浊点萃取火焰原子吸收铅

1、浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定尿液中痕量铅的研究 杨双 王秀峰摘要:建立了以双硫腙作为络合剂，聚乙二醇辛基苯基醚(TritonX-100)非离子表面活性剂为萃取剂的浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定尿液中痕量铅的方法。探讨了络合剂用量、平衡时间、平衡温度、PH值、TritonX-100用量及冰浴时间等因素对萃取效果的影响。该方法对铅的检出限为0.06g/L，相对标准偏差为2.93%(n=11)，回收率在96.7%101.2%，线性范围为00.5ug/ml，最大富集倍数为40倍。用于尿液中痕量铅的测定，结果令人满意。关键词：浊点萃取 火焰原子吸收光谱法 尿液 铅1 前言41.1 铅的简介41.2

2、尿铅的简介41.3浊点萃取的简介41.4 火焰原子吸收光谱法的简介61.5 浊点萃取与火焰原子吸收光谱法联用62 实验部分72.1 仪器72.2试剂72.3 标准溶液的配制72.3.10.1g/L铅储备液配制72.3.2 1.0×10-4 mol/L的双硫腙的丙酮溶液82.3.3缓冲溶液的配制82.3.4 TritonX-100的配制82.3.5硝酸-甲醇溶液的配置82.4 样品预处理82.5 浊点萃取82.6 火焰原子吸收光谱法的测定82.6.1 参数设置82.6.2 测定步骤92.6.3 双硫腙-丙酮用量的影响92.6.4 TritonX-100的浓度对铅萃取效率的影响102.6

3、.5 pH值对铅萃取率的影响102.6.6 缓冲液用量对铅萃取效率的影响112.6.7 平衡温度对铅萃取效率的影响112.6.8 加热时间对铅萃取效率的影响122.6.9 冰浴时间对铅萃取效率的影响132.6.10 黏度对铅萃取效率的影响132.6.11 共存离子的干扰133 结果与讨论143.1 检出限、精密度的测定143.2 最佳实验条件143.3 分析特性153.4 样品测定及回收实验153.5 结论154 参考文献165 致谢171 前言1.1 铅的简介铅是自然界分布很广的微量元素，主要存在于岩石和土壤圈，是重要的工业原料，也是环境污染的重要因子。广泛应用于冶金、化工、医药和能源等,

4、由于人类的活动，铅向大气圈，水圈以及生物圈不断迁移。特别是随着近代工业的发展，大气层中的铅与原始时代相比，污染的体积增加了近一万倍，人类对铅的吸收也增加了数千倍，吸收值已接近或超出人体的容许浓度。铅的过度摄入已经成为危害人体健康不容忽视的社会问题1。同时铅是一种对人体有害的蓄积性毒素, 损害人的精神系统、消化系统和生殖系统2-3，在自然界中分布极广, 易通过水、食物等进入人体, 在体内超过一定量即可引起中毒, 中毒时对神经系统、肾脏、造血系统等都有明显的损害4-6。但是在医药、食用等方面铅离子浓度很低，用一般的方法难以准确测定，所以需要预先富集、分离。职业性铅中毒是我国最常见的职业病之一,尿铅

5、水平则是诊断职业性铅中毒和驱铅效果评价的重要指标。因此，对尿液中痕量铅的测定具有重要意义。铅的测定主要有质谱法、分光光度法、溶出伏安法、原子光谱法、荧光法等7-12。1.2尿铅的简介尿铅是指尿中排出的铅，是较可靠的铅吸收指标，能反映血铅的浓度，尿铅和血铅浓度与所接触的空气铅浓度紧密相关。尿铅浓度是铅接触和铅中毒诊断的主要指标。它取样便捷，与血铅、尿- 氨基- # - 酮戊酸显著相关，国标测定尿铅的方法是石墨炉原子吸收法13 ( GFAAS) 。尿液中铅含量低，其中含量应不超过0.3 mg/kg14，难以用火焰原子吸收光谱法直接测定 ，因此必须与一定的分离富集技术相结合，常用的分离富集铅的方法有

6、液液萃取法15、固相萃取法16、离子交换法17及共沉淀法18。1.3浊点萃取的简介浊点萃取（cloud point extraction）是近年来出现的一种新兴的液-液萃取技术，他不使用挥发性有机溶剂且不影响环境19。它以表面活性剂胶束水溶液的溶剂性和浊点现象为基础，通过改变试验参数(络合剂浓度、用量、PH值、温度等)引发相的分离，将舒水性和亲水性的物质分离，具有经济、高效、简便、安全等优点，现已被广泛应用与生命科学及环境科学的研究中20。浊点萃取（cloud point extraction，CPE）技术是通过改变温度、离子强度等实验条件使表面活性剂产生浊点现象，将数十或数百毫升试样中的舒水

7、性的微量或痕量成分转移到数百微升的表面活性剂浓缩相的一种新颖的分离富集技术21。浊点萃取除了运用增光作用外，还利用表面活性剂的另外一个重要性质-浊点现象。表面活性剂在水溶液中形成胶束的最小浓度叫做临界胶束浓度，最低温度叫做临界胶束温度，得到的胶束可以增大某些微溶或不溶于水化合物的溶解度22。金属离子浊点萃取技术的原理是：热力学平衡的表面活性剂在外界条件（如温度、离子强度、压力等）改变时，会发生容易混浊的浊点现象，日益静置一段时间或离心后会形成两个透明液相：一相是表面活性剂相，约占总体积的5%；另一相是水相，胶束浓度等于临界胶束浓度23。当外界的条件向相反方向变化时，两相就会消失，再次成为均一相

8、。溶解早溶液中的疏水性物质与表面活性剂的疏水性基团结合，从而被萃取进表面活性剂相，亲水性物质留在水相中，这种利用浊点现象使样品中疏水与亲水性物质分离的萃取技术就是浊点萃取。其过程如图1-3Metal ionMicelleChelatingagentHeating and phase separationCentrifagation andPrecipitation of the surfactant phaseComplexation and entrapment in the micelles图1-3 对金属离子进行CPE的原理图1.4 火焰原子吸收光谱法的简介 原子吸收光谱法(AAS)是利

9、用气态原子可吸收一定波长的光辐射，是原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各原子的电子能级不同，将会产生选择性的共振吸收一定波长的辐射光，这个共振吸收波长刚好等于该原子受到激发后发射光谱的波长，由此可以作为元素定性的依据，而吸收辐射的强度可以作为定量分析的依据。AAS现已成为元素定量分析应用最为广泛的一种分析方法。原子吸收光谱法具有检出限低、准确度高、选择性好(干扰少)、分析速度快等优点。 当温度、吸收光程、进样方式等实验条件固定时，样品产生的待测元素相基态原子对该元素的空心阴极灯所辐射的单色光产生吸收。并且吸光度(A)与样品中该元素的浓度(C)成正比例关系即A=KC(K为常数

10、)。因此，通过测量标准溶液以及位置容易的吸光度，又已知标准溶液的浓度，可绘制标准曲线，从而求得未知溶液中待测元素浓度。该方法主要适用于样品中微量及衡量组分的分析。透镜 透镜 空心阴极灯（光源）光栅单色仪信号处理输出数据火焰，原子化器检出器图1-4原子吸收光谱原理图1.5 浊点萃取与火焰原子吸收光谱法联用浊点萃取已经成功在环境科学、医学、食品科学等许多领域替代传统的萃取方法。浊点萃取与原子吸收光谱法联用时, 由于原子吸收光谱法进样量少、分析迅速等优点，可以得到更高的灵敏度以及更好的选择性。但浊点萃取与原子吸收光谱法的联用大都是非在线的，浊点萃取与原子吸收光谱法的在线联用研究仍需深入。进一步开展在

11、线检测，可以实时、快速、连续、自动地检测样品中的痕量金属离子，进一步进行金属离子形态及价态分析。此外，利用金属离子和有机物生成疏水性螯合物的性能, 开展浊点萃取-原子吸收光谱法间接测定有机物的研究也有一定的实际意义。有关浊点萃取火焰原子吸收法测定尿液中的铅的方法研究未见报道，本实验用浊点萃取富集铅，采用火焰原子吸收法检测铅含量，可以提高检测能力。因此此方法具有可行性。（别人都做了什么内容）2 实验部分2.1 仪器TAS-990型原子吸收分光光度计(北京普析)KJ-B型无油气体压缩机(天津市利迈豪工贸有限公司)铅空心阴极灯(型号KY-1，北京曙光明电子光源仪器有限公司)电子分析天平 AUY120

12、(上海精密科学仪器有限公司)800B 台式离心机(上海安亭科学仪器厂)。10.0 mL离心管25.00mL比色管2.2试剂硫酸铅（优级纯AR，天津丰越化学品有限公司)双硫腙（分析纯AR，成都市科龙化工试剂厂)无水乙醇(分析纯AR，成都市科龙化工试剂厂)硼酸(分析纯AR，成都市科龙化工试剂厂)四硼酸钠(分析纯AR，成都市科龙化工试剂厂)TritonX-100(化学纯CP，成都市科龙化工试剂厂)硝酸(优级纯GR，成都市科龙化工试剂厂)实验用水为二次蒸馏水2.3 标准溶液的配制 0.1g/L铅储备液配制称量，摇匀。作用：以维持生理条件下的离子强度。2.3.2 1.0×10-4 mol/L的

13、双硫腙的丙酮溶液称量，用无水丙酮溶解稀释至500 m L；缓冲溶液的配制移取硼酸溶液(0.2M)24.00 mL和四硼酸钠溶液(0.2M)56.00 mL，混合均匀，调节pH=8。 TritonX-100的配制通常是先配置成30%的TritonX-100储备液，临用是稀释至所需浓度。30%的TritonX-100的配置：移取28.2ml TritonX-100溶解于72.8ml的二次蒸馏水中。本实验所用TritonX-100的浓度为1%，即取1ml 30%的TritonX-100稀释至30ml。硝酸-甲醇溶液的配置移取1ml硝酸，用甲醇溶液定容至100ml。2.4 样品预处理取一定量的尿液，加

14、适量HNO3HClO4 = 41 的混合酸溶液，盖上表面皿放置过夜。在电热板上小火加热消解至有机物彻底分解至透明状，使尿液中的铅呈离子态。蒸发近干，取下冷却后用二次蒸馏水定容至25.00 mL待测2.5 浊点萃取准确移取1.0ml0.1g/L铅标准溶液于10.0ml离心试管，依次加入0.3 ml双硫腙-丙酮，1mlPH=8的硼酸体系缓冲液，0.7ml1%Triton-100溶液，80加热20分钟后，趁热离心(3500 r/min，10 min)在胶束相中加入0.1 mol·L-1的硝酸-甲醇溶液降低其粘度并定容至2 mL。2.6 火焰原子吸收光谱法的测定 参数设置工作灯电流(mA)：

15、2.0预热灯电流(mA）：2.0光谱带宽(nm)：0.4负高压(V)：300.0燃气流量(ml/min)：1700燃烧器高度(mm)：5.0燃烧器位置(mm)：0.1波长(nm)：283.01 测定步骤标准曲线的绘制取0.0 mL，0.1 mL 0.2 mL 0.3 mL 0.4 mL 0.5 mL标准工作液于10 ml离心管中加PH=8的硼酸系缓冲溶液1ml ，双硫腙-丙酮溶液0.3ml，1%Triton-100水溶液0.7ml，用二次蒸馏水稀释至10ml，摇匀，置于80恒温水浴锅中，加热20min后,趁热离心，以4000r/min离心10min使其分相分相后的溶液置于冰水浴中冷却至接近0，

16、冷却大约5min,使表面活性剂相变成粘滞的液相, 弃去水相,在胶相中加入适量 0. 1mol/L HNO3-CH3OH 溶解，定容至2ml。以降解表面活性剂的粘度，所得溶液直接进入火焰原子吸收分光光谱仪进行测定。 双硫腙-丙酮用量的影响配位剂浓度对萃取率有较大影响。由于样品中含有其他共存金属离子，部分配位剂将与共存离子配位，对被检测金属离子的萃取有一定干扰。要消除这一干扰，可适当增加配位剂浓度，以提高萃取效率。对低协同作用的配位剂应该增大其浓度，但过高的配位剂浓度会使配位剂相互之间聚集而被优先萃取进表面活性剂中，这就降低了金属离子的萃取效率。在浊点萃取金属离子时，需要合适的络合剂与金属离子形成

17、疏水性的络合物， 然后被萃取到表面活性剂相。本实验采用双硫腙-丙酮溶液作为与铅的络合剂，考察了络合剂双硫腙的用量对萃取率的影响。L范围变化时，萃取率最大且变化不大。因此，选择双硫腙-丙酮的用量为0.3 mL。结果如表2-6-1和图2-6-1所示：表2-6-1 双硫腙用量对Pb2+萃取率的影响（注意把吸光度也加上，下同）双硫腙体积/ml0.100.200.250.300.350.40萃取率/%RSD75.90.00668.20.00594.30.01196.10.01282.50.00876.20.006 图2-6-1 双硫腙用量对Pb2+萃取率的影响图 TritonX-100的浓度对铅萃取效率

18、的影响表面活性剂的选择首先应考虑其浊点温度易于在实验室通常条件下实现方便操作。应选择能定量萃取被测物质的最低浓度,以得到最大的相体积比。TritonX-100的用量大小不仅决定了萃取分离的效果，同时也决定了胶束相体积的大小，用量小可能导致萃取不完全，从而降低萃取效率,用量大会增加胶束相的体积，降低富集因子。为此本实验考察了不同TritonX-100用量对萃取效率的影响。当Triton-100的体积为0.7mL左右时，富胶束相中Pb的萃取率最大，因此选择1%Triton-100，用量为0.7mL。结果如表2-6-2和图2-6-2所示：表2-6-2 TritonX-100的浓度对Pb2+萃取率的影

19、响TritonX-100体积/ml0.400.500.600.700.800.90萃取率/%RSD78.60.00783.40.00889.20.00895.50.01191.10.00967.90.006 图2-6-2 TritonX-100的浓度对Pb2+萃取率的影响图 pH值对铅萃取率的影响介质的pH值直接影响螯合物的形成,当酸度过高时，金属离子与络合剂形成的络合物不稳定，影响萃取率。应优化萃取体系的酸度,使待测物的螯合反应完全,而使部分共存元素不与螯合剂反应,从而达到提高萃取效率,同时消除部分基体的干扰。随着pH值的增加，富胶束相中铅的萃取率增加，当pH值为7-9时，萃取率变化不大且萃

20、取效果最好。因此，选择最适pH值为8，结果如表2-6-3和图2-6-3所示：表2-6-3 pH值对Pb2+萃取率的影响PH值567891011萃取率%RSD39.60.00457.80.00694.30.01096.20.01196.10.01187.50.00981.30.008图2-6-3 pH值对Pb2+萃取率的影响图 缓冲液用量对铅萃取效率的影响缓冲溶液的用量会影响到pH环境的稳定性，从而影响机体对铅的萃取效率。当缓冲液用量为1.0 mL-1.5 mL时萃取率萃取效果最好。因此，选择最适缓冲液用量为1.0mL。结果如表2-6-4和图2-6-4所示：表2-6-4 缓冲液用量对Pb2+萃取

21、率的影响缓冲液体积/mL0.500.801.001.502.002.50萃取率%RSD60.479.60.00695.30.01094.70.00978.80.00673.30.0050.005图2-6-4 缓冲液用量对Pb2+萃取率的影响图 平衡温度对铅萃取效率的影响 平衡温度对反应的完成、相分离和萃取效率有重要影响，温度过低，反应达不到其浊点；温度过高则形成的金属络合物会分离。为了在尽可能低的时间内达到尽可能大的萃取率，按照试验方法研究了不同萃取温度对萃取率的影响。结果表明：平衡温度为70-90时萃取率变化不大且萃取效果最好。因此，选择平衡温度为80。结果如表2-6-5和图2-6-5所示：

22、表2-6-5 温度对Pb2+萃取率的影响温度/30405060708090100萃取率%RSD38.00.00440.40.00541.40.00567.10.00891.70.01296.10.01588.60.00973.70.008图2-6-5 温度对Pb2+萃取率的影响图 加热时间对铅萃取效率的影响由于萃取介质及容器具有一定的热容,加之金属离子的螯合反应及螯合产物迁移进入胶束也均需要一定的时间,为保证待测物的定量萃取,足够的加热时间是保证定量萃取的前提。为了在尽可能短的时间内达到尽可能大的萃取率，按照试验方法研究了不同萃取时间对萃取率的影响。结果表明：当平衡时间为20min时铅的萃取效

23、率达到最大, 因此，选择平衡时间为20min。结果如表2-6-6和图2-6-6所示：表2-6-6 加热时间对Pb2+萃取率的影响加热时间/min51015202530萃取率%RSD54.40.00661.90.00766.80.00896.20.01194.30.00986.10.008图2-6-6 加热时间对Pb2+萃取率的影响图 冰浴时间对铅萃取效率的影响 为了尽可能的达到完全萃取，冰水浴时间太长会使表面活性剂相部分溶解于水相中而使萃取效率下降;冰水浴太短则会使部分水相中铅还没有完全沉降从而使萃取效率低。离心时间太长可能导致相分离逆转，引起萃取效率下降；离心时间太短则可能导致相分离不够彻底

24、，从而引起萃取效率低。因此选择最适冰水浴时间为5分钟，最适离心时间为10分钟。结果如表2-6-7和图2-6-7所示：表2-6-7 冰浴时间对Pb2+萃取率的影响冰浴时间/min2456810萃取率%RSD54.30.00563.00.00696.90.01197.10.01296.80.01095.40.009图2-6-7 冰浴时间对Pb2+萃取率的影响图 黏度对铅萃取效率的影响在进行CPE-FAAS法中，为了降低表面活性剂的粘度，用一定体积的含烯酸的甲醇溶液稀释表面活性剂相是很有必要的。为便于将富集相引入火焰原子吸收光谱仪的雾化室中，在相分离之后，加入1%硝酸-甲醇溶液以降低黏度。但若稀释作

25、用过大而造成浓度降低，易引起吸收信号下降。在实验过程中分别对加入硝酸溶液体积的不同进行了考察，在将体积定容至2.00 ml时吸收信号最好，故实验过程中选最有条件。 共存离子的干扰大大多数研究都表明：离子强度对萃取率、分配系数即萃取量和相体积没有明显的影响。加入一些惰性盐有利于两相分离，使水密度增大，便于分离两相。由于样品中一般存在多种离子，因此，排除其他离子对实验的干扰是有必要的。在优化的实验条件下，对一些常见的共存离子进行了考察，通过对加入高浓度共存离子的样品进行检测发现，其对铅离子的测定没有干扰，所得各离子的最大允许量列于表2。为了提高某些共存离子的允许量, 对能与双硫腙-丙酮起络合反应的

26、金属离子，可通过增加双硫腙-丙酮的浓度，以提高其允许量。结果如表2-6-8所示：表2-6-8 共存离子最大允许量及萃取率共存离子耐受倍数萃取率K+100098.1Na+1000101.2Cl-1000101.2Mn2+100099.2SO42-50102.5Fe3+ 50100.0Mg2+10098.6Zn2+20099.5Cu2+5097.83 结果与讨论3.1 检出限、精密度的测定在选定的最佳试验条件下对该分析方法的一些参数进行了测定，测得其检出限为0.06ug/L,，精密度为2.93%。3.2 最佳实验条件在最佳实验条件下：取1.00mL的去离子尿液，加入1mLpH=8.0的硼酸系缓冲溶

27、液，加入1 ×10 - 3mol /L双硫腙-丙酮0.3ml和表面活性剂1%Triton X-100 0.7 mL，在温度为80的恒温水浴中恒温20 min，以3500r/min离10min，放到冰水中冰水浴5 min即可进行相的分离，在表面活性剂相加入1%硝酸-甲醇溶液用以降低表面活性剂的黏度，定容至2ml。最后上机操作用原子吸收分光光度计测定吸光度得痕量重金属铅元素的含量。3.3 分析特性 在选定的上述最佳实验条件下, 配置0.0 ml0.1 ml 0.2 ml 0.3 ml 0.4 ml 0.5 ml的一系列不同浓度的铅标液，所得标准曲线(如图3-1所示)回归方程为A=6.83

28、48C-0.0036,相关系数为0. 9994,检出限为0.06ug/L, 线性范围 00.5ug/L, 最大富集倍数为40倍; 相对标准偏差( RSD) 为2.93%( n=11)。图3-1 标准曲线图 3.4 样品测定及回收实验 在经优化的实验条件下，采用建立的方法，对样品进行测定，平行测定三次，通过计算得到样品中的铅离子的含量如表3-1所示；项目样品萃取前浓度ug/mL萃取后浓度ug/mL加标量ug加标后浓度ug/mL回收率%正常人尿甲正常人尿乙正常人尿丙冠心病尿0.0020.0020.0020.0030.0810.0750.0720.1330.050.050.050.050.1320.

29、1230.1220.182101.296.7100.098.6表3-1 尿液中铅测定及加标回收率(n=3)本实验同时就样品中铅离子的回收率做了研究，回收率结果符合要求，最大富集倍数为40倍。表明该方法用于铅的测定是可行的。3.5 结论 浊点萃取是一种简单、安全、快捷、无污染的分离富集痕量金属的方法。Triton X- 100 作为浊点萃取剂具有较低的浊点、低毒和价格低廉等特点。本文建立浊点萃取-原子吸收光谱法测定实际样品中痕量铅的新方法。试验发现铅与双硫腙-丙酮在pH= 8. 0 的硼酸缓冲体系中能形成稳定的络合物, 利用Triton X-100 的浊点特性分离富集Pb() ,操作简单,富集倍

30、率高,分相后采用原子吸收光谱法测定Pb() ,结果稳定,检出限低。该方法用于尿液样品中微量铅的测定, 回收率为结果令人满意。测定结果检测尿铅有一定的参考价值。4 参考文献1 孙勇虎，古桂雄，等。铅对人体危害的研究J. 医药综述，2004。2 高智席, 刘焱, 黄成. 土壤中痕量铅的偶合反应流动注射化学发光增敏法测定J. 安徽农业科学, 2008, 36 (23): 10071-10073.3 肖昭蓉, 宋青云, 孙丰全􀀂 氢化物􀀁原子荧光法测定枸杞中的铅 J. 安徽农业科学, 2009, 37 ( 4 ): 1416 -1417􀀂4 谢永泉

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