二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法测定水溶液中微量铜离子论文文档格式.docx
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1.3.1常规分光光度法7
1.3.2催化动力学分光光度法8
1.3.3三元缔合物体系8
1.3.4萃取光度分析9
1.3.5固相光度法9
1.3.6流动注射一光度联用技术10
第2节DDTC分光光度法测微量铜含量10
前言10
2.1实验部分11
2.1.1实验原理11
2.1.2仪器11
2.1.3试剂12
2.1.4实验步骤12
2.2结果与分析13
2.2.1最大吸收波长的确定13
2.2.2缓冲溶液pH值的影响14
2.2.3掩蔽剂（EDTA-柠檬酸铵溶液）14
2.2.4缓冲溶液的加入量15
2.2.5显色剂的加入量对吸光度的影响16
2.2.6显色时间对吸光度的影响（络合物的稳定性）17
2.2.7优化总结18
2.2.8标准曲线18
2.3样品测定与分析19
2.3.1样品预处理19
2.3.2样品测定19
2.3.3样品消解对实验结果的影响20
2.3.4干扰离子实验20
2.3.5对比实验20
2.3.6结论21
参考文献22
致谢辞25
引言
社会的发展带来了城市化的扩大、人口的增加、人民生活水平的提高，然而随之而来的是人类活动导致的环境污染的急剧增加。
人工合成各类化学药品及各类金属离子的数目及产量以指数增长速度递增，造成了许多环境问题，这之中又以铜离子污染尤为突出，污染主要来源于电镀、冶金、化工等行业。
面对这种现实，环境保护成为每个人义不容辞的职责，这也是国民经济持续发展的必需。
鉴于此，环境化学已被列为化学中五个应优先发展的尖端领域之一。
作为环境化学的一个重要分支，环境分析化学，又是环境科学和环境保护的重要基础。
它是研究环境中污染物的种类、成分，以及如何对环境中化学污染物进行定性分析和定量分析的一个学科。
由于其研究对象广，污染物含量低，所以要求分析手段有更高的灵敏度和更低的检测限;
更高的分析速度和自动化程度;
更高的准确度和更好的精密度;
更好的选择性和更少的物质干扰;
更完善可信的形态分析。
要达到这一目标，就要应用现代分析化学中的各项新成就，以及其他技术科学的最新成就，来共同解决环境污染分析问题。
这其中之一就是研究发展适用于环境污染分析的新型仪器;
以及研究新型的分析方法，特别是发展准确、可靠、灵敏、快速、选择性强、简便的环境污染分析技术和新型污染物的分析测试方法。
分光光度法是一种重要的光谱化学分析手段，可以说其集众优点于一身，不仅检测限低，灵敏度高，选择性好，而且方法简捷快速，已经在短时间迅速发展成为分析领域中最重要的研究领域之一，并成功地应用于新型环境污染自动检测网络系统的建立、生产过程和化学反应的自动控制、临床化学中各种无机和有机分析、药物分析、免疫分析、生命分析及生命科学等领域[1]。
第1节绪论
1.1铜离子测定的意义和方法简介
自然界中广泛存在着多种碱金属、碱土金属、过渡金属和重金属元素。
这些金属元素在环境、生物、医学、化学科学中都具有非常重要的功能和作用。
铜离子的功能和作用更加丰富，它在不同浓度下往往会显示出差异性的正面作用或负面作用，当铜离子浓度低于1μM时，在许多生命过程（生物催化反应酶的辅酶、生物运输过程、生物合成等）中都是不可或缺的[2]。
然而，当在生物体中存在浓度过高时，铜离子则会产生对一些必须酶的抑制作用、生物氧化/还原过程异常、神经毒性等有害作用[3,4]。
铜离子在生命体系中具有重要作用，缺乏它将影响正常的生理活动，生物体需要适量摄入；
而有害金属离子对环境和健康的危害极大，往往来源于工农业生产的排放物。
因此，对于铜离子的准确定量分析和识别，将非常有助于研究生命必须金属元素在生物体中产生作用的机理、及时发现所缺金属元素并进行补充、有效监控环境危害铜离子在水质、土壤等环境样品中的存在等重要研究课题的开展。
目前常用的铜离子分析检测方法主要分为直接法和间接法两大类[5]。
直接法是一类直接利用金属离子自身物理、化学性质对其进行分析检测的方法，包括原子吸收/发射光谱法和离子选择性电极法；
间接法是一类利用金属离子和指示剂之间的特异性化学反应产生的信号变化对金属离子进行分析检测的方法如分光光度法。
直接法和间接法各有特点:
原子吸收/发射光谱法的优点是技术成熟、分析灵敏可靠、受样品中有机杂质等的干扰很小，缺点是仪器复杂、需要高温原子化部件、分析时能耗和成本高；
离子选择性电极法的优点是分析灵敏、对特定金属离子选择性好、电信号可方便的转换到用户界面，缺点是电极表面情况对分析结果影响较大、需要对电极进行保养、分析前需要繁琐的标定过程、溶液中电化学活性杂质对分析结果的影响较大；
而分光光度法在复杂组分系统之中，不需要分离，就可以检测出其中所含的极少量物质，简单方便，同时，分光光度法也是比色法的发展，比色法只限于可见光区，而分光光度法可以扩展到紫外光区和红外光区，具有较高的精度，满足了目前环境检测的要求，成为目前环境检测中较常用的方法。
1.2分光光度法概况
1.2.1分光光度法的定义
分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。
而分光光度计是指利用单色仪或特殊光源提供的特定波长的单色光通过标样和被分析样品，比较两者的光强度来分析物质成分的光谱仪器。
在分光光度计中，将不同的波长的光连续的照射到一定浓度的溶液中，便会得到波长相对应的吸收强度。
以浓度（C）为横坐标，吸收强度（A）为纵坐标，就可绘出该物质的吸收光谱曲线。
利用该曲线进行物质定性、定量的分析方法，称为分光光度法，也称为吸收光谱法。
1.2.2分光光度法的基本原理
根据朗伯———比耳定律：
A=abc（A=吸光度，b=溶液层厚度，c=溶液浓度，a=吸光系数。
而吸光系数与溶液的共性、温度以及波长等因素相关，而其他的组分对光的吸收可以忽略）由上式可以得出，当溶液厚度b和吸光系数a固定时，吸光度A与溶液浓度c成正比。
在定量分析时，需要先测定出溶液对不同波长光的吸收情况，确定最大吸收波长，然后以此测定一系列已知溶液浓度c的吸光度A，作出A~c工作曲线。
利用该曲线，在未知溶液浓度时，根据测量的吸光度A，查A~c曲线就可确定相应的浓度。
这就是分光光度法测量浓度的基本原理。
1.3分光光度法测定铜的新进展
1.3.1常规分光光度法
铜与BCO和乙醛的显色反应，建立了水相测定溶液中铜的光度分析新方法。
在pH值为8～10的条件下，铜与BCO和乙醛的配合物稳定保持在水相中，直接进行光度分析。
该体系的配合物在545nm处有最大吸收峰，线性范围为O～1µ
g/mL，其表观摩尔吸光系数为2．49×
104L/（mol·
cm），方法检出限为0．007µ
g/mL，该方法用于测定水中的铜在不同水平的加标回收率为99.8%～105.5%，相对标准偏差为1.1%。
该方法灵敏度、准确度高，测定过程迅速、简便，常见的其他成分无干扰。
基于BCO和铜的显色反应,魏本郡[6]
进行了一定的改正和补充,使铜的检测准确度大大提高。
司文会[7]
研究了双乙醛草酰二肼快速分光光度法,提出了测定铜的新方法,并用于粮食及饲料中铜的测定。
经过多次实验,刘延荣[8]
使铜－BCO这种不稳定络合物与乙醛作用,生成稳定的紫红色的铜一双乙醛草酰二腙络合物,在546nm处用分光度法进行测定，取得了较好效果。
王爱丽也做了类似的研究[9]
。
同时,铜－BAO显色体系也得到了改进（双乙醛草酰二腙法）。
李永权[10]
对该法进行了探讨,并测定了茶叶中的铜。
在酸性介质中,铜与2-（5-溴-2吡啶偶氮）-5-二乙氨基苯酚（5-Br-PADAP）生成有色物质,在560nm波长处进行检测。
铜含量在0~0.4μm/mL范围内符合比尔定律,本法无毒,适用于粮食中微量铜的测定图。
1.3.2催化动力学分光光度法
催化动力学光度法是以测量反应物浓度与反应速率之间的定量关系为基础,用分光光度计、荧光光度计等作为检测手段的一种动力学分析法。
近年来金属离子对有机试剂的氧化还原褪色反应的催化作用的研究日益增多,包括催化氧化动力学光度法、催化还原动力学光度法、阻抑动力学光度法等。
在盐酸介质中铜催化过氧化氢氧化酸性铬蓝K褪色是一个动力学光度法测定痕量铜的新方法,并用于饮用水中的测定[11]
张学兵[12-13]
等人研究了在弱酸性介质中微量铜催化H2O2
氧化罗丹明B和甲基橙褪色的指示反应。
张江[14]
根据铜能显著催化澳酸钾氧化结晶紫褪色,以CTMAB为增敏剂,在磷酸介质中建立了另一催化光度法测定痕量铜的新方法,此法检出限为8.3×
10-7g·
L-1
，并用于测定板蓝根中铜。
1.3.3三元缔合物体系
把由表面活性剂、被测组分和显色剂所组成的显色反应体系简称为三元缔合物体系。
该体系的形成在缔合物的特征吸收方面表现为红移和颜色的增加,显色反应的灵敏度提高。
在光度分析中,应用最广的是混合配位络合物、离子缔合物以及有表面活性剂参与的三元缔合物。
曹连城[15]
报道了基于溴化十六烷基吡啶（CPB）对二苯碳酰二肼（DPC）-Cu（Ⅱ）体系有强烈的增敏作用而建立起测定水中微量铜的新方法。
该方法表观摩尔吸光系数ε=1.65×
10６L·
mol-1·
cm-1。
程永华[16]
采用铜一硫氰酸盐一罗丹明B三元配合物光度法测定纯铝中微量铜。
铜一硫氰酸盐罗丹明件-明胶-乳化剂OP体系分光光度法测定微量铜,在明胶一乳化剂OP存在下,6mol/L的硫酸介质中,铜与硫氰酸盐和罗丹明B生成缔合物,最大吸收波长595nm,铜含量在0~5.00μg/25mL范围内服从比尔定律,并用于绿茶中微量铜的测定[17]。
1.3.4萃取光度分析
这是将萃取分离与光度分析两者结合在一起进行的用萃取方法将被测组分分离富集中,然后测定。
由于许多萃取剂同时也是显色剂,因而可以在有机相中直接光度测定这种方法不但可以提高被测组分的浓度,而且可以减少基体成分的干扰,在痕量分析中广泛应用。
测定清洁水样中的痕量铜,液一液萃取为最常用的富集手段。
铜与铜试剂（简称DDTC）形成的络合物在水中溶解度很小,通常是用四氯化碳萃取后进行分光光度分析
余金保[18]
在弱碱性条件下采用萃取光度法测定茶叶中可溶性微量铜。
赖丰英[19]
用异戊醇萃取后测定有机相,线性范围为10~20μg/50mL。
孙登明[20]
基于铜对过氧化氢氧化二苯碳酰二肼反应生成二苯卡巴腙具有催化作用,铜和二苯卡巴腙的显色产物能被氯仿萃取使有机相吸光度的增加,从而建立了催化一萃取光度法测定铜的新方法。
方法的线性范围为5.0~500μg/mL,直接用于水、铝合金和岩石中铜的测定。
1.3.5固相光度法
固相光度法是把分离富集与测定结合于一体的快速、简便、灵敏的分析方法。
研究的固相载体主要有树脂、泡沫塑料、硅胶、滤纸、结晶蔡等。
常用的测定方法是透射分光光度法、固相反射分光光度法。
在酸性条件下,铜与锌试剂生成绿色配合物,与717型强碱性阴离子交换树脂交换吸附,在640nm处进行树脂相分光光度法测定。
表观摩尔吸光系数比水相提高了11倍[21]
在NaAc-HAc（pH=4）介质中,铜-8经基喹啉显色络合物能定量被萘萃取,以双波长等吸收点法测量萘相的吸光度差。
铜在0~1.5μg/mL范围内符合比尔
定律[22]。
史峰山[23]等人提出了一种新的固相光度法—蜡相光度法。
以柠檬酸胺和EDTA为掩蔽剂,在pH=8.0的NaH2PO4
缓冲溶液中,铜与铜试剂反应生成的有色物质被固定在石蜡中,于438nm处测定吸光度。
铜含量在0~0.4μg/mL浓度范围内服从比尔定律。
1.3.6流动注射一光度联用技术
余萍[24]等利用鳌合树脂柱分离出干扰元素,同时把铜富集在树脂上,然后以混合显色液（3，5-diBrPADAP-乳化剂OP-乙醇-磷酸）作为淋洗液,将铜洗脱并显色直接在632nm处测定吸光度,检出限1.85μg/mL，在1,10-邻二氮杂菲存在下,铜对铁（Ⅲ）氧化半胱氨酸具有催化作用，建立了催化动力学光度法一FIA联用的新方法。
该方法检出限范围内服从比尔定律。
综上所述,近年来,随着灵敏度更高、选择性更好的新试剂的合成,多元配合物体系的不断发展以及痕量铜测定方法的不断进步,为分光光度法测定铜开拓了广阔的前景。
但是对于一些成分较复杂的样品中铜的检测以及一些生物样品中铜的形态分布仍然存在一定的困难。
因此,我们还需要发展新的更灵敏的分析仪器和分析方法。
第2节DDTC分光光度法测微量铜含量
前言
铜离子在浓度较高时，是一种有害的环境污染物[25,26]，会对动植物造成毒害，当人体摄入大量的铜离子之后，极易对身体内的脏器造成负担，特别是肝和胆，当这两种器官出现问题后，维持人体内的新陈代谢就会出现紊乱，导致肝硬化、肝腹水甚至更为严重。
相反，铜离子在浓度适宜时，则是维持生命体正常生理功能的必须元素之一[27,28]，如铜离子对人体大脑、心脏、造血、抵御癌症、抗衰老等方面都具有重要的作用。
缺乏铜离子将会导致脑细胞中的色素氧化酶减少、活力下降，从而使记忆衰退、思维紊乱；
铜离子参与形成的氧化酶也是构成心脏血管的基质胶原和弹性蛋白形成过程中必不可少的物质；
人体造血也离不开需要铜离子合成的血浆铜蓝蛋白；
另外，铜离子对癌细胞也有一定的抑制作用，一些含铜的金属硫蛋白、超氧化物歧化酶等具有较强的清扫代谢废物的功能，能够延缓衰老。
因此，准确分析测定样品中铜离子的含量对于监控环境质量、居民饮用水及食品安全、营养健康状态等非常重要。
我国的饮用水安全标准要求饮用水中铜离子的含量必须不高于1ppm[29]。
目前常见的用于铜离子分析检测的仪器和方法主要包括离子色谱法、分光光度法、荧光光谱法和原子吸收/发射光谱法、电化学方法等。
其中分光光度法由于其所需仪器设备简单、分析迅速，方便实现半定量分析等特点，近年来越来越受到科学家们的广泛关注[30]。
2.1实验部分
2.1.1实验原理
在氨性溶液中（pH9-10），铜与DDTC作用，生成摩尔比为1:
2的黄棕色络合物，反应式如下：
该络合物可被四氯化碳或三氯甲烷萃取，其最大吸收波长为440nm。
在测定条件下，有色络合物可稳定1h，与标准系列比较定量。
2.1.2仪器
722分光光度计；
20mm比色皿；
125mL分液漏斗
2.1.3试剂
1）盐酸、硝酸、高氯酸、氨水：
优级纯；
四氯化碳、三氯甲烷；
氨水；
2）铜标准储备溶液：
准确称取1.000g金属铜（99.9%）置于150mL烧杯中，加入硝酸20mL，加热溶解后，加入硫酸10mL并加热至冒白烟。
冷却后，加水溶解并转入1000mL容量瓶中，用水定容至标线。
此溶液1.00mL含1.00mg铜。
铜标准使用液由上述标准储备溶液稀释成5.00mg/L;
3）0.2%（m/v）乙氨基二硫代甲酸钠溶液：
称取0.2g试剂溶于水中并稀释至100mL，用棕色玻璃瓶贮存，放在暗处可以保存两周；
4）0.4g/L甲酚红指示液：
称取0.02g试剂溶于95%乙醇50mL中；
5）EDTA-柠檬酸铵溶液：
称取5gEDTA和20g柠檬酸铵溶于水中并稀释至100mL，加入4滴甲酚红指示液，用氨水调至pH8-8.5（由红色变为浅紫色），加入少量DDTC溶液，用四氯化碳萃取提纯；
6）氯化铵-氢氧化铵缓冲液1：
称取70g氯化铵溶于适量水中，再加入570mL氨水，用水稀释至1000mL。
此缓冲溶液的pH值约为10.0。
7）氯化铵-氢氧化铵缓冲液2：
称取70g氯化铵溶于适量水中，再加入46mL氨水，用水稀释至1000mL。
此缓冲溶液的pH值约为9.0。
2.1.4实验步骤
1）取125mL分液漏斗，加入5μg/mL铜标准使用液6mL，加水至体积50mL，加入10mLEDTA-柠檬酸铵溶液，50mL氯化铵-氢氧化铵缓冲溶液，摇匀。
2）加入0.2%DDTC溶液5mL，摇匀，静置5min。
3）加入10mL四氯化碳（或三氯甲烷），用力振荡不少于2min，静置分层。
4）用滤纸吸去漏斗颈部的水分，塞入一小团脱脂棉，弃去最初流出的有机相1-2mL，然后将有机相放入10mm干燥的比色皿中，于一定波长处，以四氯化碳（或三氯甲烷）作参比，测量吸光度。
2.2结果与分析
2.2.1最大吸收波长的确定
取6.00mL5μg/mL铜标准使用液，按2.1.4测不同波长下的吸光度。
测量结果见表1.以加入0.00mL铜标准使用液所得到的吸光度作为试剂空白值，其它吸光度数据减去试剂空白值，以波长作为横坐标，吸光度值作为纵坐标，绘制标准曲线,见图1。
表1不同波长下的吸光度
波长（λ）
400
410
420
430
435
440
吸光度（A）
0.20
0.35
0.52
0.55
0.57
0.6
445
450
460
470
480
490
0.58
0.40
0.31
0.23
0.22
图1光谱曲线
由图可知，最大吸收峰出现在440nm处。
所以，以下实验均测定440nm的吸光度值。
2.2.2缓冲溶液pH值的影响
缓冲溶液的pH值，标准法介绍为8-10，缓冲溶液的pH值为10.1,当pH8-9时，在测定范围内，DDTC与铜反应完全，当pH>
9时，由于EDTA的作用，铜与DDTC反应不完全。
又考虑到水样一般要酸化，故取缓冲液pH值为9.0。
使用不同浓度的铜标样，在pH为9.0和10.0的缓冲溶液中进行对比试验，结果见表2。
表2不同PH缓冲溶液的对比试验
PH
铜标准溶液
（mg/L）
测定平均值
相对标准偏差
（%）
回收率
10.0
9.0
0.1005
0.4982
0.0937
0.4706
0.1021
0.4922
5.4
4.3
1.8
1.1
92.7
95.7
101.6
98.8
当pH为10.0时，由于EDTA的与铜离子的作用，产生了较大的相对标准偏差（实验精密度水平较差），而且回收率值反应出体系存在较大的负误差；
当pH为9.0时，标准偏差在2.0%以内和回收率在98.8~101.6%，都有了显著改善，因此反应pH值选取为9.0。
2.2.3掩蔽剂（EDTA-柠檬酸铵溶液）
取6mL5μg/mL铜标准使用液，按2.1.4的实验步骤，其中隐蔽剂用量分别为1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL、5.00mL、6.00mL，其余试剂用量不变，测定440nm的吸光度值，结果见表3。
绘制相关曲线见图2。
由图可知，用量为5mL时，吸光度最大，故选择隐蔽剂用量为5mL。
表3显色剂的加入量与吸光度的关系
隐蔽剂用量（mL）
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
0.03
0.21
0.42
图2显色剂的加入量与吸光度的关系曲线
2.2.4缓冲溶液的加入量
取6mL5μg/mL铜标准使用液，按2.1.4的实验步骤，其中缓冲液用量分别为3.00mL、4.00mL、5.00mL、6.00mL、7.00mL、8.00m
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