酸性鉻藍K-氯酸鉀催化動力學光度法測定錳＊

潘 艷,郭 家,周 梅

(安徽工業大學現代分析測試中心,安徽馬鞍山 243002)

酸性鉻藍K-氯酸鉀催化動力學光度法測定錳＊

潘 艷,郭 家,周 梅

(安徽工業大學現代分析測試中心,安徽馬鞍山 243002)

在BR緩沖介質中,錳(Ⅱ)對氯酸鉀氧化酸性鉻藍K(ACBK)的褪色反應具有明顯的催化作用,據此建立了催化光度法測定痕量錳的新方法。研究了反應的適宜條件及動力學參數。在最大吸收波長524 nm及選擇的最佳實驗條件下,方法線性范圍為0.05～2.0μg/mL,檢出限為1.4×10-8g/mL。考察了30種共存離子的影響大多數常見離子不干擾測定。該法直接用于環境水樣中痕量錳的測定,結果滿意。

催化光度法;酸性鉻藍K;氯酸鉀;錳;環境水樣

錳(Ⅱ)是人體必需的微量元素之一,但過量的錳會引起中樞神經系統的損害,而且水樣中錳含量較低,因此尋找測定痕量錳的分析方法有著比較重要的意義。催化動力學光度法測定水中痕量錳,已有文獻報道[1-3],但以氯酸鉀氧化酸性鉻藍K(ACBK)作為指示反應的方法還未見報道。本文發現在BR緩沖溶液中,錳(Ⅱ)對氯酸鉀氧化酸性鉻藍K有強烈的催化作用,由此建立了催化動力學光度法測定錳(Ⅱ)的一個新體系。本法靈敏度高、選擇性較好,用于環境水樣中錳的測定,結果令人滿意。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

UV-2501PC型紫外可見分光光度儀(日本島津公司);722型分光光度計(上海第三分析儀器廠);501型超級恒溫水浴鍋(常州國華電器有限公司);秒表。

錳(Ⅱ)標準溶液(1.00 mg/mL):準確稱取硫酸錳(MnSO4·H2O)0.7690 g,定容至250 mL,即為1.00 mg/mL貯備液;ACBK溶液:5.00×10-4mol/L;KClO3溶液:0.020 mol/L;緩沖溶液:0.10 mol/L BR緩沖溶液(pH=3.0)。

所用試劑均為分析純,水為去離子水。

1.2 實驗方法

取兩支10.0 mL具塞比色管,分別依次加入1.5 mL BR緩沖溶液,2.0 mL ACBK溶液,1.0 mL KClO3溶液,再向其中一支加入一定量錳(Ⅱ)標準工作溶液(試樣溶液,吸光度為A),另一支不加(參比溶液,吸光度為A0),用水稀釋至10 mL,搖勻,同時置于70℃水浴中半啟塞加熱8.0 min,迅速取出并用流水沖洗冷卻5 min終止反應。于波長524 nm處,用1.0 cm比色皿,以水為參比,測定試樣溶液吸光度A及參比溶液的吸光度A0,計算吸光度降低值ΔA=A0-A的值。

2 結果與討論

2.1 測定波長的選擇

按實驗方法,在300～700 nm范圍內繪制了在相同實驗條件不同體系的吸收曲線,結果見圖1。曲線1和2的最大吸收波長均在524 nm處,曲線2的吸光度只比曲線1略低,說明在BR緩沖介質中, KClO3能緩慢氧化ACBK,但反應速率較慢;曲線3的最大吸收波長仍然位于524 nm處,但吸光度急速下降,說明錳(Ⅱ)對KClO3氧化ACBK的褪色反應有強烈的催化作用。參比溶液與試樣溶液的ΔA值在524 nm處最大,本文選擇524 nm作為測定波長。

圖1 吸收光譜Fig.1 Absorption spectra

2.2 實驗條件的選擇

2.2.1 反應介質的選擇

該催化反應系在酸性介質中進行,因此配制濃度為0.1 mol/L的BR緩沖溶液研究了pH在2.0～6.0范圍內氯酸鉀氧化ACBK的褪色反應情況,結果表明,緩沖溶液的pH值為3.0時,ΔA最大,而且非催化速率很慢。按照實驗條件,固定其它條件不變,改變BR緩沖溶液用量,當BR緩沖溶液加到1.5 mL以上時ΔA為最大并基本保持不變,故本文選用BR緩沖溶液的用量為1.5 mL。

2.2.2 ACBK用量

按實驗方法,在選定濃度為0.1 mol/L BR緩沖介質用量為1.5 mL的條件下,考察了ACBK用量對催化反應的影響。結果表明,當ACBK用量為2.0 mL時,ΔA達最大值,此時錳(Ⅱ)有較好的催化作用,故本文選擇ACBK溶液的用量為2.0 mL。

2.2.3 氯酸鉀用量

在上述選定的實驗條件下,考察氯酸鉀用量對催化反應的影響。結果表明:當0.02 mol/L KClO3溶液的用量在0.8～1.2 mL范圍內,催化反應速率較大且基本穩定,本文選用作為氧化劑的KClO3溶液的用量為1.0 mL。

2.2.4 反應溫度

在選定的實驗條件下,考察溫度對催化反應的影響。結果表明,催化反應溫度在30～70℃范圍內,隨著反應溫度升高,催化反應迅速加快;溫度在75℃以上時,因為非催化反應速度也加快,導致ΔA值反而下降,故本文選用在70℃的水浴中加熱。

2.2.5 反應時間

在以上選定的實驗條件下,考察加熱時間對催化反應的影響。結果表明。隨著反應時間的增加, ΔA增大。當加熱時間在8.0 min時,ΔA最大。超過8.0 min時ΔA反而下降。所以故本文選擇在70℃水浴下加熱反應8.0 min。

2.3 線性范圍、靈敏度、精密度及穩定性

在選定的最佳試驗條件下,錳(Ⅱ)含量在0.05～2.0μg/mL范圍內與ΔA值呈良好的線性關系,其線性回歸方程ΔA=0.274 C(μg/mL)+0.108,r=0.9934。由空白標準偏差及工作曲線斜率值再根據CL=3S0/k計算出本法的檢出限1.42×10-8g/mL。對1.0μg/mL錳(Ⅱ)測定的相對標準偏差為2.32%(n=10)。在室溫下,ΔA值至少穩定7 h保持不變,表明該催化反應體系比較穩定。

2.4 共存離子的影響

在10 mL溶液中,測定10.0μg錳(Ⅱ),相對誤差控制在±5%以內,共存離子的允許量(倍數)為: K+,Na+,Ac-,Cl-,NO3-,PO43-,CO32-(800); Zn2+,F-(600);Ba2+,Ca2+,Mg2+,Pb2+,SO42-, NH4+(400),Al3+(200);Hg2+,Ni2+,Sr2+,Bi3+(100);Co2+,Cr(Ⅵ)(50);Cd2+,Br-,As(Ⅲ) (30);Cu2+,Fe2+,Cr2+,I-(5),等量Fe3+有干擾,可按照文獻方法[4]消除其干擾。

2.5 動力學參數的測定

試驗結果表明,加熱時間在8 min以內,ΔA與加熱時間基本呈線性關系,因此指示反應體系可視為準零級反應,其線性回歸方程ΔA=0.107+ 0.047t,r=0.9906,由此算出體系的反應速率常數k為7.8×10-4s-1。根據Arrhenius公式,由溫度曲線的直線部分(30～70℃)計算得到lg(ΔA)與1/T的線性回歸方程為-lgΔA=2.15×(1/T) ×103-3.12(r=0.9951),由其斜率算得本催化反應的表觀活化能為41.2 kJ·mol-1。

3 樣品分析

應用本法對環境水樣中的錳(Ⅱ)進行了測定,同時進行了標準加入法試驗,結果列于表1。

表1 樣品中錳(Ⅱ)的測定結果Table 1 Determination ofMn(Ⅱ)in samples

[1] 郭良洽,林旭聰,謝增鴻,傅彥斌.β-環糊精增敏催化動力學法測定痕量錳的研究[J].光譜學與光譜分析,2005,25 (10):1662-1666.

[2] 彭在姜,陳國樹,湯旭貞.催化褪色光度法測定痕量錳(Ⅱ)的研究[J].南昌大學學報(理科版),2002,26(1):82-85.

[3] 嚴進.催化動力學分光光度法測定痕量錳(Ⅱ)[J].廣東微量元素科學,2003,10(9):60-62.

[4] 孫彩蘭,姜維民,曹軍.新體系催化動力學光度法測定痕量錳(Ⅱ)[J].化學試劑,2001,23(2):103-104,108.

Catalytic Kinetic Spectrophotometric Determ ination ofManganese by the Oxidation of Acidic Chrome Blue K with Potassium Chlorate

PAN Yan,GUO Jia,ZHOU Mei

(AnhuiUniversity ofModern Analysis and Testing Center,Ma’anshan,China 243002)

A catalytic spectrophotometricmethod for the determination of tracemanganesewas developed.Itwas based on the catalytic effect of trace manganese on the oxidation of acidic chrome blue K(ACBK)by potassium chlorate in BR buffer solution(pH= 3.0).The optimum experiment condition for the determination was found.The detection limit for manganese was 1.4×10-8g/mL, and the linear range of the determination was in the range of 0.05～2.0μg/mL under the maximum adsorption wavelength of 524 nm. The almost familiar ions didn’t interferewith this reaction.Satisfactory resultswere obtained for the determination of tracemanganese in water samples.

catalytic spectrophotometry;acidic chrome blue K;potassium chlorate;manganese;water sample

O657.32

A

1009-3842(2010)04-0093-03

2010-09-07

安徽工業大學SORP項目(2010013);安徽省教育廳自然科學基金項目(2006KJ035A)

潘艷(1982-),女,安徽馬鞍山人,碩士,主要從事鋼鐵分析研究,E-mail:ahutsjz@126.com