催化光度法測定痕量鉛

摘要：在活化劑Ｔｗｅｅｎ－２０的存在下和六次甲基四胺－鹽酸緩沖溶液（ｐＨ ５．０），痕量Ｐｂ（ＩＩ）催化高碘酸鉀氧化愈創(chuàng)木酚這一新的指示反應(yīng)及其動力學參數(shù)，建立了催化動力學光度法測定痕量Ｐｂ（ＩＩ）的新方法。該方法的線性范圍為０～０．９ μｇ／ｍＬ，檢出限為９．９×１０－３ μｇ／ｍＬ，相對標準偏差（RSDs）為１．３％～３．９％，標準加入法的回收率為９１．８％～１０８．２％，該方法具有快速、靈敏、簡便等優(yōu)點，應(yīng)用于實際煙草樣品中痕量鉛的測定，結(jié)果與ＩＣＰ－ＭＳ法相吻合，為檢測煙草中痕量鉛提供了新的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：愈創(chuàng)木酚；催化光度法；痕量；鉛；煙草

中圖分類號：Ｏ６５７．３２ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）07－1447-03

Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｃｅ Ｌｅａｄ by Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ

ＷＡＮＧ Ｗｅｎ－ｙｕａｎ１，ＺＨＥ Ｗｅｉ１，ＤＵＡＮ Ｙａｎ－ｑｉｎｇ１，ＸＩＡ Ｊｉａｎ－ｊｕｎ１，ＬＩＵ Ｙａ１，ＸＩＡ Ｘｉａｎｇ－ｗｅｉ１，２，ＬＩＡＯ Ｙｕ－ｑｉ１，３，ＷＵ Ｘｉａ４

（１．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｏｎｇｙｕｎ－Ｈｏｎｇｈｅ Ｔｏｂａｃｃｏ Ｇｒｏｕｐ， Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２０２， Ｃｈｉｎａ；

２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｎｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｙｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００９１， Ｃｈｉｎａ； ４． Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２２４， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｎｅｗ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｋｉｎｅｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｃｅ ｌｅａｄ（ＩＩ） ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ on ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ Ｐｂ（ＩＩ） ｃｏｕｌｄ ｃａｔａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｇｕａｉａｃｏｌ ｂｙ ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｍｉｎｅ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｍｅｄｉｕｍ ａｔ ｐＨ ５．０ ａｎｄ ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｗｈｅｎ Ｔｗｅｅｎ－２０ waｓ ｕｓｅｄ ａｓ the ａｃｔｉｖａｔｏｒ． Ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｗａｓ ０～０．９ μｇ／ｍＬ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔ ｗａｓ ９．９×１０－３ μｇ／ｍＬ． Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｈａd ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｒａｃｅ Ｐｂ（ＩＩ） ｉｎ ｔｏｂａｃｃｏ ｗｉｔｈ ｔｈｅ RSDs ｏｆ １．３％～３．９％ ａｎｄ recoveries ｏｆ ９１．８％～１０８．２％ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃｏｉｎｃｉｄｅd ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＩＣＰ－ＭＳ， ｃould ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ Ｐｂ（ＩＩ） ｉｎ ｔｏｂａｃｃｏ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｆａｓｔ， ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｎｄ ｓｉｍｐｌｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｇｕａｉａｃｏｌ； ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ； ｔｒａｃｅ； ｌｅａｄ； ｔｏｂａｃｃｏ

鉛是一種具有蓄積性、多親和性的物質(zhì)，可與體內(nèi)一系列蛋白質(zhì)、酶和氨基酸中的官能團（巰基）結(jié)合，干擾機體的生化和生理活動引起中毒，對肝和腎的危害尤為嚴重。鉛是煙草中毒性最大的重金屬之一，并且易進入煙氣，危害人的身體健康［１］。因此，對煙草中鉛含量的監(jiān)測及其分析方法的研究具有重要意義。目前重金屬的檢測方法多為等離子發(fā)射光譜法［２，３］和分光光度法［４，５］，前者需要較為昂貴的測試儀器，分析成本較高，不利于推廣應(yīng)用；后者所需儀器價格低廉，但靈敏度較低，需對樣品進行分離富集，操作繁雜，而且所用的有機萃取試劑通常對操作人員健康有害。催化動力學光度法是在普通分光光度法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型高靈敏度分光光度法，具有儀器價廉、操作簡單、靈敏度高、便于推廣運用等優(yōu)點，彌補了等離子發(fā)射光譜法和分光光度法的缺陷，尤其是在痕量金屬元素測定領(lǐng)域中倍受關(guān)注。本文根據(jù)鉛催化高碘酸鉀氧化愈創(chuàng)木酚的指示反應(yīng)，對煙草樣品中的痕量鉛進行了研究，其相對標準偏差為１．３％～３．9％，標準加入法的回收率為９1．8％～１０8．2％，線性范圍為０～０．９ μｇ／ｍＬ，本方法操作簡便，結(jié)果滿意。到目前為止尚未見到利用該反應(yīng)體系測定痕量鉛的報道。

１ 材料與方法

１．１ 主要儀器及試劑

７２２型分光光度計（上海第三分析儀器廠）；電子分析天平（湘儀天平儀器廠）；ＰＨＳ－２Ｃ型精密酸度計（上海雷磁儀器廠）；電熱恒溫水浴鍋（北京長安科學儀器廠）；自動雙重純水蒸餾器（上海玻璃儀器一廠）；電熱干燥箱（上海市實驗儀器總廠）；冰箱（廣州市萬寶電器工業(yè)公司）；電子調(diào)節(jié)萬用電爐（長沙實驗電爐廠）；電熱板（湖南長沙市華光電爐廠）；秒表（上海秒表廠）。

Ｐｂ２＋標準儲備溶液：１００ μｇ／ｍＬ，準確稱取０．１６１ ５ ｇ Ｐｂ（ＮＯ３）２溶于少量水及１ ｍＬ ＨＮＯ３中，移入１ ０００ ｍＬ容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，用時稀釋至所需濃度；０．３０ ｍｏｌ／Ｌ愈創(chuàng)木酚（ＧＡ）溶液；０．０３ ｍｏｌ／Ｌ ＫＩＯ４溶液；六次甲基四胺－鹽酸緩沖溶液（ｐＨ ５．０）；２％吐溫－２０（Ｔｗｅｅｎ－２０）溶液。所用試劑均為分析純以上，水為去離子水。

１．２ 試驗方法

取兩支２５ ｍＬ具塞比色管，分別加入１ ｍＬ ＧＡ溶液、１．５ ｍＬ六次甲基四胺－鹽酸溶液；在第一支比色管中加入一定量Ｐｂ２＋溶液，第二支比色管中不加Ｐｂ２＋溶液；最后在兩支比色管內(nèi)加入３ ｍＬ ２％ Ｔｗｅｅｎ－２０溶液、４．５ ｍＬ ＫＩＯ４溶液，加水定容至刻度后搖勻，置于７０ ℃±０．５ ℃恒溫水浴中加熱１８ ｍｉｎ后取出，冷卻后以水作參比，用１ ｃｍ比色皿，于４８０ ｎｍ處測定第一支比色管內(nèi)反應(yīng)液的吸光度Ａ，第二支比色管內(nèi)反應(yīng)液的吸光度Ａ０，計算ΔＡ＝Ａ－Ａ０的值。

２ 結(jié)果與分析

２．１ 吸收光譜

按上述方法，在 ３８０～５６０ ｎｍ范圍內(nèi)對試劑進行測定，各溶液的吸收曲線見圖１。各溶液在４８０ ｎｍ波長處有最大吸收，且在４８０ ｎｍ處吸光度差值ΔＡ最大。試驗選擇４８０ ｎｍ作為測定波長。

２．２ 試驗條件的選擇

２．２．１ 緩沖溶液 分別考察了鄰苯二甲酸氫鉀－鹽酸（ｐＨ ２．６）、磷酸二氫鉀－氫氧化鈉（ｐＨ ６．０）、檸檬酸鈉－鹽酸（ｐＨ ３．９）、六次甲基四胺－鹽酸（ｐＨ ５．０）、ＨＡｃ－ＮａＡｃ（ｐＨ ６．２）、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７－Ｎａ２ＣＯ３（ｐＨ ９．４）等不同濃度的緩沖溶液對催化反應(yīng)和非催化反應(yīng)的影響，結(jié)果表明，六次甲基四胺－鹽酸效果最好。六次甲基四胺－鹽酸緩沖體系（ｐＨ ５．０）其用量在１．０～２．０ ｍＬ之間，ΔＡ值較大且比較穩(wěn)定，本試驗選擇緩沖溶液的用量為１．５ ｍＬ。

２．２．２ 氧化劑 考察了Ｈ２Ｏ２，Ｋ２Ｓ２Ｏ８、ＫＢｒＯ３、ＫＩＯ４、ＫＣｌＯ３等不同的氧化劑對反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，以Ｈ２Ｏ２、ＫＢｒＯ３為氧化劑時，ΔＡ都比較小；以Ｋ２Ｓ２Ｏ８、ＫＣｌＯ３、ＫＩＯ４為氧化劑時，反應(yīng)體系的ΔＡ比較大，其中以高碘酸鉀為氧化劑時ΔＡ最大。當高碘酸鉀用量在３．５～４．７ ｍＬ之間時，ΔＡ值比較穩(wěn)定，且出現(xiàn)最大值。本實驗選擇４．５ ｍＬ ０．０３ ｍｏｌ／Ｌ ＫＩＯ４溶液為氧化劑。

２．２．３ 顯色劑 按照１．２中的試驗方法進行顯色劑用量考察，結(jié)果表明，顯色劑用量在１ ｍＬ時ΔＡ值較大，故選用加入１ ｍＬ ０．０３ ｍｏｌ／Ｌ愈創(chuàng)木酚（ＧＡ）溶液。

２．２．４ 活化劑的影響 分別考察了鄰菲啰啉（Ｐｈｅｎ）、吡啶、十二烷基苯磺酸鈉（ＳＤＢＳ）、聚乙二醇辛基苯基醚（ＯＰ）、溴代十六烷基吡啶（ＣＰＢ）、吐溫－２０（Ｔｗｅｅｎ－２０）共６種活化劑的效果，試驗發(fā)現(xiàn)Ｔｗｅｅｎ－２０為活化劑時ΔＡ值最大；對催化反應(yīng)的影響，試驗選擇３ ｍＬ ２％Ｔｗｅｅｎ－２０溶液。

２．２．５ 反應(yīng)溫度 固定其他條件不變，改變水浴溫度進行試驗。結(jié)果表明，當溫度在３０～９０ ℃之間時，ΔＡ隨溫度升高而增加，且溫度為７０℃時ΔＡ值最大。試驗選擇反應(yīng)在７０ ℃水浴中進行。

２．２．６ 反應(yīng)時間 固定水浴溫度７０ ℃，改變反應(yīng)時間，進行一系列試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，９～１８ ｍｉｎ時，ΔＡ與時間基本呈直線關(guān)系，且ΔＡ出現(xiàn)最大值；１８ ｍｉｎ后ΔＡ開始減小。選擇反應(yīng)時間為１８ ｍｉｎ。

２．３ 共存離子的影響與消除

按試驗方法對０．４ μｇ／ｍＬ Ｐｂ（ＩＩ）標準溶液進行測定，當相對誤差在±５％時，以下共存物質(zhì)不干擾測定（共存離子的允許量均為２５ ｍＬ溶液中存在的重量（以ｍｇ計）：氟化銨（１２）、硫脲（８）、Ｋ＋（５）、Ｎａ＋（５）、Ｃｌ－（５）、ＮＯ３－（５）、Ｃａ２＋（１．５）、Ｍｇ２＋（１．２）、Ｚｎ２＋（１）、Ｍｎ２＋（１）、Ｂａ２＋（１）、ＮＯ２－（１）、Ｆ－（１）、ＣＨ３ＣＯＯ－（０．５）、Ｃｏ２＋（０．２） 、 Ｓｎ２＋（０．０８） 、 Ｃｒ２Ｏ７２－（０．０５） 、 Ａｇ＋（０．０５） 、Ａｌ３＋（０．０５）、Ｃｕ２＋（０．０４）、Ｆｅ３＋（０．０２）；Ｃｕ２＋、Ｆｅ３＋干擾比較嚴重，分析實際樣品時，以４．０ ｇ／Ｌ的ＮＨ４Ｆ溶液和１．０ ｇ／Ｌ的硫脲溶液為掩蔽劑時，可使Ｆｅ３＋的允許量提高到１ ｍｇ／Ｌ，Ｃｕ２＋的允許量提高到２．４ ｍｇ／Ｌ。

２．４ 工作曲線和靈敏度

按照上述方法，對Ｐｂ２＋標準溶液系列進行測定，Ｐｂ２＋的質(zhì)量濃度在０～０．９ μｇ／ｍＬ時呈線性關(guān)系：△Ａ＝２．８５６ ３×１０－３＋０．０１２ ７ＣＰｂ（Ⅱ），ｒ＝０．９９９ ６；檢出限為９．９×１０－３ μｇ／ｍＬ。

２．５ 樣品分析

準確稱取０．２ ｇ煙樣于聚四氟乙烯消化罐中，加入５．０ ｍＬ ６５％ＨＮＯ３和２．０ ｍＬ ３０％Ｈ２Ｏ２，于微波消化爐中消化４０ ｍｉｎ，加熱蒸發(fā)至近干（約０．５ ｍＬ），用純水定容于２５ ｍＬ容量瓶中，按照上述方法進行測定，并與等離子體發(fā)射光譜質(zhì)譜法（ＩＣＰ－ＭＳ）［６］的測定結(jié)果進行對比，見表１。

２．６ 對反應(yīng)機理的探討

２．６．１ 反應(yīng)級數(shù)和速度常數(shù) 本實驗的顯色反應(yīng)可表示為：

ＧＡ Ｐ式中：Ｐ為

反應(yīng)的速率方程為：■＝ｋ１ＣαＲＣ■■C■■＋Ｃ■Ｃｔｗｅｅｎ－２０。反應(yīng)中對于痕量Ｐｂ２＋，ＩＯ４－、ＧＡ、Ｈ＋和Ｔｗｅｅｎ－２０是遠遠過量的，其濃度變化很小可視為常數(shù)，則■=ｋ２C■■。

求出不同濃度Ｐｂ２＋ΔＡ-ｔ曲線的斜率，以－ｌｇｍ對－ｌｇＣＰｂ（ＩＩ）用最小二乘法進行線性回歸（見表２），求的直線斜率為γ=0。故該催化反應(yīng)對Ｐｂ（ＩＩ）為零級反應(yīng)。

在反應(yīng)時間１０～１８ ｍｉｎ內(nèi)，ΔＡ與ｔ呈線性關(guān)系，得到回歸方程為ΔＡ=-0.155 2+0.011 4 t，r＝０．９９８ ９，計算出活化體系的表觀反應(yīng)速率常數(shù)為：Ｋ＝１．９１×１０－４ ｓ－１。

２．６．２ 表觀活化能 當溫度范圍在５５～７０ ℃時，求得－ｌｎ△Ａ與１／Ｔ （Ｋ）的回歸方程為：－ｌｎ△Ａ＝１．２７６ ５×１０３／Ｔ－２．０６３ ４，相關(guān)系數(shù)為０．９９５ ７。由Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ公式，求得表觀活化能為：Ｅａ＝１０．６１ ｋＪ／ｍｏｌ。

由于反應(yīng)對Ｐｂ（Ⅱ）為零級反應(yīng)。鉛離子在溶液中具有一定的吸附能力，因此，此處可假設(shè)活化劑Ｔｗｅｅｎ－２０的存在下，ＩＯ４－對ＧＡ的氧化顯色反應(yīng)是被吸附在鉛的水合離子的表面進行的，從而比沒有鉛參與時更容易。

３ 小結(jié)與討論

本方法與其他常見測鉛的催化動力學光度法相比較，具有試劑易得，條件易于控制，受常見離子干擾少、操作簡便、靈敏度較高的特點。將試驗方法應(yīng)用于實際煙草樣品中痕量鉛測定，結(jié)果與ＩＣＰ－ＭＳ法基本相吻合。

參考文獻：

［１］ 王文元． 現(xiàn)代光度分析法測定食品中痕量鉛的研究與應(yīng)用［Ｊ］． 食品與藥品，２００８，１０（３）：７２－７４．

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［３］ 張 華，郭國寧，王 娟，等． 微波消解－電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定煙葉中多種元素［Ｊ］．中國煙草學報，２００９，１９（１）：１２－１４．

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［６］ ＹＣ／Ｔ３８０－２０１０煙草及煙草制品鉻、鎳、砷、硒、鎘、鉛的測定 電感耦和等離子體質(zhì)譜法［Ｓ］．