流動注射化學發光法測定水中痕量Co（Ⅱ）

李亞貞 翟亞男

（中國冶金地質總局地球物理勘查院 河北保定 071051）

1 前言

鈷（Co）是動物必需具有的一種潛在毒性的微量金屬元素，過量可誘致心肌病。在開礦、印染等行業中，容易產生鈷污染，對動植物有著很大危害。因此，對環境中鈷含量的測定具有重大意義。化學發光分析法具有靈敏度高、線性范圍廣、儀器簡單、操作方便、分析速度快等顯著優點[1]。本文選用流動注射-化學發光法對模擬水樣中的Co（Ⅱ）含量進行測定。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

2.1.1 儀器

IFFM-E 型流動注射化學發光分析儀；IFFS-A型化學發光檢測器；FA1004 電子天平；PHS-3B 精密pH 計；Milli-Q A10 超純水機。

2.1.2 試劑

0.01 mol/L 魯米諾儲備液：秤取魯米諾0.442 9 g，用12.5 mL 的1 mol/L 氫氧化鈉溶解，在棕色容量瓶中加水定容至250 mL，搖勻，室溫下放置7 d 使用。

過氧化氫（H2O2）：9.0×10-3mol/L，使用前配置。

氯化鈷（CoCl2·6H2O）儲備液：5.9×10-6g/mL。

EDTA溶液溶于緩沖溶液（0.1 mol/L Na2CO3-NaHCO3，pH=9.8）中，濃度為10-3mol/L。

無水乙醇，PAN。

2.2 實驗流程

實驗流程詳見圖1。光電倍增管負高壓為700 V，增益為1。魯米諾溶液和H2O2溶液通過三通閥混合，PAN 醇溶液由六通進樣閥注射至載流液（樣品）中，魯米諾、H2O2、樣品、PAN 醇溶液的混合液與EDTA 溶液+緩沖溶液通過另一三通閥中進入流通池后充分混合，且在螺旋狀流通池中發生化學發光反應，產生化學發光信號，信號被光電倍增管檢測輸出到計算機上。

圖1 流動注射化學發光流路圖

3 結果與討論

3.1 PAN 乙醇溶液的濃度選擇

PAN 是一種常用的金屬指示劑和過渡金屬的光譜分析試劑[2]，在樣品Co（Ⅱ）濃度為2.95×10-7g/mL時，考察了PAN 濃度為5×10-6～5×10-5mol/L 時對體系的抑制強度變化，詳見圖2。由圖2 可知，PAN 濃度大于2×10-5mol/L 時，相對化學發光強度趨于穩定，因此，PAN 濃度選定為2×10-5mol/L。

圖2 PAN 濃度對化學發光的影響

3.2 緩沖溶液及pH 的選擇

常見堿性緩沖溶液有碳酸氫鈉-碳酸鈉（NaHCO3-Na2CO3）、四硼酸鈉-氫氧化鈉（Na2B4O7-NaOH）和氨氣-氯化銨（NH3-NH4Cl），經過研究發現，在NaHCO3-Na2CO3存在的情況下，PAN 對體系化學發光信號的抑制效果較強。同時考察了pH 為8.5～12.0 時的相對化學發光強度的變化，詳見圖3。由圖3 可知，pH為9.8 時，相對化學發光強度最高，由此緩沖溶液pH選定為9.8。

圖3 pH 對化學發光反應的影響

3.3 負高壓的選擇

光電倍增管負高壓是影響儀器檢測靈敏度及穩定性的關鍵[3]，實驗所用儀器較適合的光電倍增管負高壓設置最好為300～900 V，本實驗考察了在450～900 V 條件下，負高壓為-700 V 時，相對化學發光強度最佳。對靈敏度與穩定性進行綜合考慮，選定儀器負高壓為-700 V。

3.4 魯米諾溶液濃度的影響

本文考察了在6×10-5～2×10-4mol/L 時濃度范圍內的魯米諾溶液濃度與相對化學發光強度的關系，詳見圖4。由圖4 可知，魯米諾溶液濃度大于1.4×10-4mol／L 時，體系的相對化學發光強度趨于穩定，因此，實驗最終確定選用魯米諾溶液最佳濃度為1.4×10-4mol／L。

圖4 魯米諾溶液濃度對化學發光反應的影響

3.5 H2O2 溶液濃度的影響

H2O2是該體系的氧化劑，考察了4.5×10-4～2.25×10-1mol／L 濃度范圍內過氧化氫濃度與相對化學發光強度的關系（圖5）。由圖5 可知，H2O2濃度為9×10-3mol／L 時，體系的相對化學發光強度最大，即實驗最終確定選用H2O2溶液最佳濃度為9×10-3mol/L。

圖5 過氧化氫溶液濃度對化學發光反應的影響

3.6 EDTA濃度的影響

雖然Co2+與EDTA 可以很快生成絡合物，但是過程中存在芬頓反應[4]，即

因此，加入適量的EDTA 并不影響Co（Ⅱ）。實驗考察了不同濃度EDTA 對發光體系的影響，當EDTA濃度為10-3mol/L 時，既可以有效掩蔽多種金屬離子，又不影響Co（Ⅱ）的含量，因此，本實驗選取EDTA濃度為10-3mol/L。

3.7 干擾實驗

在最優實驗條件下，實驗考察了一些常見的干擾物對Co2+溶液測定的影響。對5.9×10-8g/mL Co2+溶液進行了干擾分析，加入干擾物質后以引起的測定偏差小于5%為限。結果發現，鉀離子K+、鋁離子Al3+（9×10-5g/mL），鎂離子Mg2+、鈣離子Ca2+（9×10-4g/mL）、銅離子Cu2+（10-4g/mL）、 鋅離子Zn2+（10-5g/mL）、鎘離子Cd2+、鎳離子Ni2+（6×10-4g/mL）、鉻離子Cr3+（5×10-7g/mL）均不干擾測定。

在上述最佳條件下，Co（Ⅱ）濃度與相對化學發光強度為2.95×10-9～2.95×10-7g/mL 時呈良好的線性關系，線性回歸方程為：Y=1 202X+1 076.5（X：10-8g/mL），相關系數r2=0.998 2，根據IUPAC 建議的方法（信噪比S/N=3），得到該方法的檢測限為1.29×10-9g/mL。對2.36×10-8g/mL Co2+標準溶液平行測定11 次，詳見圖6，相對標準偏差為0.51%。

圖6 對Co(Ⅱ)標準溶液平行測定

3.8 樣品分析

按照建立的分析方法，對模擬水樣中Co（Ⅱ）的含量進行測定，結果詳見表1。

表1 模擬水樣中Co(Ⅱ)的含量

3.9 機理分析

PAN 是一種含羥基的化合物[5]，Co（Ⅱ）可能影響了羥基的軌道能級能量，形成配合物，使Co（Ⅱ）的活性降低，即表現為PAN 對魯米諾-過氧化氫-Co2+體系的抑制作用。

4 結論

本文利用PAN 乙醇溶液在堿性環境下對魯米諾-過氧化氫-Co2+化學發光反應有明顯的抑制作用，建立了測定Co（Ⅱ）的流動注射化學發光分析方法。方法的線性范圍2.95×10-9～2.95×10-7g/mL，線性回歸方程為：Y=1 202X+1 076.5（X：10-8gm/L），相關系數r2=0.998 2，檢測限為1.29×10-9g/mL。對2.36×10-8g/mL Co2+標準溶液平行測定11 次，相對標準偏差為0.51%，且對模擬水樣進行加標回收實驗，結果令人滿意。