,物質的量吸收系數高達8.34×104L·mol-1·cm-1,據此可分別建立顯色光度法和褪色光度法測定錳(II)含量。

表2 體系的標準曲線及其相關參數

3 分析應用

基于上述實驗的最佳反應條件,按文獻[5]方法對3份不同人發試樣進行處理后,按照1.2實驗方法在紫外可見分光光度計上進行測定,結果如表3所示,回收率為98.8%～103.2%,相對標準偏差為2.1%～2.5%,說明該方法可用于人發中錳離子含量的測定,準確可靠。

表3 樣品測定結果(n=9)

4 結論

(1)常溫下,錳(II)與酸性鉻藍K的堿型體共存時,吸收光譜顯示在506,537 nm處產生新的吸收峰,在596 nm處吸收明顯減弱,表明兩者相互作用生成了新的物質;在上述三波長處,體系的A與錳(II)的濃度具有良好的線性關系,據此可分別建立顯色光度法和褪色光度法測定實際樣品中的錳(II)含量,其中褪色光度法的線性關系最好且靈敏度最高,用NaF掩蔽后,選擇性提高,用于人發中錳(II)含量的測定,結果令人滿意。

(2)該法在常溫下進行,操作簡便、反應快速、穩定時間長、準確度高,優越于需在高溫水浴中反應、再快速冷卻至室溫測定錳(II)含量的最常用的催化動力學光度法。