毕业论文-催化动力学光度法测定铜含量.doc

13内江师范学院本科毕业论文目 录中英文摘要21 引言32 实验部分42.1 仪器与试剂42.2 实验方法43 结果与讨论53.1 吸收光谱53.2 酸度的影响53.3显色剂用量的影响63.4 氧化剂用量的影响 63.5 反应温度的影响63.6 反应时间的影响73.7体系的稳定性73.8共存离子的影响83.9工作曲线84 样品分析及结果84.1样品的消解84.2样品的测定95 结论9参考文献10声 明12致 谢1313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()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8.110-82. 010-5molL-1范围内符合比尔定律，摩尔吸光系数=5.7810-4Lmol-1cm-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Catalytic KineticSpectrophotometric Determination of CopperWANG Yun(College of Chemistry and Chemical Engineering，Neijiang Normal University，Neijiang，Sichuan 641112，China)Abstract: In sulfuric acid solution trace Cu() catalyzes strongly the chromogenic Oxidation of reductant form of Rhodamine B with potassium bromate.The result show that the maximum absorption of the system is at 557nm. it obeys Beer,s low. Can be used for the determination of copper content in hair samples with satisfactory results. Key words: copper; Rhodamine B;Spectrophotometry;Catalytic oxidizing chromogenic reaction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200 mgkg-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()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()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（0.01molL-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1.010-4molL-1的工作液。 KBrO3溶液（0.03molL-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（2.510-4molL-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（0.01molL-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：0.20molL-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0.20molL-1的H2SO4，1.0ml浓度为2.510-4molL-1的罗丹明B溶液，1.0ml浓度为0.03molL-1的KBrO3溶液，在其中一只比色管中加入5.0ml浓度为1.010-4molL-1的Cu()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0.01molL-1的抗坏血酸溶液，流水冷却4min，终止反应。于1 cm 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 + KBrO33-罗丹明B + H2SO4 + 抗坏血酸 + KBrO3 + Cu()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34ml之间，A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0.51.5ml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0.51.5ml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，A最大且稳定，当温度高于60时，A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A增大，6min以后A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2.010-5molL-1铜()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()、100倍Cd2+、200倍Mo()、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8.110-82.010-5molL-1范围内符合比尔定律，线性关系良好，直线回归方程A=0.0200C+0.1646，相关系数r=0.9997，摩尔吸收系数=5. 7810-4Lmol-1cm-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/gg-1加入量/gg-1回收量/gg-1回收率/%发样110.235.04.9699.3发样211.565.04.9398.6发样312.675.05.11102.2 5 结论 上述实验结果表明，在硫酸介质中，Cu()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=5.7810-4Lmol-1cm-1。测定Cu()浓度在8.110-82.010-5molL-1之间，Cu()的最低检出限为1.210-8molL-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 1王夔.生命科学中的微量元素(上)M.北京：中国计量出版社，1991，382赵丽荣.微量元素与人体健康J.理论探新，1672- 7894（2009）16- 284- 013Goldhaber S B. 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