杨卓,李文秀

(洛阳师范学院 化学化工学院,河南 洛阳 471934)

锰参与构成人体若干具有重要生理作用的酶,具有促进骨骼正常生长发育、维持糖及脂肪代谢、抗衰老、抗氧化、增强免疫力、预防贫血等作用,是人体必需的微量元素之一,锰缺乏或过量时,均会危害人体健康[1],因此锰离子含量的测定与研究具有非常现实的意义。基于痕量锰(II)对强氧化剂氧化指示剂的反应具有明显的催化或阻抑作用,目前已建立双波长双指示剂[2-4]、单波长单指示剂[5-14]、阻抑[15]、流动注射[16]等催化动力学光度法,该法因具有高灵敏度、高选择性、仪器廉价等优点而成为测定锰离子含量的主要方法,但催化或阻抑作用通常需在高于常温的水浴中反应,且反应后需快速冷却至室温进行测定,操作略显繁琐,且精密度受到一定程度的影响。因此,寻找灵敏度高、选择性好、准确度高、操作简便、分析效率高的方法测定锰含量是一件很有意义的工作。研究发现:在最佳实验条件下,pH值9.15 的Britton-Robison(BR)缓冲溶液中,锰(II)与酸性铬蓝K(ACBK)共存时生成新的化合物,溶液由蓝色变成玫红色,在506,537 nm处产生新的吸收峰,596 nm处产生明显的褪色现象,上述三波长处体系的△A与锰(II)的浓度均具有良好的线性关系,其中596 nm处的灵敏度最高,相关系数r为0.998 4,标准曲线方程为△A= 8.34×104c-0.018 2,物质的量吸收系数为8.34 × 104L·moL-1·cm-1;除钙、镁、镍离子的允许倍量较小外,体系对大多数离子允许倍量较大,具有良好的选择性,用于人发中锰(II)含量的测定,回收率达98.8%～103.2%,相对标准偏差为2.1%～2.5%,结果可靠,据此建立了一种测定锰离子含量的褪色光度法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

UV 3200型紫外可见分光光度计,上海美谱达仪器有限公司;DF101S集热式恒温加热磁力搅拌器,郑州杜普仪器厂。

1.00×10-3mol·L-1酸性铬蓝K溶液,1.00 mg·mL-1硫酸锰标准储备液(按实验要求进行稀释后使用),1.0 mol·L-1NaCl溶液,50%丙酮,50%乙醇,2.0×10-4mol·L-1十二烷基苯磺酸钠(SDBS),2.0×10-4mol·L-1氯代十六烷基吡啶(CPC),不同pH值的BR缓冲溶液。实验试剂均为分析纯,实验用水均为蒸馏水。

1.2 实验方法

依次准确移取1.00 mL ACBK溶液、1.0 mL缓冲溶液及适量的硫酸锰溶液于10 mL比色管中,蒸馏水定容,于紫外可见分光光度计上扫描体系的吸收光谱,并在596 nm处,测定体系的吸光度A及空白溶液吸光度A0,ΔA=A-A0。

2 结果与讨论

2.1 吸收光谱

探究了体系的吸收光谱特征(图1和图2),在pH值9.15的BR缓冲溶液中,蓝色的ACBK溶液在564 nm处有一个吸收峰。当硫酸锰和ACBK共存时,溶液由蓝色变为玫红色,在506,537 nm附近各产生一个新的吸收峰。随着Mn2+浓度的增大,体系在506,537 nm处吸收逐渐增强,在596 nm处吸收明显减弱(图2),且在506,537,596 nm处体系的ΔA与Mn2+的浓度均具有良好的线性关系,由于在596 nm处具有最高的灵敏度,因此,选择596 nm作为本实验的测量波长。

1.Mn2+; 2.ACBK; 3～7.ACBK+ Mn2+;Mn2+的质量浓度: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浓度为1.00 × 10-4 mol·L-1,pH值= 9.15。

Mn2+的质量浓度: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浓度为1.00 × 10-4 mol·L-1,pH值= 9.15。

2.2 酸度的影响

研究了BR缓冲溶液对体系吸收情况的影响,如图3所示。

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

当pH值<6时,ACBK溶液颜色为玫红色,加入Mn2+后,溶液颜色不变,吸光度无变化;当pH值为6～9时,随着pH值的增加,ACBK溶液颜色由玫红色变为蓝色,吸收显著增强,加入Mn2+后,溶液颜色变为玫红色,体系的吸收逐渐增强,但明显低于单独ACBK溶液的吸收;当pH值为9～10时,ACBK溶液颜色为蓝色,吸收趋于平缓,加入Mn2+后溶液颜色变为玫红色,吸收相对较稳定。说明:ACBK的酸型体是玫红色,碱型体是蓝色,596 nm处碱型体的吸收远高于酸型体,仅碱型体与Mn2+反应生成新的化合物。因此,本实验选用pH值 9.15的BR缓冲溶液来维持体系酸度。

2.3 ACBK用量的影响

研究了ACBK用量对体系的影响,如图4所示。随着浓度的增加,ACBK溶液的吸收呈直线增加,在用量大于2.0 mL时,吸收增加逐渐缓慢;ACBK-Mn2+体系的吸收先缓慢增加、再快速线性增加、然后缓慢增加。扣除试剂空白的吸收后,ACBK-Mn2+体系的褪色现象呈先增大后减小趋势,其用量在1.0～2.0 mL(1.00×10-4～2.00×10-4mol·L-1)之间时有较明显的褪色现象。因此,本实验1.00×10-3mol·L-1ACBK溶液的最佳用量为1.0 mL。

■,ACBK(A0 ); ●,ACBK-Mn2+(A); ▲,ACBK-Mn2+(ΔA);Mn2+的质量浓度:0.30 μg·mL-1,ACBK浓度为1.00×10-3 mol·L-1,pH值=9.15。

2.4 离子强度的影响

研究了离子强度对体系的影响,结果如图5所示。用1.0 mol·L-1NaCl溶液调节体系的离子强度,随着离子强度的增大,ACBK溶液的吸收基本不变,ACBK-Mn2+体系的吸收略微增加,但变化不大,因此本实验可忽略离子强度的影响。

■,ACBK(A0 ); ●,ACBK+Mn2+(A ); ▲,ACBK+Mn2+(ΔA);Mn2+的质量浓度:0.30 μg·mL-1,ACBK浓度为1.00 × 10-4 mol·L-1,NaCl浓度为1.0 mol·L-1,pH值= 9.15。

2.5 有机溶剂的影响

分别研究了0%～20%乙醇、丙酮对体系的影响,结果如图6所示。当乙醇含量< 15%、丙酮含量 <12.5%时,ACBK溶液、ACBK-Mn2+体系几乎不受其影响,基于此,在实际样品测定时,要注意使用乙醇、丙酮的量不宜过大。

■,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+的质量浓度:0.30 μg·mL-1,ACBK浓度为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 表面活性剂的影响

分别研究了表面活性剂SDBS和CPC对体系吸收情况的影响,结果如图7所示。随着SDBS浓度的逐渐增大,ACBK和ACBKM n2+体系的吸收基本不变,说明其不受SDBS的影响。随着CPC浓度的逐渐增大,ACBK体系的吸收基本稳定,但当CPC浓度大于4.0 × 10-5mol·L-1时,ACBK Mn2+体系的吸收逐渐增大,说明CPC的存在不影响ACBK的吸收,但会使ACBK Mn2+体系的褪色现象减弱。因此,在实验中需注意CPC用量对ACBK Mn2+体系的影响。

2.7 体系的稳定性

分别研究了体系在20,25和30 ℃时的稳定性,结果如图8所示。20 ℃时,ACBK溶液稳定40 min后吸光度逐渐减小;25 ℃时,ACBK溶液稳定50 min后吸光度逐渐减小;30 ℃时,ACBK溶液吸光度随时间增加逐渐减小,稳定性较差。在20,25和30 ℃时,ACBK Mn2+体系较稳定,吸光度基本不变。因此,本体系的最佳反应温度为20～25 ℃。

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

2.8 方法的选择性

研究了共存离子对体系Mn2+的质量浓度为0.30 μg·mL-1的影响,结果如表1。可得:K+、Na+、NH+、Cl-、SO42-等干扰较小,而Ca2+、Mg2+、Ni2+、Fe2+、Fe3+等离子干扰较大,因此进行测样时,需先采用NaF对上述离子进行掩蔽后再进行测定。

表1 共存离子的影响

2.9 方法的灵敏度

在最佳的实验条件下,按1.2实验方法操作,以试剂空白为参比,分别在506,537,596 nm处测量体系的吸光度,并绘制标准曲线,结果如表2,三波长处均具有良好的线性关系和较高的灵敏度,其中596 nm处线性关系最好且灵敏度最高,物质的量吸收系数高达8.34×104L·mol-1·cm-1,据此可分别建立显色光度法和褪色光度法测定锰(II)含量。

表2 体系的标准曲线及其相关参数

3 分析应用

基于上述实验的最佳反应条件,按文献[5]方法对3份不同人发试样进行处理后,按照1.2实验方法在紫外可见分光光度计上进行测定,结果如表3所示,回收率为98.8%～103.2%,相对标准偏差为2.1%～2.5%,说明该方法可用于人发中锰离子含量的测定,准确可靠。

表3 样品测定结果(n=9)

4 结论

(1)常温下,锰(II)与酸性铬蓝K的碱型体共存时,吸收光谱显示在506,537 nm处产生新的吸收峰,在596 nm处吸收明显减弱,表明两者相互作用生成了新的物质;在上述三波长处,体系的A与锰(II)的浓度具有良好的线性关系,据此可分别建立显色光度法和褪色光度法测定实际样品中的锰(II)含量,其中褪色光度法的线性关系最好且灵敏度最高,用NaF掩蔽后,选择性提高,用于人发中锰(II)含量的测定,结果令人满意。

(2)该法在常温下进行,操作简便、反应快速、稳定时间长、准确度高,优越于需在高温水浴中反应、再快速冷却至室温测定锰(II)含量的最常用的催化动力学光度法。