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目录
中英文摘要………………………………………………………………………2
1引言……………………………………………………………………………3
2实验部分………………………………………………………………………4
2.1仪器与试剂……………………………………………………………………4
2.2实验方法………………………………………………………………………4
3结果与讨论……………………………………………………………………5
3.1吸收光谱………………………………………………………………………5
3.2酸度的影响……………………………………………………………………5
3.3显色剂用量的影响………………………………………………………………6
3.4氧化剂用量的影响……………………………………………………………6
3.5反应温度的影响………………………………………………………………6
3.6反应时间的影响………………………………………………………………7
3.7体系的稳定性…………………………………………………………………7
3.8共存离子的影响………………………………………………………………8
3.9工作曲线………………………………………………………………………8
4样品分析及结果………………………………………………………………8
4.1样品的消解……………………………………………………………………8
4.2样品的测定……………………………………………………………………9
5结论……………………………………………………………………………9
参考文献………………………………………………………………………10
声明……………………………………………………………………………12
致谢……………………………………………………………………………13
催化动力学光度法测定铜含量
王云
(内江师范学院化学化工学院,四川内江641112)
摘要:
本文研究了在H2SO4介质中,Cu(Ⅱ)对KBrO3氧化还原型罗丹明B的显色反应有着强烈的催化作用。
结果表明,最大吸收波长为557nm,铜离子浓度在8.1×10-8~2.0
×10-5mol·L-1范围内符合比尔定律,摩尔吸光系数ε=5.78×10-4L·mol-1·cm-1。
用于测定发样中铜含量,获得了满意的结果。
关键字:
铜;罗丹明B;光度法;催化氧化显色反应
CatalyticKinetic
SpectrophotometricDeterminationofCopper
WANGYun
(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,
NeijiangNormalUniversity,Neijiang,Sichuan641112,China)
Abstract:
InsulfuricacidsolutiontraceCu(Ⅱ)catalyzesstronglythechromogenicOxidationofreductantformofRhodamineBwithpotassiumbromate.Theresultshowthatthemaximumabsorptionofthesystemisat557nm.itobeysBeer,slow.Canbeusedforthedeterminationofcoppercontentinhairsampleswithsatisfactoryresults.
Keywords:
copper;RhodamineB;Spectrophotometry;Catalyticoxidizingchromogenicreaction
催化动力学光度法测定铜含量
王云
(内江师范学院化学化工学院,四川内江641112)
1引言
铜是人体内的一种必需微量元素,同时也是人体内多种酶的活性成分,在人体的新陈代谢过程中起着非常重要的作用[1],如铜蓝蛋白、细胞色素、C氧化酶等需要铜的参与活化,对机体的新陈代谢过程产生作用,促进人体的许多功能。
按照生物学说法,人体不需要太多的铜,只要2mmol就足以维持人体正常生理功能,如果体内有过多的铜,反而会使人中毒。
铜存在于人体的许多器官中,尤其是以肝和脑中含量较多。
铜可以提高某些止痛药的效果。
风湿病人都相信,铜手镯可以减轻关节疼痛。
铜还可以促进无机铁转变成有机铁,促进铁由贮存场所进入骨髓,增加小肠对铁的吸收,加速血红蛋白的合成及抑制红细胞的成熟和释放。
铜是构成抗坏血酸氧化酶、铵氧化酶的活性中心的必需组分,对维持血管、骨基质和结缔组织的韧性和弹性起着非常重要的作用,铜也是酪氨酸酶的组成成分,该酶可催化黑色素的生成,缺铜常引起毛发脱落[2]。
同时,铜对细胞生长、造血、某些酶的活性及内分泌等功能也有着重要作用。
在正常的饮食环境下,成年人很少会出现缺铜的症状,而幼儿则可能会出现嗜中性白血球减少症和贫血以及骨质疏松、缺损和易碎等铜缺乏症[3-4]。
但摄入的铜量过多还是会对人和动植物造成害[5-6],通常口服剂量为200mg·kg-1体重·d-1则会导致人致死。
过量铜对水生生物的危害也较大,其毒性与其形态有关,游离的铜离子的毒性比络合态的铜的毒性大得多[7]。
人发中的微量元素与体内的元素含量对对应,和环境中元素的丰度相关,反映了人体自环境的摄入水平。
用头发监测环境污染物对人体长期的慢性影响,往往比血、尿的测定有稳定的结果。
当人体内某些组织发生病理变化或发生新陈代谢障碍时,头发中的微量元素也会随之发生变化[8]。
人发测定在医学、生态学、环境科学、生物地球化学和法医学等学科领域中有着广泛的应用前景。
因此,对铜的研究一直受到生物学、环境科学和农学等领域的广泛关注[9-11]。
目前,环境、植物、食物、药物中微量铜的测定常用原子吸收光谱法、萃取光度法等。
这些方法中,原子吸收光谱法的仪器设备非常昂贵,分析成本较高,而且操作繁琐,不利于推广应用。
萃取光度法虽然所需要的仪器价格低廉,但灵敏度较低,需要对样品进行分离富集,操作繁琐,而且所用的有机萃取剂常常对操作人员的身体健康有害。
光度法是应用广泛的一种分析方法,人们利用有色化合物的生色或褪色进行光度法分析,有着较高的灵敏度,但用经典光度法测定存在着许多缺陷[12-14]。
催化动力学分光光度法是在经典光度法的基础上发展起来的新型的高灵敏度的光度法,,具有灵敏度高、操作简便、仪器价廉、分析成本低,可以不用有毒有机萃取剂、便于推广等优点,正好可以弥补原子吸收光谱法和萃取光度法的缺陷,因而备受各个领域的关注,是极具发展前景的新型分析方法,相关研究颇为活跃[15-17]。
关于催化动力学分光光度法测定Cu(Ⅱ)已有不少文献的报道[18-21],但大多都是利用铜催化过氧化氢氧化有机染料褪色为指示的反应。
罗丹明B体系具有较大的摩尔吸光系数,可用于催化动力学分析,其测定的灵敏度比一般指示剂的灵敏度高很多。
本研究发现,在硫酸介质中Cu(Ⅱ)对溴酸钾氧化罗丹明B的褪色反应有着强烈的催化作用,在此基础上形成了一种催化动力学光度法测定微量铜离子的反应体系,可用于一些含铜物质的测定。
2实验部分
2.1仪器与试剂
仪器:
T-6新世纪紫外可见分光光度计;501超级恒温仪;PHS-10A型数字式pH计;电子天平(赛多利斯科学仪器有限公司)。
试剂:
铜标准溶液(0.01mol·L-1):
准确称取细铜丝0.0636g于100ml烧杯中,加入一定量稀硝酸,待其溶解完全,定量转移到100mL容量瓶中,定容,摇匀,备用。
使用时将溶液稀释100倍,成为1.0×10-4mol·L-1的工作液。
KBrO3溶液(0.03mol·L-1):
准确称取0.0501g溴酸钾于100ml烧杯中,加水溶解,定量转移到100ml容量瓶中,定容,摇匀,备用。
罗丹明B溶液(2.5×10-4mol·L-1):
准确称取0.0299g罗丹明B于100ml烧杯中,加水溶解,定量转移到250ml容量瓶中,定容,摇匀,备用。
抗坏血酸溶液(0.01mol·L-1):
准确称取0.4403g抗坏血酸于100ml烧杯中,加水溶解,定量转移到250ml容量瓶中,定容,摇匀,备用。
H2SO4溶液:
0.20mol·L-1。
所有试剂均为分析纯,实验用水为去离子水。
2.2实验方法
于两支25mL的比色管中,分别加入4.0ml浓度为0.20mol·L-1的H2SO4,1.0ml浓度为2.5×10-4mol·L-1的罗丹明B溶液,1.0ml浓度为0.03mol·L-1的KBrO3溶液,在其中一只比色管中加入5.0ml浓度为1.0×10-4mol·L-1的Cu(Ⅱ)标准溶液,另外一只不加,两只比色管均用去离子水定容,摇匀,同时放入60℃水浴中加热6min,迅速取出,于两只比色管中分别加入1.5ml浓度为0.01mol·L-1的抗坏血酸溶液,流水冷却4min,终止反应。
于1cm比色皿中,以水作参比,在波长557nm处测定非催化反应溶液的吸光度A0和催化反应溶液的吸光度A,并计算出吸光度差值△A=A0-A。
3结果与讨论
3.1吸收光谱
按实验方法在不同波长条件下测定溶液的吸光度,结果如图1所示,图中1表示显色反应的吸收曲线。
2表示在1的基础上加了氧化剂,吸光度降低。
3表示在1的基础上加了氧化剂、催化剂,吸光度明显降低。
结果表明,铜对溴酸钾氧化罗丹明B的褪色反应有着强烈的催化作用,在557nm波长处,△A最大。
实验选择558nm作为测定波长。
图1吸收光谱
1-罗丹明B+H2SO4+抗坏血酸
2-罗丹明B+H2SO4+抗坏血酸+KBrO3
3-罗丹明B+H2SO4+抗坏血酸+KBrO3+Cu(Ⅱ)
3.2酸度的影响
按实验方法,试验了不同用量的硫酸溶液对反应的影响。
结果表明:
硫酸溶液的用量在3~4ml之间,ΔA最大且稳定,因此本实验选用3.5ml,如图2。
图2酸度的影响
3.3显色剂用量的影响
按实验方法,试验了不同用量的罗丹明B溶液对反应的影响。
结果表明:
罗丹明B溶液的用量在0.5~1.5ml之间时,吸光度随显色剂用量的增加变化不大,当显色剂用量为1.0ml时吸光度最大且稳定,因此本实验选用1.0ml,如图3。
图3显色剂用量的影响
3.4氧化剂用量的影响
按实验方法,试验了不同用量的溴酸钾溶液对反应的影响。
结果表明:
溴酸钾溶液的用量在0.5~1.5ml之间时,吸光度随氧化剂的用量增加变化不大,当氧化剂的用量为1.0ml时吸光度最大且稳定,因此本实验选用1.0ml,如图4。
图4氧化剂用量的影响
3.5反应温度的影响
按实验方法,试验了不同温度条件下对反应的影响。
结果表明:
该催化反应在室温下反应速度很慢,但随着温度的升高反应速率加快。
当温度为60℃时,ΔA最大且稳定,当温度高于60℃时,ΔA减小,表明非催化反应比催化反应的速度增加得快,因此本实验选定温度为60℃,如图5。
图5反应温度的影响
3.6反应时间的影响
按实验方法,试验了不同的反应时间对反应的影响。
结果表明:
该反应在60℃时,该催化反应开始随着时间的推移ΔA增大,6min以后ΔA开始减小。
表明非催化反应比催化反应的速度增加得快,因此本实验选定反应时间为6min,如图6。
图6反应时间的影响
3.7体系的稳定性
按实验方法,试验了硫代硫酸钠、亚硫酸钠及抗坏血酸终止反应。
结果表明:
抗坏血酸的效果最佳,体系的稳定性随着抗坏血酸用量的增加而增加,但抗坏血酸的用量太多能使被氧化的罗丹明B还原。
抗坏血酸溶液的用量为1.5ml时,△A最大,能使线性关系好且△A在8h以内不变,因此本实验选用1.5ml的抗坏血酸溶液,如图7。
图7体系的稳定性
3.8共存离子的影响
对2.0×10-5mol·L-1铜(Ⅱ)标准进行测定,当相对误差为±5%,允许下列倍数共存离子存在:
Cl一、NO3--、S042一、NH4+,3000倍PO43-、K+,2000倍Na+、Ca2+、Mg2+、800倍Al3+,400倍Ba2+、Ti(Ⅳ)、100倍Cd2+、200倍Mo(Ⅵ)、Ag+、Pb2+、300倍Co2+、Mn2+,100倍I-、Ni2+、Zn2+、Br-,2倍的Fe3+均不干扰测定。
高于允许量的Fe3十,可加入氟化钠0.5mg予以消除[5]。
3.9工作曲线与检出限
准确配制一系列铜标准溶液,在优化实验条件下,按试验方法测定吸光度并与浓度绘制工作曲线。
结果表明,铜含量在8.1×10-8~2.0×10-5mol·L-1范围内符合比尔定律,线性关系良好,直线回归方程ΔA=0.0200C+0.1646,相关系数r=0.9997,摩尔吸收系数ε=5.78
×10-4L·mol-1·cm-1。
图8工作曲线
4样品分析及结果
4.1样品消解
用2%的洗洁精浸泡发样0.5h后,用清水洗净,在150℃下烘1h。
称取发样1.0000g置于100mL烧杯中,加入混合酸10ml(硝酸6ml,高氯酸4ml),盖上表面皿后置于通风橱中浸泡过夜,次日低温消解至冒高氯酸烟,蒸发至近干。
溶液呈无色,冷却后加盐酸(1+9)ml,移入100mL容量瓶中,加水定容,摇匀[22],备用。
4.2样品的测定
取待测样品及空白对照液5.0ml与25ml比色管中,分别依次加入4.0ml硫酸溶液,1.0ml罗丹明B溶液,1.0ml溴酸钾溶液,用去离子水定容,摇匀,同时放入60℃水浴中加热6min,迅速取出,于两只比色管中分别加入1.5ml抗坏血酸溶液,流水冷却4min,取出待测。
用1比色皿于538nm处测定样品吸光度,结果见表1。
表1发样中铜的测定结果(n=3)
样品号
样品测定结果/μg·g-1
加入量/μg·g-1
回收量/μg·g-1
回收率/%
发样1
10.23
5.0
4.96
99.3
发样2
11.56
5.0
4.93
98.6
发样3
12.67
5.0
5.11
102.2
5结论
上述实验结果表明,在硫酸介质中,Cu(Ⅱ)对溴酸钾氧化罗丹明B的显色反应有着强烈的催化作用,采用催化动力学光度法测定发样中的铜含量,该体系的摩尔吸光系数ε=5.78×10-4L·mol-1·cm-1。
测定Cu(Ⅱ)浓度在8.1×10-8~2.0×10-5mol·L-1之间,Cu(Ⅱ)的最低检出限为1.2×10-8mol·L-1,该方法用于测定发样中的铜含量,方法简便,易于操作,反应灵敏度高。
参考文献
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声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究成果。
除文中特别加以标注和致谢的地方,论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得内江师范学院或者其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
本学位论文成果是本人在内江师范学院读书期间在导师的指导下取得的,论文成果归内江师范学院所有,特此声明。
学生:
王云
二〇一三年五月十日
致谢
在邱老师的指导下,经过两个月的论文时间,我完成了本科生毕业学位论文。
虽然论文期间充满了艰辛和困难,但通过独立完成论文,极大地丰富了学识,开阔了视野,拓宽了知识面;更重要的是让我回顾了大学四年所学到的知识,锻炼了动手实验能力、文献检索的能力以及论文写作的能力等。
因初次独立开展实验并撰写论文,期间遇到了很多麻烦,在此感谢给予我帮助和指导的邱老师。
同时感谢内江师范学院的老师为我传道授业,感谢学校的悉心教育和培养。
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