夏新泉，王丹蕾

(湖北師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 黃石 435002)

0 引言

所謂形態(tài)分析是指表征與測(cè)定元素在樣品中存在的各種物理形態(tài)與化學(xué)形態(tài)的過(guò)程，即對(duì)元素的各種存在形式(包括游離態(tài)、共價(jià)絡(luò)合態(tài)、絡(luò)合配位態(tài)、超分子結(jié)合態(tài)等)的定性與定量分析[1]。隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到化學(xué)元素對(duì)人體和環(huán)境的作用與其存在形態(tài)有著密切的聯(lián)系，元素的毒性與其存在形態(tài)密切相關(guān)。例如：As(Ⅲ)是砷元素最毒的形態(tài)，而As(Ⅴ)、單甲基砷酸鹽和二甲基砷酸鹽的毒性依次減小，而甜菜堿砷或苦膽堿砷則是無(wú)毒的[2]；Cr(Ⅲ)是人體必需的營(yíng)養(yǎng)成分，而Cr(Ⅵ)則是有毒和致癌的[3]。因此，形態(tài)分析研究對(duì)于揭示微量元素在環(huán)境和生命科學(xué)中的遷移/轉(zhuǎn)化規(guī)律及其生物活性和毒性作用是非常重要的，它可以為人們提供更多的有用信息，在生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、臨床科學(xué)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域的研究中具有重要的意義，形態(tài)分析越來(lái)越引起人們的關(guān)注，已經(jīng)成為分析科學(xué)中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

砷是一種廣泛分布于自然界的元素。除發(fā)現(xiàn)少量的天然砷外，已知有150多種含砷礦物。此外，海水中平均含有1.1 mg·L-1的砷，在礦泉水、土壤和人體中都有微量的砷。含砷物質(zhì)一般有毒，且As(Ⅲ)比As(Ⅴ)的毒性更大。近年來(lái)，由于采煤及其它工業(yè)污染，使地下水中砷的濃度不斷增加，砷污染已經(jīng)成為一種潛在的公共衛(wèi)生問(wèn)題，亞洲地區(qū)特別是孟加拉國(guó)地下水的砷污染問(wèn)題已經(jīng)受到國(guó)際社會(huì)特別的關(guān)注。長(zhǎng)期服食含砷0.1～4.7 mg·L-1的水會(huì)引起慢性中毒[4]，所以監(jiān)測(cè)環(huán)境中無(wú)機(jī)砷的含量是否超標(biāo)，以及測(cè)定它的不同價(jià)態(tài)的含量，對(duì)于科學(xué)的判斷其毒性的大小有著非常重大的意義。

要實(shí)現(xiàn)砷的不同價(jià)態(tài)的測(cè)定，常常需要采用靈敏度高的儀器檢測(cè)技術(shù)，并與有效的分離/預(yù)富集手段相結(jié)合。用于分離富集As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的方法有很多，如溶劑萃取[5]、離子交換[6]等。范華均等[7]采用巰基棉在1mol·L-1鹽酸介質(zhì)中，巰基棉可定量吸附As(Ⅲ)，而As(Ⅴ)不被吸附；用KI-(NH2)2CS2預(yù)先還原As(Ⅴ)后采用吸附溶出伏安法測(cè)定；唐安娜等[8]利用在不同pH值下As(Ⅲ)、As(Ⅴ)與二硫代氨基甲烷(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為APDC)絡(luò)合的程度不同,可以將二者分開(kāi)，隨后加入Triton X-114后用濁點(diǎn)萃取法進(jìn)行萃取后,再用原子吸收光譜法進(jìn)行檢測(cè)。目前用于測(cè)定砷的方法很多，常見(jiàn)的有新銀鹽分光光度法[9]，原子吸收法[10]。此外,還有電感耦合-等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[11]，陰極溶出伏安法[12]等。

本文建立了以APDC負(fù)載活性炭(簡(jiǎn)稱(chēng)為負(fù)載活性炭)作為固相萃取劑選擇性吸附水溶液中的As(III)與新銀鹽分光光度法聯(lián)用砷形態(tài)分析的新方法，該方法具有儀器簡(jiǎn)單、所用材料價(jià)廉易得、高效快速、高選擇性、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器

722型光柵分光光度計(jì)(上海第三分析儀器廠制造)，pHS-3C 型精密pH計(jì)(上海雷磁儀器廠)，自動(dòng)雙重水蒸餾器(上海亞太技術(shù)玻璃公司)， AG245電子天平(瑞士梅特立)，80-1(YXJ-1)型離心機(jī)(江蘇省金壇縣國(guó)華儀器廠)，超聲波清洗器(上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司)， UV-2501PC紫外分光光度計(jì)(日本島津)。

1.2 主要試劑

濃鹽酸，濃硫酸，乙醇(950 g·L-1)，硝酸-硝酸銀溶液(8.16 g·L-1)，聚乙烯醇((C2H4O)x)(2g·L-1)，吸收液的配制：取上述的硝酸銀、聚乙烯醇、乙醇(950 g·L-1) 的溶液按1∶1∶2的體積比例混合。(混合過(guò)程須按次序的先后，先硝酸銀與聚乙烯醇混合后，再將乙醇緩緩加入，以防溶液出現(xiàn)混濁)。配制1% (g·mL-1)的APDC溶液10 mL.配制0.25 g·mL-1的Na2S2O3溶液100 mL.

以上所用試劑均為分析純，水為二次蒸餾水。其余試劑所用規(guī)格及配制方法參考GB 11900-1989[13]。

1.3 活性碳負(fù)載APDC的制備

稱(chēng)取2.01g活性碳, 加入至10 mL 1% APDC溶液中，然后再超聲15 min.用布氏漏斗抽慮，將負(fù)載活性炭于60℃下干燥，冷卻后置于棕色瓶中儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 As(Ⅲ/Ⅴ)的形態(tài)分析

1.4.1 As(Ⅲ)的測(cè)定 于10 mL離心管中，加入500 μg·mL-1As(Ⅲ) 的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液0.12 mL,0.01 mol·L-1的HCl溶液5 mL，加蒸餾水定容為10 mL，再加入適量的活性炭(0.3 g)，混勻。超聲15 min 后取出，在高速離心機(jī)上以3500 r/min離心10 min，用5 mL 0.1 mol·L-1的HNO3洗脫，取上層清液5 mL于50 mL的錐形瓶中，加入20 mL的蒸餾水，搖勻。再加入5 mL的硫酸-酒石酸于溶液中，向干吸收管中，加5.00 mL吸收液。放1片硼氫化鉀于發(fā)生器的小泡中，再放一片硼氫化鉀于溶液中，立即蓋好橡皮塞，待反應(yīng)完畢 (3～5min)，再將小泡中的硼氫化鉀片倒入溶液中，反應(yīng)完畢，使砷化氫完全釋放出來(lái)。

空白試驗(yàn)：與測(cè)定同步進(jìn)行空白試驗(yàn)，取25mL蒸餾水代替試樣，所用試劑及其用量均與測(cè)定試樣相同，測(cè)定步驟亦相同，但用蒸餾水作為參比溶液。

測(cè)量：用10mm比色皿，以試劑空白為參比溶液，在250 nm處，測(cè)量吸收液的吸光度，減去空白試驗(yàn)的吸光度，從校準(zhǔn)曲線上查得待測(cè)試樣的含砷量。

以上測(cè)定方法參考GB-11900-89[13]的方法進(jìn)行。

1.4.2 As(Ⅴ)的測(cè)定 按照As(Ⅲ)的吸附的步驟, 取洗脫液5 mL于50 mL的錐形瓶中加入20 mL的蒸餾水，搖勻。再加入5mL的硫酸-酒石酸于溶液中。調(diào)節(jié)溶液的酸度使pH=1，加入1mL的0.25 g·mL-1的Na2S2O3放置15min，將As(Ⅴ)還原為As(Ⅲ)，供測(cè)定使用。其余步驟同1.4.1.

2 結(jié)果與討論

2.1 活性碳負(fù)載APDC量的測(cè)定

準(zhǔn)確移取1% 的APDC溶液1.00 mL，加入4 mL的蒸餾水混勻，再準(zhǔn)確移取活性炭負(fù)載后的上層清液1.00 mL，加入4 mL的蒸餾水混勻。以蒸餾水為參比分別測(cè)定APDC在250nm處的吸光度。測(cè)定結(jié)果為：母液的吸光度為0.387，上層清液的吸光度為0.292.經(jīng)計(jì)算得活性碳的負(fù)載量為：1.21 mg·g-1.

2.2 酸度的影響

在9只10 mL的離心管中，分別加入5 mL不同酸度的緩沖液，0.12 mL的500 μg·mL-1的As(Ⅲ)標(biāo)液，加蒸餾水定容至10 mL.按1.4.1的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，取上層清液，測(cè)定其吸光度，結(jié)果如圖1.結(jié)果表明，在pH為1.8～2.5的試樣溶液中，萃取率最大。綜合考慮其它因素，本實(shí)驗(yàn)選用0.01 mol·L-1的鹽酸溶液為緩沖液。

圖1 pH對(duì)萃取率的影響

2.3 吸附時(shí)間的優(yōu)化

在6支10 mL的離心管中，加入5 mL的0.01mol·L-1的鹽酸溶液，0.12 mL 500μg·mL-1的As(Ⅲ)標(biāo)液，加蒸餾水定容至10 mL，分別超聲5～40 min，按1.4.1的實(shí)驗(yàn)方法，取上層清液,測(cè)定其吸光度。結(jié)果表明，隨著時(shí)間的增大，吸附率有減小的趨勢(shì)，可能是因?yàn)槌晻r(shí)間長(zhǎng)了水溫有所增加的原因。所以本實(shí)驗(yàn)選用超聲時(shí)間為15 min,此時(shí)的萃取率最大。

2.4 洗脫液濃度的優(yōu)化

在12支10 mL的離心管中，加入5 mL的0.01mol·L-1的鹽酸溶液，0.12 mL 500μg ·mL-1的As(Ⅲ)標(biāo)液，加蒸餾水定容至10 mL.加入適量負(fù)載活性炭(0.3 g)，超聲15 min后，倒去上層清液，在離心管中分別加入5 mL的0.01、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mol L-1的硝酸、鹽酸，按照1.4.1的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行，取上層清液，測(cè)其吸光度。結(jié)果表明：當(dāng)HNO3濃度為0.1mol·L-1時(shí)，回收率最大。所以本實(shí)驗(yàn)選用0.1mol·L-1的HNO3為洗脫液。HCl在0.1mol·L-1時(shí)也可以將吸附的As(Ⅲ)洗脫，但是回收率沒(méi)有HNO3的高。

2.5 洗脫時(shí)間的優(yōu)化

在6支10 mL的離心管中，加入5 mL的0.01 mol·L-1的鹽酸溶液，0.12 mL 500μg·mL-1的As (Ⅲ)標(biāo)液，加蒸餾水定容至10 mL后,超聲15min倒去上層清液，在離心管中加入5 mL的0.1 mol·L-1的HNO3后分別超聲5、10、15、20、30、40min，按照1.4.1的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行，取上層清液測(cè)其吸光度。結(jié)果表明：在超聲時(shí)間為20 min時(shí)的回收率最大。隨著時(shí)間的增大洗脫率有所下降，可能是因?yàn)樗疁氐淖兓鶎?dǎo)致的。所以本實(shí)驗(yàn)選擇的洗脫時(shí)間為20 min.

2.6 吸附容量的測(cè)定

在3支10 mL的待測(cè)溶液體系中分別加入0.12，0.24，0.36 mL 500μg·mL-1的As(Ⅲ)標(biāo)準(zhǔn)液，5mL的0.01 mol·L-1的鹽酸溶液，加蒸餾水定容至10 mL后，再加入0.3 g的活性碳，按照實(shí)驗(yàn)1.4.1的測(cè)定方法進(jìn)行，取上層清液進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果如表1.

2.7 富集倍數(shù)

固定待測(cè)的As(Ⅲ)溶液的含量為60 μg.制成試樣體積為25、50、100、150、200 mL的溶液，經(jīng)負(fù)載活性炭吸附處理，用5 mL的0.1 mol·L-1的HNO3洗脫，取洗脫后的上層清液按1.4.1進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，可見(jiàn)當(dāng)分析試樣為25mL時(shí)，As(Ⅲ)能定量回收，相應(yīng)的富集倍數(shù)為：

V

試樣

/

V

洗脫液

= 5

表1 吸附容量的測(cè)定

表2 樣品體積的影響

2.8 干擾離子的影響

在10 mL的待測(cè)溶液體系中，分別加入K+，Na+， Ca2+，Mg2+，Zn2+五種不同濃度的離子標(biāo)液，測(cè)定砷的吸附率，其結(jié)果如表 3 所示，從中可以看出，在各干擾離子為10倍時(shí)，基本無(wú)影響，干擾離子為50倍和100倍時(shí)影響較大，所以在測(cè)定前，要先處理好樣品，加入相應(yīng)的掩蔽劑如加入EDTA等。

表3 干擾離子的影響

3 實(shí)際樣品分析

取25 mL的自來(lái)水樣，調(diào)節(jié)溶液pH為1，加入5 mL 0.25 g·mL-1的Na2S2O3溶液，靜置15min后備用。取5 mL的水樣加入5 mL的0.01 mol·L-1的鹽酸溶液，在選定的最佳條件下，測(cè)定自來(lái)水樣中的總砷的含量，再取5 mL的未經(jīng)還原的水樣測(cè)定As (Ⅲ) 的含量，用總砷量減去As(Ⅲ) 的含量，就是溶液中As(Ⅴ)的含量。由于水樣中未檢測(cè)出砷含量所以同時(shí)做加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4.

表4 水樣中無(wú)機(jī)砷的形態(tài)分析

4 結(jié)論

本文提出了固相萃取與新銀鹽法聯(lián)用的新方法，該方法是利用活性炭負(fù)載APDC后，在一定酸度下可以將As(Ⅲ)與As(Ⅴ)選擇性吸附.從而達(dá)到分別測(cè)定不同形態(tài)的砷的含量的目的?；钚蕴渴且环N廉價(jià)易得的固相萃取劑，經(jīng)與APDC負(fù)載后,可以通過(guò)控制酸度達(dá)到對(duì)As(Ⅲ)與As(Ⅴ)的分離；新銀鹽法是一種操作簡(jiǎn)單,準(zhǔn)確及靈敏度較好的測(cè)定砷的方法。二者聯(lián)用具有操作簡(jiǎn)便、安全、高效快速、高選擇性、成本低、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，并且適用于測(cè)定環(huán)境樣品中砷的含量。

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