火焰原子吸收光譜測(cè)定葡萄糖酸鋅口服液中鋅含量

許錦帆，朱信宇，楊科，楊爾文，趙之翰，陳秋同，李泓毅，程晉凱，孫一駿，王京,3，陳朗星,2，唐安娜,2,＊

1 南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院，天津 300071

2 南開(kāi)大學(xué)分析科學(xué)研究中心，天津市生物傳感與分子識(shí)別重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300071

3 南開(kāi)大學(xué)化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，天津 300071

1 自主實(shí)驗(yàn)選題

南開(kāi)大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心積極鼓勵(lì)本科生開(kāi)展自主實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生在基礎(chǔ)儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行深度學(xué)習(xí)；提高學(xué)生的創(chuàng)新性意識(shí)、自主能動(dòng)性和積極性；培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，解決生活中一些實(shí)際問(wèn)題的能力[1]。學(xué)生組成實(shí)驗(yàn)小組，根據(jù)興趣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)選題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在教師指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選題可面向基礎(chǔ)性研究，或聚焦創(chuàng)新性，或貼近生活實(shí)際。

鋅是人體必需的微量元素之一，在人體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著極其重要的作用。鋅有幫助生長(zhǎng)發(fā)育、智力發(fā)育、提高人體免疫力、促進(jìn)食欲的作用。兒童和青少年生長(zhǎng)發(fā)育速度較快，對(duì)鋅營(yíng)養(yǎng)的需求量較高，但往往因?yàn)轱嬍炒钆洳缓侠?，造成鋅攝入量不足。

葡萄糖酸鋅為有機(jī)鋅補(bǔ)劑，對(duì)胃黏膜刺激小，在體內(nèi)易被人體吸收，且溶解性好，被廣泛應(yīng)用于保健品、醫(yī)藥和食品中。葡萄糖酸鋅口服液是生活中常見(jiàn)的補(bǔ)鋅類(lèi)非處方藥，用于治療因缺鋅引起的營(yíng)養(yǎng)不良、厭食癥、口腔潰瘍、兒童生長(zhǎng)發(fā)育遲緩等疾病[2]。

原子吸收光譜法(Atomic Absorption Spectrometry，AAS)是基于待測(cè)元素氣態(tài)基態(tài)原子對(duì)共振輻射吸收而建立的元素定量分析方法，具有選擇性好、靈敏度高和重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)本科生自主實(shí)驗(yàn)，原子吸收實(shí)驗(yàn)組同學(xué)建立了火焰原子吸收光譜法測(cè)定葡萄糖酸鋅口服液中鋅含量的分析方法。采用標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法和標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定其中鋅的含量，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定葡萄糖酸鋅口服液中鋅含量，選題貼近生活，解決實(shí)際問(wèn)題，可激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)的興趣。同時(shí)運(yùn)用儀器分析基礎(chǔ)課程中“原子吸收光譜”的知識(shí)，加深學(xué)生對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法、標(biāo)準(zhǔn)加入法、檢出限、靈敏度、線(xiàn)性范圍等概念的理解(圖1)。

圖1 自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維導(dǎo)圖

2 自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 儀器與試劑

HITACHI ZA3000原子吸收分光光度計(jì)；Zn空心陰極燈；吸量管；移液器；容量瓶；10 μg·mL?1Zn標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液；葡萄糖酸鋅口服液；濃硝酸。

2.2 儀器工作條件選擇

狹縫寬度1.3 nm；助燃?xì)鈮毫?60 kPa，流量15.0 L·min?1；乙炔流量1.8 L·min?1；火焰測(cè)量高度7.5 mm；波長(zhǎng)213.9 nm，燈電流5.0 mA。

2.3 鋅標(biāo)準(zhǔn)系列的制備

采用了預(yù)實(shí)驗(yàn)的方法尋找線(xiàn)性范圍，即先在包含未知樣濃度(參考值)的范圍內(nèi)取相隔距離較大的幾個(gè)點(diǎn)，完成測(cè)試后作圖并擬合相關(guān)系數(shù)。為了進(jìn)一步增加實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，使繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)所用樣品的濃度盡可能接近未知樣的濃度，在預(yù)實(shí)驗(yàn)中線(xiàn)性關(guān)系良好的范圍內(nèi)進(jìn)一步縮小濃度范圍，取點(diǎn)配制溶液、測(cè)試、繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，最終得到了用于實(shí)際樣品測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。

按表1配制方法用移液管在50 mL容量瓶中加入含鋅10 μg·mL?1的高標(biāo)溶液并加入兩滴濃硝酸溶液，配制標(biāo)準(zhǔn)樣并以此繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。

表1 配制標(biāo)準(zhǔn)樣所用的試劑用量

2.4 葡萄糖酸鋅口服液樣品的稀釋

采用逐級(jí)稀釋方法稀釋葡萄糖酸鋅口服液樣品：在50 mL容量瓶中加入2滴濃硝酸溶液，加入約5 mL超純水稀釋?zhuān)『线m體積的樣品，以5倍、10倍和10倍的稀釋倍率將其逐級(jí)稀釋500倍，定容搖勻，備用[3,4]。

2.5 未知液(增量系列)的配制

按表2配制方法采用標(biāo)準(zhǔn)加入法配制未知樣，用移液管取2.50 mL稀釋50倍的樣品溶液加入50 mL容量瓶完成1000倍的稀釋?zhuān)偌尤氩煌w積的標(biāo)準(zhǔn)溶液及兩滴濃硝酸，配制未知樣及增量系列并以此繪制標(biāo)準(zhǔn)加入曲線(xiàn)。

表2 配制未知樣所用的試劑用量

2.6 數(shù)據(jù)的測(cè)量

(1) 在儀器最佳工作條件下，以空白溶液調(diào)吸光度等于0，按濃度由低到高檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)系列及增量系列，記錄吸光度值，用于制作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)及標(biāo)準(zhǔn)加入曲線(xiàn)，求出未知液中鋅含量。

(2) 在同樣條件下，連續(xù)測(cè)定6次Zn的空白溶液(標(biāo)1)，用于計(jì)算該方法的檢出限。

(3) 在同樣條件下，連續(xù)測(cè)定6次Zn未知液1，用于計(jì)算該方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差[5]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法

各標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和吸光度如表3所示，作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)如圖2。

表3 各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度值

圖2 標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定Zn含量

圖2 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法測(cè)定Zn含量

(1) 未知樣濃度。

標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)方程為：y= 0.1451x+ 0.01733，在0.00–3.00 μg·mL?1范圍內(nèi)呈良好的線(xiàn)性關(guān)系。稀釋500倍后的未知樣吸光度為0.1855，由標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)求出樣品濃度為579.50 μg·mL?1。

(2) 特征濃度。

由1.00 μg·mL?1Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度值求特征濃度[6]c0：

(3) 方法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。

由未知樣的6次測(cè)量結(jié)果求出RSD值為0.43%。

(4) 靈敏度S。

靈敏度即標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的斜率，S= 0.1451。

(5) 檢出限D(zhuǎn)L。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)加入法

各組加入Zn濃度及吸光度如表4所示，作標(biāo)準(zhǔn)加入法吸光度曲線(xiàn)(圖3)。

表4 各未知溶液的吸光度值

(1) 未知樣濃度。

標(biāo)準(zhǔn)加入曲線(xiàn)方程為：y= 0.1389x+ 0.0924，在0.00–2.00 μg·mL?1范圍內(nèi)呈良好的線(xiàn)性關(guān)系。用外推法求出樣品濃度為665.23 μg·mL?1。

(2) 方法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。

由未知1的6次測(cè)量結(jié)果求出RSD值為0.12%。

(3) 靈敏度S。

靈敏度即曲線(xiàn)的斜率，S= 0.1389。

4 深入討論

4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法和標(biāo)準(zhǔn)加入法的分析比較

采用標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法在繪制好標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)后，可以直接從標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)上讀出含量，尤其適用于大量樣品的分析，但該方法存在基體干擾。在繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)時(shí)，一般使用的是待測(cè)組分的標(biāo)準(zhǔn)樣品(或已知準(zhǔn)確含量的樣品)，但是實(shí)際樣品的組成千差萬(wàn)別，也必將由于基體不同影響測(cè)定的準(zhǔn)確度。標(biāo)準(zhǔn)加入法可以消除基體干擾，克服基體復(fù)雜時(shí)待測(cè)樣品與標(biāo)準(zhǔn)溶液組成不相同帶來(lái)的影響。對(duì)于基體組成未知的實(shí)際樣品測(cè)定，一般標(biāo)準(zhǔn)加入法得到的結(jié)果會(huì)更為準(zhǔn)確。

4.2 對(duì)稀釋過(guò)程中相對(duì)誤差的討論

在實(shí)驗(yàn)中對(duì)樣品稀釋500倍時(shí)，可采用兩種稀釋方法：使用50 mL容量瓶進(jìn)行逐級(jí)稀釋?zhuān)蛑苯邮褂?000 mL容量瓶進(jìn)行一次稀釋。在稀釋過(guò)程中，影響稀釋相對(duì)誤差的主要因素有：稀釋步驟的選取、移取待稀釋樣品的過(guò)程以及稀釋容器本身的定容體積。假設(shè)欲將一濃度為C的樣品經(jīng)一次或多次稀釋后稀釋至Cx濃度，則Cx的計(jì)算公式為：

式中，V1i為各次被稀釋樣品的量入體積，V2i為各次樣品的定容體積，n為稀釋次數(shù)，則稀釋所帶來(lái)的誤差完全由量器和定容的最大相對(duì)誤差決定。若忽略稀釋過(guò)程中認(rèn)為恒定的個(gè)人誤差，稀釋濃度Cx相對(duì)誤差的計(jì)算便可轉(zhuǎn)化為一系列量器相對(duì)誤差的計(jì)算。根據(jù)最大相對(duì)誤差的計(jì)算法則及Cx的計(jì)算公式，可以導(dǎo)出其最大相對(duì)誤差的計(jì)算公式為：

式中，|δ|是稀釋之后樣品濃度的最大相對(duì)誤差；是各移液管的容量最大相對(duì)誤差；|δ2n|是各容量瓶的容量最大相對(duì)誤差。

因此，當(dāng)將一樣品的濃度稀釋至定值時(shí)，稀釋的步驟越少，被稀釋樣品的取樣量和定容體積越大，那么稀釋以后樣品濃度的最大相對(duì)誤差就會(huì)相應(yīng)減小[3]。由此可以看出，在理想條件下一次稀釋由于涉及的移液和定容操作少，稀釋濃度的相對(duì)誤差比逐級(jí)稀釋小。但上述討論所作的假設(shè)是個(gè)人誤差在兩種稀釋方法中恒定。實(shí)際上，考慮到1000 mL的容量瓶比50 mL的容量瓶更難混合均勻等實(shí)際因素，且標(biāo)液的配制體積過(guò)大，所以并不可取。

5 結(jié)語(yǔ)

在本實(shí)驗(yàn)中，我們使用標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法和標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定了葡萄糖酸鋅口服液中鋅的含量。由于所用的樣品為未知樣，相較于儀器分析實(shí)驗(yàn)中所提供的提前配制或已經(jīng)經(jīng)過(guò)多次檢測(cè)的樣品具有更大的不確定性，且測(cè)試方法相關(guān)的參數(shù)未知。因此需要自行摸索儀器工作參數(shù)、樣品的稀釋倍數(shù)、線(xiàn)性范圍、標(biāo)準(zhǔn)加入法的加入體積等，建立一套分析方法。在完成儀器分析的理論課學(xué)習(xí)后，同學(xué)們對(duì)檢出限、靈敏度、線(xiàn)性范圍等概念缺乏直觀(guān)和深入的認(rèn)識(shí)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)自行摸索條件，建立分析方法，進(jìn)而完成對(duì)未知樣品的測(cè)試并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析探討。該自主實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，有利于基礎(chǔ)階段教學(xué)型實(shí)驗(yàn)向研究型實(shí)驗(yàn)的過(guò)渡，有助于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用分析技術(shù)解決生活中實(shí)際問(wèn)題的能力。