UV1901PC紫外可見分光光度計(jì)法測(cè)定釩含量

UV1901PC紫外可見分光光度計(jì)法測(cè)定釩含量的原理：

在0.0001–0.001MH2SO4或pH為 4.0～5.5微酸丙酮介質(zhì)中，釩（Ⅴ）與DPCH反應(yīng)生成一紫紅色絡(luò)合物，絡(luò)合物的zui大吸收波長(zhǎng)位于540nm，表觀摩爾吸光系數(shù)和靈敏度分別為4.23´104L×mol-1×㎝-1，10 ng×㎝-2。線形范圍為0.1~30µg/mL。配合物的組成比為V：DPCH=1：3。顯色反應(yīng)瞬間完成，在48小時(shí)內(nèi)吸光度保持穩(wěn)定。對(duì)于1µg/m L的釩，研究了超過50多種陽(yáng)離子和陰離子和復(fù)合試劑的干擾。此方法成功應(yīng)用于合金鋼鐵材料，環(huán)境污水，人血和尿等生物樣，含V（Ⅴ）和V（Ⅳ）的溶液和復(fù)雜合配合。利用釩與DPCH的直接顯色反應(yīng)，建立了靈敏度高、選擇性好的分光光度測(cè)定微量釩的新方法。此方法具有較高的度和準(zhǔn)確度。

1.引言

釩中毒是一種工業(yè)危害，環(huán)境學(xué)家已經(jīng)斷言釩作為一種潛在危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)能對(duì)植物、農(nóng)作物和整個(gè)農(nóng)業(yè)體系造成嚴(yán)重破壞。高含量的釩據(jù)說存在于化石燃料，例如原油，燃料，油品，煤和褐炭。這些燃料釋放的釩進(jìn)入空氣中，然后沉淀于土壤中。有許多釩中毒的事例，如緊張壓抑，咳嗽，嘔吐，腹瀉，貧血和肺癌等，這些癥狀有時(shí)是致命的。zui近，釩被定為城市環(huán)境污染的指標(biāo)元素，尤其是空氣污染。實(shí)驗(yàn)研究和免疫學(xué)證據(jù)表明釩在預(yù)防心臟病方面發(fā)揮有益的作用。Shamberger指出環(huán)境中釩含量多的國(guó)家人們心臟病死亡率較低。環(huán)境樣品中的釩測(cè)定方法有中子活化法，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法，原子吸收光譜法和分光光度法。前兩個(gè)方法在常規(guī)分析中成本和儀器造價(jià)均高。原子吸收光譜法靈敏度低，易受樣品基礎(chǔ)條件的影響，溶劑萃取法的靈敏度高但操作性差。因此在微量級(jí)測(cè)定方面使用簡(jiǎn)便靈活的方法是極為重要的。

本研究的目的就是建立一種簡(jiǎn)便直接的測(cè)量微量釩的分光光度法。據(jù)報(bào)道，DPCH曾作為分光光度法顯色劑與鉻反應(yīng)，以前被用于分光光度法測(cè)釩，但此法需溶劑萃取比較耗時(shí)，一些干擾還會(huì)導(dǎo)致靈敏度低。吡啶和氯f(wàn)ang作為萃取有毒環(huán)境污染物的溶劑，已被環(huán)保組織列為致癌物質(zhì)。文獻(xiàn)報(bào)道了它在靈敏度高、特定的無萃取分光光度法測(cè)微量釩中的應(yīng)用。此方法在靈敏度、選擇性、測(cè)定范圍、簡(jiǎn)易性、速度、酸度范圍、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確度、精密度和操作等方面比現(xiàn)有方法有明顯的優(yōu)勢(shì)。在弱酸介質(zhì)中釩與DPCH生成一紫紅色配合物，在水溶液中直接測(cè)定波長(zhǎng)。利用合適的掩蔽劑，反應(yīng)的選擇性會(huì)更好，空白試劑不顯示吸光度。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1.儀器

UV1901PC雙光束紫外可見分光光度計(jì)，雙顯示電極pH計(jì)，AA6810電腦控制石墨爐原子吸收分光光度計(jì)。

2.2.試劑

所有化學(xué)藥品均為分析純?cè)噭┗騴ui高純度試劑。實(shí)驗(yàn)中使用二次去離子水和高壓液相丙酮。

2.2.1. 4.12×10-4M DPCH溶液

將一定量的DPCH溶解于定量丙酮中，稀釋到所需濃度備用。

2.2.2. 釩標(biāo)準(zhǔn)溶液

    取0.2269mg偏釩酸胺，用二次去離子水溶解，再加硝酸（1+1）1～2mL酸化，稀釋備用，五價(jià)釩貯存液濃度為1mg/mL，取100mL備用。

2.2.3. 釩（Ⅳ）儲(chǔ)備液

取390.7mg硫酸釩純?cè)噭┯枚稳ルx子水溶解，取100mL備用。釩標(biāo)準(zhǔn)溶液由以上溶液稀釋配成。

2.2.4. 其它溶液

大量無機(jī)離子和絡(luò)合試劑溶液由它們的分析純?cè)噭┗騽e的等級(jí)水溶性鹽配制而成，若有不溶物，可采用特殊溶解方法。

所有玻璃器皿用（1+1）硝酸浸泡至少一天，在使用前用去離子水沖洗。儲(chǔ)備液和環(huán)境樣保存在含1mL濃硝酸的塑料瓶中。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

取0.1～1mL（1～300μg）弱酸釩溶液于10mL容量瓶中，依次加入0.1～1.0mL（*為0.5mL）0.001M H2SO4，使pH值為4.0～5.5,然后加入1mL4.12×10-4DPCH溶液，靜置1min，加入5mL丙酮，用去離子水稀釋至刻度，搖勻。以試劑空白作參比，在531nm處測(cè)其吸光度。未知樣的釩含量可由標(biāo)準(zhǔn)曲線得出。

圖1 硫用量與吸光度曲線

4.結(jié)果與討論

4.1. 影響吸光度的因素

4.1.1. 吸收光譜

分光光度計(jì)繪制了在0.001M硫酸介質(zhì)中的釩（Ⅴ）-DPCH體系的吸收光譜。釩（Ⅴ）-DPCH吸收光譜是一對(duì)稱曲線，zui大吸收波長(zhǎng)位于531nm，表觀摩爾吸光系數(shù)為4.23×104L×mol-1×cm-1。DPCH不顯示吸光度。所有實(shí)例在531nm以對(duì)應(yīng)

試劑空白進(jìn)行測(cè)定。現(xiàn)有方法的反應(yīng)機(jī)理早期被報(bào)道過。

圖2 試劑用量對(duì)顯色體系的影響曲線

4.1.2. 溶劑的影響

考查了不同的溶劑（苯、氯f(wàn)ang、四氯化碳、硝基苯、異丁醇、甲基異丁酮、乙醇、丙醇和1，4-二氧環(huán)己烷），發(fā)現(xiàn)丙酮對(duì)于體系是的溶劑。在有機(jī)相中除了正丁醇，無測(cè)定吸光度。在502%丙酮介質(zhì)中，有zui大吸光度。因此，測(cè)定過程中，使用50%丙酮溶液。

4.1.3. 酸度的考查

圖3 釩工作曲線A為1-10微克的釩B為10-30微克的釩

考查了不同的酸（硝酸、硫酸、鹽酸和磷酸），體系中硫酸是的酸。室溫下，10mL溶液中，0.001M硫酸用量在0.1～1.0mL之間吸光度zui大。在此酸度范圍外，吸光度下降。 以下實(shí)驗(yàn)都加入0.5mL 0.001M 硫酸。

4.1.4 時(shí)間影響

此反應(yīng)迅速完成，定容后配合物吸光度zui大，在48h內(nèi)吸光度保持恒定。

4.1.5. 試劑濃度的影響

按實(shí)驗(yàn)方法，在一定量金屬離子里加入不同摩爾量的DPCH測(cè)其吸光度。結(jié)果表明，在1μg/mL釩絡(luò)合物里，試劑摩爾比1：20和1：100產(chǎn)生恒定吸光度。更大量的試劑未被考查。

4.1.6. 工作曲線

為了方便測(cè)定，把釩的濃度0.1～30μg/mL，分成三段，考查其濃度的影響，在531nm波長(zhǎng)下，釩濃度在0.1～30μg/mL范圍內(nèi)其吸光度成線性的。摩爾吸光系數(shù)和靈敏度分別為4.23×104 L×mol-1×cm-1和10ng×cm-2。

4.1.7. 共存離子的影響

對(duì)于1μg/mL釩的測(cè)定，考查了50多種離子和復(fù)合試劑的影響，以相對(duì)誤差在5%以內(nèi),下列共存離子允許量為：1000倍量硫酸鹽、亞硫酸鹽、硝酸鹽、高氯化物、溴化物、氯化物、碘化物、硫氰化物、Na、Mg、Ba、K、Mn2+、Zn、NH4+、Ca、Cd；100倍量酒石酸鹽、氟化物、Co3+、Ni2+或Hg2+；10倍量EDTA、草酸鹽、檸檬酸鹽、Cr3+、疊氮化鉛、過硫酸鹽、磷酸鹽、W6+、As3+、Cs、Mn7+、Cr6+、Fe2+、Fe3+、CN-或U6+、EDTA可消除10倍量Ag、Al、Cu2+或Mo6+。硫氰酸胺或氟化胺可掩蔽50倍量Fe2+、Fe3+或Cu2+。在干擾實(shí)驗(yàn)中，如果出現(xiàn)沉淀物，可通過離心法除去。

4.1.8. 配合物的組成

用摩爾比法和等摩爾連續(xù)變化法測(cè)的配合物的組成為：V：DPCH=1：3。

4.1.9. 精密度和準(zhǔn)確度

釩濃度在1～300μg/10mL范圍內(nèi)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5～0.0%，說明此方法具有較好的精密度和重復(fù)性，檢出限和靈敏度分別為20ng/mL、10ng/cm2。通過回收實(shí)驗(yàn)來確定實(shí)驗(yàn)方法的可靠性。在樣品中加已知量的標(biāo)準(zhǔn)釩，測(cè)其回收率見表3中的SD。此方法也用于分析含釩和不同離子的合成混合物。分光光度法分析生物樣品的結(jié)果與原子吸收光譜法所測(cè)結(jié)果一樣。此方法具有良好的精密度和準(zhǔn)確度。

4.2. 應(yīng)用

4.2.1. 合成樣中釩的測(cè)定

現(xiàn)有方法可測(cè)定含義已知濃度釩和不同離子的合成樣，使用酒石酸鈉作掩蔽劑。結(jié)果見表1。

4.2.2. 合金鋼、鐵中釩的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取0.1g含0.52-2.09%釩的鋼或鐵樣于50mL錐形瓶中，加20% 10mL硫酸溶解，再加5mL硝酸，加熱至輕沸，待碳化物*溶解，加（1+1）硫酸2mL，加熱至冒白煙，冷卻至

表1 合成樣品中釩的測(cè)定

室溫。加適量去離子水微熱溶解鹽類，冷卻，滴加氨水中和。過濾，濾液轉(zhuǎn)入50mL容量瓶中，殘液用少量（1+99）硫酸潤(rùn)洗轉(zhuǎn)移，再用水潤(rùn)洗，稀釋至刻度。

取適量溶液于10mL容量瓶中，按實(shí)驗(yàn)方法，使用硫氰化物或氟化物作掩蔽劑，測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 合金鋼鐵分析數(shù)據(jù)

4.2.3. 環(huán)境水樣中釩的測(cè)定

在已過濾的環(huán)境水樣中加入1mL硫酸和5mL硝酸，在通風(fēng)櫥中加熱至近干，后加10mL去離子水微熱溶解鹽類，冷卻，滴加氨水中和。濾液轉(zhuǎn)入20mL容量瓶中，水稀至刻度。

吸取1mL預(yù)濃縮水樣于1mL容量瓶中，按實(shí)驗(yàn)方法，使用硫氰化物或氟化物作掩蔽劑，測(cè)定結(jié)果見表3。

大多數(shù)分光光度法測(cè)定自然界中和海水中釩需要預(yù)濃縮。在日本自然界中和海水中釩的濃度為每毫克幾納克。在美國(guó)酒水中釩平均濃度為每毫升6納克。

表3 環(huán)境污水中釩的測(cè)定結(jié)果

4.2.4. 生物樣中釩的測(cè)定

取20～50mL人血或30～50mL尿液于微型100mL凱氏燒瓶中，加入一個(gè)玻璃珠和5mL一定濃度硝酸，放于蒸煮瓶中微微加熱，當(dāng)活潑反應(yīng)結(jié)束時(shí)，冷卻轉(zhuǎn)移溶液。加硫酸再加1mL 70%高氯酸，繼續(xù)加熱冒白煙，再加硝酸持續(xù)加熱至少30分鐘，冷卻，過濾，滴加氨水中和，轉(zhuǎn)移到10mL容量瓶中，水稀至刻度。

吸取適量預(yù)濃縮的溶液于10mL容量瓶中，按實(shí)驗(yàn)方法，使用硫氰化物或氟化物作掩蔽劑。分光光度法分析生物樣的結(jié)果和原子吸收光譜法所測(cè)結(jié)果一樣。結(jié)果見表4。

表4 血液和尿樣中釩的測(cè)定數(shù)據(jù)

肺癌患者的高發(fā)生率可能是由于含有伴隨著砷和鋅的高量釩。據(jù)報(bào)道，一些發(fā)達(dá)國(guó)家的癌癥患者也出現(xiàn)含高量釩的現(xiàn)象。

心臟病患者低發(fā)率可能是由于環(huán)境中的釩量低。人類心臟病發(fā)生率與環(huán)境中釩濃度成反比關(guān)系。

4.2.5. 土壤樣品中釩的測(cè)定

準(zhǔn)確稱量100g干燥均勻的土樣于100mL凱氏燒瓶中。在氧化劑存在下，樣品被溶解。把燒瓶中的物質(zhì)用濾紙過濾到25mL容量瓶中，用氨水中和，水稀至刻度。

移取1-2mL適量溶液于100mL容量瓶中，加入適量0.001M硫酸，再加1-2mL 0.01%硫氰化物或氟化物掩蔽，按以上步驟進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)從工作曲線上求出標(biāo)準(zhǔn)值。結(jié)果見表5。

表5 土壤表面樣品中的釩測(cè)定結(jié)果

4.2.6. 混合物中四價(jià)釩和五價(jià)釩的測(cè)定

取適量釩混合液于25mL錐形瓶中。滴加幾滴0.001M硫酸，加1-3mL1%高錳酸鉀氧化四價(jià)釩。加5mL水后加熱10-15分鐘，輕搖，冷卻至室溫。滴加3-4滴*微熱，而后加2-3mL水，放置5分鐘。反應(yīng)后的混合液轉(zhuǎn)移到10mL容量瓶中，依次加入1mL 4.12×10-4M DPCH，0.5mL 0.001M硫酸，水稀至刻度。1分鐘后以試劑空白為參比于531nm處測(cè)量吸光度。通過工作曲線計(jì)算出釩含量。

表6 混合物中釩四價(jià)和釩五價(jià)物種的測(cè)定結(jié)果

取等量釩混合液于25mL燒瓶中，加入1mL 0.01%酒石酸掩蔽四價(jià)釩，滴加氨水中和。轉(zhuǎn)入10ml容量瓶中，加入0.5mL 0.001M硫酸，再加入1mL 4.12×10-4M DPCH,水稀至刻度。1分鐘后以試劑空白為參比于531nm處測(cè)吸光度。由工作曲線計(jì)算出釩含量，以μg/L或μg/mL為單位。可計(jì)算出五價(jià)釩的含量。總釩量減去此值得出四價(jià)釩量。結(jié)果是高重復(fù)性的。如此重復(fù)性好的結(jié)果也出現(xiàn)在不同價(jià)態(tài)釩中。一系列測(cè)定結(jié)果見表6。

5. 結(jié)論

使用DPCH測(cè)定釩的方法不僅具有較高的靈敏度，而且有較好的選擇性和簡(jiǎn)便性。因此該方法將被成功應(yīng)用于環(huán)境、生物、土壤樣品中微量釩的測(cè)定。無需萃取和使用有機(jī)溶劑，避免了有毒污染物。